专利名称：用于阴极射线管的电子枪和配备有该电子枪的彩色阴极射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于阴极射线管的电子枪，以及配备有该电子枪的彩色阴极射线管。
相关技术在使用彩色阴极射线管的电视机中，需要视频特性在从低亮度到高亮度的整个亮度范围内提供高的图像质量。在阴极射线管中，通过调节入射到荧光屏上的电子束的电流来实现亮度控制。
然而，电子束电流的增加使入射到荧光屏上的电子束的光点尺寸增加，由此降低了分辨率，并使图像质量退化。另一方面，电子束电流的降低使得波纹(光栅波纹)趋于发生，由此降低了图像质量。应当注意到“波纹”指的是由于电子束的扫描线和荫罩的电子束通孔之间的干涉而出现的干涉条纹。当荧光屏上电子束光点的尺寸过分减小(以致小于一个特定大小)时，波纹出现得更加频繁。
在例如JP-A-59(1984)-148242中公开了一种当电子束的电流处于高电流范围时抑制电子束光点尺寸增加的方法。下面介绍该方法。
图13是常规电子枪的截面图。在图13中，x轴方向是水平方向，y轴方向是垂直方向，且z轴方向是管轴方向。应当注意到，x、y和z轴的各个方向也适用于除图13之外的附图。如图13所示，电子枪60包括用于红、绿和蓝的阴极61以及沿z轴方向以如下顺序布置的第一电极62、第二电极63、第三电极64和第四电极65。第一电极62接地，向第二电极63施加电压Vg2，向第三电极64施加电压Vf，并且向第四电极65施加电压Va。阴极61、第一电极62和第二电极63构成电子束产生部分，而第三电极64和第四电极65构成主透镜部分。
图14和15是用于说明常规电子枪的各个电极和电子束之间的关系的第一和第二示意图。通过更加示意性地绘示图13所示的电子枪60可以得到图14中的电子枪60a和图15中的电子枪60b的图示，并且特别省略第三电极64的一部分和第四电极65的图示。此外，图14和15是沿垂直平面截取的横截面的截面图。应当注意到在图14和15中，在用于红、绿和蓝的阴极61中，布置在中央的一个被绘示成阴极61，并因此，表示电子束传播方向的中心轴69落在z轴(管轴)上。
在图14和15所示的电子枪60a和60b中，第二电极63和第三电极64形成预聚焦透镜66。如图14和15所示，预聚焦透镜66由会聚透镜66a和发散透镜66b组成，前者形成在第二电极63一侧，后者形成在第三电极64一侧。
图15所示的电子枪60b具有一种结构，在该结构中与图14所示的电子枪60a相比，预聚焦透镜66具有更大的会聚和发散效果。可以通过例如增加施加到第二电极63的电压和施加到第三电极64的电压之间的差值来强化预聚焦透镜的会聚和发散效果。
因此，在图15所示的电子枪60b中，由于它具有其中预聚焦透镜66具有更强的会聚和发散效果的结构，因此形成在第二电极63的电子束通孔63a附近的强会聚透镜66a和形成在第三电极64的电子束通孔64a的附近的强发散透镜66b被设置成彼此更接近。
从电子束发射部分(阴极61、第一和第二电极62和63)发射的电子束受到预聚焦透镜66的会聚和发散作用的影响。在图14所示的电子枪60a中，由于预聚焦透镜66的会聚和发散效果较弱，在阴极61的中心附近发射的电子束68a和68b以及从阴极61最外围部分发射的电子束67a和67b较少受到会聚和发散效果的影响。然而，在图15所示的电子枪60b中，虽然在阴极61的中心附近发射的电子束68a和68b较少受到会聚和发散效果的影响，但是从阴极61最外围的部分发射的电子束67a和67b受到预聚焦透镜66的强的会聚和发散效果的影响。因此，减小了荧光屏上电子束的光点尺寸。因此，由于预聚焦透镜66的会聚和发散效果增强，电子束的光点尺寸减小。
除了前述方法之外，为了增强预聚焦透镜66的会聚和发散效果，可以使第二电极63和第三电极64之间的间隙变窄。这增强了预聚焦透镜66的会聚和发散效果。
下面介绍一种防止波纹发生的方法。根据扫描线的间距和荫罩的电子束通孔之间垂直方向上的间距发生波纹。由于电子束在物体聚焦点的尺寸减小使得扫描线变细，因此电子束和电子束通孔之间的干涉趋于发生，这引起波纹。换句话说，波纹的发生取决于电子束到达荧光屏之后在垂直方向上的光点尺寸(下文称作垂直光点尺寸)。当荧光屏上电子束的垂直光点尺寸处于特定水平(通常大约0.6mm)或更小时，在垂直方向上相邻的扫描线之间形成间隙。这引起规则地设置在荫罩中的电子束通孔和扫描线之间的干涉，这趋于引起波纹。当电子束电流处于不超过0.1mA的低电流范围时清晰地出现这种波纹。这是因为低电流使得物体聚焦点处垂直方向上的尺寸(虚拟物体聚焦点处的尺寸)减小，由此使电子束的光点尺寸减小。除此之外，在荧光屏的外围部分，与荧光屏中心的垂直光点尺寸相比，电子束的光点尺寸较小。
