JPH11345577A - カラー陰極線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ドライブ電圧を低減し、高い周波数領域でも高
精細度の画像表示を可能としたカラー陰極線管を得る。 【解決手段】蛍光面に向けて３本の電子ビームを共通平
面内に平行に発射するためのカソードと第１電極および
第２電極からなる電子ビーム発生手段と、上記３本の電
子ビームを蛍光面に集束させる主レンズを形成する第３
電極と第４電極を少なくとも有する電子銃を具備するカ
ラー陰極線管において、前記第１電極の電子ビーム通過
孔の縦横平均径を３乗した値と、前記第１電極の電子ビ
ーム通過部の電極板厚との比をＡ、前記第１電極の電子
ビーム通過孔と前記第２電極の電子ビーム通過孔の間隔
をＢとしたとき、これらの関係を、１００Ａ＝１５４Ｂ
＋１７、１０００Ａ＝１４２０Ｂ＋１７、Ａ＝０．６、
Ｂ＝０．０８で表される４つの直線で囲まれる領域内と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー陰極線管に
係り、特に蛍光面に向けて３本の電子ビームを共通平面
内に平行に発射する電子銃を備えたカラー陰極線管に関
する。

【０００２】

【従来の技術】テレビ用受像管や情報端末のモニター用
受像管として用いられるカラー陰極線管は、真空外囲器
の一端に複数本（一般に、３本）の電子ビームを発射す
る電子銃を内蔵し、他端の内面に複数色（同、３色）の
蛍光体膜をモザイク状に塗布した蛍光面と、この蛍光面
に近接して設置した色選択電極であるシャドウマスクを
内蔵し、前記電子銃から発射される複数の電子ビームを
前記真空外囲器の外部に装架した偏向ヨークで発生させ
る磁界により二次元走査することによって、所要の画像
を表示するように構成されている。

【０００３】図３は従来の電子銃を備えたカラー陰極線
管の概略構造を説明する垂直断面図であって、１はパネ
ル、２はファンネル、３はネック、４は蛍光体膜、５は
内部導電膜、６はシャドウマスク、６ａはマスクフレー
ム、６ｂはマスク懸架機構、７はゲッター、８は磁気シ
ールド、９は偏向ヨーク、１０は色純度調整およびコン
バーゼンス調整用マグネット、１１はインライン型電子
銃、１２は補強金具、１３はステムピンである。

【０００４】同図において、ネック３の内部に設置され
たインライン型電子銃は共通平面（水平面）上に３本の
電子ビームＢ（センタービームＢｃ、サイドビームＢｓ
×２）を発射する。この電子ビームはステムピン１３を
通して外部のドライブ回路から印加される映像信号（赤
Ｒ，緑Ｇ，青Ｂ）に応じて強度変調され、偏向ヨーク９
で発生される水平と垂直の偏向磁界により偏向され、蛍
光体膜４上に二次元走査されて映像を再生する。

【０００５】図４はこの種のカラー陰極線管に用いられ
るインライン型電子銃の構造を説明する模式断面図であ
って、２０はヒータ、２１はカソード、２２は第１電
極、２３は第２電極、２４は第３電極、２５は陽極であ
る第４電極、２６はシールドカップ、２７はコンタクト
スプリング、２８は物点（クロスオーバー）、図３と同
一符号は同一部分に対応する。

【０００６】また、図５は図４に示した電子銃の電子ビ
ーム発生部の構成を説明する模式断面図であって、２２
Ａは第１電極２２の電子ビーム通過孔、２３Ａは第２電
極２３の電子ビーム通過孔、２４Ａは第３電極２４の電
子ビーム通過孔、３０はドライブ回路、図２と同一符号
は同一部分に対応する。

【０００７】図４と図５において、ヒータ２０で加熱さ
れたカソード２１から放出された熱電子は、第２電極２
３に印加された４００〜１０００Ｖの正電位によって第
１電極２２側に加速され、３本の電子ビームが形成され
る。

【０００８】そして、これら３本の電子ビームは、第１
電極２２の通常径０．６ｍｍ程度の電子ビーム通過孔２
２Ａを通り、第２電極２３の電子ビーム通過孔２３Ａを
通った後、第２電極２３と５〜１０ｋＶ程度の高電圧が
印加された第３電極２４の間に形成されるプリフォーカ
スレンズにより、第３電極２４と２０〜３５ｋＶ程度の
高電圧が印加された第４電極（陽極）２５の間に形成さ
れる主レンズに入射する以前に若干の集束作用を受け、
第３電極２４により加速されながら主レンズに入射す
る。

