JPH0318294B2

JPH0318294B2 -

Info

Publication number: JPH0318294B2
Application number: JP9224578A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suzuki; Katsuyuki Yamashita; Masao Natsuhara
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-07-27
Filing date: 1978-07-27
Publication date: 1991-03-12
Also published as: JPS5519728A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ブラウン管とその駆動用電源とから
なるブラウン管装置に関する。

ブラウン管の電子銃は、熱陰極から放射される
電子を集束および加速してビーム状となす。そし
て、この電子ビームは、蛍光面（スクリーン）を
刺激し、スクリーン上にビームスポツトと呼ばれ
る小さな発光スポツトを生じさせる。ビームスポ
ツトは、表示される画像の絵素となるので、その
特性は、ブラウン管の性能上きわめて重要であ
る。一般に、ビームスポツトの大きさには、画面
の大きさや用途によつて決まる最適値があり、そ
れより大き過ぎても小さ過ぎても好ましくない。
テレビジヨン用ブラウン管の場合、ビームスポツ
トが小さ過ぎると走査線の縞模様が目立ち過ぎて
良好な画面にならず、逆に大き過ぎると画像の細
かい部分を鮮明に表示することができなくなる。
ビームスポツトの大きさを常にそのような最適値
に保つことは理想であるが実際には非常に困難で
ある。何故なら、画面の輝度を変調するためにビ
ーム電流を変調すると、ビーム電流が大きくなる
につれてビームスポツト径が大きくなる傾向を示
すからである。この傾向は、高輝度を必要とする
カラーブラウン管においてとくに顕著に現われ
る。カラーブラウン管においては、数10μ〓の小
電流値から数1000μ〓の大電流値の範囲内でビー
ム電流が変調されるので、小電流時に最適の大き
さのビームスポツトが得られても、ビーム電流を
増すにつれてビームスポツト径が大きくなる。そ
して、画面の明るい部分を表示するために最大値
近くまで大きくすると、ビームスポツト径は最適
値の３〜４倍程度まで大きくなり、明るい部分で
の鮮明さが著しく低下する。

そこで、大電流時のビームスポツト径が過大に
なることを防ぎ、常に最適大のビームスポツトが
得られる電子銃を実現することが、ブラウン管の
画像品質改善面で重要となる。

本発明の目的は、大電流時のスポツト径を縮小
し得るブラウン管装置を提供し、高輝度画面の画
像品質を向上せしめることにある。

以下本発明を図面の参照により説明する。

第１図はブラウン管に使用される電子銃の動作
を説明する概念図であり、熱カソード１から放射
された電子G₁電極（第１格子電極）２とG₂電極
（第２格子電極）３とにより形成される陰極レン
ズ４の集束作用によつて互いに交叉しクロスオー
バと呼ばれるビーム径の最小点５を生じる。クロ
スオーバからのビームは発散しながら進むが、
G₂電極３とG₃電極（第３格子電極）６との間に
形成されるプリフオーカスレンズ７によつて予備
的な集束を受け、次いでG₃電極６とG₄電極（陽
極）８との間に形成されるメインレンズ９によつ
て最終的に集束され、スクリーン１０上にビーム
スポツト１１を生じる。つまり、クロスオーバ５
が電子レンズ系の物体に相当し、これがプリフオ
ーカスレンズ７とメインレンズ９とによつてスク
リーン１０上に結像されるのでビームスポツト１
１は、クロスオーバ５の像に相当する。この関係
は、ビーム電流が小さい時にはかなり正確に成り
立ち、スクリーン１０上のビームスポツト径は、
クロスオーバの径とレンズ系の結像倍率との積で
与えられる。小電流時のクロスオーバ径は、主に
熱カソードからの電子の初速度分布で決まるが、
普通は十分小さく、適正な結像倍率を有する電子
レンズを用いる限り、必要とする最適な大きさの
ビームスポツトを得ることが容易である。しか
し、明るい画面を得るためにビーム電流を増大さ
せると、スクリーン１０上のビームスポツト径は
著しく増大する傾向を示すのであり、これは主と
して次の３つの理由による。

