JP3074179B2

JP3074179B2 - 陰極線管

Info

Publication number: JP3074179B2
Application number: JP02130215A
Authority: JP
Inventors: 成彦高山; 正司白井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH0428149A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、テレビジョン受像管や情報処理端末に用い
られるディスプレイ管等のカラー陰極線管に係り、特に
高解像度，かつコンバーゼンス特性の良好な電子銃を備
えた陰極線管に関する。

［従来の技術］カラーテレビジョン受像機の大画面化や端末ディスプ
レイの高密度化に伴って、カラー陰極線管の高精細度映
像／画像表示能力および低収差特性の向上が要請されて
いる。

複数ビームカラー陰極線管における精細度を上げ、か
つ収差をなくして良好なコンバーゼンスを得る電子銃と
して、例えば特公昭49−5591号公報に開示された複数ビ
ームに共通の大口径の電子レンズを主レンズに採用し
た，所謂単電子銃三ビーム方式電子銃が知られている。

第６図は従来技術による単電子銃三ビーム方式電子銃
の構成を説明する模式図であって、１は第１電極
（G₁）、２は第２電極（G₂）、３は第３電極（G₃）、４
は第４電極（G₄）、５は第５電極（G₅）、61,62は静電
偏向板、81,82,83はそれぞれ赤，緑，青の電子ビームを
発射する電子ビーム源であるカソード（K_R,K_G,K_B）、10
はスクリーンである。

同図において、カソード81,82,83はｘ軸方向（電子ビ
ームの水平偏向方向、なお電子ビームの垂直偏向方向は
ｙ軸方向,x軸とｙ軸に直交するスクリーン10方向をｚ軸
方向とする）の共通平面上に配列され、これらカソード
81,82,83に対して共通の第１電極1,第２電極2,第３電極
3,第４電極4,第５電極５がこの順でスクリーン方向に配
列される。

そして、カソード81,82,83と第１電極１および第２電
極２で三極部が形成され、円筒状電極の第３電極3,第４
電極４（集束電極），第５電極（加速電極）５によりユ
ニポテンシャル型の主レンズが形成される。

このような構成において、カソード81,82,83から発射
された３本の電子ビーム（B_R,B_G,B_B）は、上記主レンズ
の略中心においてフランホーファ条件（コマ収差が零に
なる条件）を満足させる位置で交差するようになってい
る。

さらに、３本の電子ビームは，第５電極５の後段に設
けられた静電偏向板61,62によってスクリーン10上で集
中（コンバーゼンス）するように偏向される。

一方、３本の電子ビームがスクリーン10の周辺におい
ても最適にコンバーゼンスするように、水平および垂直
偏向コイルに歪みを持たせた、所謂セルフコンバーゼン
ス偏向ヨークがある。

上記歪みをもたせたセルフコンバーゼンス偏向ヨーク
を用いた陰極線管においては、その歪みのために生じる
四極磁界成分が電子ビームに非点収差を引き起こす。す
なわち、電子ビームは垂直方向に集束作用を、水平方向
に発散作用を受ける。

その結果、スクリーン面上におけるビームスポツト第
７図に示したような形状となる。

第７図はセルフコンバーゼンス偏向ヨークによる電子
ビームのスポツト歪みの説明図であって、偏向磁界を通
過する電子ビームＢがスクリーン中央部Scにおいて円形
のスポツトが得られる場合、水平軸方向（ｘ方向）周辺
部における電子ビームHsは垂直方向がオーバフォーカス
となり、コアCOの周りに縦に長いハロー（過集束部分）
HAが生じて、実質的に電子ビームスポツトは大きなもの
となる。

これは、水平偏向コイルをサドル形状にして発生磁界
をピンクツシヨン形磁界分布としているためである。こ
れを第８図により説明する。

第８図はピンクツシヨン形磁界が電子ビームＢに作用
する力の説明図であって、図示のように、ピンクツシヨ
ン形磁界ではその磁界を通過する電子ビームＢに対し、
垂直方向（ｙ軸方向）には集束を強める方向に、水平方
向（ｘ軸方向）には集束を弱める方向に力Ｆが働く。こ
のため、前記第７図に示したように、スクリーンの水平
方向周辺部での各電子ビームスポツトは垂直方向に強く
過集束される状態となって、垂直方向にハローHAが発生
し、水平方向に集束不足の状態となってコアCOに広がり
が生じる。このため、スクリーン周辺において解像度の
低下を招くのである。