【０００９】ここで、主レンズを構成する第３電極２４
と第４電極２５の間の電位差によって静電界が形成され
る。このため、主レンズに供給された３本の電子ビーム
Ｂは、上記静電界によりその投射起動が曲げられる。そ
の結果、３本の電子ビームがそれぞれ集束し、蛍光体膜
４上に焦点が結ばれてビームスポツトが形成される。こ
のビームスポツトをカラー陰極線管のファンネル２とネ
ック３の遷移領域に装架された偏向ヨーク９の発生する
磁界により、蛍光体膜で構成される画面全体に二次元走
査される。なお、このビームスポツトはシャドウマスク
６の開孔で色選別され、対応する色の蛍光体に到達して
所要のカラー画像を形成する。

【００１０】また、上記のようなカラー陰極線管の実際
の動作は、上記各電極に所定の電圧を印加すると共に、
映像を投射するために画面の色度および輝度を制御する
ことが必要である。これは、図５に示したように、３色
の蛍光体のそれぞれに対応したカソードに印加されるド
ライブ電圧を変化させることによって、それぞれのカソ
ードから放出される電子ビームの量を偏向と同期させて
制御することで行われる。

【００１１】一般に、コンピユータ等の情報処理端末用
のディスプレイモニターに用いられる陰極線管において
は、ドライブ電圧は５０Ｖ程度で、このときカソードか
ら放出される電流量は０．３ｍＡ程度である。

【００１２】なお、この種の従来技術を開示したものと
しては、特公昭５３−１８８６６号公報を挙げることが
できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなカラー陰
極線管の表示映像は、高輝度かつ高解像度がもたらす高
コントラストであることが最も重要である。そのため、
これらの特性が特に求められるコンピユータ等の情報処
理端末用のディスプレイモニター用陰極線管では、高輝
度でのビームスポツト径の縮小、また蛍光体膜を構成す
る各色の蛍光体ドットピッチの高精細化、および表示画
面の拡大による表示画素数の増加が求められる。

【００１４】ビームスポツト径の縮小のためには、第１
電極や、その周辺電極の電子ビーム通過孔の寸法の縮小
を行い、投影される物点の径を縮小すると同時に、カソ
ードでの電流密度を増大させることが有効である。

【００１５】しかし、一般に、カソード電流密度の増大
は、ジュール熱の上昇によって当該カソードを構成する
バリウム等の電子放出物質の蒸発を加速させることにな
るので、カソード能力の低下に伴う陰極線管の寿命短縮
をもたらす。

【００１６】さらに、蛍光体ドットピッチの高精細化、
画面拡大による表示画素数の増加は、シャドウマスクの
ビーム透過率の低下につながり、画面輝度を保つために
カソードから放出される電流量は増大し、上記寿命短縮
化を一層加速させる。

【００１７】また、表示画素数の増加のためには、カソ
ードに印加される映像信号を増幅した振幅変調のドライ
ブ電圧の周波数を高くする必要がある。しかし、映像信
号の振幅をドライブ電圧まで増幅させるための回路の周
波数特性には限界がある。

【００１８】図６はカソードドライブ電圧の応答特性の
説明図であって、（ａ）に示したように、クロック周波
数が１５０〜２００ＭＨｚのビデオ帯域では、画面輝度
を確保するためのドライブ電圧の振幅は５０Ｖ程度が上
限になり、（ｂ）に示したように１５０ＭＨｚでは信号
の立上り、立下り時間に遅延が生じ、２００ＭＨｚを越
えると、（ｃ）に示したように信号の立上り、立下り時
間に遅延が生じると共に振幅の損失が発生し、入力信号
が劣化してしまう。

【００１９】その結果、入力信号はカソードに正確に伝
達されず、ビームスポツトを縮小した効果が解像度とし
て現れなくなってしまうという問題があった。

【００２０】具体的には、偏向周波数の影響を直接に受
ける縦線の表示が難しくなり、縦線の輝度低下や、輝線
が走査方向に流れる、所謂尾引き現象が発生する。

【００２１】一方、比較的周波数の低い横線については
ドライブ電圧は確保され、これによって縦線と横線との
輝度比が増大して不自然な画像となってしまう。

【００２２】陰極線管のドライブ特性から、カソードか
ら電子が出始めるカソード電圧、すなわちカソードカッ
トオフ電圧を低く設定することによって、ドライブ電圧
の振幅が低減されることが知られている。しかし、この
場合、同時にカソードでの電流密度が減少するため、画
面でのビームスポツト径が大きくなり、解像度が劣化し
てしまうという副作用を生じる。

