JPH11329215A - 陰極線管用電子銃装置および陰極線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クロスオーバー径が小さく、クロスオーバー位
置の変動が起こりにくい陰極線管用電子銃装置ならびに
これを用いた高解像度の陰極線管を提供する。 【解決手段】フォトカソード（光陰極）を有して電子ビ
ームを発生する陰極線管用電子銃装置において、前記フ
ォトカソードは光透過性の基板と、前記基板上に透明電
極と、前記透明電極上に光電変換物質層とを有し、前記
フォトカソードに近接して形成された、前記基板および
前記透明電極を介して前記光電変換物質層に光を照射す
る発光手段を有する陰極線管用電子銃装置、ならびにこ
れを用いた陰極線管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極線管用電子銃
装置ならびにこれを用いた陰極線管に関し、特に、フォ
トカソード（光陰極）を有する陰極線管用電子銃装置な
らびにこれを用いた陰極線管に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な陰極線管（ＣＲＴ）の構造を、
図３を参照して以下に説明する。図３の陰極線管は、パ
ネル部３０１、ファンネル３０２およびネック３０３が
ガラス部材により一体成形されており、これらのガラス
部材により陰極線管内部は真空状態に保たれている。パ
ネル部３０１の内壁には蛍光面３０４が形成されてい
る。

【０００３】ネック３０３の内部にはＲ（ｒｅｄ）、Ｇ
（ｇｒｅｅｎ）およびＢ（ｂｌｕｅ）用の熱電子ビーム
を放射するカソード群３０５が配置されている。また、
カソード群３０５から熱電子が放射される方向に電子銃
３０６が形成されている。電子銃３０６は、複数のグリ
ッド（電極）を有する多段収束方式となっており、Ｒ、
ＧおよびＢ用の熱電子ビームを収束させる電子レンズと
して機能する。図３のａは三極部、ｂは主レンズ部を示
す。

【０００４】さらに、ネック３０３とファンネル３０２
とが連続的に接続する箇所の外周部分に、電子ビームを
水平あるいは垂直方向に偏向させるための偏向ヨーク３
０７が配置されている。電子銃のグリッドには、給電ピ
ン３０８を介して陰極線管の外部から電圧が印加され
る。アノード電圧は、アノードボタン３０９から内装カ
ーボン３１０を介して印加される。

【０００５】図４に、従来の熱カソードを用いた電子銃
装置の三極部の構成図を示す。三極部はヒーター４１、
カソード４２、第１グリッド（Ｇ１）４３および第２グ
リッド（Ｇ２）４４から構成される。カソード４２とし
ては通常、酸化バリウム（ＢａＯ）等からなる熱カソー
ドが用いられ、熱カソードはヒーター４１により加熱さ
れる。

【０００６】第１グリッド４３には０Ｖ、第２グリッド
４４には５００Ｖ程度の電位が与えられる。カソード電
位を変化させることにより、カソード４２から放射され
る電子ビーム量（ビーム電流）が制御される。カラー陰
極線管においては、Ｒ、Ｇ、Ｂビームのそれぞれにカソ
ードが設けられ、独立にビーム電流が制御されることに
より輝度および色度が調整される。

【０００７】図５は、従来の電子銃装置の結像状態を示
す模式図である。図５に示すように、個々のカソードの
カソード面５１から取り出された電子ビームは、第１グ
リッド５２および第２グリッド５３により形成される電
界の影響で収束され、クロスオーバー５４を形成する。
電子銃の主レンズは、上記のクロスオーバー５４を物点
として、蛍光面上にスポットを結像させる。ａは、最外
郭の電子ビームの軌跡を表す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような熱カソードを有する従来の電子銃装置において
は、蛍光面上のスポットサイズを縮小して解像度を高く
することが困難である。図６に、従来の電子銃装置の結
像状態を表した模式図を示す。電子ビームはカソード面
６１上の任意の一点（物点）からカソード面６１と垂直
な方向だけでなく、ある角度分布をもって放射され、Ｇ
１，Ｇ２レンズ６２により収束される。クロスオーバー
位置６３におけるクロスオーバー径ｄｃは次式で表され
る。

