专利名称：用于阴极射线管的电子枪组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于阴极射线管(CRT)的电子枪组件，特别是，涉及装在投影显示装置中以便实现单色图象的适用于单色CRT的电子枪。
背景技术：
通常，一个基于CRT的投影显示器主要包括三种单色CRT，用于实现红(R)，绿(G)，和蓝(B)单色图象，一个放大在三个CRT处形成的单色图象并将所放大的图象投射到投影屏幕以便产生彩色图象的光学系统。
由于单色CRT用一束电子束流扫描显示屏，相应的单色CRT屏幕图象在放大约10倍的同时投射到投影屏幕上，与单色CRT相关的显示屏的亮度低于与普通CRT相关的显示屏的亮度。因此，和普通CRT相比，为了提高显示屏的亮度，应该将相对高的电流施加到单色CRT的电子抢上。
通常，单色CRT的电子枪在施加范围从0.5mA到3mA的电流下发射电子，它是施加到普通彩色CRT的电子枪的范围0.2mA到1mA的两到三倍。在较高电流范围内呈现较好聚焦特性的高单势聚焦(Hi-UPE)型通常被用于单色CRT电子枪中。
利用Hi-UPE型电子枪，第二电极接收屏幕电压，而第四电极接收聚焦电压。第三电极放置在第二电极和第四电极之间以接收高的阳极电压(约32KV)。由于第二和第三电极之间的高电位差，一个强预聚焦透镜形成在第二和第三电极之间，并减少在较高电流范围内的电子束的光斑尺寸。
同时，单色CRT电子枪实际上用于在2mA或更小的电流下产生单色图像。对于目前可用的电流范围0.5-3mA，Hi-UPE型电子枪在大于2mA的较高电流范围内呈现较好的聚焦特性。相比之下，在2mA或更低的较低电流范围内，电子束的光斑尺寸出现增加。
束斑尺寸增加是因为当电子束流降低时在三极管部分形成的电子束的交叉点从第二电极移动到第三电极，且入射到预聚焦透镜上的电子束的发射功率减弱而造成的。因此，对于2mA或更小的电流范围，电子束的光斑尺寸增加，分辨率下降，产生不清楚的显示图象。
为了减少2mA或更小的电流范围的束斑尺寸，一直建议应该减小第一电极上的束引导孔尺寸。不过，这使得阴极电子发射的面积减小，以致使阴极电子枪的寿命缩短。
美国专利US4,271,374公开了一种CRT电子枪，其具有如下结构，主聚焦透镜(位于接收聚焦电压的第四电极和接收阳极电压的第五电极之间)的当量直径被扩大，以便增加其容量。
不过，对于上述结构，其上安装电子枪的CRT颈部在其直径方面受到限制，对形成主聚焦透镜的第四和第五电极的开口直径的机械扩大存在限制。这种限制是由于电子枪形成电极应该与颈部的内表面隔开一个预定的距离以满足对CRT的耐压特性而造成的。因此，下第四和第五电极的开口直径以预定方式被确定时，就难于以有效方式实现所希望的电极容量。
发明内容
本发明一方面是提供一种用于投影显示器的单色CRT电子枪，其使得在施加0.5mA到2mA的范围内的电流时所发射的电子束的光斑尺寸最佳。
本发明另一方面是提供一种投影显示器的单色CRT电子枪，其使得扫描显示屏周边的电子束的聚焦特性的恶化程度最小。
按照本发明的一个方面，电子枪包括一个发射热电子的阴极，一个靠近阴极设置的第一电极，以及一个靠近第一电极设置的第二电极，该第二电极接收屏幕电压并控制热电子从阴极发射。一个第三电极靠近第二电极设置，而一个第四电极靠近第三电极设置，以接收聚焦电压。一个第五电极部分地围绕第四电极，同时靠近第四电极设置以便和第三电极一起接收阳极电压。第二电极具有一个带台阶部分的底部，和一个侧壁部分，该台阶部分在伸向第一电极的同时围绕引导电子束的孔，侧壁部分从底部的周边向第三电极延伸。第一和第二电极构造成满足以下条件0.54≤T/G≤1.50，其中T(mm)表示第二电极的底部的厚度，G(mm)表示第一和第二电极之间的距离。
