JPH09504648A - 電子銃をそなえた画像表示デバイス及びこのようなデバイスに使用する電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表示デバイスは、排気された容器を有し、一方の側にはけい光表示スクリーンが設けられまた他方の側には電子銃(6)が設けられる。電子銃(6)と表示スクリーンの間には、電子銃(6)で発生された電子ビームを動作時に偏向することのできる偏向手段が設けられる。電子銃(6)は、少なくとも１つの電子発生部分(20)を有し、最初の電極(41)、最後の電極(45)及び少なくとも１つの中間電極(42-44)を有する主レンズシステム(40)をそなえ、動作時に電子−光学主集束レンズを形成するように前記の主レンズシステムを横切って主レンズ電圧が段階的に徐々に加えられる。電子銃は更に、電子ビーム(7-9)の伝搬方向に見て最初の電極である主レンズシステム(40)の少なくとも１つの電極(41)に動的電位（Ｖ_d）を与えるための手段を有する。動的集束を強めるために、カップリングキャパシタ(50)が主レンズシステム(40)の少なくとも前記の最初の電極(41)と次の電極(42)の間に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】 電子銃をそなえた画像表示デバイス及びこのようなデバイスに使用する電子銃 本発明は、一方の側にけい光表示スクリーンが設けられ、反対側には電子銃が 設けられた排気された容器を有し、電子銃とスクリーンの間には、少なくとも動 作時に、電子銃で発生された電子ビームを偏向することのできる偏向手段が配設 され、前記の電子銃は、少なくとも１つの電子ビームを発生する部分を有し且つ 最初の電極と最後の電極及び少なくとも１つの中間電極を有する主レンズシステ ムをそなえ、この主レンズシステムを横切って、動作時に電子−光学主集束レン ズを形成するように、主レンズ電圧が段階的に徐々に加えられるようにした画像 表示デバイスにに関するものである。本発明はまたこのようなデバイスに使用す る電子銃に関するものである。 このようなデバイスは米国特許第３９３２７８６号より既知である。この米国 特許に記載された電子銃は、主レンズシステムの最初の電極と最後の電極の間に ６つの中間電極を有し、よりありきたりの他の電子銃にくらべて比較的多数の電 極を有している。このためこのような主レンズは通常ＤＭＬ(Distributed Main Lens)、ＭＳＦＬ(Multi-Stage Focus Lens)或いはＭＥＬ(Multi-Element Lens) と呼ばれている。既知のデバイスの主レンズシステムの個々の電極は、主レンズ システム内の電位のジャンプの大きさを減らすために、動作時に電極を横切って 段階的に徐々に分布される。このことは、主レンズ電圧が唯２つの電極を横切っ て全面的に加えられるようにした、よりありきたりの電子銃にくらべて著しく改 良されたレンズ特性をもたらす。とりわけ球面収差が、レンズ径の増加を必要と することなしに、比較的大きな電子ビーム流に対して適切に抑制されることがで きる。 球面収差が上記のタイプの画像表示デバイスにおいて許容レベルに減少される ことができるが、それにも拘らず、動的集束エラーのためにスポットエラーが生 じることがある。このようなスポットエラーは、なかんずく表示スクリーン上の スポットの位置に応じて電子ビームの通路長が変わるために起きる。このことは 、表示スクリーンの中心からさらに離れた画素でとりわけ明らかになる。 本発明は、動的集束エラーも十分に抑制された冒頭記載のタイプの画像表示デ バイスを得ることをとりわけその目的としたものである。 本発明は冒頭に記載したタイプのデバイスにおいて、主レンズシステムの最初 の電極には、少なくとも動作時にこれに動的電位を加えるための手段が設けられ 、少なくとも、主レンズシステムの最初の電極と、電子ビームの伝搬方向に見て 次の電極である電極との間にカップリングキャパシタが配設されたことを特徴と するものである。 本発明によるデバイス内の主レンズシステムの最初の電極に加えられる動的電 圧は、表示スクリーンを横切る掃引に適応した、時間に依存する変化を有する。 この動的信号により、静的主レンズ電極は、ビームの変化する通路長に対して常 に補正される。かくして、ビーム集束に常に最適な電圧が主レンズシステムを横 切って存するようにすることができる。本発明は次のような認識に基づいたもの である。