图16和17是示出在常规阴极射线管中在电子束电流低的情况下聚焦电压和荧光屏上电子束的垂直光点尺寸之间的关系的第一和第二图。在图16和17中，实线表示聚焦电压和电子束在荧光屏中心的垂直光点尺寸之间的关系，而虚线表示聚焦电压和电子束在荧光屏周围部分的垂直光点尺寸之间的关系。图16和17都表示电子束的电流处于低电流范围的情况。
促使电子束扫描并且偏转的磁场在荧光屏的周围部分在垂直于电子束传播方向的方向上对电子束施加会聚作用。因此，存在一种趋势，即荧光屏周围部分的精确聚焦(just focus)电压高于荧光屏中心的精确聚焦电压，并且荧光屏的周围部分中处于精确聚焦状态中的电子束的光点尺寸小于荧光屏中心处于精确聚焦状态中的电子束的光点尺寸。这里，精确聚焦状态指的是电子束的光点尺寸最小的状态，而精确聚焦电压指的是那种状态下的聚焦电压。
图16和17所示的彩色阴极射线管中聚焦电压的选择范围71通常设置在其中当电子束电流处于中等和高的电流范围，即1mA到4mA时，聚焦状态最好的范围内。图16和17所示的水平线72表示波纹发生的阈值，并且当电子束的垂直光点尺寸低于水平线72表示的值时，波纹趋于发生。在图16中，在聚焦电压的选择区域71中电子束的垂直光点尺寸的值低于水平线72表示的值。换句话说，在如图16所示的低电流范围的状态下，波纹发生。
因此，采用这种设置，即如图17所示在聚焦电压的选择范围71中低电流范围内的电子束的垂直光点尺寸高于水平线72表示的值，则不会发生波纹。这可以通过增加低电流范围内的电子束的光点尺寸并且设置聚焦电压的选择范围71使得该范围高于高电流范围中的聚焦电压来实现。在设计成通过用与屏幕扫描同步改变的电压产生四极透镜来校正偏转像差的动态聚焦型电子枪和其中聚焦电压固定的非动态型电子枪中，前述特性是共通的。
另一方面，在常规电子枪中，为了形成理想的电场分布，例如，指定了每个电极的电子束通孔的形状。这公开于例如JP-A-01(1989)-187744，JP-A-08(1996)-106862和JP-A-2001-332184。
如上所述，在高电流范围内改善聚焦性能的预聚焦透镜能力的提升使得电子束光点尺寸下降，由此提高分辨率，但是在低电流范围内电子束的光点尺寸过度减小，并且发生波纹。此外，预聚焦透镜能力的提升使得虚拟物体点位置偏移到荧光屏侧，并且偏移量在低电流范围内更大，由此使低电流范围内的精确聚焦电压降低。因此，低电流范围内的精确聚焦电压(特别是在垂直方向上)低于通常为聚焦电压设置的范围内的精确聚焦电压(当电子束处于中等和高电流范围(1mA到4mA)时)，这导致如图16所示的关系。换句话说，波纹趋于发生。然而，在将预聚焦透镜的能力设置得足够弱以致于不发生波纹的情况下，可以实现图17所示的关系，但是高电流范围内电子束的光点尺寸增加，这使得难以实现近来所需的高图像质量(高分辨率)。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种用于阴极射线管的电子枪和一种装配有前述电子枪的彩色阴极射线管，当电子束处于高电流范围时该电子枪可以减小电子束的光点尺寸，并且当电子束处于低电流范围时该电子枪可以抑制波纹。
本发明的用于阴极射线管的第一电子枪是用于一种阴极射线管的一字型电子枪，该阴极射线管包括其中依次形成阴极、第一电极和第二电极的三极管部分以及包括至少一个第三电极的主透镜部分，该主透镜部分将发射自该三极管部分的电子束朝向荧光屏加速和会聚。在第二电极中形成电子束通孔。在每个电子束的电流不超过0.1mA的情况下，在第二电极的电子束通孔的第三电极侧附近，在垂直于线内(inline)方向和垂直于电子束的传播方向的方向上施加在电子束最外围部分的最大会聚作用比电子束的线内方向上施加在最外围部分的最大会聚作用弱。在每个电子束的电流不小于2mA的情况下，在第二电极的电子束通孔的第三电极侧附近，在电子束的线内方向上施加在最外围部分的最大会聚作用基本上等于在垂直于线内方向和垂直于电子束的传播方向的方向上施加在电子束最外围部分的最大会聚作用。应当注意电子束的传播方向是与管轴方向相同的方向。
此外，本发明的用于阴极射线管的第二电子枪是用于一种阴极射线管的一字型电子枪，该阴极射线管包括其中依次形成阴极、第一电极和第二电极的三极管部分以及包括至少一个第三电极的主透镜部分，该主透镜部分将发射自该三极管部分的电子束朝向荧光屏加速和会聚。在第二电极中形成电子束通孔。
当每个电子束的电流不超过0.1mA时，满足下面的关系Ay＞0，Ax＞0，Ay/Ax＜1.0并且当每个电子束的电流不小于2mA时，满足下面的关系Ay＞0，Ax＞0，0.9＜Ay/Ax其中Ax是在第二电极的电子束通孔的第三电极侧附近，在电子束的线内方向上的最外围部分的加速度当中、垂直于每个电子束的中心轴并且朝向中心轴引导的加速度分量的最大值，而Ay是在第二电极的电子束通孔的第三电极侧附近，在垂直于线内方向和垂直于电子束的传播方向的方向上的电子束的最外围部分的加速度当中、垂直于电子束的中心轴并且朝向中心轴引导的加速度分量的最大值。