【００２３】このように、上記のカラー陰極線管に備え
たインライン型電子銃においては、そのドライブ電圧を
低減し、２００ＭＨｚ以上の高いビデオ帯域での入力信
号の劣化を防ぐ必要があると共に、そのときのフォーカ
ス特性の劣化を防止しなければならない。

【００２４】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、ドライブ電圧を低減し、高い周波数領域でも高
精細度の画像表示を可能とした電子銃を備えたカラー陰
極線管を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、蛍光面に向けて３本の電
子ビームを共通平面内に平行に発射するためのカソード
と第１電極および第２電極からなる電子ビーム発生手段
と、上記３本の電子ビームを蛍光面に集束させる主レン
ズを形成する第３電極と第４電極を少なくとも有する電
子銃を具備するカラー陰極線管において、前記第１電極
の電子ビーム通過孔の縦横平均径を３乗した値と、前記
第１電極の電子ビーム通過部の電極板厚との比をＡ、前
記第１電極の電子ビーム通過孔と前記第２電極の電子ビ
ーム通過孔の間隔をＢとすると、これらＡ，Ｂの関係
を、 １００Ａ＝１５４Ｂ＋１７ １０００Ａ＝１４２０Ｂ＋１７ Ａ＝０．６ Ｂ＝０．０８ で表される４つの直線で囲まれる領域内としたことを特
徴とする。

【００２６】この構成により、ドライブ電圧が低減さ
れ、２００ＭＨｚ以上の高いビデオ帯域での入力信号の
劣化と、そのときのフォーカス特性の劣化が防止され
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を参照して詳細に説明する。

【００２８】陰極線管のフォーカス特性を保つための重
要な要素として、カソード電流密度と物点径がある。カ
ソード電流密度は、同じ電流量である場合、第２電極に
対する電位が高い場合、およびカソードと第１電極の距
離が近い場合、さらに第１電極の電子ビーム通過孔が小
さい場合、および第１電極と第２電極の距離が近い場合
に増大する。

【００２９】すなわち、これらの関係が得られたとき、
カソード電流密度は高くなり、画面でのビームスポツト
径を小さく抑えることができる。

【００３０】また、カソードから放出された電子ビーム
は前記図５に示したように第２電極２３の正電位により
加速されながら第１電極２２を通過し、一旦第１電極２
２と第２電極２３の中間付近で集束し、物点２８を形成
する。その後、電子ビームは空間電荷効果により発散し
ながら図４の第３電極２４と第４電極２５の対向部に形
成される主レンズに供給され、主レンズの強い集束作用
を受けて蛍光体膜上にスポツトを形成する。

【００３１】このスポツトは主レンズによる物点の投影
であるため、画面でのビームスポツト径を小さく抑える
ためにはこの物点径を縮小する必要がある。そのために
は、第１電極２２や周辺電極の電子ビーム通過孔の寸法
を縮小することが必要である。これは同時にカソード電
流密度を増大することにもつながる。

【００３２】また、カソードと第１電極２２の距離はで
きる限り近いことが望まれる。しかし、陰極線管の製造
工程でカソード２１は真空中で活性化される際にヒータ
により定常動作の１４０％程度まで熱せられる。このと
きの熱によってカソード構体が膨張する量を見込んで、
カソード２１は第１電極２２と接触しない距離まで離し
ておく必要がある。

【００３３】実験によると、カソード２１と第１電極２
２の距離は、ヒータの点灯前の冷えた状態において、
０．１ｍｍ程度とする必要があることが分かった。

【００３４】ここで、ドライブ電圧を低く抑えるために
はカットオフ電圧を低くする必要がある。このとき、第
２電極２３の第１電極２２に対する電位を低く設定する
方法が一般的であるが、この方法ではカソード電流密度
を維持できなくなり、ビームスポツト径の劣化を招いて
しまう。そのため、第１電極２２の孔径を縮小し、電流
密度を維持する必要がある。

【００３５】また、図５における第１電極２２と第２電
極２３の距離Ｂは、それぞれに印加される電圧の電位差
によって放電や漏洩等の問題が生じるため、また電極間
に入り込む異物の影響を除くため、ある量以上とする必
要がある。

【００３６】図１は本発明によるカラー陰極線管に備え
る電子銃の第１電極の電子ビーム通過孔の共通平面と直
交する方向および共通平面方向の平均径を３乗した値と
前記第１電極の電子ビーム通過部の電極板厚との比と前
記第１電極の電子ビーム通過孔と前記第２電極の電子ビ
ーム通過孔の間隔の関係の説明図である。