上記の解像度低下を解決するため、前記単電子銃三ビ
ーム方式電子銃においては、セルフコンバーゼンス偏向
ヨークによって生じる四重極的な歪みをキャンセルする
補正用の四重極を設けて電子ビームを予め縦長に歪ませ
る方法が採られている。

第９図と第10図は単電子銃三ビーム方式電子銃を備え
た陰極線管における上記四重極的歪みの補正手段の説明
図であって、９は偏向ヨーク、11はネック部、12は補正
用電磁四重極、第６図と同一符号は同一部分に対応す
る。

第９図において、陰極線管のネック部11の主レンズ部
分外周に補正用電磁四重極12を設ける。

第10図は補正用電磁四重極12の概略構成とその磁界分
布の説明図で、コイル121に偏向ヨーク９に与える偏向
電流に同期した電流を流すことにより、図示の矢印に示
したような四重極磁界分布を形成すると共に、電子銃の
第４電極４（集束電極）にダイナミックフォーカス電圧
を与えて、セルフコンバーゼンス偏向ヨーク９による前
記スクリーン画面周辺部のスポツト歪みの補正を行うも
のである。

また、前記セルフコンバーゼンス偏向ヨーク９による
前記スクリーン画面周辺部のスポツト歪みの補正を行う
他の手段として、特開昭64−65752号公報に開示された
ものが知られている。

第11図と第12図は単電子銃三ビーム方式電子銃を備え
た陰極線管における上記四重極的歪みの他の補正手段の
説明図である。

第11図において、電子銃の第４電極（G₄）４を三分割
してG₄₁,G₄₂,G₄₃とし、中央の電極G₄₂に一定の固定フオ
ーカス電圧を印加し、両側の電極G₄₁とG₄₃にはダイナミ
ックフオーカス電圧を印加する。

図中、h₄₁,h₄₂,h₄₃は、それぞれ電極G₄₁,G₄₂,G₄₃の電
子ビーム通過開口であり、第12図に示したように、電極
G₄₁とG₄₃の電子ビーム通過開口h₄₁とh₄₃はｘ軸方向（水
平方向）に長軸をもつ横長の開口で、電極G₄₂の電子ビ
ーム通過開口h₄₂はｙ軸方向（垂直方向）に長軸をもつ
縦長の開口とされている。

上記のように、中央の電極G₄₂に一定の固定フオーカ
ス電圧を印加し、両側の電極G₄₁とG₄₃にはダイナミック
フオーカス電圧を印加することにより、電子ビームがス
クリーン画面中心の走査位置にあるとき、電極G₄₁,G₄₂,
G₄₃は同一電位にあって、三つの電極G₄₁,G₄₂,G₄₃部分で
形成されるｘ−ｙ断面での電界分布は管軸（ｚ軸）に対
して回転対称となり、第12図（ａ）に示したように、電
子ビームの断面形状は円形になる。

一方、スクリーン画面の周辺部の走査時においては、
偏向角度の増大に従つて増加するダイナミックフオーカ
ス電圧によって、第12図（ｂ）に示したように、第４電
極G₄の中央の電極G₄₂の電子ビーム通過開口h₄₂と両側の
電極G₄₁とG₄₃の各電子ビーム通過開口h₄₁とh₄₃の幅狭部
分の影響によって、その電界分布に四重極効果が生じ、
ｙ軸方向に広がりｘ軸方向に狭められる力が電子ビーム
に与えられて、その断面形状はｙ軸方向に長軸を有する
縦長になる。