按照本发明的另一方面，电子枪包括一个发射热电子的阴极，一个靠近阴极设置的第一电极，一个靠近第一电极设置以接收屏幕电压并控制热电子从阴极发射的第二电极。一个第三电极靠近第二电极设置，而一个第四电极靠近第三电极设置以接收聚焦电压。一个第五电极部分围绕第四电极同时靠近第四电极设置，以与第三电极一起接收阳极电压。第二电极具有一个带有台阶部分的底部，和一个侧壁部分，台阶部分在伸向第一电极的同时围绕引导电子束的孔，侧壁部分从底部的周边向第三电极延伸。第一和第二电极构造成满足以下条件0.15≤T(mm)≤0.3，0.2≤G(mm)≤0.28，其中T(mm)表示第二电极的底部分的厚度，G(mm)表示第一和第二电极之间的距离。
第二电极的底部和台阶部分优选地是圆形，同时满足下面的条件0.08≤D1/D2≤0.30，1.0≤D1(mm)≤3.0，其中D1(mm)表示第二电极的台阶部分的直径，D2(mm)表示第二电极的底部的直径。
第二电极被构造成满足下面的条件0.02≤H1/H2≤0.17，0.05≤H1(mm)≤0.30，其中H1(mm)表示第二电极的台阶部分的高度，而H2(mm)表示第二电极的侧壁部分的高度。
第二电极的台阶部分可以形成为非圆形。
更具体地说，台阶部分可以是矩形的，其长边在屏幕的垂直方向上延伸，而短边在水平方向上延伸。另一方面，台阶部分可以是矩形的，其长边在屏幕的水平方向上延伸，而短边在垂直方向上延伸。此外，台阶部分可以是椭圆形的，其长边在屏幕的垂直方向上延伸，而短边在水平方向上延伸，或者长边在屏幕的水平方向上延伸，而短边在垂直方向上延伸。
通过下面结合附图的详细描述，更全面地了解本发明及其许多优点将是显然的，在附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，其中图1是本发明的优选实施例的CRT地电子枪的正视图；图2是沿图1的1-1线截取的电子枪的横截面视图；图3是用于图1所示电子枪的第二电极的局部升高的透视图；图4是图2所示电子枪的局部放大视图；图5示意地图示在驱动根据现有技术的电子枪时在三极管部分上形成的等电位线和电子束轨迹；图6示意地图示在驱动本发明的优选实施例的电子枪时在三极管部分上形成的等电位线和电子束轨迹；
图7是曲线图，示出根据本发明优选实施例的电子枪和根据现有技术中作为电子枪的施加电流变化的函数的电子束的5％的束斑尺寸；图8是曲线图，示出第二电极的底部厚度对于截止电压的关系；图9是图2所示的电子枪的局部放大视图；图10是图2所示的电子枪的第二电极的放大视图；以及图11到14示意地示出根据本发明优选实施例的电子枪的第二电极的台阶部分的变型。
具体实施例方式
将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1是本发明的优选实施例的CRT的电子枪的正视图，图2是图1的1-1线截取得电子枪的截面视图。
如图1和2所示，电子枪2包括一个发射热电子的阴极4，用于与阴极4一起形成三极管部分控制热电子从阴极4发射的第一和第二电极6和8。电子枪2还包括一个靠近第二电极8设置的第三电极10，一个第四电极12，它靠近第三电极10设置以接收聚焦电压，一个第五电极14部分地围绕第四电极12并靠近第四电极设置以接收阳极电压，第一连接器16使第三电极10和第五电极14彼此电连接。
上述电极被固定到熔焊玻璃(bead glass)18内，并沿Z方向布置同时从阴极4延伸。其上安装电子枪2的管座(stem base)固定到颈部22的端部，使得电子枪2设置在颈部22中并与颈部22的内壁隔开预定的距离。
在工作中，阴极4接收50～190V的电压。第一电极6被接地，以使它相对于阴极4可以形成一个预定的电压差。第二电极8接收作为截止电压的屏幕电压(约，几百V)，并控制阴极4发射的电子的数量。
第三电极10和第五电极14通过第一连接器16共用阳极电压(约30～32KV)。第四电极12接收聚焦电压，具体的说是7～10KV的动态聚焦电压。第五电极14通过球形垫片(bulb spacer)24电连接到颈部22内表面上涂覆的石墨薄膜26上，以便接收来自石墨薄膜26的阳极电压。
