专利名称：阴极射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阴级射线管，它包括具有电子发射阴极的电子源；具有输入孔和输出孔的电子束导引腔，用于会聚从阴极发射的电子；能连接到第一电源装置的第一电极，在工作中，第一电源装置在阴极与导引腔的输出孔之间施加具有第一电场强度E1的电场，以允许电子穿过电子束导引腔传输；加速栅极，用于加速离开导引腔的电子；和主电子透镜，用于把被加速的电子聚焦在显示屏上。
这种阴极射线管能用于电视显示器、计算机监视器和投影电视。
开头段落中所述类型的阴极射线管可从美国专利5270611中获知。该专利所描述的阴极射线管设有阴极、电子束导引腔和第一电极，第一电极可以连接到第一电源装置，用于在阴极与输出孔之间施加具有第一电场强度E1的电场。电子束导引腔包括多个壁，其中，例如靠近输出孔的壁的一部分包括具有二次发射系数δ1的绝缘材料。而且，二次发射系数δ1和第一电场强度E1的值允许电子穿过电子束导引腔传输。当在电子束导引腔的纵向施加足够强的电场时，导引腔内的这种电子传输是可能的。该电场的大小取决于材料类型和腔壁的几何形状及尺寸。于是，通过二次发射过程发生电子传输，使得对于每个撞击腔壁的电子，平均发射一个电子。可以这样选择各项条件使进入电子束导引腔的输入孔的电子与离开输出孔的电子数量相同。当输出孔比输入孔小很多时，会构成电子压缩器，它使电子源的亮度浓缩100至1000倍。由此能制成大电流密度的电子源。加束栅极使离开导引腔的电子加速射向主电子透镜。主电子透镜在显示屏上形成导引腔输出孔的图像，并且经偏转单元在阴极射线管的显示屏上形成光栅图像。
电子束点的大小确定阴极射线管的分辨率。特别是对于计算器监视器的显示管和电视显象管，分辨率是重要特征。
本发明的目的是提供一种阴极射线管，其中，减小了在显示屏上的电子束点的尺寸。用按本发明的阴极射线管能达到这个发明目的，该阴极射线管的特征是包括位于导引腔与主透镜之间的另一电子透镜，用于调节进入主透镜的电子束的直径，所述另一电子透镜包括第一电极和加速栅极。进入主透镜的电子束于是减轻了发散，并且由主透镜引起的球形畸变也减轻了。本发明是基于这样的认识与离开常规阴极的电子束相比，离开电子束导引腔的电子束具有较高的速度，因此，进入主透镜的电子束的直径太大。通过电子束导引腔与主透镜之间的另一电子透镜的预聚焦作用，在阴极、主透镜和显示屏之间的距离保持固定关系的情况下，可使进入主透镜的电子束的直径对于实现小的束点尺寸和最小的球形畸变而言是最佳的。
本发明其它的优选实施例由从属权利要求限定。
按本发明的阴极射线管的一种特定方案的特征是第一电极包括沿主透镜轴前后设置的第一部分和第二部分，第一部分的直径小于第二部分的直径。于是构成一个所谓的杯形透镜，用于在电子束进入主透镜之前预聚焦电子束。杯形透镜的一个优点是其低成本的设计。而且，杯形透镜对于防止阴极射线管制造过程中或工作过程中出现的飞弧具有很强的能力。第一部分和第二部分可以具有不对称形状。为了减小电子束点在显示屏上的像散，这些部件的形状还可以改变，例如，杯形透镜的形状可以是矩形或椭圆形。
按本发明的阴极射线管的另一种方案的特征是该另一电子透镜还包括与第一电极同心的第二电极，第二电极能连接到第二电源装置，在工作中第二电源装置在第一和第二电极之间施加具有第二电场强度E2的电场，第二电源装置的电压低于第一电源装置的电压。于是构成一个有特殊形状的电子透镜，用于对进入主透镜的电子束预聚焦。该电子透镜的优点是当阴极安装在阴极射线管中时，能调节电子透镜的某些特性。这与上述的当阴极安装在阴极射线管中时就完全确定了电子透镜的特性的杯形透镜相比是不同的。而且，第一和第二电极可以具有对称的形状。
按本发明的阴极射线管的另一种方案的特征是第一和第二电极基本上在同一平面中。由此能获得平面的电子透镜。通过去掉构成第一电极的部分金属便很容易地制成这些平面透镜。而且，平面透镜设计使电子透镜的预聚焦特性具有大的自由度。