【００３７】同図において、縦軸Ａは第１電極の電子ビ
ーム通過孔の前記共通平面と直交する方向および前記共
通平面方向の平均径を３乗した値と、前記第１電極の電
子ビーム通過部の電極板厚との比、横軸Ｂは第１電極の
電子ビーム通過孔と前記第２電極の電子ビーム通過孔の
間隔である。

【００３８】第１電極２２と第２電極２３の距離Ｂは、
上記した放電や漏洩、あるいは異物の入り込みを防止す
るため、各電極に印加される電圧と管内に残存する異物
の経験的な大きさから図１の直線６１より大、すなわち Ｂ≧０．０８（ｍｍ） とする必要がある。

【００３９】一方、２００ＭＨｚ以上のビデオ帯域で
は、映像信号を正確に再現しつつ、有効面対角が５１ｃ
ｍのディスプレイモニター用陰極線管においてカソード
当たり０．３ｍＡの電流を得るためのドライブ電圧を４
０Ｖ以下とする必要がある。そのため、最低限必要なド
ライブ電圧を確保するためのカットオフ電圧は、ある値
以下とする必要がある。

【００４０】図２はカラー陰極線管に備える電子銃のド
ライブ電圧Ｅｄとカソード電流Ｉｋの関係を示す陰極線
管のドライブ特性図である。

【００４１】同図から、カソード当たり０．３ｍＡの電
流を得るためのドライブ電圧を４０Ｖ以下に対応するカ
ットオフ電圧Ｅｋｃｏは８０Ｖ以下である必要がある。

【００４２】このカットオフ電圧は、Ｈ．Ｍｏｓｓの実
験式から第１電極２２の電子ビーム通過孔２２Ａの口径
Ｄの３乗に比例し、第１電極２２の電極板厚、カソード
２１と第１電極２２との距離、および第１電極２２と第
２電極２３の距離に反比例することが知られている。

【００４３】そのため、カソード２１と第１電極２２の
距離は０．１ｍｍ程度とすることを考慮しつつ、第１電
極２２と第２電極２３の距離Ｂに対する第１電極２２の
電子ビーム通過孔２２Ａの縦横平均径の３乗と電子ビー
ム通過孔部分の電極板厚ｔの比Ａが、図１の直線６２に
示すように、 １００Ａ≦１５４Ｂ＋１７ である必要がある。

【００４４】また、４０Ｖのドライブ電圧を確保するた
め、カットオフ電圧は製造上のバラツキを考慮に入れる
と５０Ｖ以上であることが必要である。このカットオフ
電圧を確保するためには、カソード２１と第１電極２２
の距離が０．１ｍｍ程度とすることを考慮しつつ、第１
電極２２と第２電極２３の距離Ｂに対する第１電極２２
の電子ビーム通過孔２２Ａの縦横平均径の３乗と、電子
ビーム通過孔部の電極板厚の比Ａが、図１の直線６３に
示すように、 １０００Ａ≧１４２０Ｂ＋１７ である必要がある。

【００４５】これらの関係を用いることにより、ドライ
ブ電圧を低減することができる。

【００４６】一方、第１電極２２の電子ビーム通過孔２
２Ａの縦横平均径を３乗した値と当該部分の電極板厚の
比Ａはほぼ電極の電子ビーム通過孔の孔径の関数であ
る。すなわち、この電子ビーム通過孔の孔径が大きくな
る程、フォーカス特性は劣化してしまう。これは、物点
の径が大きくなるためであり、蛍光体膜に投影される物
点の径が増大することでフォーカス特性は劣化してしま
うことによる。

【００４７】そのため、上記の寸法を設定してドライブ
電圧の低減を行った後、フォーカス特性を維持するため
には、図１の直線６４に示すように、 Ａ≦０．６ でなければならない。

【００４８】以上の全ての関係式によって囲まれる領域
内（図１に斜線で示す範囲）に上記ＡとＢの値を設定す
ることにより、ビームスポツト径の縮小効果を、カット
オフ電圧を低減しつつ第１電極２２の電子ビーム通過孔
の孔径縮小によるフォーカス特性の維持を達成すること
ができる。