于是，在第二和第三电极8和10之间因为其电位差形成预聚焦透镜PL。在第三和第四电极10和12之间因为其电位差形成第一主聚焦透镜ML1，由于第四和第五电极12和14之间的电位差，在第五电极14中形成第二主聚焦透镜ML2。
在速度调制器28安装在颈部22的外周边上以控制电子束的偏转速度的情况下，第四电极12被分隔成多个子电极，包括第一子电极12A，第二子电极12B，和第三子电极12C。在这种情况下，所谓的VM间隙形成在相应的子电极之间，以提高速度调制器28的灵敏度。
当第四电极12分成多个子电极时，一对第二连接器30使第一和第二子电极12A和12B以及第二和第三子电极12B和12C彼此电连接，从而三个子电极12A，12B和12C共用聚焦电压。
优选地是，在第一到第三子电极12A，12B，12C中，远离阴极4的第四电极12的最外面的第三子电极12C具有最大内径和外径的出口部分12D。第五电极14围绕第三子电极12C出口部分12D，同时与第三子电极12C分隔开，以使在第五电极14中形成的第二主聚焦透镜PL2的当量直径最大。
在本发明的优选实施例的电子枪中，预聚焦透镜PL被控制以便在通常施加于单色CRT电子枪的0.5-2mA的电流范围内实现最佳电子束的束斑尺寸。为此目的，电子枪具有一个三极管结构，其具有最佳的电极外形和最佳的极间(inter-electrode)距离。
图3是第二电极的局部升高透视图，而图4是图2所示电子枪的局部放大视图。
如图3和4所示，电极8成形为杯形。即，第二电极8具有底部32，其具有束引导孔8a；以及一个侧壁部分34，它从底部32的周边向第三电极10延伸。台阶部分36形成在底部32，同时围绕在束引导孔8a。台阶部分36从底部32向第一电极6伸出以一个预定高度。例如，台阶部分36可以成形为具有预定直径的圆形。
特别对于第二电极8，具有台阶部分36的底部32的厚度形成为小于侧壁34的厚度。底部32的厚度的减小使得电子束的束斑尺寸的变化更敏感于电子束流的变化。换言之，对于施加到单色CRT电子枪上的电流范围0.5～3mA，厚度减小的底部32使得在低电流范围0.5-2mA内的电子束的束斑尺寸得以减小。
再者，由于第二电极8具有朝向第一电极6伸出的台阶部分36，第二电极8和第一电极6之间的距离得以减小。第一和第二电极6和8之间的距离的减小使得电子束的交叉点与传统电子枪相比朝向阴极4移动。电子束的交叉点的移动和相应的操作将参考图5和6进行解释。
对于具有上述结构的第二电极8的电子枪。三极管部分构造成满足数学公式1。
0.54≤T/G≤1.50 (1)其中T表示第二电极8的底部32的厚度，G表示第一电极6和第二电极8之间的距离特别在这个优选实施例中，第二电极8构造成底部32的厚度T满足数学公式2。
0.15≤T(mm)≤0.30 (2)第二电极8的侧壁34的厚度是约0.4mm，虽然底部32的厚度小于侧壁部分34，但台阶部分36加强了底部32，给它一个预定的结构强度。
再者，第二电极8和第一电极6之间的距离G借助于台阶部分36减小，同时满足数学公式3。
0.20≤G(mm)≤0.28 (3)图5和6示意地解释通过驱动现有技术的电子枪(对比例1)和本发明优选实施例的电子枪(示例1)而在三极管部分上形成的等电位线和电子束轨迹。在图中，附图标记1表示阴极，附图标记3表示第一电极，附图标记5表示第二电极的底部，附图标记7表示第三电极。为了说明的方便，仅在图6中示出了第二电极的台阶部分。
本发明的优选实施例的电子枪和现有技术的电子枪，只有三极管部分互不相同。图中所示情况是在第一电极接地，500V电压施加到第二电极，32KV的电压施加到第三电极。电子枪的三极管部分的结构特点列于表1。
表1
从图5可知，对于现有技术的电子枪，借助预聚焦透镜在三极管部分聚焦的电子束的交叉点(COP)位于远离阴极10.58mm的位置处。穿过交叉点(COP)的电子束向第三电极7前进，同时以一个小角度扩散。