【０００９】

【数１】

【００１０】熱カソードから放射される電子ビームは、
上記のように拡がりをもつため、上記式の第１項を無視
することができず、クロスオーバー径はある限界値より
も小さくすることができない。また、蛍光面上における
像点（カソード像面）６４のスポットサイズ（図６の
Ｙ）は次式で表される。

【００１１】

【数２】

【００１２】熱カソードを用いる場合、クロスオーバー
径ｄｃをある限界値よりも小さくできないため、スポッ
トサイズを表す上記式において、第１項を無視すること
ができなくなる。したがって、スポットサイズを縮小し
て陰極線管を高解像度化するには、熱カソードを用いる
と限界がある。

【００１３】また、カソード電位を変化させてビーム電
流を変調させると、カソードから電子が出射する範囲
（図６にＷで示す）が変動する。これにより、電子ビー
ムがＧ１、Ｇ２レンズの収差を受ける程度が変化するた
め、クロスオーバー位置が変動する。一方、主レンズの
焦点距離はビーム電流に関わらず一定であるため、ビー
ム電流値によって結像状態が変化することになる。この
ような結像状態の変化によりスポットサイズを縮小させ
ることが困難となり、解像度は低下する。

【００１４】さらに、回路から送られるカソード信号
は、陰極線管のソケットおよびネックに埋め込まれた給
電ピンを通じてカソードに伝えられる。このとき、陰極
線管のソケット、給電ピンからカソードへリード線の引
き回し等で容量が発生するため、周波数特性に影響を与
え、信号の劣化を誘発する。

【００１５】従来、光陰極を用いた陰極線管としては、
昭６３−１２６１４３号公報記載の表示電子管装置、ま
た、光陰極を用いた電子銃としては平７−６５７０７号
公報記載の電子銃などがある。しかしながら、昭６３−
１２６１４３号公報記載の表示電子管装置においては、
光陰極に照射する光は、照射光源から反射ミラーを用い
て光陰極面に導かれる。したがって、反射ミラーおよび
その調整が必要となる。

【００１６】平７−６５７０７号公報記載の電子銃は、
主たる発明は加速器用の電子銃に用いられる長寿命の光
陰極であり、その電子銃を陰極線管にも適用可としたも
のである。この電子銃においても光陰極に照射される光
は、照射光源から反射ミラーを用いて光陰極面に導かれ
るため、上記の昭６３−１２６１４３号公報記載の表示
電子管装置と同様の問題が発生する。

【００１７】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、クロスオーバー径が小
さく、クロスオーバー位置の変動が起こりにくい陰極線
管用電子銃装置を提供することを目的とする。また、本
発明は、リード線の容量に起因するカソード信号の劣化
が低減された陰極線管用電子銃装置を提供することを目
的とする。さらに、本発明は、電子ビームのクロスオー
バー径およびクロスオーバー位置の変動を改善し、蛍光
面上のスポットサイズを小さくすることにより高解像度
化が図られた陰極線管を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の陰極線管用電子銃装置は、フォトカソード
（光陰極）を有して電子ビームを発生する陰極線管用電
子銃装置において、前記フォトカソードは、光透過性の
基板と、前記基板上に形成された透明電極と、前記透明
電極上に形成された、光の照射に応答して光の強度に対
応した光電子を発生する光電変換物質層とを有し、前記
フォトカソードに近接して形成された、前記基板および
前記透明電極を介して、前記光電変換物質層に光を照射
する発光手段を有することを特徴とする。

【００１９】本発明の陰極線管用電子銃装置は、好適に
は、前記基板はガラス基板であり、前記光電変換物質層
は、アルカリ金属化合物もしくは化合物半導体からなる
ことを特徴とする。また、本発明の電子銃装置は、好適
には、前記透明電極は、酸化錫もしくは酸化錫がドープ
された酸化インジウム（ＩＴＯ；ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ
ｏｘｉｄｅ）からなることを特徴とする。

【００２０】これにより、フォトカソードのカソード面
から垂直方向に電子ビームが出射されるため、前述の式
（１）においてα１＝０となり、クロスオーバー径ｄｃ
はＧ１、Ｇ２レンズの収差分と電子反発効果の和のみと
なる。したがって、熱カソードを用いる場合に比較して
クロスオーバー径は大幅に縮小される。また、本発明の
電子銃装置によれば、フォトカソードに対する照射光の
ビーム径を一定にして、光の強度を変えることによりビ
ーム電流を制御する。したがって、カソードからのビー
ム出射範囲はビーム電流によらず一定となるため、クロ
スオーバー位置の変動を抑制することができる。

