专利名称：单电子束跟踪管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示设备，该显示设备包括一个“束指引”型(或跟踪式)彩色阴极射线管，显像管中具有显示屏，而显示屏中则具有多个平行的荧光线和单束电子枪。
阴极射线管中，采用荫罩板来确保色彩选择，荫罩板在阴极射线管(CRT)中是较昂贵的部件，此外，其穿透率通常不到20％，因此，要想获得预定的亮度，必须具有相对较强的电子束电流。该较大的电流强度约束了电子光学的特性。
新采用的无荫罩板阴极射线管(CRT)可以避免上述弊端。这种阴极射线管中，可以沿着荧光线跟踪电子束。荧光线在红，绿，蓝之间交替变换。电子束的导引通过主动操作电子束来实现，因而采用了反馈机制。对于该类型的显像管，可以称为电子束跟踪显像管或束指引显像管。
为确保色彩纯度，荧光线中的光斑尺寸必须足够小。实际上，很难做到对三个电子束同时进行跟踪。作为替代，采用三电子束顺序写入三种颜色。然而这种方案中，电子束电流强度是三枪三束电子束的三倍。因此，容易产生空间电荷相互作用，从而使光斑尺寸变差，并因此影响色彩纯度。
因此，尽管单电子束跟踪管会导致较大的电子束电流，本发明的目标还是提供一种具有高色彩纯度的单电子束跟踪管。该目标通过具有彩色阴极射线管的显示设备来实现，彩色阴极射线管在权利要求1中有说明。本发明是基于这样一种见解即电子束电流增大所引起的色彩纯度恶化可以通过增加电子束的开度角得到补偿。电子束开度角的增加需要一个电子枪，电子枪具有一个有效直径较大的主透镜，较大的主透镜直径是为了防止产生球面像差。在阴极射线管中，格栅被激励后，形成透镜作用，格栅的其中一侧可以通过所谓的多形棒(玻璃棒)固定在CRT的管颈节。由于多形棒占据一定的空间，因此这些多形棒的存在使得格栅成为基本椭圆形状。(常规使用的彩色阴极射线管的三个电子束，每个格栅有三个孔，或者电子束穿孔，电子束孔形状的选择要满足为每个电子束产生圆形透镜的作用)。
单束电子枪中使用的椭园形格栅只有一个孔。此外，该孔必须足够大以获得最佳的透镜质量。为满足上述要求，设计的第一步的选择的依据是椭圆形格栅中含有椭圆形电子束穿过孔，格栅的纵向轴和小孔的纵向轴相一致。而且，纵轴通常横穿荧光线方向。(最好，荧光线的方向与长方形显示屏的纵向轴相平行，但本发明不局限于此)。
事实上，由于透镜的最大直径取决于CRT管颈的内部直径，所以有效透镜直径的可扩大空间非常有限。设计中的第二步是采用一个所谓的分布主透镜(DML)。DML包括多个金属格栅(至少包括第一格栅，最终格栅和中间格栅)，这些金属格栅通过分压器电气连接在一起(高阻)，通过分压器，主透镜电压逐步、逐级地分布在格栅上，所导致的电位电压分配可以仿效具有大直径的标准透镜。
格栅的椭圆形形状，以及格栅中的孔，使得y方向有效透镜直径相对较大，而x方向则相对较小。因此，导致y方向上的透镜强度要比x方向的弱透镜的非圆形特性导致显示屏中光斑的散光。本发明也提供了解决该问题的一种方法。根据第一实施方案，该散光可以通过由“动态-散光和聚焦”节(DAF)产生的动态聚焦得以校正，DAF可以装设在，例如主聚焦透镜的电子束入口侧，如同用在荫罩式高后端电视显像管中的电子枪。
然而，采用DAF来补偿由主透镜引起的散光，存在如下缺点它在某种程度上恶化了y方向透镜的质量。本发明中有两种或多种优选实施方案可以用来补偿散光，这些实施方案将在下文中说明。
第一个方法如下通过在紧挨格栅G2之外增加至少一个额外格栅，可以在x-z平面形成柱面透镜。该方法的实施方案图示在图5中。合理调整圆柱形透镜的强度可以产生额外的交叉，从而可以补偿由DML引起的散光。图6a示出了获得所需透镜功能的格栅布局。
也可以在上述柱面透镜中增加一个弱四极。四极的极性应该满足能使y-z平面中的电子束分岔，以便增加该平面中的透镜填充(lensfilling)(图6a和图6b)。要提高DML的y方向上的透镜质量必须有大的透镜填充。因此，X-z平面中的柱面透镜的强度必须能够相适应。此外，附加四极可以置于由柱面透镜引起的额外交叉附近。该方案中，x-z平面中的透镜不受影响。