此外，本发明的彩色阴极射线管包括本发明的上述电子枪。
附图简述图1是示出根据本发明的实施例的彩色阴极射线管的截面图，在该阴极射线管中安装有根据本发明的电子枪；图2是示出根据本发明实施例的电子枪结构的截面图；图3是示出根据本实施例的第一电极结构的正视图；图4是示出根据本实施例的第一电极结构的透视图；图5是示出根据本实施例的第二电极结构的正视图；图6是示出根据本实施例的第二电极结构的透视图；图7是示出根据本实施例的第三电极结构的正视图；
图8是示出根据本实施例的第三电极结构的透视图；图9关于根据本实施例的电子枪示出当其电流处于低电流范围时，电子枪中z轴方向上的位置和电子束的垂直方向上最外围部分中的加速度之间的关系，以及前述位置和电子束的水平方向上最外围部分中的加速度之间的关系；图10关于根据本实施例的电子枪示出当其电流处于高电流范围时，电子枪中z轴方向上的位置和电子束的垂直方向上最外围部分中的加速度之间的关系，以及前述位置和电子束的水平方向上最外围部分中的加速度之间的关系；图11是示出根据本实施例的用于测量的电子枪结构的截面图；图12是示出根据本实施例的另一种电子枪结构的截面图；图11是示出根据本实施例的用于测量的电子枪结构的截面图；图12是示出根据本实施例的另一种电子枪结构的截面图；图13是常规电子枪的截面图；图14是示出常规电子枪的电极和电子束之间的关系的第一示意图；图15是示出常规电子枪的电极和电子束之间的关系的第二示意图；图16是示出当常规阴极射线管的电子束电流为低电流时聚焦电压和每个电子束在荧光屏上的垂直尺寸之间的关系的第一示图；图17是示出当常规阴极射线管的电子束电流为低电流时聚焦电压和每个电子束在荧光屏上的垂直尺寸之间的关系的第二示图。
发明详述如上所述，本发明的用于阴极射线管的第一电子枪控制电子束的路线。因此，在电子束处于高电流范围的情况下可以减小光点尺寸，同时在电子束处于低电流范围的情况下可以抑制波纹。
此外，配置本发明的用于阴极射线管的第二电子枪，使得上述会聚作用施加在第二电极的电子束通孔的第三电极侧附近的电子束上。因此，在电子束处于高电流范围的情况下可以减小光点尺寸，同时在电子束处于低电流范围的情况下可以抑制波纹。
此外，优选配置本发明的用于阴极射线管的第一和第二电子枪，使得在第一电极中形成电子束通孔，并且第一电极的每个电子束通孔为近似矩形形状，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边；第二电极的每个电子束通孔为近似圆形形状；并且，在第二电极的第三电极侧的表面上，在第二电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长。这使得在电子束处于高电流范围的情况下可以减小光点尺寸，并且在电子束处于低电流范围的情况下可以抑制波纹。
此外，优选配置本发明的用于阴极射线管的第一和第二电子枪，使得满足下列表达式1.0＜h1/v1＜1.50.2＜g12/r2＜0.40.1＜(h23-r2)/t23＜50.9＜g23/r2＜1.8，其中h1是第一电极的电子束通孔在线内方向上的尺寸，v1是第一电极的电子束通孔在垂直于线内方向的方向上的尺寸，r2是第二电极的电子束通孔的尺寸，t23是第二电极的凹陷的深度，h23是第二电极的凹陷在线内方向上的尺寸，g12是彼此相对的第一电极和第二电极的表面之间的间隙，并且g23是彼此相对的第二电极和第三电极的表面之间的间隙。
这种结构向电子束提供上述加速度，由此在电子束处于高电流范围的情况下减小光点尺寸，并且在电子束处于低电流范围的情况下抑制波纹。
此外，优选配置本发明的用于阴极射线管的第一和第二电子枪，使得在第一电极的第二电极侧的表面上，在第一电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长。
这种结构向电子束提供上述加速度，由此在电子束处于高电流范围的情况下减小光点尺寸，并且在电子束处于低电流范围的情况下抑制波纹。
此外，优选配置本发明的用于阴极射线管的第一和第二电子枪，使得满足下列表达式0.1(mm)＜(h12-h1)(mm)＜1.5(mm)0.1(mm)＜(v12-v1)(mm)＜1.5(mm)其中h12是第一电极的凹陷在线内方向上的尺寸，而v12是第一电极的凹陷在垂直于线内方向的方向上的尺寸。
这种结构向电子束提供上述加速度，由此在电子束处于高电流范围的情况下减小光点尺寸，并且在电子束处于低电流范围的情况下抑制波纹。
此外，优选配置本发明的用于阴极射线管的第一和第二电子枪，使得在第三电极中形成每个都近似为圆形形状的电子束通孔；在第三电极的第二电极侧的表面上，在第三电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长；并且满足下列表达式1.0＜r3/r2＜2.0
(h32-r3)/t32＜4.0其中r3是第三电极的电子束通孔的孔径尺寸，t32是第三电极的凹陷的深度，h32是第三电极的凹陷在线内方向上的尺寸。