【００２１】本発明の陰極線管用電子銃装置によれば、
フォトカソードに光を照射して電子ビームを出射させ
る。したがって、熱カソードを用いる場合と異なり、カ
ソード信号を送るためのリード線の引き回し等による容
量の発生、およびそれに伴う信号劣化が低減される。こ
れにより、照射光のパルス波形を正確に再現した電子ビ
ームを取り出すことができるため、高い信号周波数での
変調が可能となる。さらに、本発明の陰極線管用電子銃
装置は熱カソードを用いないため、熱カソードに近接し
て設置されるヒーターが不要となり、ヒーターの消費電
力を削減することができる。

【００２２】上記の目的を達成するため、本発明の陰極
線管は、パネル部と、ファンネルと、ネックとが一体形
成されて真空容器を構成する陰極線管容器と、前記陰極
線管容器内に、電子銃装置および電子ビーム加速・偏向
手段と、前記陰極線管容器の外部に設けられた電子ビー
ム偏向手段と、前記パネル部の内面に形成された蛍光面
とを有する陰極線管において、前記電子銃装置は、光透
過性の基板と、前記基板上に形成された透明電極と、前
記透明電極上に形成された、光の照射に応答して光の強
度に対応した光電子を発生する光電変換物質層とからな
るフォトカソード（光陰極）を有し、前記陰極線管容器
の外部に、前記ネックに近接して設けられた、前記光電
変換物質層に光を照射するための発光手段を有すること
を特徴とする。

【００２３】本発明の陰極線管は、好適には、前記電子
銃装置の前記基板はガラス基板であり、前記光電変換物
質層は、アルカリ金属化合物もしくは化合物半導体から
なることを特徴とする。また、本発明の陰極線管は、好
適には、前記電子銃装置の前記透明電極は、酸化錫もし
くは酸化錫がドープされた酸化インジウム（ＩＴＯ；ｉ
ｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）からなることを特徴
とする。

【００２４】本発明の陰極線管によれば、クロスオーバ
ー径が大幅に縮小された電子銃装置を有するため、前述
の式（２）において第１項を無視することができ、従来
の熱カソードを用いる陰極線管に比較して蛍光面上のス
ポットサイズが縮小される。したがって、陰極線管の解
像度を向上させることができる。

【００２５】上記のような電子銃装置を有する本発明の
陰極線管によれば、ネックの外部からフォトカソードに
光を照射する。したがって、熱カソードを用いる場合と
異なり、カソード信号を送るためのリード線の引き回し
等による容量の発生、およびそれに伴う信号劣化が低減
される。これにより、照射光のパルス波形を正確に再現
した電子ビームを取り出すことができるため、高い信号
周波数での変調が可能となる。

【００２６】また、本発明の陰極線管によれば、従来の
光陰極を用いた陰極線管（例えば、昭６３−１２６１４
３号公報記載の陰極線管）のように、照射光を光陰極に
導くための反射ミラーおよび反射ミラーの調整が不要と
なる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の陰極線管用電子
銃装置およびこれを用いた本発明の陰極線管の実施の形
態について、図面を参照して下記に説明する。図１は本
実施形態の陰極線管用電子銃装置の三極部を示す概略図
である。フォトカソード１１の透明電極に一定の電圧
（例えば、Ｇ１電位）、第１グリッド（Ｇ１）１２に０
Ｖ、第２グリッド（Ｇ２）１３に５００Ｖ程度の電圧を
与えておく。

【００２８】陰極線管の外部から、Ｒ（ｒｅｄ）、Ｇ
（ｇｒｅｅｎ）、およびＢ（ｂｌｕｅ）に対応する３個
のフォトカソード１に独立に光を照射する。照射された
光は透明なネックガラス１４を透過して、フォトカソー
ド１１に入射する。さらに、フォトカソード１１に入射
した光は、フォトカソード１１の透明基板および透明電
極を透過して光電変換物質を励起し、電子を放出させ
る。光源からの光の強度を変調させ、さらに、各フォト
カソードの透明電極に与える電位を個別に調整すること
により、それぞれのフォトカソードから取り出されるビ
ーム電流を独立に変調させることができる。