按本发明的阴极射线管的再一种方案的特征是阴极射线管包括设在阴极与导引腔之间的第三电极，所述第三电极能连接到第三电源装置，在工作中，第三电源装置在阴极与第三电极之间施加具有第三电场强度E3的电场，用于控制电子发射。按这种方式，可加较小的调制电压来调制电子束。例如，当阴极与第三电极之间的距离为100μm时，在用常规的氧化物阴极时，5V的幅度调制就足以调制0至3mA之间的电流。尚未公开的欧洲专利申请9920199.6中描述了这种调制丝网。
通过以下描述的实施例，将清楚地解释本发明的这些和其它方面。
附图中
图1是阴极射线管的示意图2显示出按本发明的用在阴极射线管中的阴极结构的第一实施例，该阴极结构带有杯形透镜；图3显示出杯形透镜的第一个例子；图4显示出杯形透镜的第二个例子；图5是平面电子透镜的横截面图；图6是平面电子透镜的顶视图。
图1是现有阴极射线管的示意图。这种阴极射线管本身可从US5270611中得知。阴极射线管100包括一个电极结构101，它具有发射电子用的阴极105、106、107和电子束导引腔120、121、122。阴极射线管优选包括加热灯丝102、103、104。而且，阴极射线管包括加速栅极140、常规的主透镜150和常规的磁偏转单元160以及显示屏，例如，常规的彩色荧光屏170。所有这些部件均可从常规的彩色阴极射线管中得知。按本发明的阴极射线管可用于电视、投影电视和计算机监视器。
图2显示出按本发明的阴极结构的第一实施例，该阴极结构能用于图1所示的阴极射线管中。阴极结构200包括框架201、加热灯丝202、203、204以及与每个加热灯丝对应的阴极205、206、207。阴极设置成相同的三个，这样，阴极射线管可以用于显示由红、绿和蓝色信号表示的彩色图像。而且，阴极结构200包括电子束导引腔220、221、222，每个导引腔具有输入孔208、209、210、输出孔223、224、225和第一电极226、227、228。输入孔208、209、210可以是2.5×2.5mm的方形。围绕电子束导引腔220、221、222的输出孔223、224、225，在内部的至少一部分上覆盖有二次发射系数δ1＞1的绝缘材料，用来与阴极205、206、207配合。该材料包括例如MgO。MgO层厚度为例如0.5μm。可以使用的其它材料例如玻璃或Kapton聚酰胺材料。第一电极226、227、228围绕输出孔223、224、225设置在电子束导引腔220、221、222的外侧。第一电极用金属薄层制成。金属薄层的厚度例如是2.5μm，并且可以通过例如铝和铬的组合物金属蒸发制成。输出孔223、224、225可以是直径为20μm的圆形。而且，用于加热阴极205、206、207的每根灯丝202、203、204可连接到第一电源装置V1(未示出)。在工作中，每根灯丝202、203、204加热对应的阴极205、206、207。阴极包含常规的氧化物阴极材料，例如氧化钡。
在工作中，第一电极226、227、228连接到第二电源装置VA1，用于在阴极205、206、207与输出孔223、224、225之间施加具有电场强度E1的电场。第二电源装置的电压为例如100V至1500V，通常是700V。二次发射系数δ和电场强度的值要允许电子穿过电子束导引腔传输。这种电子传输本身可从引用的美国专利5270611中得知。
按本发明，用第一电极226和位于每个导引腔220、221、222的输出孔223、224、225与主透镜150之间的加速栅极140构成一个电子透镜，用于减小进入主透镜的电子束的直径。该电子透镜优选包括一个所谓的杯形透镜，它由第一电极226、227、228构成。杯形透镜包括第一和第二部分，这些部分沿着主透镜150的轴前后设置。杯形透镜第一部分的直径小于其第二部分的直径。这两部分优选是圆形对称的。但是，采用非圆形对称的部分，如椭圆形或矩形，杯形透镜能制成像散透镜，以更强地校正荧光屏上的光点形状。