すなわち、セルフコンバーゼンス偏向ヨークによる四
重極歪みに対して90度回転した歪みをダイナミックフオ
ーカス電圧によって発生した静電四重極電界によって作
り出し、セルフコンバーゼンス偏向ヨーク磁界によるビ
ームスポツトの歪みが自動的に補正されるようにしてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前者の電磁四重極磁界を用いたものでは、次
のような問題がある。

（１）ネック部の外周に電磁四重極用のコイル装置を必
要とし、その位置の選定（集束電極である第４電極に対
する位置の選定）を正確に行う必要がある等、組立製造
工程が煩雑になる。

（２）電磁四重極コイルにセルフコンバーゼンス偏向ヨ
ークに対する偏向電流に同期した電流を供給するための
回路手段が必要となり、コスト高となる。

（３）電磁四重極用コイルに対する通電を行う必要があ
るため、陰極線管の消費電力が増大する。

そして、後者の静電四重極電界を用いたものでは、次
のような問題がある。

（１）三分割した第４電極G₄₁,G₄₂,G₄₃の軸合わせを正
確に行う必要があることから、組立製造工程が煩雑にな
る。

（２）ダイナミックフオーカス時、三分割した第４電極
G₄₁,G₄₂,G₄₃によって発生する電界により、電子ビーム
の交叉する位置がフランホーファ条件からずれてしま
い、フランホーファ条件が完全に主レンズ中心に一致し
ないためのコマ収差が発生してビームスポツトを円形と
することができなくなる。

本発明の目的は、上記従来技術の諸問題を解消し、ス
クリーン上の電子ビームスポツト径を小さくして解像度
を向上させると共に、スクリーン画面の周辺部での電子
ビームスポツトの偏向歪みを補正してスポツト歪みとコ
マ収差を低減させ、またスクリーンの画面全面にわたっ
て高精度のコンバーゼンスを得ることができる陰極線管
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、主レンズのスクリーン側にサイド電子ビ
ームを水平方向に偏向してコンバーゼンスをとるための
静電偏向手段から成る電子ビーム偏向部を設けた電子銃
を構成する主レンズを形成する電極内に、上記静電偏向
手段からなる電子ビーム偏向部を通過するサイド電子ビ
ームの位置を変更する電子ビーム通路変更部を設け、こ
の電子ビーム通路変更部にダイナミックフオーカス電圧
を印加すると共に、垂直および水平偏向磁界をバレル分
布か斉一分布かの少なくとも一方とした構成によって、
達成される。

〔作用〕

主レンズの近傍に設けた電子ビーム通路変更部（例え
ば、二分割した集束電極の一方、または集束電極近傍に
設けた静電偏向手段）に、偏向ヨークに流す偏向電流に
同期したダイナミックフオーカス電圧を印加することに
より発生した電界は、複数電子ビームの外側電子ビーム
（サイド電子ビーム）の軌道を変更するように作用す
る。

すなわち、ダイナミックフオーカス電圧を印加したと
きの主レンズの中心近傍にあるフランホーファ条件が満
足する位置に上記外側電子ビームを通過させることがで
きる。

これにより、ダイナミックフオーカス時も電子ビーム
にコマ収差を発生させることはない。

こうして偏向された外側電子ビームの軌道は、スクリ
ーン側の静電偏向手段のより外側を通過するため、バレ
ル型磁界によりスクリーンの画面周辺部に電子ビームが
偏向された場合でも、過集中することなく、適正にコン
バーゼンスさせることができる。

また、偏向ヨークの発生磁界をバレル磁界または斉一
磁界としたことにより、水平方向に電子ビームを偏向し
たときでもビーム歪みを生じることがなく、スクリーン
の画面全域にわたって小さなビームスポツトを得ること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による陰極線管の一実施例を説明する
構成図であって、１は第１電極（G₁）、２は第２電極
（G₂）、３は第３電極（G₃）、４は第４電極（G₄）、5
0,60は電子ビーム軌道、61,62は対をなす第２静電偏向
板、71と72は電子ビームの通路偏向部を構成する静電偏
向手段としての対をなす第１静電偏向板、81,82,83はそ
れぞれ赤，緑，青の電子ビームを発射する電子ビーム源
であるカソード（K_R,K_G,K_B）、９は偏向ヨーク、10はス
クリーンであり、ｘ軸方向（水平偏向方向）の一平面に
配列したカソード（K_R,K_G,K_B）に対して各電極1,2,3,4
が共通に配置されている。