这种结构在电子束处于高电流范围的情况下减小光点尺寸，并且在电子束处于低电流范围的情况下抑制波纹。
除此之外，本发明的彩色阴极射线管由于其配备有本发明的用于阴极射线管的电子枪而提供了高的图像质量。
下文中，将参照附图通过一个示意性实施例来介绍本发明。
下面将通过参照附图介绍根据本发明实施例的用于阴极射线管的电子枪和配备有前述电子枪的彩色阴极射线管。图1是根据本实施例的彩色阴极射线管的截面图，在该阴极射线管中安装有根据本发明的用于阴极射线管的电子枪。应当注意在图1中，x轴方向是水平方向，y轴方向是垂直方向，而z轴方向是管轴方向。图1所示的阴极射线管10是自会聚一字型彩色阴极射线管。如图1所示，阴极射线管10包括由面板1、颈部5和与面板1和颈部5连接成一体的锥体2构成的外壳30。在面板1的内表面上设置荧光屏4，该荧光屏4由发射蓝、绿和红色光的带状或点状的三色荧光层构成。荫罩3在其中具有大量电子束通孔，并且设置在外壳30内以便与荧光屏4相对。在颈部5中，安置一字型电子枪(结构)6，该电子枪是用于该阴极射线管的电子枪。电子枪6发射电子束7。电子束7包括在一个水平面上设置成一列的中心束7g和一对侧束7b和7r。在从锥体2的大尺寸部分到颈部5的部分的周边设置偏转线圈8。
偏转线圈8产生用于在水平方向(x轴方向)和垂直方向(y轴方向)上使发射自电子枪6的电子束7偏转的非均匀偏转磁场。由枕型水平偏转磁场和桶型垂直偏转磁场来形成该非均匀偏转磁场。从电子枪6发射的电子束7被偏转线圈8产生的非均匀偏转磁场所偏转，并且经由荫罩3在水平方向和垂直方向上扫描荧光屏4。如此，在面板1上显示出彩色图像。
通过另外参照图2，下面介绍根据本实施例的电子枪6。图2是示出根据本发明实施例的电子枪结构的截面图。应当注意在图2中，x轴方向是水平方向，y轴方向是垂直方向，而z轴方向是管轴方向。换句话说，图2在z轴下方示出一个垂直截面图，而在z轴上方示出一个水平截面图。此外，在线性设置的三个阴极11中，图2仅仅示出设置在中心的一个阴极11。表示电子束传播方向的中心轴9落在z轴(管轴)上。
本实施例的电子枪6是其中三个电子束排列成一字型形式的电子枪，并且如图2所示，阴极11、第一电极12、第二电极13和第三电极14以所述顺序排列在z轴方向上。应当注意到，虽然没有示出，用于红、绿和蓝色的阴极11排列在水平方向(线内方向)上。阴极11、第一电极12和第二电极13构成三极管部分21。此外，第三电极14是主透镜部分的一部分。
此外，通过另外参照图3至8，介绍第一电极12、第二电极13和第三电极14。图3是示出第一电极12结构的正视图，而图4是示出第一电极12结构的透视图。图5是示出第二电极13结构的正视图，而图6是示出第二电极13结构的透视图。图7是示出第三电极14结构的正视图，而图8是示出第三电极14结构的透视图。应当注意到图4、6和8仅仅分别示出第一、第二和第三电极12、13和14的中心的电子束通孔的附近区域。
如图3和4所示，第一电极12具有设置在线内方向上的三个电子束通孔15，该电子束通孔中的每一个为基本矩形的形状，该矩形形状在水平方向上比垂直方向上长。应当注意理想的是电子束通孔15的每一边是笔直的。电子束通孔15的每个转角可以是成直角的锐角转角，但是或者它也可以是如图3和4所示的圆形转角。进一步可选择地，每个转角可以用多边形的一部分来成型。在第一电极12在第二电极13侧的表面上，分别在电子束通孔15周围形成凹陷16。每个凹陷16是基本上为矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿水平方向延伸的边和沿垂直方向延伸的边，沿垂直方向延伸的边比沿水平方向延伸的边要长。应当注意理想的是凹陷16的每条长边是笔直的，而它的每条短边不需要完全笔直。此外，凹陷16的每个转角可以是成直角的锐角转角，但是或者它也可以是如图3和4所示的圆形转角。进一步可选择地，每个转角可以用多边形的一部分来成型。
此外，如图5和6所示，第二电极13具有排列在线内方向上的三个电子束通孔17，该电子束通孔中的每一个为基本圆形的形状。在第二电极13在第三电极14侧的表面上，分别在电子束通孔17周围形成凹陷18。每个凹陷18是基本上为矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿水平方向延伸的边和沿垂直方向延伸的边，沿垂直方向延伸的边比沿水平方向延伸的边要长。应当注意理想的是凹陷18的每条长边是笔直的，而它的每条短边不需要完全笔直。此外，凹陷18的每个转角可以是成直角的锐角转角，但是或者它也可以是如图5和6所示的圆形转角。进一步可选择地，每个转角可以用多边形的一部分来成型。