その第１はビーム電流を増すと、クロスオーバ
５の径自体が増大すること、第２はクロスオーバ
５からのビームの発散角１２が大きくなるために
レンズ系とくにメインレンズ９の収差が強く現わ
れること、第３はスクリーン近傍の電流密度が大
きくなるために電子相互間の反発作用が強くなる
ことである。

この中で、第３の電子相互間反発作用は、電子
ビームに本質的に付随する現象なので、これの根
本的な解決は難しい。それ故大電流時のビームス
ポツトの増大を抑制するためには、クロスオーバ
５の径とビーム発散角１２とを同時に縮小するこ
とが必要となる。

第２図は従来の電子銃のカソード１からG₃電
極６までの空間における大電流時の等電位線１３
と電子軌道１４との大体の様子を示したものであ
る。カソード１上で電子が放射される領域は大電
流時にはG₁電極２の孔の投影面１５近くまで大
きく拡がつている。またG₁電極２の電位はカソ
ード電位に対して常に負に保たれているが大電流
時には両者の電位差は非常に小さくなつている。
このことに加えて従来の電子銃では、通常カソー
ド１とG₁電極２との間隔g₁、およびG₁電極２の
厚さt₁は極力小さくなされている。従つて、カソ
ード１の直前の等電位線１６はカソード方向にわ
ずかに凸で、カソードにほぼ平行な形になつてい
る。従つて、大電流時の陰極レンズの作用はカソ
ード中央部からの電子１７に対して非常に弱く働
きこれらの電子１７はカソード１から、かなり離
れた位置１８で互に交叉する。他方カソードの周
辺部ではG₁電極２が近くに存在するため、等電
位線１６に強くわん曲した部分１９を生じる。カ
ソード周辺部から放射された電子２０は等電位線
の強くわん曲した部分１９を通過することになる
ので軸方向に向う強い力を受け、カソード１に近
い点２１に交叉点を生じる。

以上のように従来の電子銃においては、カソー
ド面上の電子の出射位置によつて各電子の中心軸
上での交叉点位置が著しく異なるのであり、これ
は陰極レンズの収差が大きいことを意味する。そ
して、クロスオーバ径すなわちビームの最小径
は、各電子線の集合によつてつくられる最小錯乱
円の径２２によつて決まる。当然のことながら、
最小錯乱円の径２２は、陰極レンズの収差が大き
い程大きくなる。このように従来の電子銃で大電
流時のスポツト径が著しく増大する主要な原因は
陰極レンズの収差がきわめて大きいことに帰せら
れる。

本発明の目的は、既述のように陰極レンズの収
差を低減させることができ、大電流時のクロスオ
ーバ径を縮小し、同時にビーム発散角が適性な値
に維持されるようにし、大電流時のビームスポツ
ト径を大幅に縮小することができるブラウン管装
置を提供することにある。

第３図は本発明の電子銃の一実施例を示す構成
図で、カソード１からG₃電極６までの部分を示
したものである。G₂電極３とG₃電極６との間隔
g₃の、G₁電極２の孔径D₁に対する比g₃／D₁を、
従来に比べて小さな1.5以下の値に設定し、かつ、
G₂電極３の厚さt₂のG₁電極２の孔径D₁に対する
比t₂／D₁を従来よりも大きな0.4〜１の範囲に設
定している。

従来、G₂電極３とG₃電極６の間隔g₃はビーム
発散角１２を小さくする目的のため大きく選ばれ
るのが普通でありg₃／D₁は２以上にされるのが
通例であつた。

本発明においてはg₃／D₁を1.5以下の小さな値
に設定することにより、G₂電極３の近傍の軸上
電位分布の形状を変えこれによつて陰極レンズの
収差を改善したものである。