カソード81,82,83、第１電極１、第２電極２により三
極部が形成され、円筒状の第３電極３と第４電極４にお
いてバイポテンシャル形の主レンズが形成される。第３
電極３はG₃₁とG₃₂に分割され、G₃₂はさらにG₃₂₁とG₃₂₂
に二分割されている。

第１静電偏向板71と72は分割された第３電極３の間
（この実施例ではG₃₁とG₃₂の間）に設けたが、これは主
レンズを構成する第３電極3,第４電極４内の、主レンズ
の集束作用に影響を与える位置に設ければよい。

この第１静電偏向板71と72は、主レンズに入射するサ
イド電子ビームの入射角度を大きくして電子銃の軸方向
長さを短縮する効果も有するものである。

電子ビーム偏向部を構成する静電偏向手段としての第
２静電偏向板61,62は、第３電極３と第４電極４で形成
される主レンズを通過した外側電子ビーム（サイド電子
ビーム）をスクリーン上でコンバーゼンスさせるための
ものである。

同図において、電極G₃₁と電極G₃₂₁および第２静電偏
向板71とは同一電位とされ、固定の集束電圧V_Fが与えら
れる。

ここで、第４電極４の電圧をV_G4,第２静電偏向板61の
電圧をV_A,同偏向板62の電圧をV_B,偏向板71の電圧をV
_C（＝V_F），偏向板72の電圧をV_Dとしたとき、 V_G4＝V_B,V_A＜V_B,V_C＜V_Dの関係がある。

例えば、カソードは約170Vのカットオフ電圧とし、こ
れに映像信号を加え、第１電極１の電圧は接地電位、第
２電極の電圧は約600V、V_Fは約8kV、V_Dは約8.5kV、V_G4
（＝V_B）は30kV、V_Aは約28kV、偏向ヨークによる偏向が
行われないときの電極G₃₂₂の電圧は電極G₃₂₁と同一電位
の約8kVとする。

本実施例では、偏向磁界をセルフコンバーゼンス形磁
界とせずに、垂直，水平偏向磁界をバレル形分布または
斉一分布とすると共に、偏向ヨーク９による偏向に同期
してダイナミックフオーカス電圧を印加する。

第２図はバレル形分布磁界による電子ビームＢに働く
力の説明図であって、水平偏向コイルによる水平偏向磁
界も同図に示したように水平軸方向にバレル分布にする
と、電子ビームＢには力Ｆが作用する。

第３図は本実施例におけるスクリーン水平軸方向周辺
での電子ビームスポツト形状の説明図で、同図に示した
ように、スクリーンの水平軸端部における電子ビームス
ポツトの歪みは無くなる。

しかし、コンバーゼンスはスクリーン周辺部において
ずれが生じる。

第４図は上記コンバーゼンスのずれの説明図であっ
て、上記磁界分布とすることにより、スクリーンの画面
中央部において一点に集中していた三本の電子ビームは
画面周辺部において、同図に示したように、各電子ビー
ムによるラスター形状B_G,B_R,B_Bが不一致となる。

そこで、本実施例では、偏向ヨーク９による偏向に同
期して、二分割した電極G₃₂₂にダイナミックフオーカス
電圧を印加することで、スクリーンの画面周辺部におい
ても三本の電子ビームを適正にコンバーゼンスさせると
同時に、電子ビームスポツト径を小さくした。

これについて、以下に詳述する。

第１図に示したように、サイド電子ビームB_R,B_Bはセ
ンター電子ビームB_Gと平行に三極部を進む。

第１静電偏向板71,72の作用によりサイド電子ビームB
_R,B_Bは主電子レンズの中心近傍、すなわちフランホーフ
ァ条件を満足する位置に入射するように偏向される。