为了进一步说明阴极射线管的工作，参见图1。电子离开电子束导引腔220、221、222的输出孔223、224、225后，用第一电极226、227、228和加速栅极140构成的电子透镜预聚焦(将进入)主镜150中的电子束。按该方式，能减小进入主透镜的电子束的直径，并且能使显示屏上的光点尺寸最小。通过主透镜150和偏转单元160，对应红、绿和蓝色信号的三束电子束被引向荧光屏170，以形成用红、绿和蓝色信号表示的图像。杯形透镜可具有各种形状的第一电极，如图3和图4所示。
图3是杯形透镜的第一个例子的横截面图，该杯形透镜302位于本发明的阴极结构的电子束导引腔的输出孔300上。位于导引腔的壁301上的该第一杯形透镜302包括第一电极的第一部分304和第一电极的第二部分306，第一和第二部分沿主透镜150(未示出)的轴前后设置。第一和第二部分例如是圆柱形。第一部分304的长度L1例如是3μm，直径D1是200μm。第二部分306的长度L2例如是250μm，直径D2是600μm。
第一和第二部分也可以是矩形和椭圆形。通过改变第一和第二部分的形状可以改变荧光屏上的光点形状。图4是杯形透镜的第二个例子的横截面图，该杯形透镜402可以设置在按本发明的阴极结构的输出孔上。杯形透镜402包括沿主透镜的主轴设置的三部分404、406、408。第一和第二部分优选是圆柱形，并且可以具有与第一杯形透镜302相同的长度L1、L2和相同的直径D1、D2。第三部分优选呈平截头圆锥形。平截头圆锥形部分408的最大直径一侧面向主电子透镜。该杯形透镜的平截头圆锥形部分的最大直径D3为例如900μm。第三部分408的长度L3为例如600μm。
按本发明的阴极射线管的第二实施例包括用第一电极、第二电极和加速栅极构成的电子透镜。第二电极与第一电极是同心的。第一电极与第二电极优选在同一平面中。用第一和第二电极构成的平面电子透镜的一个例子如图5和图6所示。
图5是平面透镜的横截面图，该平面透镜设置在阴极结构的电子束导引腔的输出孔500上。该平面电子透镜502包括第一和第二电极504、506。第一和第二电极504、506优选是同心的和圆形对称的。两个电极504、506都可以通过在绝缘体上形成金属层再对金属层刻蚀出所需的电极图形来制成。
图6是输出孔500以及平面电子透镜502的第一和第二电极504、506的顶视图。可以用矩形或椭圆形替代第一和第二电极的圆形对称形状。为了获得更大的自由度来更大程度地控制电子透镜特性，也可用其它的平面电极。
在工作中，第一电极504连接到第二电源装置VA1，第二电源装置VA1用于施加具有电场强度E1的电场，以允许电子穿过导引腔传输。第二电极506连接到第三电源装置VA2，第三电源装置VA2用于在第一电极504与第二电极506之间施加具有电场强度E2的电场。第三电源装置VA2的电压VA2是这样确定的为调节进入主透镜的电子束的直径，要得到希望的预聚焦率。而且，第三电源装置的电压VA2低于第二电源装置的电压VA1。例如，第一电源装置的电压VA1是1000V，第二电源装置的电压VA2是600V。而且，加速栅极连接到第五电源装置(未示出)，以施加具有足以加速电子的电场强度E3的电场。电压VA3高于第二电源装置的电压，例如电压VA3是6000V。
第三电极230、231、232优选设置在输入孔208、209、210之前，阴极205、206、207与导引腔220、221、223之间，用于调制电子束的电流。第三电极230、231、232连接到第六电源装置VA4(未示出)。在工作中，第六电源装置VA4在阴极205、206、207与第三电极230、231、232之间施加具有电场强度E4的电场，用于控制电子发射。第三电极230、231、232优选包括能穿过60％的电子的丝网。丝网可用金属制造，例如，用钼制造，并且可以电连接到框架201。实际上，三个丝网230、231、232电连接到框架201。通过给框架201施加固定电压和给这些丝网施加变化的电压，来确定阴极205、206、207与丝网230、231、232之间的电压差。在工作中，由于施加在丝网230、231、232与阴极205、206、207之间的电压差引起的引力场将电子从阴极205、206、207上引出。阴极205、206、207与对应的丝网230、231、232之间电压差与表示图像的相应红、绿和蓝色信号对应。