【００４９】同時に、ドライブ電圧を低減することがで
き、ビームスポツト径を元の状態から劣化させることな
く、ドライブ電圧の振幅を低く抑えることができる。

【００５０】これにより、通常は困難とされる高い偏向
周波数においても、容易に高輝度を得ることができ、か
つ入力信号を正確に画面上に再現することができる。

【００５１】前記図４と図５に示した電子銃の構成図を
参照して本発明の実施例を説明する。

【００５２】ヒータ２０にはヒータ電圧として５〜１０
Ｖの電位差を与え、カソード２１には映像信号であるカ
ソード電位を印加し、第１電極２２には制御電極電位と
して０〜−２００Ｖ程度を印加し、第２電極２３には加
速電極電位として４００〜６００Ｖ程度を印加する。ま
た、第３電極２４には集束電極電位として５〜１０ｋＶ
を印加し、第４電極２５には陽極電位として２０〜３５
ｋＶ程度を印加する。この実施例において、第１電極２
２の電子ビーム通過孔２２Ａの孔径は０．３０ｍｍ、当
該電子ビーム通過孔部分の電極板厚は０．１ｍｍ、印加
電位は０Ｖであり、Ａの値は０．２７となる。また、第
２電極２３の電子ビーム通過孔２３Ａの孔径は０．３
７、印加電位は６００Ｖであり、このときの第１電極２
２の電子ビーム通過孔部分と第２電極２３の電子ビーム
通過孔部分の距離Ｂは０．１２ｍｍであるので、Ａ値、
Ｂ値は前記した４つの関係式で囲まれる領域にある。

【００５３】このとき、カソード２１のカットオフ電圧
は８０Ｖ程度となる。また、カソード電流量が各カソー
ドにつき０．３ｍＡであるときに必要なドライブ電圧は
４０Ｖであり、ビデオ周波数が２００ＭＨｚ以上での縦
線輝度に劣化は見られず、かつビームスポツト径の劣化
も見られない。

【００５４】なお、第１電極２２の電子ビーム通過孔２
２Ａの孔径は真円である必要はなく、陰極線管の必要な
特性によって縦長形状、横長形状、長方形、楕円形等、
種々変更が可能であるが、本実施例によれば、Ａ値に用
いる電子ビーム通過孔の孔形は縦方向、横方向それぞれ
の径の平均径を用いることで対応できる。

【００５５】また、本発明は上記実施例に示した形式の
電子銃を備えたカラー陰極線管に限らず、他の電極構成
を有する電子銃を備えた各種の陰極線管にも同様に適用
できるものである。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カソード、第１電極、第２電極を有する電子ビーム発生
手段を持つインライン型電子銃を具備したカラー陰極線
管において、その第１電極の電子ビーム通過孔の縦横平
均径を３乗した値と同電極の電極板厚の比と第１電極の
電子ビーム通過孔部分と第２電極の電子ビーム通過孔部
分の距離の関係を設定することにより、ドライブ電圧を
低減して偏向周波数が高い高精細画面表示でも入力信号
に対する応答の劣化が無くなり、かつフォーカス特性の
劣化も生じないカラー陰極線管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカラー陰極線管に備える電子銃の
第１電極の電子ビーム通過孔の共通平面と直交する方向
および共通平面方向の平均径を３乗した値と第１電極の
電子ビーム通過部の電極板厚との比と第１電極の電子ビ
ーム通過孔と第２電極の電子ビーム通過孔の間隔の関係
の説明図である。

【図２】カラー陰極線管に備える電子銃のドライブ電圧
Ｅｄとカソード電流Ｉｋの関係を示す陰極線管のドライ
ブ特性図である。

【図３】従来の電子銃を備えたカラー陰極線管の概略構
造を説明する垂直断面図である。

【図４】カラー陰極線管に用いられるインライン型電子
銃の構造を説明する模式断面図である。

【図５】図４に示した電子銃の電子ビーム発生部の構成
を説明する模式断面図である。

【図６】カソードドライブ電圧の応答特性の説明図であ
る。

【符号の説明】

２０ ヒータ ２１ カソード ２２ 第１電極 ２３ 第２電極 ２４ 第３電極 ２５ 陽極である第４電極 ２６ シールドカップ ２７ コンタクトスプリング ２８ 物点（クロスオーバー）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蛍光面に向けて３本の電子ビームを共通平
   面内に平行に発射するためのカソードと第１電極および
   第２電極からなる電子ビーム発生手段と、上記３本の電
   子ビームを蛍光面に集束させる主レンズを形成する第３
   電極と第４電極を少なくとも有する電子銃を具備するカ
   ラー陰極線管において、 前記第１電極の電子ビーム通過孔の縦横平均径を３乗し
   た値と、前記第１電極の電子ビーム通過部の電極板厚と
   の比をＡ、前記第１電極の電子ビーム通過孔と前記第２
   電極の電子ビーム通過孔の間隔をＢとすると、これら
   Ａ，Ｂの関係が、 １００Ａ＝１５４Ｂ＋１７ １０００Ａ＝１４２０Ｂ＋１７ Ａ＝０．６ Ｂ＝０．０８ で表される４つの直線で囲まれる領域内にあることを特
   徴とするカラー陰極線管。