相比之下，从图6可知，根据本发明优选实施例的电子枪中，借助预聚焦透镜在三极管部分上聚焦的电子束的交叉点(COP)定位在远离阴极40.42mm的位置。穿过交叉点(COP)的电子束向第三电极10前进，同时以较大角度扩散。
如上所述，根据本发明优选实施例的电子枪的电子束的交叉点比现有技术的电子枪更接近阴极4。这就加强了电子束向第一主聚焦透镜ML1的发射力，使落在荧光屏上的电子束的束斑尺寸减小。
表2和图7说明根据本发明的优选实施例的电子枪(示例)和根据现有技术的电子枪(对比例)中的作为电子束电流的变化的函数的电子束的5％的束斑尺寸的测量结果。
表2
对于施加到单色CRT电子枪上的实际电流范围0.5-3mA，根据本发明实施例的电子枪涉及在低电流范围0.5-2mA中的电子束的束斑尺寸的减小，束斑尺寸减小率最大可达14.6％。
同时，作为上述结构修改的附加效果，本发明实施例的电子枪涉及截止特性的变化。再者，在大于2mA的高电流范围中和在由于电子束的偏转而扫描显示屏的周边的条件下，可以防止聚焦特性恶化。
首先，说明截止特性的变化。
图8是说明第二电极的底部厚度与截止电压的关系的曲线。从图8可知，当第二电极8的底部32的厚度减小时，发射热电子所需要的截止电压也减小。由于第二电极8的底部32的厚度被确定在0.15-0.30mm的范围内，截止电压被降低到300-400V的范围，而传统的达到500V。
因为施加在第三电极10上的高阳极电压影响第二电极8的内部，并且更强地对阴极4发射的电子束进行聚焦，因此截止电压被减小。于是，根据本发明实施例的电子枪2在低的屏幕电压下工作，由此降低了CRT的制造成本，提高了其显示质量。具有上述三极管结构的电子枪2具有通过数字式4表达的新截止方程。
这里K是一个常数，Φ(G1)是第一电极6的束引导孔6a的直径，Φ(G3)是第三电极10的束引导孔10a的直径，g(G1.G2)是第一和第二电极6和8之间的距离，g(K G1)是阴极4和第一电极6之间的距离，tG1是第一电极6的厚度，tG2是第二电极8的底部32的厚度，Ec2是施加到第二电极8的屏幕电压，Eb是施加到第三电极10的阳极电压(参见图9)。
下面说明在大于2mA的大电流范围内和在通过偏转电子束扫描显示屏的周边的情况下的聚焦特性。
如图9所示，第二电极8的台阶部分36从第二电极8的底部32向第一电极6伸出预定高度，由此起到一个放大围绕束引导孔8a的第二电极8的底部32的中心和第三电极10之间的距离的作用。
对于上述结构，在2mA或更小的低电流范围内的电子束大量向预聚焦透镜(PL)扩散，同时它们的束斑尺寸减小。在大于2mA的高电流范围内和在偏转电子束的条件下，预聚焦透镜(PL)被加强，从而电子束沿近轴轨迹移动，由此防止聚焦特性恶化。
因此，对于根据本发明实施例的电子枪，在显示屏中心和周边上的合理的聚焦特性在施加于单色CRT电子枪的0.5-3mA的电流范围内得以保持，从而提高了投影屏幕的清晰度。
图10是第二电极的横截面视图。在这个优选实施例中，第二电极8的台阶部分36的结构满足数学式5或6。因此，第二电极8的台阶部分36对于预聚焦透镜(PL)有足够的影响力。
0.08≤D1/D2≤0.30(5)1.0≤D1(mm)≤3.0 (6)在数学公式5和6中，D1表示第二电极8的台阶部分36的直径，D2表示第二电极8的底部32的直径。
此外，台阶部分36满足数学公式7或8，从而第一和第二电极6和8之间的耐压特性可以保持。于是，第二电极可以容易制成，在大于2mA的高电流范围内和在偏转电子束的条件下预聚焦透镜(PL)被加强，由此提高了电子束的聚焦特性。
0.02≤H1/H2≤0.17 (7)0.05≤H1(mm)≤0.30 (8)在数学公式7和8中，H1表示在Z方向上第二电极8的台阶部分36的高度，而H2表示第二电极8的侧壁部分34的高度。