现在，参见图2所示的阴极结构，丝网230、231、232与阴极205、206、207之间的距离足够小，例如在20至400μm的范围内，阴极205、206、207与丝网230、231、232之间较小的电压差能调制朝向电子束导引腔220、221、222的输入孔的电子发射。例如，当阴极205、206、207与丝网230、231、232之间距离是100μm时，5V的电压变化就能调制流向电子束导引腔220、221、222的0至3mA的电子流。
应当指出的是，上述的实施例不是为了限制本发明，本领域的技术人员在不脱离权利要求的范围的情况下还能设计出许多其它可选择的方案。
权利要求
1.一种阴极射线管，包括电子源，具有发射电子的阴极；电子束导引腔，具有用于会聚从阴极发射的电子的输入孔和输出孔；第一电极，它能连接到第一电源装置，用于在工作中在阴极与输出孔之间施加具有第一电场强度E1的电场，以允许电子穿过电子束导引腔传输；加速栅极，用于加速离开导引腔的电子；和主电子透镜，用于把被加速的电子聚焦在显示屏上，其特征是，该阴极射线管包括位于导引腔与主透镜之间的另一电子透镜，用于调节进入主透镜的电子束的直径，所述另一电子透镜包括第一电极和加速栅极。
2.按权利要求1的阴极射线管，其中，第一电极包括第一和第二部分，这两部分沿主电子透镜的轴前后设置，第一部分的直径小于第二部分的直径。
3.按权利要求2的阴极射线管，其中，第一和第二部分是圆形对称的形状。
4.按权利要求2的阴极射线管，其中，第一和第二部分是矩形或椭圆形的形状。
5.按权利要求3的阴极射线管，其中，第一电极包括具有圆形对称形状的第三部分，当从第一部分观视时，所述第三部分沿主透镜的主轴设置在第二部分后面。
6.按权利要求5的阴级射线管，其中，第三部分是平截头圆锥形，它的最大直径面向主透镜。
7.按权利要求1的阴极射线管，其中，另一电子透镜还包括与第一电极同心的第二电极，第二电极能连接到第二电源装置，在工作中，第二电源装置用于在第一电极与第二电极之间施加具有第二电场强度E2的电场，第二电源装置的电压低于第一电源装置的电压。
8.按权利要求7的阴极射线管，其中，第一和第二电极基本上在同一平面上。
9.按权利要求8的阴极射线管，其中，第一和第二电极是圆形对称的形状。
10.按权利要求8的阴极射线管，其中，第一和第二电极是矩形或椭圆形的形状。
11.按权利要求1的阴极射线管，其中，该阴极射线管还包括设置在阴极与导引腔之间的另一电极，所述另一电极能连接到另一电源装置，在工作中，另一电源装置用于在阴极与另一电极之间施加具有电场强度E3的电场，用于控制电子发射。
全文摘要
一种阴极射线管包括电子源和具有输入孔和输出孔的电子束导引腔,其中,靠近输出孔(223),电子束导引腔(220)的壁的至少一部分包括二次发射系数为δ1并与阴极(205)配合的绝缘材料。而且,该阴极射线管包括能连接到第一电源装置的第一电极(226),在工作中,第一电源装置在阴极与输出孔之间施加具有第一电场强度E1的电场。δ1和E1的值要允许电子穿过电子束导引腔传输。该阴极射线管还包括用于在显示屏上获得光点的常规主透镜。按本发明,一个电子透镜设置在导引腔出口与主透镜之间,用于导引电子束按预定角度进入主透镜。
文档编号H01J29/48GK1322371SQ00802100
公开日2001年11月14日 申请日期2000年9月25日 优先权日1999年10月1日
发明者N·C·范德瓦尔特, G·G·P·范戈尔科姆, P·H·F·特罗姆佩纳尔斯 申请人:皇家菲利浦电子有限公司