したがって、この位置で三本の電子ビームは交叉し、
その後それぞれ離れる方向に進むサイド電子ビームB_R,B
_Bは、第２静電偏向板61,62の作用によりスクリーンの画
面上で一点にコンバーゼンスするように偏向される。

すなわち、スクリーン中央部において三本の電子ビー
ムが集中する状態において、偏向ヨーク９の水平偏向コ
イルによる偏向作用が行われてくると、三本の電子ビー
ムはバレル形分布磁界のためにスクリーンの手前で集中
してしまい、スクリーン面上では過集中して行く。

そこで、二分割した第３電極の電極G₃₂₁には一定のフ
オーカス電圧を印加し、電極G₃₂₂には偏向ヨークによる
偏向量に応じて変化するダイナミックフオーカス電圧を
与える。

第５図はダイナミックフオーカス電圧の波形図であっ
て、このダイナミックフオーカス電圧は、１垂直走査期
間を１周期とする曲線３で示すパラボラ状の電圧に、１
水平走査期間を１周期とした曲線４で示すパラボラ状の
電圧が重畳された電圧波形となるように選定される。

つまり、電子ビームがスクリーン中央部の走査位置に
あるとき、電極G₃₂₁と電極G₃₂₂は同一電位にあって、サ
イドビームB_R,B_Bの軌道は第１図に実線50で示したよう
になる。

一方、電子ビームがスクリーン周辺の走査位置にある
ときは、電極G₃₂₁と電極G₃₂₂のレンズ作用により、第１
図に点線60で示したように、サイドビームB_R,B_Bの軌道
は変化し、ダイナミックフオーカス電圧が印加されたこ
とでフランホーファ条件が変化しても、適切にフランホ
ーファ条件を満足するようにサイドビームB_R,B_Bを主レ
ンズに入射させることができる。

これと共に、点線60で示したように、サイドビーム
B_R,B_Bは第２静電偏向板61,62の間において、電子銃軸に
対してより外側を通過するために、上記過集中が補正さ
れて適正にコンバーゼンスする。しかも、偏向磁界の分
布をバレル形または斉一形としたため、電子ビームスポ
ットの歪みはないので、ダイナミックフオーカスの作用
によってスクリーン周辺部においても電子ビームスポッ
ト径を小さくでき、スクリーン前面において解像度を向
上できる。

上記実施例においては、電極G₃₂₂に偏向ヨークによる
偏向量に応じて変化するダイナミックフオーカス電圧を
与える構成としたが、本発明はこの構成にかぎらず、第
１静電偏向板71,72間にダイナミックフオーカス電圧を
印加する構成とすることによっても同様の効果を得るこ
とができる。

また、上記第１図に示した実施例では、第１静電偏向
板71,72の位置を，主レンズを構成する第３電極３のカ
ソード側に設置しているが、この第１静電偏向板の設置
位置は上記の位置に限るものではなく、偏向ヨークの偏
向作用に応じて前記フランホーファ条件を満足するよう
に主レンズに対して影響を及ぼす位置であればよく、こ
の条件に当てはまるものであれば主レンズのスクリーン
側におく構成とすることも可能である。

上記の説明において、電子ビームの通路偏向部と電子
ビーム偏向部を構成する静電偏向手段を、説明を簡単に
するために平板状の静電偏向板としているが、本発明は
これに限るものではなく、電子ビーム通過経路に沿って
湾曲あるいは屈曲させた板体，または矩形構体等、種々
の形状，構造を以て構成することができるものである。

なお、上記実施例では、バイポテンシャル型電子銃に
本発明を適用したものについて説明したが、本発明はユ
ニポテンシャル型電子銃にも適用できるものである。し
かし、ユニポテンシャル型電子銃は、前記従来技術にお
いて説明したように、主レンズに三個の電極を用いるも
のであり、中間の電極長を延ばしてレンズ作用領域を長
くし、センター電子ビームの球面収差を小さくすること
ができるという利点があるが、サイド電子ビームは主レ
ンズに対して斜めに入射する構成であるために、主レン
ズの作用領域が長くなるとそれだけ非点収差が大きくな
る。そのため、電極間の電圧比を変化させてもサイド電
子ビームのビームスポツト径を小さくすることができな
い。