如图7和8所示，第三电极14具有排列在线内方向上的三个电子束通孔19，该电子束通孔中的每一个为基本圆形的形状。在第三电极14在第二电极13侧的表面上，分别在电子束通孔19周围形成凹陷20。每个凹陷20是基本上为矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿水平方向延伸的边和沿垂直方向延伸的边，沿垂直方向延伸的边比沿水平方向延伸的边要长。应当注意理想的是凹陷20的每条长边是笔直的，而它的每条短边不需要完全笔直。此外，凹陷20的每个转角可以是成直角的锐角转角，但是或者它也可以是如图7和8所示的圆形转角。进一步可选择地，每个转角可以用多边形的一部分来成型。
在前述结构的电子枪6中，在三极管部分21发射的每个电子束7(7r、7g、7b)的电流不超过0.1mA(处于低电流范围)的情况下，在第二电极13的电子束通孔17的第三电极14侧的附近(在凹陷18的附近)，在垂直于线内方向和垂直于电子束7传播方向的方向(中心轴9方向)上施加在电子束最外围部分上，即y轴方向上的最外围部分的最大会聚作用基本上弱于在线内方向上施加在电子束的最外围部分上，即x轴方向上的最外围部分的最大会聚作用。
此外，在电子枪6中，在三极管部分21发射的每个电子束7的电流不小于2mA(处于高电流范围)的情况下，在第二电极13的电子束通孔17的第三电极14侧的附近(在凹陷18的附近)，在线内方向上施加在每个电子束7的最外围部分上，即x轴方向上的最外围部分的最大会聚作用基本上等于在垂直于线内方向和垂直于每个电子束7的传播方向的方向(中心轴9方向)上施加在每个电子束7的最外围部分上，即y轴方向上的最外围部分的最大会聚作用。优选地，施加在每个电子束7的x轴方向上的最外围部分上的最大会聚作用的值除以施加在每个电子束7的y轴方向上的最外围部分上的最大会聚作用的值得到的商大于0.9且小于1.1。
此外，第二电极13的电子束通孔17的第三电极14侧的附近(凹陷18的附近)指的是在电子束通孔17内和第二电极13与第三电极14之间的空间中电子束7可以穿过的区域。
采用这种结构，在每个电子束7处于低电流范围的情况下，在电子束通孔17的第三电极14侧附近，与x轴方向上的会聚作用相比y轴方向上的会聚作用相对较弱。因此，电子束7在x轴方向上的会聚强于电子束7在y轴方向上的会聚。如此，电子束7在荧光屏4上的光点的垂直尺寸不会过度减小，由此在阴极射线管10中不发生波纹。此外，在每个电子束7处于高电流范围的情况下，在电子束通孔17的第三电极14侧附近，y轴方向上的会聚作用与x轴方向上的会聚作用基本上彼此相等。因此，电子束7在荧光屏4上的光点尺寸不会过度增加，从而阴极射线管10的分辨率不降低。因此，其中安装了本实施例的电子枪6的阴极射线管10提供高质量图像。
接着，利用电子束7的最外围部分中在朝向中心轴9的方向上的加速度，下面将介绍用于在低电流范围和高电流范围内实现电子束7的前述会聚作用的条件。图9关于根据本实施例的电子枪示出当其电流处于低电流范围时，电子枪中z轴方向上的位置和电子束7的垂直方向(y轴方向)上的最外围部分中的加速度之间的关系，以及前述位置和电子束7的水平方向(x轴方向)上的最外围部分中的加速度之间的关系。图10关于根据本实施例的电子枪示出当其电流处于高电流范围时，电子枪中z轴方向上的位置和电子束7的垂直方向(y轴方向)上的最外围部分中的加速度之间的关系，以及前述位置和电子束7的水平方向(x轴方向)上的最外围部分中的加速度之间的关系。图9和10中的实线表示在垂直方向上最外围部分中的加速度，而虚线表示在水平方向上最外围部分中的加速度。此外，在图9和10中，范围31表示设置第一电极12的区域，范围32表示设置第二电极13的区域，而范围33表示设置第三电极14的区域(参见图2)。
在图9和10中，在水平方向或垂直方向上朝向中心轴9的方向上的加速度被认为是正加速度。在第二电极13的电子束通孔17周围的第三电极14侧的凹陷18附近，在垂直于线内方向，即x轴方向和垂直于电子束传播方向(z轴方向)的方向上的电子束7的最外围部分的加速度当中，换句话说，y轴方向上的最外围部分，垂直于中心轴9并且引导向中心轴9的加速度分量具有最大值。令前述加速度分量的该最大值为“加速度Ay”。
此外，在第二电极13的电子束通孔17周围的第三电极14侧的凹陷18附近，在线内方向上的电子束7的最外围部分的加速度当中，即，x轴方向上的最外围部分，垂直于中心轴9并且引导向中心轴9的加速度分量具有最大值。令前述加速度分量的该最大值为“加速度Ax”。这里，如图9和10所示，优选满足下面的关系。