同时，对于普通单色CRT电子枪，圆形电极和透镜结构已经被普遍采用。目前，已有关于屏幕的水平长度与垂直长度之比是16∶9的宽CRT的电子枪的研究。特别是，已经进行对于水平轴方向和垂直轴方向的束斑尺寸非对称地确定的电子枪结构的研究，来提高显示屏的周边的聚焦特性。
在这方面，根据本发明实施例的电子枪2使得第二电极8的束导引孔8a为圆形，但是可以以各种方式改变第二电极8的台阶部分36的形状，例如圆形，椭圆形，长方形。因此，束导引孔的极间(inter-electrode)对准可以容易地实现，并能很好地适用于宽屏和非对称束斑轮廓。
图11到14示意性地示出第二电极的台阶部分的各种变型。
如图11和12所示，台阶部分36A和36B可以是长方形。即，如图11所示，第二电极8的台阶部分36A是长方形的，且长边在屏的垂直方向(Y方向)上延伸，短边在水平方向(在X方向)上延伸。另一方面，如图12所示，第二电极8的台阶部分36B可以是一个长方形，长边在水平方向上(在X方向上)上延伸，短边在垂直方向(在Y方向上)上延伸。
如图13和14所示，台阶部分36C和36D可以是椭圆形状。即，如图13所示，第二电极8的台阶部分36C是椭圆形状，且长边在屏的垂直方向(在Y方向上)上延伸，而短边在水平方向上(在X方向上)延伸。另外，如图14所示，第二电极8的台阶部分36D可以是椭圆形，长边在水平方向(在X方向上)上延伸，而短边在垂直方向上(在Y方向上)延伸。
如上所述，第二电极8的形状和第一和第二电极6和8之间的距离是变化的，以有效地减小在单色CRT实际工作的电流范围0.5-2mA中的束斑尺寸。此外，第二电极8处形成的台阶部分36防止在大于2mA的高电流区和在偏转电子束的条件下电子束的聚焦特性恶化。
虽然本发明参考优选实施例做了详细描述，但是本领域技术人员可以理解到在不脱离如权利要求所述的本发明的精神和范围可以作出各种修改和替代。
权利要求
1.一种用于阴极射线管的电子枪，包括用于发射热电子的阴极；靠近阴极设置的第一电极；靠近第一电极设置以接收屏幕电压并控制热电子从阴极发射的第二电极；靠近第二电极设置的第三电极；靠近第三电极设置以接收聚焦电压的第四电极；以及部分地围绕第四电极同时靠近第四电极设置的第五电极，用以与第三电极一起接收阳极电压；其中，第二电极包括一个具有台阶部分的底部，和一个侧壁部分，台阶部分在伸向第一电极的同时围绕用于引导电子束的孔，侧壁部分从底部的周边向第三电极延伸；第一和第二电极构造成满足下面条件0.54≤T/G≤1.50其中T(mm)表示第二电极的底部的厚度，G(mm)表示第一和第二电极之间的距离。
2.如权利要求1所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件0.15≤T(mm)≤0.3其中，T(mm)表示第二电极的底部的厚度。
3.如权利要求1所述的电子枪，其中，第一和第二电极构造成满足以下条件0.20≤G(mm)≤0.28其中G(mm)表示第一和第二电极之间的距离。
4.如权利要求1所述的电子枪，其中，截止电压(V)建立成满足以下条件V=kφ(G1)sφ(G3)g(G1Eg2)sg(KeG1)stG1s2tG2sEc2sEb]]>其中K是一个常数，Φ(G1)是第一电极的束引导孔的直径，Φ(G3)是第三电极的束引导孔的直径，g(G1·G2)是第一和第二电极之间的距离，g(K·G1)是阴极和第一电极之间的距离，tG1是第一电极的厚度，tG2是第二电极底部的厚度，Ec2是施加在第二电极上的屏幕电压，而Eb是施加到第三电极上的阳极电压。
5.如权利要求1所述的电子枪，其中，第二电极的底部和台阶部分成形为圆形。
6.如权利要求5所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件0.08≤D1/D2≤0.30其中D1(mm)表示第二电极的台阶部分的直径，D2(mm)表示第二电极的底部的直径。
7.如权利要求5所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件1.0≤D1(mm)≤3.0其中D1(mm)是第二电极的台阶部分的直径。