すなわち、このような動的集束は、動的電位をカップリングキャパシタ を経て少なくともシステムの最初の電極の次の電極に結合することによって著し く強められるという認識に基づいたものである。本発明によれば、極めて正確な スポット形成が、冒頭に記載したタイプのデバイスにおいて達成される。 本発明による装置の特別な実施態様は、カップリングキャパシタが、主レンズ システムの最初の電極とシステムの次位の電極の間及びこの次位の電極とシステ ムの次の電極の間の両方に配設されることを特徴とする。この実施態様では、動 的集束は、カップリングキャパシタがこの場合主レンズシステムの最初の電極と 次位の電極との間だけでなく、システムのこの次位の電極と次の電極との間にも 配されるためにより一層強められる。カップリングキャパシタは、主レンズシス テムを横切る動的電位を更に分散するように、システムの以後の隣接電極の対の 間に配設してもよい。主レンズシステム内にカップリングキャパシタが全く存し ないのにくらべて、良好な動的集束したがって良好なレンズ作用が常に明らかに 達成される。複数のカップリングキャパシタは、夫々同じキャパシタンスを有し てもよく或いは特定の場合に最適なレンズ作用に別個に調節されてもよい。 多数のカップリングキャパシタが主レンズシステム内に用いられるので、動的 電位はグリッドの電極を横切ってより大きな分散を有し、このため電子ビームは それ程大きくない電位のジャンプを受ける。主レンズシステムの動的な影響は終 極的には減少する。最適な動的レンズ作用は、カップリングキャパシタがもっぱ ら主レンズシステムの最初の電極とシステムの次位の電極との間及びこの次位の 電極とシステムの次の電極との間に配設されるようにした本発明のデバイスの好 ましい実施態様において達成される。この実施態様では、カップリングキャパシ タは、主レンズシステムの隣接電極のはじめの２つの対にもっぱら配設される。 電子銃で普通の電位差に耐えるキャパシタがもっぱらカップリングキャパシタ として用いられるべきである。本発明によるデバイスの特別な実施態様では、酸 化チタンバリウム(barium titanium oxide)の誘電体を有し且つ約１５ｋＶ迄の 電位差に耐えるキャパシタだけが用いられる。 本発明の以上の及びその他の観点は以下の図面についての実施例の説明から明 らかであろう。 図面において、 第１図は本発明の画像表示デバイスの一部断面略平面図を示し、 第２図は第１図の画像表示デバイスの電子銃の拡大斜視図を示し、 第３図は第２図の電子銃の主レンズシステム内の容量性カップリングを有する 種々の実施例を略図で示し、 第４図は第３図の種々の実施例による主レンズシステムの動的レンズ作用のコ ンピュータシミュレーションを示す。 図は略図的なもので、寸法比通りのものではない。見易くするために、寸法の 或るものは誇張されている。図中の該当する構成要素にはできるだけ同じ符号が 付されている。 第１図に示した本発明の画像表示デバイスの実施例は、表示窓３、コーン４及 びネック５を有する排気された容器２を有する陰極線管１をそなえている。ネッ ク５は、この実施例では３つの電子ビーム７−９を発生する電子銃６を収容する 。本発明の要旨内において、電子銃という言葉は広い意味を有するもので、した がって１つだけの電子ビームを発生するのに適した単一の電子銃だけでなく、例 えばこの実施例において屡々説明される３電子銃の一体または非一体システムも 含むものであることを了解され度い。 けい光表示スクリーン、この実施例では赤、緑及び青けい光体素子を有する表 示スクリーンが表示窓３の内側にある。容器２の外側には、極く略図的に示した 磁気コイルシステムの形の偏向コイルユニットが設けられている。ビーム７−９ は、表示スクリーン１０全体を走査することができるように、表示スクリーン１ ０への途中で偏向ユニットによって偏向されることができ、ビームは、この実施 例ではアパーチャを有するプレートの形のシャドウマスクを有するカラー選別手 段１２を通過する。ビーム７−９は小さな相互角でアパーチャを通過し、かくし て、関係のビーム７，８，９と関連したカラーけい光体素子にのみ衝突する。画 像表示デバイスは更に、電子銃の電極に電圧を加えるための略図的に示した手段 １４を有し、この手段は、最終製品ではリードスルー電極１５によって電子銃６ に接続される。このアセンブリは更にハウジング（図示せず）を有する。特に、 前記の手段１４は主レンズシステムに動的電位を加えるために使用されることも できる。 