【００２９】図２は本実施形態の陰極線管用電子銃装
置、または本実施形態の陰極線管の電子銃装置部分のフ
ォトカソードを拡大した断面図である。透明なガラス基
板２１上に酸化錫（ＳｎＯ₂ ）等の薄膜からなる透明電
極２２が設けられ、その上層に、例えばナトリウム−カ
リウム−アンチモン等の光電変換物質が塗布（スパッタ
リング）された光電変換物質層２３が形成されている。

【００３０】透明電極２２としては、上記のＳｎＯ
₂ （米国ＰＰＧ社の商品名「ＮＥＳＡ」コートと呼称さ
れることが多い）の他、酸化錫がドープされた酸化イン
ジウム（ＩＴＯ）等、公知の透明電極材料を用いること
ができる。ＳｎＯ₂ 膜はＩＴＯ膜に比較して物理的強
度、化学的安定性に優れるが、導電率はＩＴＯ膜が優れ
ている。透明電極２２は、上記の透明電極材料を例え
ば、蒸着やスパッタリングさせて形成することができ
る。

【００３１】光電変換物質層２３に塗布される光電変換
物質としては、金属、半導体、またはアルカリ化合物な
ど公知のものが使用できる。例えば、金属としては銅、
イットリウム、銀、マグネシウムなどが、半導体として
はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などが、アルカリ金属化合
物としてはナトリウム−カリウム−アンチモン、銀−ビ
スマス−アルカリ金属の酸化物、テルル化セシウム、セ
レン化セシウムなどが挙げられる。

【００３２】光電変換物質として上記のうち金属を用い
る場合、一般にフォトカソードの寿命は長くなるが、励
起光として紫外光が必要であり、また、一般に量子効率
が低いため（通常０．０００１〜０．００１％）高エネ
ルギーの照射光源が必要となる。これに対し、光電変換
物質として半導体またはアルカリ金属化合物を用いる場
合には、量子効率が金属に比較して高く（１〜１０％程
度）、可視光または近赤外光による励起で光電子が放出
されるため、本発明の陰極線管用電子銃装置および陰極
線管に、より好適に用いることができる。

【００３３】上記の本実施形態の陰極線管用電子銃装置
ならびにこれを用いた陰極線管によれば、電子ビームの
クロスオーバー径およびクロスオーバー位置の変動を改
善することができ、蛍光面上のスポットサイズを縮小し
て解像度を向上させることができる。本発明の陰極線管
用電子銃装置ならびにこれを用いた陰極線管は、上記の
実施の形態に限定されない。また、本発明の陰極線管用
電子銃装置は、従来の熱カソードを用いた電子銃装置に
おいて適用される種々のグリッド構造、例えば、ＢＰＦ
（ｂｉ−ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｃｕｓ）形、ＵＦＰ
（ｕｎｉ−ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｃｕｓ）などのグ
リッド構造を有する電子銃装置に適用できる。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能で
ある。

【００３４】

【発明の効果】本発明の陰極線管用電子銃装置によれ
ば、カソード面から垂直方向に電子ビームが出射される
ため、熱カソードを用いる場合に比較してクロスオーバ
ー径が大幅に縮小される。また、本発明の陰極線管によ
れば、クロスオーバー径が大幅に縮小された陰極線管用
電子銃装置を有するため、蛍光面上のスポットサイズが
縮小され、解像度を向上させることができる。

【００３５】本発明の陰極線管用電子銃装置によれば、
フォトカソードに対する照射光のビーム径を一定にし
て、光の強度を変えることによりビーム電流を制御す
る。したがって、カソードからのビーム出射範囲はビー
ム電流によらず一定であり、クロスオーバー位置の変動
を抑制することができる。

【００３６】本発明の陰極線管用電子銃装置によれば、
フォトカソードに光を照射して電子ビームを出射させ
る。上記のような陰極線管用電子銃装置を有する本発明
の陰極線管によれば、ネックの外部からフォトカソード
に光を照射する。したがって、熱カソードを用いる場合
と異なり、カソード信号を送るためのリード線の引き回
し等による容量の発生、およびそれに伴う信号劣化が低
減される。これにより、照射光のパルス波形を正確に再
現した電子ビームが取り出され、高い信号周波数での変
調が可能となる。