当电子束7的电流处于不超过大约0.1mA的低电流范围时(图9)，满足下列关系Ay＞0，Ax＞0，Ay/Ax＜1.0当电子束7的电流处于不小于大约2mA的高电流范围时(图10)，满足下列关系Ay＞0，Ax＞0，0.9＜Ay/Ax在满足这些关系的情况下，当电子束7的电流不超过0.1mA(处于低电流范围)时，在第二电极13的电子束通孔17的第三电极14侧附近，施加在垂直于线内方向和垂直于电子束7传播方向的方向上的电子束最外围部分，即，施加在y轴方向上的最外围部分上的会聚作用基本上弱于施加在线内方向上的电子束最外围部分，即，施加在x轴方向上的最外围部分上的会聚作用。此外，在电子枪6中，当每个电子束7的电流不小于2mA(处于高电流范围)时，在第二电极13的电子束通孔17的第三电极14侧附近，施加在线内方向上的每个电子束7的最外围部分，即，施加在x轴方向上的最外围部分上的会聚作用基本上等于施加在垂直于线内方向和垂直于电子束7传播方向的方向上的每个电子束7的最外围部分，即，施加在y轴方向上的最外围部分上的会聚作用。
这使得在高电流范围时可以减小电子束的光点尺寸，并且在低电流范围时有效地实现对波纹的抑制。因此，采用其中装配了本实施例的电子枪6的本实施例的阴极射线管10，在从低亮度图像到高亮度图像的图像中可以实现高图像质量和高分辨率。
下面介绍本实施例的电子枪6的各个部件的结构，以及前述部件尺寸的优选值。采用这种结构，可以实现图9和10所示的上述加速度。这里，如图2至8所示，令第一电极12的电子束通孔15在水平方向上的尺寸为h1，并且令其在垂直方向上的尺寸为v1。令第二电极13的电子束通孔17的尺寸为r2，令第二电极13的凹陷18的深度为t23，并且令凹陷18在水平方向上的尺寸为h23。此外，令第三电极14中的凹陷20在水平方向上的尺寸为h32，令凹陷20的深度为t32，并且令第三电极的电子束通孔19的尺寸为r3。此外，令彼此相对的第一电极12和第二电极13的表面之间的间隙为g12并且令彼此相对的第二电极13和第三电极14的表面之间的间隙为g23。
如上所述，通过将第一电极12的电子束通孔15形成为水平方向上长于垂直方向的矩形形状，关于水平方向上交叉的位置可以在阴极11侧形成低电流范围内垂直方向上的交叉。应当注意如果在高电流范围内减小光点尺寸，将第一电极12的电子束通孔15形成为水平方向上长于垂直方向的矩形形状的方法，如上所述，不足以以这种方式来控制电子束，使得在低电流范围内在第二电极13的电子束通孔17的第三电极14侧附近电子束受到垂直方向上弱于水平方向上的会聚作用。于是，如上所述，优选在第二电极13的第三电极14侧的表面上形成围绕电子束通孔17的凹陷18，每个凹陷18是垂直方向长于水平方向的矩形凹槽。采用这种结构，在每个电子束7处于低电流范围的情况下，在第二电极13的电子束通孔17的第三电极14侧附近，与水平方向上的会聚作用相比，垂直方向上的会聚作用相对较弱。除此之外，在处于高电流范围的情况下，由于与处于低电流范围的情况相比，交叉位置在第三电极14侧移动，因此电子束较少地受到凹陷18的影响。换句话说，在电子束通孔17的第三电极14侧附近，垂直方向上的会聚作用与水平方向上的会聚作用基本上彼此相等。
此外，在凹陷18引起的上述效果过于强的情况下，处于高电流范围的电子束7的垂直方向上的发散角度过度增加，由此，受到偏转像差的巨大影响，荧光屏4附近的聚焦退化。此外，在低电流范围内，电子束7在第二电极13的第三电极14侧附近或者几乎不受会聚作用的影响，或者受到垂直方向上的发散作用的影响。换句话说，加速度Ay满足Ay≈0或者Ay＜0。结果，虚拟物体点位置移动到荧光屏4一侧，并且虚拟物体点处的尺寸减小，由此导致波纹趋于发生。此外，当凹陷18引起的上述作用过于弱的情况下，不能实现高电流范围内电子束7的光点尺寸的减小和低电流范围内波纹的抑制。
当(h23-r2)/t23＜0.1时，由凹陷18引起的前述效果过于强，而当(h23-r2)/t23＞5时，由凹陷18引起的效果过于弱。换句话说，通过满足0.1＜(h23-r2)/t23＜5的条件，可以获得优选的效果。
由此，通过满足下面的条件，满足了加速度Ax和加速度Ay的上述关系。
1.0＜h1/v1＜1.50.1＜(h23-r2)/t23＜5此外，更优选应该满足下列不等式0.2＜g12/r2＜0.40.9＜g23/r2＜1.8通过设置使用的部件的尺寸，在电子枪6中建立起加速度Ax和加速度Ay的上述关系。换句话说，当电子束7的电流处于低电流范围时，建立起下面的关系Ay＞0，Ax＞0，Ay/Ax＜1.0当电子束7的电流处于高电流范围时，建立起下面的关系Ay＞0，Ax＞0，0.9＜Ay/Ax此外，除了满足上述条件式以外，所述条件式是1.0＜h1/v1＜1.50.2＜g12/r2＜0.40.1＜(h23-r2)/t23＜50.9＜g23/r2＜1.8，优选在第三电极14中形成每个都基本上为圆形形状的电子束通孔19，并且在第三电极14在第二电极13侧的表面上围绕电子束通孔19形成凹陷20，每个凹陷20为基本上矩形的形状，该矩形形状具有沿水平方向延伸的边和沿垂直方向延伸的边，垂直方向上的边比水平方向上的边要长。此外，尺寸优选满足下列条件1.0＜r3/r2＜2.0(h32-r3)/t32＜4.0如此一来，可以减小高电流范围中电子束的光点尺寸，同时当电子束电流处于低电流范围时可以有效地抑制波纹。因此，采用其中安装了本实施例的电子枪6的本实施例的阴极射线管10，在从低亮度图像到高亮度图像的图像中可以实现高图像质量和高分辨率。