第２図は、第１図に示したデバイスの電子銃６を斜視図で詳細に示したもので ある。電子銃６はトライオードと呼ばれる電子ビーム発生部分２０を有し、この 部分内には、動作時接地された屡々Ｇ１と呼ばれる共通電極２１をそなえた３つ の並置された電子源が収容されている。電子銃６の他のすべての電極と同様に、 前記の共通電極２１には、電子ビームを通すための、一列に整列され且つ略５． ５ｍｍの直径を有する３つのアパーチャ１６が設けられる。 電子銃６はまた夫々通常Ｇ２及びＧ３として表示される典型的には夫々４００ −５００ボルトと５−６ｋＶの動作電位を有する２つの続いた電極３１，３２で 構成されたプレフォーカス区間(prefocusing section)３０を有する。電極のこ のシステム３１，３２で構成された電子−光学プレフォーカスレンズは、電子銃 の次の主集束区間内に構成される主集束レンズに対する対物レンズとして役立つ 電子源の虚像を与える。 主集束区間は、第１電極４１、最終電極４５及び動作時にその両端に典型的に は２５−３０ｋＶの主レンズ電圧が加えられる３つの中間電極４２−４４を有す る主レンズシステム４０を有する。この実施例では、５−６ｋＶの電位Ｖ_gが動 作時にシステムの第１電極４１に存し、一方通常アノードと呼ばれる最終電極の 電位は動作時に３０−３５ｋＶである。 以上述べたデバイスの主レンズシステム内では、主レンズ電圧は主レンズシス テム４０の５つの電極４１−４５を横切って段階的に徐々に分布される。この目 的で、中間電極４２−４４は抵抗分圧器４６で互いに接続され、システムの外側 電極４１，４５に接続される。５つの電極を横切る主レンズ電極のこの均等且つ 段階的な分散によって、主レンズシステム内の隣接した電極間の電位のジャンプ は、主レンズのレンズ作用に極めて有利な影響を有する５−１５ｋＶに制限され て保たれる。したがって、例えば球面収差が、大きなビーム電流においてさえも 、レンズ径の増加を必要とすることなしに適切に抑制される。 電子銃の種々の構成要素は、屡々マルチフォームロッド(multiform rod)また はビードロッド(beading rod)と呼ばれ且つ互いに固定された絶縁支持体４７に よって両端で一緒に保持されている。このアセンブリはまた複数の径方向に位置 する求心ばね４９を有し、この求心ばねによって、電子銃が容器２のネック５の 中心に置かれ、更にアノード４５の高電圧を管壁において取ることができる。反 対側では、電子銃はリードスルー電極１５を有し、このリードスルー電極は図面 を見易くするために関係図面より省略されているが、このリードスルー電極によ って、電子銃内に必要とされるその他の電位を供給することができる。 主レンズシステム４０の第１電極４１には、動作時に、５−６ｋＶの静電位Ｖ_g のほかに０．５−２．０ｋＶのオーダーの動的電位Ｖ_dを加えるための電気接続 の形の手段が設けられる。動的電圧Ｖ_dの時間に依存する変化は、全集束電圧が 常にビームの変化する通路長に適応するように、偏向手段１１の偏向磁界内の電 子ビーム７，８，９の掃引に追従する。したがって、本発明によるデバイスでは 、ビーム７，８，９の表示スクリーン上のスポットの動的集束エラー及びこれに 関連した球面収差が抑えられることができる。 本発明によれば、動的電圧Ｖ_dは主レンズシステム４０の少なくとも次の電極 ４２にも加えられる。これは、少なくとも最初の電極４１と次の電極４２の間に カップリングキャパシタ５０を配設することによって達成される。このカップリ ングキャパシタは第２図には見えないが、略図的に示してある。 第３図は、隣接グリッドの間に１つまたはそれ以上のカップリングキャパシタ ５０を有する第２図の電子銃の主レンズシステムの複数の変形を略図的に示す。 更に、グリッドの間にカップリングキャパシタがなくて小さな寄生カップリング だけしかない公知の状態も示されている。この実施例では、約１５ｋＶ迄の高電 圧に対してブレークダウンに耐える酸化チタンバリウムの誘電体を有するキャパ シタがカップリングキャパシタ５０に用いられる。更に、この実施例では、略２ ｎＦの比較的大きなキャパシタンスを有する事実上同じキャパシタ５０が用いら れる。本発明の要旨内において、システム４０内の種々のカップリングキャパシ タ５０のキャパシタンスを動的集束を更に改良するように変え、小さいけれども 典型的には３−５０ｐＦの寄生キャパシタンスの値を越えるべきキャパシタンス を用いることは容易に可能である。 