【００３７】また、本発明の陰極線管用電子銃装置およ
び陰極線管によれば、熱カソードを用いないため、熱カ
ソードに近接して設置されるヒーターが不要となり、ヒ
ーターの消費電力を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の陰極線管用電子銃装置の三極部を示す
概略図である。

【図２】本発明の陰極線管用電子銃装置のフォトカソー
ド部分の断面図である。

【図３】従来の陰極線管構造を概略的に示す断面図であ
る。

【図４】従来の陰極線管用電子銃装置の三極部を示す構
成図である。

【図５】従来の陰極線管用電子銃装置の結像状態を示す
模式図である。

【図６】従来の陰極線管用電子銃装置の結像状態を示す
模式図である。

【符号の説明】

１１…フォトカソード、１２、４３、５２…第１グリッ
ド（Ｇ１）、１３、４４、５３…第２グリッド（Ｇ
２）、１４…ネックガラス、２１…ガラス基板、２２…
透明電極、２３…光電変換物質層、３０１…パネル部、
３０２…ファンネル、３０３…ネック、３０４…蛍光
面、３０５…カソード群、３０６…電子銃、３０７…偏
向ヨーク、３０８…給電ピン、３０９…アノードボタ
ン、３１０…内装カーボン、４１…ヒーター、４２…カ
ソード、５１…カソード面、５４、６３…クロスオーバ
ー、６１…カソード面（物点）、６２…Ｇ１，Ｇ２レン
ズ、６４…像点（カソード像面）。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトカソード（光陰極）を有して電子ビ
   ームを発生する陰極線管用電子銃装置において、 前記フォトカソードは、光透過性の基板と、 前記基板上に形成された透明電極と、 前記透明電極上に形成された、光の照射に応答して光の
   強度に対応した光電子を発生する光電変換物質層とを有
   し、 前記フォトカソードに近接して形成された、前記基板お
   よび前記透明電極を介して、前記光電変換物質層に光を
   照射する発光手段を有する陰極線管用電子銃装置。
2. 【請求項２】前記基板は、ガラス基板である請求項１記
   載の陰極線管用電子銃装置。
3. 【請求項３】前記光電変換物質層は、アルカリ金属化合
   物からなる請求項１記載の陰極線管用電子銃装置。
4. 【請求項４】前記光電変換物質層は、化合物半導体から
   なる請求項１記載の陰極線管用電子銃装置。
5. 【請求項５】前記透明電極は、酸化錫からなる請求項１
   記載の陰極線管用電子銃装置。
6. 【請求項６】前記透明電極は、酸化錫がドープされた酸
   化インジウム（ＩＴＯ；ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉ
   ｄｅ）からなる請求項１記載の陰極線管用電子銃装置。
7. 【請求項７】パネル部と、ファンネルと、ネックとが一
   体形成されて真空容器を構成する陰極線管容器と、 前記陰極線管容器内に、電子銃装置および電子ビーム加
   速・偏向手段と、 前記陰極線管容器の外部に設けられた電子ビーム偏向手
   段と、 前記パネル部の内面に形成された蛍光面とを有する陰極
   線管において、 前記電子銃装置は、光透過性の基板と、前記基板上に形
   成された透明電極と、前記透明電極上に形成された、光
   の照射に応答して光の強度に対応した光電子を発生する
   光電変換物質層とからなるフォトカソード（光陰極）を
   有し、 前記陰極線管容器の外部に、前記ネックに近接して設け
   られた、前記光電変換物質層に光を照射するための発光
   手段を有する陰極線管。
8. 【請求項８】前記基板は、ガラス基板である請求項７記
   載の陰極線管。
9. 【請求項９】前記光電変換物質層は、アルカリ金属化合
   物からなる請求項７記載の陰極線管。
10. 【請求項１０】前記光電変換物質層は、化合物半導体か
    らなる請求項７記載の陰極線管。
11. 【請求項１１】前記透明電極は、酸化錫からなる請求項
    ７記載の陰極線管。
12. 【請求項１２】前記透明電極は、酸化錫がドープされた
    酸化インジウム（ＩＴＯ；ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘ
    ｉｄｅ）からなる請求項７記載の陰極線管。