JPH10508983A - ２個の伸長状放出区域を有する光電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光電装置は、長手軸線に対して対称に配置され断面が伸長状の２本の電子ビームを発生する２個の伸長状の放出区域を有する。電子グリッドにより、２本のビームは、長手軸線に対して直交するように配置され短い中心軸と長い中心軸とを有する電子ターゲットの同一点に集束する。伸長状の放出区域は、この光電装置と共働して長手軸線と直交するように配置したターゲットを走査する装置の走査方向と平行な最小断面を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ２個の伸長状放出区域を有する光電装置 本発明は、長手軸線と、この長手軸線と直交する第１の面内に位置する電子ビ ームを発生する電子放出区域と、前記長手軸線と直交する第２の面内で前記電子 放出区域と対向するように位置する電子ターゲットとを有する光電装置であって 、電子ターゲットが互いに直交する第１及び第２の軸を有し、この光電装置が、 前記第１の面と第２の面との間に前記長手軸線に沿って複数の電子グリッドをさ らに有し、各グリッドが電子ビームを通過させる少なくとも１個の開口を有する 光電装置に関するものである。 この形式の光電装置は、例えば米国特許第４７４９９０４号明細書から既知で ある。表示管において、電子ターゲットは蛍光スクリーンにより形成されている 。画像を形成するため、通常蛍光スクリーンは電子ビームによりスクリーンの長 い軸（ｘ軸）に平行なラインに沿ってライン状に走査され、スクリーンはｘ軸と 直交するｙ軸を有している。 既知の光電装置は環状の電子放出区域を有する半導体型の電子放出器（冷カソ ードと称する）を有しているが、本発明はこの形式の電子放出器に限定されず、 直接又は間接的に加熱される熱イオンカソードに用いるのにも好適である。 現在の光電装置の使用（表示管を構成する）における重要な概念は、電子ター ゲット（表示管の蛍光スクリーン）全体にわたって電子ビームを偏向する際にス ポットサイズを均一に維持する必要があることである。これは、（カラー）モニ タ管において特に重要な概念である。 本発明は、この要件に容易に適合する解決策を提供することにある。 この目的を達成するため、本発明による光電流装置は、冒頭部で述べた形式の 光電装置において、電子放出区域が、前記長手軸線のいずれかの側に延在すると 共に、前記ターゲットの一方の軸とほぼ平行な最小直交寸法の方向を有する２個 のサブ区域を具えることを特徴とする。 これらサブ区域間の放出区域の中央部分においては放射は生じない。 長手軸線のいずれかの側に配置した（多くの場合は対称に）２個の直線状（伸 長状）の放射区域を用いることにより、本発明による光電装置は伸長状の断面を 有する２本のサブビームを発生する。各放射サブ区域の短い方の軸を走査方向（ 一般的、これは蛍光スクリーンの長軸（ｘ軸）である）と平行な方向に設定する と共に光電集束レンズによりサブビームを蛍光スクリーン上の同一の位置に集束 させることにより、ｘ方向及びｙ方向のスクリーン全体にわたって均一なスポッ トを形成することができる（ダイナミック フォーカシングにより）。ｘ方向に のダイナミックアンダフォーカシングによりｘ方向にスポットサイズを調整可能 にすることができる。 本発明は、長手軸線に対称に配置したサブ区域を形成すると共に（対称な）サ ブビーム（部分ビーム、シェル状ビーム、ホロービーム）を発生する多数の実施 例を実現する。 第１の実施例によれば、環状セグメント又は直線状セグメントのいずれかによ り規定された２個のサブ区域を有する。 第２の実施例においては、下側に熱イオンカソードが位置するグリッドに形成 した開口により２個のサブ区域が規定される。 第３の実施例においては、環状セグメント又は環状セグメントの形態の開口が １°と１６９°との間の角度を占め（開口角を有する）有効な動作を達成する。 この範囲に選択された開口角の大きさは、供給すべき電流量と所望の光電品質と に良好に適合する。１°と９０°との間の値、特に２０°６０°との間の開口角 は、例えば光電特性の点において好適である。 スクリーンにわたってビームを偏向する際のｙ方向のオーバフォーカシングは 自己集束性偏向ユニットを有する通常の表示管においてボケを増大させてしまう 。本発明の装置では、ｙ方向にオーバフォーカシングしても拡がったスポットが 形成されるので、ボケが生じない。ｙ方向のダイナミック アンダフォーカシン グによりｙ方向のスポットサイズを調整可能することができる。 以下添付図面に基き本発明の上記概念及び別の概念について説明する。 図面として、 図１は、電子ターゲットを有する真空容器（図示せず）の一部を構成する光電 装置の一部を通り２個の電子経路を示す線図面的断面図である。 図２は半導体カソードを通る断面図である。 