第４図はカソード１からG₃電極６に至る間の
電位分布を示したもので、曲線３０は従来例のも
の、曲線３１は本発明によるものである。

本発明によるものは、その電極の構造および配
置のために従来のものよりも軸上電位分布が急勾
配で上昇する。電位分布３１のように、G₂電極
３の近傍の軸上電位が上昇すると、カソード１の
中央部から放射された電子２３がG₁電極２とG₂
電極３との間のレンズ電界で受ける集束力は強く
なり、これらの電子の交叉点を生ずる位置２４
は、第２図に示した従来例に比べ、よりカソード
側に移動する。この結果、カソード周辺から放射
される電子２５がつくる交叉点２６とのずれは少
なくなる。これは陰極レンズの収差が減少したこ
とを意味し、従つて各電子線の最小錯乱円によつ
て決まるクロスオーバの径２７も減少する。電子
軌道の計算による解析の結果、上記のような効果
が顕著に認められるのは、G₂電極３とG₃電極６
の間隔g₃の、G₁電極の孔径D₁に対する比g₃／D₁
を、1.5以下の小さな値にした時に限られる。し
かし、部品の精度、電極の組み立て精度および電
極間耐電圧の面からg₃／D₁は0.4以上にしなけれ
ばならない。

ところで、g₃／D₁を小さくすると、交叉点２
４，２６等の電位の上昇のために交叉点以後のビ
ームは集束しにくくなり、発散角１２が大きくな
る。この結果、メインレンズ９におけるビームが
拡がり過ぎとなり、スクリーン１０上のスポツト
１１の周囲にハローを生じ、画像のコントラスト
を低下させる。従つてg₃／D₁を1.5以下、0.4以上
の小さな値にしただけでは、改良効果が期待でき
ない。

本発明では、g₃／D₁を1.5以下、0.4以上の小さ
な値に設定すると同時に、G₂電極３の厚さt₂の
G₁電極２の孔径D₁に対する比t₂／D₁を大きな値
に設定する。これにより、G₂電極３の出口に生
じる等電位線２８，２９等によつて形成される集
束レンズ、すなわちプリフオーカスレンズの作用
を強めると同時に、物点たる前記交叉点から前記
プリフオーカスレンズの中心に至る間隔が広げら
れる結果、ビーム発散角１２を適正な値に維持す
ることができる。なお、在来管のG₂電極の厚さ
は普通、0.2mm程度であるので、G₁電極の孔径
0.65mm〜0.7mmに対する比は約0.3であつた。

G₁電極孔径D₁が0.65mmφで、メインレンズ口
径が7.8mmφのブラウン管において、G₂電極厚さ
t₂が0.20mmであると、メインレンズ内でのビーム
径（ビーム電流３ｍＡ）は3.2mmφとなる。また、
同ビーム径はt₂＝0.26mmの場合、2.6mmφとなり、
t₂＝0.30mmの場合、2.2mmφとなる。

ビーム電流３ｍＡにおけるメインレンズ内ビー
ム径がメインレンズ口径の1/3を越えるとレンズ
収差の影響を大きく受けて解像度に低下をきたす
ので、t₂／D₁は0.4以上にする必要がある。

しかし、t₂／D₁を大きくし過ぎると、G₂電極
３の出口に生じるプリフオーカスレンズの集束作
用が強くなり過ぎ、レンズ倍率が過大となり、ビ
ームスポツト特性が悪化する。この悪影響を避け
るためには、t₂／D₁は１以下に設定しなければな
らない。

また、g₃／D₁を0.4〜1.5となすだけでなくG₃電
極の孔径も従来の1.5mmφよりもある程度小さく
しないと、所望の強レンズ電界を生成させ得な
い。しかし、G₃電流の孔径がG₁電極の孔径以下
になると、G₃電極にビームの一部分が射突する。
そして、その反射成分は蛍光面側へ迷走してハレ
ーシヨンを生じさせ、G₃電極へ流入した成分は、
同電極に接続される負荷抵抗が非常に大きいこと
から、その電圧降下でフオーカス電圧を変動させ
る。

以上のようにg₃／D₁を0.4以上、1.5以下に小さく
すると同時に、t₂／D₁を0.4以上、１以下の範囲
以内に設定することにより、大電流時のクロスオ
ーバ径を縮小し、かつ、ビーム発散角を適正な値
に維持することができるので、大電流時のスポツ
ト特性を大幅に改善することが可能となる。