この理由で、本発明は、基本的には電子銃の形式に限
定されるものではないが、その効果は上記実施例に示し
たバイポテンシャル型電子銃において大きい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、四重極的歪み
補正のために特別の補正手段を必要とせずに、スクリー
ン中央部と周辺部の何れにおいても良好なコンバーゼン
スが得られると共に、電子ビームスポットの歪みが無
く、かつそのスポット径をスクリーン全域において小さ
くできるため、高解像度の映像／画像表示が可能な優れ
た機能をもつ陰極線管を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による陰極線管の一実施例を説明する構
成図、第２図はバレル形分布磁界による電子ビームに働
く力の説明図、第３図は本発明の実施例におけるスクリ
ーン水平軸方向周辺での電子ビームスポツト形状の説明
図、第４図はコンバーゼンスのずれの説明図、第５図は
ダイナミックフオーカス電圧の波形図、第６図は従来技
術による単電子銃三ビーム方式電子銃の構成を説明する
模式図、第７図はセルフコンバーゼンス偏向ヨークによ
る電子ビームのスポツト歪みの説明図、第８図はピンク
ツシヨン形磁界が電子ビームに作用する力の説明図、第
９図と第10図は単電子銃三ビーム方式電子銃を備えた陰
極線管における四重極的歪みの補正手段の説明図、第11
図と第12図は単電子銃三ビーム方式電子銃を備えた陰極
線管における上記四重極的歪みの他の補正手段の説明図
である。１……第１電極（G₁）、２……第２電極（G₂）、３……
第３電極（G₃）、４……第４電極（G₄）、50,60……電
子ビーム軌道、61,62……第２静電偏向板、71,72……第
１静電偏向板、81,82,83……カソード、９……偏向ヨー
ク、10……スクリーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 29/50 H01J 29/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電子ビームを発生する電子ビーム源
と、電子ビーム源からの電子ビーム放出を制御する三極
部と、三極部から射出された電子ビームを集束する主レ
ンズ部と、主レンズ部のスクリーン側に電子ビームを該
スクリーン上で集中させる静電偏向手段から成る電子ビ
ーム偏向部を少なくとも備えた電子銃を有する陰極線管
において、上記電子銃の主レンズ部を形成する電極内に
上記電子ビーム偏向部を通過する電子ビームの通過位置
を変更する通路変更部を設けたことを特徴とする陰極線
管。
【請求項２】三本の電子ビームを発生する電子ビーム源
と、電子ビーム源からの電子ビーム放出を制御する三極
部と、三極部から射出された電子ビームを集束する主レ
ンズ部と、主レンズ部のスクリーン側に上記電子ビーム
のうち外側電子ビームを該スクリーン上で集中させる静
電偏向手段から成る電子ビーム偏向部を少なくとも備え
た電子銃と、上記三本の電子ビームを上記スクリーン上
で垂直方向および水平方向に走査するための偏向ヨーク
とから成る陰極線管において、上記主レンズを構成する
集束電極を第１の電極部分と第２の電極部分に分割する
と共に、上記主レンズを形成する電極内に静電偏向手段
から成る他の電子ビーム偏向部を設けたことを特徴とす
る陰極線管。
【請求項３】請求項２において、上記第１の電極部分と
上記他の電子ビーム偏向部に固定の集束電圧を、上記第
２の電極部分にダイナミックフォーカス電圧を印加する
と共に、上記偏向ヨークの垂直および水平偏向磁界をバ
レル分布か斉一分布かの少なくとも一方にしたことを特
徴とする陰極線管。
【請求項４】請求項３において、上記第１の電極部分と
上記第２の電極部分に固定の集束電圧を、上記他の電子
ビーム偏向部にダイナミックフォーカス電圧を印加する
ことを特徴とする陰極線管。
【請求項５】請求項１、２、３、４のいずれかにおい
て、上記主レンズがバイポテンシャル型電子レンズをあ
ることを特徴とする陰極線管。