此外，除了第一电极12的每个电子束通孔15之外，电子束通孔15具有水平方向长于垂直方向的矩形形状，优选在第一电极12在第二电极13侧的表面上分别围绕电子束通孔15形成凹陷16。每个凹陷16是基本上为矩形形状的凹槽，该矩形形状在垂直方向上长于水平方向。这种结构使得可以适当地调节电子束7的交叉位置。令凹陷16在水平方向上的尺寸为h12并且令其在垂直方向上的尺寸为v12，优选这些尺寸满足下列条件0.1(mm)＜(h12-h1)(mm)＜1.5(mm)0.1(mm)＜(v12-v1)(mm)＜1.5(mm)设计本实施例的电子枪以便具有上述结构，并且通过模拟得到其特性。可以使用分析电场和带电粒子的软件(例如，可从VectorFields Ltd.获得的“SCALA”)来用于模拟。由此，通过有限元法、表面电荷法等的计算可以得到电子枪的电场效应，即，电子的加速度。应当注意在模拟中，关于其在电子束的垂直和水平方向上朝向内部的加速度最大的电子进行分析，即关于最外围部分中的电子进行分析。图11是示出根据用于模拟的本实施例的电子枪6a结构的截面图。如图11所示，第三电极14a不是板状，并且额外提供第四电极25。除了这些之外的结构与图2所示的电子枪6的结构相同。
部件的尺寸如下指定h1/v1≈1.2g12/r2≈0.33(h23-r2)/t23≈2.5g23/r2≈1.42r3/r2≈1.27(h32-r3)/t32≈0.2前述尺寸满足部件尺寸的上述关系。
阴极11的电压设置在从大约10V到250V的范围内。应当注意电子束7的电流随阴极电压降低而增加。将大约0V的电压施加给第一电极12，将大约300V到1000V的电压施加给第二电极13，将大约20kV到35kV的电压施加给第四电极25，并且将大约为施加给第四电极25的电压的20％到30％的电压施加给第三电极14a。设置施加给第三电极14a的电压，从而当离开阴极11的电子束7的电流为大约1mA到4mA时，荧光屏4上的电子束7呈现出最好的聚焦状态。
在这个电子枪6a中，在第二电极13的电子束通孔15的第三电极14a侧的会聚作用在水平方向强，而在垂直方向上弱。因此，第二电极13和第三电极14a之间的电子束7具有水平方向上长于垂直方向上的尺寸。此外，由于第三电极14a的凹陷20在垂直方向上长于水平方向，因此电子束7具有水平方向上长于垂直方向上的尺寸，由此减小了垂直方向上偏转线圈8施加在电子束7上的偏转像差。
其中安装了如上所述构成的电子枪6a的阴极射线管使得可以在低电流范围时抑制波纹，并且在高电流范围中减小电子束7的光点尺寸。
在上述电子枪6a中，主透镜部分是由第三电极14a和第四电极25构成的双电位型圆柱透镜，但是它可以是例如电极孔非对称的非对称主透镜，或者是具有这三个电子束全部共通地通过的电极的重叠型主透镜。例如，结构可以与图12所示的电子枪6c的结构相同。图12是示出根据本实施例的另一种电子枪的结构的截面图。就阴极11、第一电极12、第二电极13和第三电极14而言，图12所示的电子枪6c的结构与图2所示的电子枪6的结构相同。该结构在从第三电极14的z轴方向上还包括第四电极25a、第五电极26和第六电极27。此外，第一电极12接地，向第二电极13和第四电极25两者施加电压Vg2，向第三电极14和第五电极26两者施加电压Vf，并且向第六电极27施加电压Va。更具体而言，电子枪6c具有其中初步会聚透镜设置在预聚焦透镜和主透镜之间的结构。可以结合使用由多个电极构成的主透镜。通过将部件的尺寸设置在上述范围内，可以获得相同的效果。此外，如图2所示，第三电极14的凹陷20设置在其第二电极13侧，但是在第三电极14为板状并且如图12所示的电子枪中那样提供初步会聚透镜的情况下，例如，如果在第四电极25a侧形成凹陷20，则可以实现相同的效果。
应当注意实施例的上述特定实例仅仅是例子，并且本发明不限于上述结构及类似物。
权利要求
1.一种用于阴极射线管的一字型电子枪，该电子枪包括三极管部分，其中依次形成阴极、第一电极和第二电极；以及主透镜部分，至少包括第三电极，该主透镜部分将发射自该三极管部分的电子束朝向荧光屏加速和会聚，其中在该第二电极中形成电子束通孔，在每个电子束的电流不超过0.1mA的情况下，在第二电极的该电子束通孔的朝向第三电极的一侧附近，在垂直于线内方向和垂直于电子束的传播方向的方向上施加在电子束最外围部分的最大会聚作用比在电子束的线内方向上施加在最外围部分的最大会聚作用弱，并且在每个电子束的电流不小于2mA的情况下，在第二电极的该电子束通孔的朝向第三电极的一侧附近，在电子束的线内方向上施加在最外围部分的最大会聚作用基本上等于垂直于线内方向和垂直于电子束的传播方向的方向上施加在该电子束最外围部分的最大会聚作用。