第４図は、第３図の種々の形態について、動的集束電圧Ｖ_dの関数として焦点 距離の逆数値１／ｂに関しての表示スクリーンを横切る動的集束のコンピュータ シミュレーションを示す。カーブは第３図の形態の番号に対応する。カップリン グキャパシタが主レンズシステムの最初の電極４１と次の電極４２の間に配設さ れた本発明によるすべての形態３Ｂ，３Ｄ−Ｆは、明らかに、カップリングキャ パシタが用いられてない参考システム３Ａよりも強い集束効果を有する。動的集 束の更なる改良は、カップリングキャパシタ５０が、主レンズシステム４０の最 初の電極４１とシステムの次位の電極４２の間とこの次位の電極４２とシステム の次の電極４３の間との両方或いは電極の別の対４３−４４、４４−４５の間に 配設されたすべての状態３Ｄ−Ｆにおいて得られる。これに反し、システムの最 初の電極４１と３番目の電極４３だけとの間のカップリング（第３Ｃ図参照）は 、参考システム３Ａよりも劣った動的集束を与える。 更に、動的集束電圧が主レンズシステム４０内を通じて結合されてはいるがそ の影響が小さくなる程には分散していない第３Ｄ図が好ましいと思われる。この 形態は最も強い動的集束を示し、したがって本発明の好ましい実施例に用いられ る。 以上本発明を図面の実施例を参照して説明したが、本発明は決してこの実施例 に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において多くの変 形及び設計が思い付かれることは当業者にとって明らかであろう。例えば、本発 明は前述したバイポテンシャルタイプ(bipotential type)の電子銃に適するだけ でなく、更に、電位が主レンズシステムの電極の少なくとも１つに関連したユニ ポテンシャル(unipotential)及びスリーポテンシャル(three-potential)銃に対 しても適するものである。更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、３ つの電極よりも大きいか或いは小さな数を主レンズシステムの最初と最後の電極 の間に用いることができる。更に、本発明は、一体のカラー電子銃を有するカラ ー表示デバイスに適するだけでなく、（３つの）別々の電子銃を有するカラー表 示デバイス及び白黒画像表示デバイスにも適する。 総括的にいえば、本発明は、動的電圧を与えそして隣接電極の容量性の相互結 合によって、同じタイプの従来のデバイスにくらべて著しく良好な集束が達成さ れる多重主レンズを有する電子銃をもった冒頭記載のタイプの画像表示デバイス を供するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一方の側にけい光表示スクリーンが設けられ、反対側には電子銃が設けられ た排気された容器を有し、電子銃とスクリーンの間には、少なくとも動作時に、 電子銃で発生された電子ビームを偏向することのできる偏向手段が配設され、前 記の電子銃は、少なくとも１つの電子ビームを発生する部分を有し且つ最初の電 極と最後の電極及び少なくとも１つの中間電極を有する主レンズシステムをそな え、この主レンズシステムを横切って、動作時に電子−光学主集束レンズを形成 するように、主レンズ電圧が段階的に徐々に加えられるようにした画像表示デバ イスにおいて、主レンズシステムの最初の電極には、少なくとも動作時にこれに 動的電位を加えるための手段が設けられ、少なくとも、主レンズシステムの最初 の電極と、電子ビームの伝搬方向に見て次の電極である電極との間にカップリン グキャパシタが配設されたことを特徴とする画像表示デバイス。 ２．カップリングキャパシタは、主レンズシステムの最初の電極とこのシステム の次位の電極の間とこの次位の電極とシステムの次の電極の間の両方に配設され た請求の範囲１記載の画像表示デバイス。 ３．カップリングキャパシタは、主レンズシステムの最初の電極とこのシステム の次位の電極の間とこの次位の電極とシステムの次の電極の間にもっぱら配設さ れた請求の範囲２記載の画像表示デバイス。 ４．主レンズシステム内のカップリングキャパシタは、バリウムチタニウム酸化 物の誘電体を有するキャパシタより成る請求の範囲１乃至３の何れか１つに記載 の画像表示デバイス。 ５．カップリングキャパシタは、隣接する電極間の寄生キャパシタンスよりも著 しく大きなキャパシタンスを有する請求の範囲１乃至４の何れか１つに記載の画 像表示デバイス。 ６．請求の範囲１乃至５の何れか１つに記載された画像表示デバイスに用いるた めの電子銃。