以下に本発明の一具体例を示す。

G₁電極２の孔径D₁；0.65mmφ G₂電極３の孔径D₂；0.65mmφ G₃電極６の孔径D₃；1.0mmφ カソード１−G₁電極２間隔g₁；0.1mmφ G₁電極２の厚さt₁；0.1mm G₁電極２−G₂電極３間隔g₂；0.4mm G₂電極３の厚さt₂；0.4mm G₂電極３−G₃電極６間隔g₃；0.65mm t₂／D₁＝0.62、g₃／D₁＝１ G₁電極２の電位V_g1；0V（基準） G₂電極３の電位V_g2；400V G₃電極６の電位V_g3；6KV G₄電極８の電位V_g4；25KV このような構成により、３ｍＡの大電流時のス
ポツト径を在来管の３ｍＡ時スポツト径に比し、
約30％縮小させることができた。すなわち、D₁
＝0.65mmφ、D₂＝0.65mmφ、D₃＝1.5mmφ、t₂＝
0.2mm、g₃＝1.15mmとした在来管に対し、本発明が
上記具体的数値である場合、１ｍＡにおけるスポ
ツト径は在来管の1.4mmφから1.3mmφに、そし
て、２ｍＡにおけるスポツト径は在来管の2.3mm
φから1.7mmφにそれぞれ縮小したのに対し、３
ｍＡにおけるスポツト径は在来管の3.0mmφから
2.0mmφに（約33％減）縮小した。

また、D₁＝0.7mmφ、D₂＝0.7mmφ、D₃＝1.5mm
φ、t₂＝0.22mm、g₂＝0.345mm、g₃＝1.24mmとした
在来管に対し、本発明がD₁＝0.7mmφ、D₂＝0.7mm
φ、D₃＝0.9mmφ、t₁＝0.085mm、t₂＝0.6mm、g₁＝
0.1mm、g₂＝0.315mm、g₃＝0.7mmとした場合、１ｍ
Ａにおけるスポツト径は在来管の1.5mmφから1.4
mmφに、２ｍＡにおけるスポツト径は在来管の
2.5mmφから1.8mmφに、そして、３ｍＡにおける
スポツト径は3.5mmφから2.4mmφに（約31％減）
縮小し、t₁＝0.1mm、t₂＝0.4mm、D₁＝D₂＝0.65mm
とした前記実施例よりもスポツト径が若干大きく
なるが、結局、３ｍＡ時のスポツト径を約30％縮
小させることができた。

以上のように、g₃／D₁を0.4以上、1.5以下に小
さくすると同時に、t₂／D₁を0.4以上１以下の範
囲内に設定することにより、大電流時のクロスオ
ーバ径を縮小し、かつ、ビーム発散角を適正な値
に維持することができるので、大電流時のスポツ
ト特性を大幅に改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の電子銃の構成図及び電
子軌道を示す図、第３図は本発明の一実施例を示
す説明図、第４図は本発明と従来例との軸上電位
比較図である。１……カソード、２……G₁電極、３……G₂電
極、４……陰極レンズ、５……クロスオーバ、６
……G₃電極、７……プリフオーカスレンズ、８
……G₄電極、９……メインレンズ、１０……ス
クリーン、１１……スポツト、１２……ビーム発
散角、１３……等電位線、１６，２５……カソー
ド前面の等電位線、１４，１７，２３，２５……
電子軌道、１８，２１，２４，２６……各電子の
交叉点、２２，２７……クロスオーバ径、２８，
２９……プリフオーカスレンズを生ずる等電位
線、３０，３１……軸上電位分布。

Claims

【特許請求の範囲】１陰極、D₁なる孔径を有する第１格子電極、t₂
なる板厚と前記D₁なる孔径とを有し加速電圧が
印加される第２格子電極および前記第２格子電極
に対しg₃なる間隔を介して配置され、前記D₁よ
りも大きい孔径を有するとともに前記加速電圧よ
りもかなり高い集束電圧が印加される第３格子電
極を備えてなり、かつ、 0.4≦t₂／D₁≦１ 0.4≦g₃／D₁≦1.5 なる関係を満たすことを特徴とするブラウン管装
置。