図３は２個の環状セグメントにより構成される放出区域を線図的に示す。 図４は２個の開口を有するグリッドと関連する図３の構成を示す。 図５は下側に熱イオンカソード表面を有し２個の開口を有する電子グリッドG₁ の線図的平面図である。 図６は図の装置により発生したサブビームを線図的に示す。 図７はＧ₁ の２個のいんげん豆の形状の開口及び円形グリッド開口についての ｙスポットの強度を線図的にそれぞれ示す。 図１は光電装置の一部の断面図である。 この光電装置は長手軸線Ｚを有し、この軸線に沿って複数の電子グリッドＧ₁ 、Ｇ₂、Ｇ_3a、Ｇ_3b及びＧ₄ を配置する。電子放出区域Ａは長手軸線と放出器支 持部材１との交点付近に存在する。この場合、これは、プレナ光学系が設けられ ている半導体カソードの表面とする。電子放出区域に対して正しい電圧がプレナ 光学系及びグリッドＧ₁、Ｇ₂、Ｇ_3a、Ｇ_3bに印加されると、放出された電子は図 １に線図的に示す電子の経路に追従する。この実施例において、これらの経路は 、最初長手軸線Ｚから離れるように移動し、その後元に戻るように湾曲する。 図２は半導体カソード３の一部を通る線図的断面図であり、このカソードは例 えばアバランシェ冷陰極とし、その上方にプレナ電子光学系及びＧ₁ グリッドを 配置する。本例において、電子は半導体カソード３の所望のパターンに応じて発 生する。このため、カソード３は、ｎ型領域９，１０が設けられているシリコン 基板８を有する半導体本体７を有し、これらｎ型領域は、実際の放出区域の領域 において深い拡散領域９及び薄いｎ型層１０を構成する。ｐ型基板８ととｎ型領 域９，１０との間のｐｎ接合の降伏を低減するため、イオン注入により形成した ｐ型領域１１により基板中でのアクセプタ濃度を局部的に増加する。従って、電 子放出は、絶縁層１２により画成された領域１３内で行われ、この領域にはセシ ウムのような仕事関数を低下させる材料の単原子層を形成することができる。電 極系１４，１４（プレナ光学系）を例えばシリコン酸化物の絶縁層１２上に配置 して放出された電子を長手軸線から偏向させることができる。この電極系は下側 の半導体本体を正のイオンの直接入射からシールドするためにも用いことができ る。 放出区域及び電極グリッドは軸Ｚを中心にして回転するものと考えことができ る。環状放出区域は環状電子グリッドと組み合わされて中空状の電子ビームを発 生する。このビームは集束レンズＧ_3b．Ｇ₄ により集束され、例えば蛍光スクリ ーンのような電子ターゲットを横切るように偏向することができる。 本発明では、光電装置に２個の放出サブ区域１３、１３（図３）を設け、長手 軸線の両側でサブビーム（対称的に配置した）を発生させ、されらサブビームは 初め発散しその後集束する。この場合、不完全な中空状電子ビームが発生する。 中空状電子ビームの利点は、予備集束レンズ区域における空間電荷の減少及び集 束レンズの球面収差の減少に起因して電子ターゲット上でより鮮明なスポットが 形成されることにある。 図３の原理を示す実施例を図４に示し、２個のサブビームを形成するため、冷 カソード１３，１３の２個の円形セグメント状の表面領域を用いる。これらのサ ブビームは、はじめ前述した態様で長手軸線から偏向され（プレナ光学系により ）、その後放出区域１３，１３を有するカソード表面の上方に位置するグリッド Ｇ₁ のより外側に位置する（オフセットした）開口２１及び２２を通過する。グ リッドＧ₁ の開口２１と２２との間の放出区域１３，１３の上方に位置する部分 Ｔ_G1は領域１３，１３を正イオンの直接入射からシールドする。円形セグメント の開口角は１°と１６０°との間の値を有することができる。この実施例におい て、伸長状のセグメント１３及び１３は９０°の開口角を有する。セグメント１ ３及び１３の最小断面はほぼｘ軸となるように図示されており、このｘ軸は通常 蛍光スクリーンの長手方向と平行であり（しかし、これに限るものではない）、 ｙ軸は短い軸に平行である。 本発明はあらゆる形式の電子放出器に適用することができ、ｐｎ接合が反転方 向に駆動される（アバランシェ）冷陰極だけでなく一般的な（ＮＥＡカソードを 含む）他の形式の放出器、電界放出器、表面伝導型放出器、及びスキャンデイト （ｓｃａｎｄａｔｅ）放出器にも適用することができる。この形式のカソードの 重要な用途は表示管だけでなく電子顕微鏡及び他の電子ビーム分析装置にもある 。 スキャンデイトカソードは、その高電流密度により電流（飽和した）熱イオン カソードから区別される。この高電流密度により電流ＣＲＴ（特に、ＣＭＴ）に おけるスポットサイズを相当改善することができる。従って、解像度の顕著な改 善も可能になる。 一方、電流Ｓｃカソードは、そのイオン衝撃を受け易いことに起因して標準の ＣＲＴに適用することができない。現在、種々の方法によりこのイオン衝撃によ る作用を低下させる試みが行われている。 取り得る方法は、イオン衝撃自身を低下させることである。