与上述增加一个弱四极来增加y-z平面中的透镜填充不同，也可以在y-z平面采用一个附加交叉以及通过调整电子束-即在交叉附近分岔电子束，来调节透镜填充。
第二种方法包括增加一个磁四极来补偿由DML引起的散光。在图7所图示的优选实施方案中，在不使光栅过于恶化的情况下，该磁四极位于尽可能靠近屏幕的地方。磁四极与偏转元件集成在一起是有利的。磁四极的符号布置应该能够聚焦y-z平面上的电子束。通过这种方法，可以在屏幕上获得聚焦的电子束，以及改善y方向的光斑尺寸，因为该四极增大了Y-Z平面的开度角，所以减少了该平面内的光斑，可以推出四极的最佳强度取决于屏幕的位置。任何光斑的寄生散焦都可以通过DAF来消除。
本发明的上述和其他有关方面，将在下文的实施方案中详细清楚地说明。
图1是荫罩板图象显示设备的实施方案的一个横截面图。
图2是用在图1中的显示设备上的DML电子枪的结构的透视图。
图3示意性地图示了用在单电子束管的DML枪中的主透镜系统的一个透视图。
图4图示了单电子束DML枪的布置图，以及透镜的特征(图的下部)，在x-z平面和y-z平面上分别配有一个DAF部件(图的上部)。
图5图示了单电子束DML枪的布置图，在x-z平面和y-z平面上分别配有一个柱面透镜(图的上部)，以及透镜的特征(图的下部)。
图6以透视图的形式图示了三个不同格栅(a，b，c)的组件，以产生柱面透镜。
图7图示了结合一个磁四极透镜的单电子束DML枪的布置图。
图8图示了用在图7中的电子枪中的磁四极场的产生装置。
图1所图示的显示设备包括一个彩色阴极射线管1，阴极射线管1中具有一个经抽空的外壳2，外壳2包括一个显示窗口3，垂直于射线管的纵向轴z分别是锥体4和管颈5。管颈5中装有产生单电子束8的电子枪6。显示屏设置在显示窗口3的内表面，显示屏具有纵向轴x和横向轴y。显示屏10中含有多个平行的红，绿，蓝荧光线，荧光线最好与显示窗口的x轴平行。每一组荧光线(红，绿，蓝)构成一个图案。显示屏也可以包括其他图案，比如黑色矩阵(黑色图案)和色彩过滤图案。而且，具有指引元件的图案安装在电子束指引式阴极射线管中。电子束8经过偏转元件11的偏转，到达显示屏10。
图1中的电子枪6以透视图的方式更详细地图示在图2中。图2中电子枪的空间位置是图1中的电子枪，按顺时针方向旋转90度得到。该类型的电子枪具有一个分布式主透镜(DML)。电子枪6包括一个电子束发生器，成形部分50指的是真空三极管部分，包括一个电子源(阴极)C，而电极51通常简称G1，G1一般接地。电子枪6还包括一个预聚焦部分30，预聚焦部分30包括两个毗连的电极31，32，电极31和32的工作电压分别是400～500伏特和5～6千伏，电极31，32通常分别简称为G2和G3。由电极系统31和32构成的电子光学预聚焦透镜为电子源C提供了一个虚拟图象，该虚拟图象充当主聚焦透镜的一个物镜目标，主聚焦透镜在电子枪的主聚焦节中形成。
本实施方案中的主聚焦节包括一个主透镜系统40，而主透镜系统具有第一透镜电极41，和最终电极45以及三个中间电极42，43，44，在工作期间主透镜中通常通以25～30千伏的电压。主透镜电压逐步、逐级地分配在主透镜系统40中的分布透镜(DML)多个电极41至45中。为此，中间电极通过电阻性的电压分压器46连接在一起，并且与主透镜系统的外部电极41，45相连。主透镜电压在五个电极中的这种逐步、逐级分配，使得主透镜系统中相邻电极之间的电压跳跃现象受到限制，而电压跳跃对主透镜中透镜的性能具有有利的影响。因而，即使在较大的电子束电流的情况下，无需增加透镜直径，就可以充分抑制譬如球面像差。
电子枪6的不同部分，通过绝缘(比如，玻璃-陶瓷)固定器47固定在一起，固定器47通常称作多形棒或玻璃棒。通过定位装置48，在一个温度(升高)下把电极压入绝缘固定器47中，该特定温度是指固定器处于轻微液体状态下的温度。电子枪组合部件还包括多个辐射排列的中心弹簧片49，电子枪6放置在射线管管颈5的中间位置。