8.如权利要求1所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件0.02≤H1/H2≤0.17其中H1(mm)表示第二电极的台阶部分的高度，而H2(mm)表示第二电极侧壁部分的高度。
9.如权利要求1所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件0.05≤H1(mm)≤0.30其中H1(mm)是第二电极的台阶部分的高度。
10.如权利要求1所述的电子枪，其中，第二电极的台阶部分形成为非圆形。
11.如权利要求10所述的电子枪，其中，台阶部分是长方形的，其长边在屏的垂直方向上延伸，而短边在水平方向上延伸。
12.如权利要求10所述的电子枪，其中，台阶部分是长方形的，其长边在屏的水平方向上延伸，而短边在垂直方向上延伸。
13.如权利要求10所述的电子枪，其中，台阶部分是椭圆形的，其长边在屏的垂直方向上延伸，而短边在水平方向上延伸。
14.如权利要求10所述的电子枪，其中，台阶部分是椭圆形的，其长边在屏的水平方向上延伸，短边在垂直方向上延伸。
15.一种用于阴极射线管的电子枪，包括发射热电子的阴极；靠近阴极设置的第一电极；靠近第一电极设置以接收屏幕电压并控制热电子从阴极发射的第二电极；靠近第二电极设置的第三电极；靠近第三电极设置以接收聚焦电压的第四电极；以及部分地围绕第四电极并靠近第四电极设置的第五电极，用以与第三电极一起接收阳极电压；其中，第二电极包括一个具有台阶部分的底部，和一个侧壁部分，台阶部分在伸向第一电极的同时围绕用于引导电子束的孔，侧壁部分从底部的周边朝向第三电极延伸；其中，第一和第二电极满足下面的条件0.15≤T(mm)≤0.3，0.20≤G(mm)≤0.28其中T(mm)表示第二电极的底部的厚度，而G(mm)表示第一和第二电极之间的距离。
16.如权利要求15所述的电子枪，其中，第二电极的底部和台阶部分成形为圆形。
17.如权利要求16所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件0.08≤D1/D2≤0.30其中D1(mm)表示第二电极的台阶部分的直径，而D2(mm)表示第二电极的底部的直径。
18.如权利要求16所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件1.0≤D1(mm)≤3.0其中D1(mm)表示第二电极的台阶部分的直径。
19.如权利要求15所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件0.02≤H1/H2≤0.17其中H1(mm)表示第二电极的台阶部分的高度，而H2(mm)表示第二电极的侧壁部分的高度。
20.如权利要求15所述的电子枪，其中，第二电极构造成满足以下条件0.05≤H1(mm)≤0.30其中H1(mm)表示第二电极的台阶部分的高度。
全文摘要
本发明公开了一种用在投影显示器中的单色阴极射线管的电子枪，包括发射热电子的阴极，与阴极一起形成三极管部分的第一和第二电极。第三电极靠近第二电极设置，第四电极靠近第三电极设置以接收聚焦电压。第五电极部分地围绕在第四电极并靠近第四电极设置，以便与第三电极一起接收阳极电压。第二电极具有一个带台阶部分的底部，和一个侧壁部分，台阶部分在伸向第一电极的同时围绕用来引导电子束的孔，侧壁部分从底部的周边向第三电极延伸。第一和第二电极满足以下条件0.54≤T/G≤1.50其中，T(mm)表示第二电极的底部的厚度，而G(mm)表示第一和第二电极之间的距离。
文档编号H01J29/48GK1484270SQ0312746
公开日2004年3月24日 申请日期2003年6月28日 优先权日2002年6月28日
发明者金裕璇 申请人:三星Sdi株式会社