実際に、Ｓｃカソ ード技術は既にそれ自身提案されており、イオン衝撃がない状態で高電流密度で 長寿命が得られることが判明している。 イオン衝撃は、（熱イオン）Ｓｃカソードとイオントラップを有するグリッド 構成（三極管）とを組み合わせることにより防止できる。この場合、この構成は 、電子銃の軸の外側に位置するカソード表面の上方に２個の開口を有するＧ₁ グ リッドを有する。従って、Ｇ₁ グリッドの上方で発生したイオンの大部分はカソ ード表面に到達することができない。 この構成を、例えば図５に示す。図５はＧ₁ （Ｇ₂ も取り得る）グリッドを有 する円形の熱イオンカソード表面３０を示し、このグリッドは熱イオンカソード 表面の上側に配置した２個の豆状の開口３１及び３２を有する。これらの開口は 最終的な放出区域を規定する。２個のサブビームはＧ₁ （及びＧ₂ ）により集束 する。銃のサブビーム当たりのビーム形状は図６に示す形状に対応する。Ｇ₁ の 開口３１及び３２は放出する区域を規定する。実際のクロスオーバはＧ₂ により ビーム中に形成することができる。ビーム電流は、Ｇ₁ の電圧を変調することに より変調することができる。 ポテンシャル（解像度）の利点（カソードの長寿命に加えて）は以下の通りで ある。 ・高いカソード輝度に起因してスポットサイズが一層小さくなる（ＣＭＴ）。 ・中空状ビームに起因して主レンズの球面収差が一層小さくなる。 ・仮想クロスオーバを用いることにより予備集束における空間電荷の蓄積が一層 少なくなる（図１、２、３の構成の場合）。 図７は、円形グリッド開口の場合（曲線２）に比較して、図５の２個の豆状グ リッド開口のｙスポット強度分布を示す（曲線１）。偏向の際のオーバーフォー カシングによりｙ方向の強度分布が一層均質になる。従って、ｙ方向ののスポッ トサイズは調整されることができる（ボケが生じない）。この場合、Ｇ_3a及びＧ_3b グリッドにダイナミックな集束信号が特に用いられる。 要約すると、本発明は、長手軸線に対して対称的に配置した２個の伸長状の放 出区域を有して断面が伸長状の２本の電子ビームを発生させる光電装置に関する ものである。電子グリッドにより、２本のビームは長手軸線に対して直交するよ うに配置され短い中心軸と長い中心軸とを有する電子ターゲットの同一点に集束 される。これらの区域は中心軸に平行で好ましくは走査方向に平行な最小断面を 有する。すなわち、伸長状の放出区域に見て、その最小寸法が走査方向に平行に なる。一般的に、走査方向はｘ軸に平行である。本発明を利用することにより、 ｘ方向のスポットサイズは満足し得るように制御される。他の方向（ｙ方向）に おいて、スポットサイズはダイナミックな集束により満足し得るように制御され ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マネンスヘイン アルベルト オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．長手軸線と、この長手軸線と直交する第１の面内に位置する電子ビームを発 生する電子放出区域と、前記長手軸線と直交する第２の面内で前記電子放出区域 と対向するように位置する電子ターゲットとを有する光電装置であって、電子タ ーゲットが互いに直交する第１及び第２の軸を有し、この光電装置が、前記第１ の面と第２の面との間に前記長手軸線に沿って複数の電子グリッドをさらに有し 、各グリッドが電子ビームを通過させる少なくとも１個の開口を有する光電装置 において、前記電子放出区域が、前記長手軸線のいずれかの側に延在すると共に 、前記ターゲットの一方の軸とほぼ平行な最小直交寸法の方向を有する２個のサ ブ区域を具えることを特徴とする光電装置。 ２．請求項１に記載の装置において、前記２個のサブ区域が環状セグメントによ り規定されることを特徴とする装置。 ３．請求項１に記載の装置において、前記２個のサブ区域が直線状のセグメント により規定されることを特徴とする装置。 ４．請求項１に記載の装置において、前記２個のサブ区域が、グリッドに設けた 開口により規定され、このグリッドの下側に熱イオンカソード表面が位置するこ とを特徴とする装置。 ５．請求項２に記載の装置において、前記環状セグメントが１°と１６０°との 間の開口角を有することを特徴とする装置。 ６．請求項１に記載の装置において、前記放出サブ区域の最小直交寸法の方向が 、この光電装置と共働するターゲット走査装置の走査方向に平行にされているこ とを特徴とする装置。 ７．請求項４に記載の装置において、前記電子放出区域から離れた側に位置する 第２のグリッドの開口が、前記第１のグリッドの開口よりも長手軸線から外側に 位置することを特徴とする装置。 ８．請求項１に記載の装置において、動作中の電子放出サブ区域が、伸長状の断 面を有するサブ電子ビームを発生することを特徴とする装置。 ９．請求項１に記載の光電装置を具える表示管。