图3是用在单束电子枪中的分布主透镜的示意图。透镜由多个通过高阻分压器(也叫bleeder(分压器))连接起来的金属格栅组成，(椭圆形)格栅1，2...n具有环形外壁，环形外壁形成某种的箱体。该箱体既没箱底也没箱盖，相反在其中间形成横向中间层11，12...在中间层上设置有允许电子束通过的孔21，22...。格栅1，2，...n的至少一侧具有突起的边缘，而其横截面可以是，比如矩形，卵形等等。电子束孔21，22...也可以是，比如矩形，卵形等等。把格栅连接起来的多形棒，在图中没有示出。由于格栅的y方向上的物理尺寸要比x方向上的大，所以y方向上的透镜质量超过了x方向。另一方面，y方向上透镜的强度要比x方向上的小，从而导致了显示屏上散光点。注意，在取向方面，与标准彩色电子枪相比，本透镜被旋转了90多度。本文所考虑的方案中，n≥2。
图4是常规电子枪的典型布置图，该电子枪具有一个分布主透镜(DML)(图的上面部分)。由于x方向上的透镜强度要比y方向上的大得多，所以必须加以补偿。这种情况下，采用DAF部件来处理这些补偿。图4的下面部分图示了等效透镜模型。
DAF节具有两个含有孔的电极(图中没有图示)，当(动态)控制电压加载在至少其中一个电极上时，就在其中间产生四极电场。电极上的孔通常是矩形的并且互相交叉。而电压的加载则取决于两个电极的相互之间的取向。
图5是配有一个分布透镜的单束电子枪的布置图(图的上面部分)。DML所引起的散光，通过在x-z平面、靠近电子枪的真空三极管节增加一个柱面透镜来消除。增加柱面透镜的目的是为了产生一个额外的交叉(C.O.2)。图5的下面部分图示了等效透镜模型。
图6是格栅结构的范例，这些格栅可以在x-z平面产生一个额外的交叉。图中(a)所示的格栅结构，在x方向构成了一个柱面透镜。同样，(b)和(c)中的结构也构成柱面透镜，其不同之处在于后者的四极透镜重叠在一起，以便轻微地分叉y-z平面上的电子束。
图7图示了配有一个分布主透镜(DML)的电子枪，该电子枪中，由DML所引起的散光通过一个位于偏转线圈附近的磁四极来补偿。图7的下面部分图示了该等效透镜模型。
权利要求
1.包括一个电子束指引型彩色阴极射线管的显示设备，具有一个显示屏，和一个电子枪，显示屏中含有多个平行荧光线，其特征在于电子枪是单束电子枪，包括一个主透镜，上述主透镜中含有多个椭圆形格栅，每个格栅上具有单个椭圆形的穿过电子束的孔，格栅孔的纵向轴与格栅相平行，并且相对于荧光线方向横向延伸。
2.依照权力要求1的显示设备，其特征在于主聚焦透镜是分布式主透镜。
3.依照权力要求1或2的显示设备，其特征在于电子枪中设置有用于校正电子束散光的校正装置。
4.依照权力要求3的显示设备，其特征在于校正装置包括一个动态可控散光聚焦透镜(任意地布置在主透镜的电子束入口侧)。
5.依照权力要求3的显示设备，其特征在于校正装置包括一个柱面透镜，柱面透镜在垂直于格栅孔的纵向轴的平面上能实现主透镜的功能。(柱面透镜任意地布置在主透镜的电子束入口侧)。
6.依照权力要求3的显示设备，其特征在于校正装置包括一个动态可控磁四极透镜。
7.依照权力要求6的显示设备，其特征在于磁四极透镜位于主透镜和显示屏之间。
8.依照权力要求7的显示设备，其特征在于磁四极透镜可以在电子枪纵向轴和格栅孔纵向轴所在的平面上汇聚电子束。
9.依照权力要求5的显示设备，其特征在于工作状态下，柱面透镜可以产生电四极。
10.依照权力要求9的显示设备，其特征在于工作状态下，电四极可以在电子枪纵向轴和格栅孔纵向轴所在的平面上对电子束分叉。
全文摘要
单电子束跟踪型的单束彩色阴极射线管(CRT)，具有一个显示屏，显示屏中含有多个平行的荧光线，CRT中配有一个分布的主透镜型(DML)电子枪。分布主透镜中具有多个椭圆形格栅，每个格栅上含有一个椭圆形的电子束穿孔。格栅的纵向轴和孔的纵向轴横穿荧光线方向。校正装置用来校正由主透镜引起的散光。
文档编号H01J29/48GK1401129SQ01804962
公开日2003年3月5日 申请日期2001年11月27日 优先权日2000年12月14日
发明者M·P·C·M·克里恩, O·H·维勒姆森, N·C·范德瓦尔特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司