2.一种用于阴极射线管的一字型电子枪，该电子枪包括三极管部分，其中依次形成阴极、第一电极和第二电极；以及主透镜部分，至少包括第三电极，该主透镜部分将发射自该三极管部分的电子束朝向荧光屏加速和会聚，其中在该第二电极中形成电子束通孔，当每个电子束的电流不超过0.1mA时，满足下列关系Ay＞0，Ax＞0，Ay/Ax＜1.0并且当每个电子束的电流不小于2mA时，满足下面的关系Ay＞0，Ax＞0，0.9＜Ay/Ax其中Ax是在第二电极的该电子束通孔的朝向第三电极的一侧附近，在电子束的线内方向上的最外围部分的加速度当中、垂直于每个电子束的中心轴并且朝向该中心轴引导的加速度分量的最大值，并且Ay是在第二电极的该电子束通孔的朝向第三电极的一侧附近，在垂直于线内方向和垂直于电子束的传播方向的方向上的电子束的最外围部分的加速度当中、垂直于电子束的中心轴并且朝向该中心轴引导的加速度分量的最大值。
3.根据权利要求1所述的电子枪，其中在该第一电极中形成电子束通孔，该第一电极的每个电子束通孔为近似矩形形状，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，该第二电极的每个电子束通孔为近似圆形形状，并且在该第二电极的朝向第三电极的一侧的表面上，在该第二电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长。
4.根据权利要求2所述的电子枪，其中在该第一电极中形成电子束通孔，该第一电极的每个电子束通孔为近似矩形形状，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，该第二电极的每个电子束通孔为近似圆形形状，并且在该第二电极的朝向第三电极的一侧的表面上，在该第二电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长。
5.根据权利要求3所述的电子枪，其中满足下列表达式1.0＜h1/v1＜1.50.2＜g12/r2＜0.40.1＜(h23-r2)/t23＜50.9＜g23/r2＜1.8，其中h1是该第一电极的电子束通孔在线内方向上的尺寸，v1是该第一电极的电子束通孔在垂直于线内方向的方向上的尺寸，r2是该第二电极的电子束通孔的尺寸，t23是该第二电极的凹陷的深度，h23是该第二电极的凹陷在线内方向上的尺寸，g12是该第一电极和该第二电极的彼此相对的表面之间的间隙，并且g23是该第二电极和该第三电极的彼此相对的表面之间的间隙。
6.根据权利要求4所述的电子枪，其中满足下列表达式1.0＜h1/v1＜1.50.2＜g12/r2＜0.40.1＜(h23-r2)/t23＜50.9＜g23/r2＜1.8，其中h1是该第一电极的电子束通孔在线内方向上的尺寸，v1是该第一电极的电子束通孔在垂直于线内方向的方向上的尺寸，r2是该第二电极的电子束通孔的尺寸，t23是该第二电极的凹陷的深度，h23是该第二电极的凹陷在线内方向上的尺寸，g12是该第一电极和该第二电极的彼此相对的表面之间的间隙，并且g23是该第二电极和该第三电极的彼此相对的表面之间的间隙。
7.根据权利要求5所述的电子枪，其中在该第一电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第一电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长。
8.根据权利要求6所述的电子枪，其中在该第一电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第一电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长。
9.根据权利要求7所述的电子枪，其中满足下列表达式0.1(mm)＜(h12-h1)(mm)＜1.5(mm)0.1(mm)＜(v12-v1)(mm)＜1.5(mm)其中h12是该第一电极的凹陷在线内方向上的尺寸，而v12是该第一电极的凹陷在垂直于线内方向的方向上的尺寸。
10.根据权利要求8所述的电子枪，其中满足下列表达式0.1(mm)＜(h12-h1)(mm)＜1.5(mm)0.1(mm)＜(v12-v1)(mm)＜1.5(mm)其中h12是该第一电极的凹陷在线内方向上的尺寸，而v12是该第一电极的凹陷在垂直于线内方向的方向上的尺寸。
11.根据权利要求5所述的电子枪，其中在该第三电极中形成每个都近似为圆形形状的电子束通孔，在该第三电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第三电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长，并且满足下列表达式1.0＜r3/r2＜2.0(h32-r3)/t32＜4.0其中r3是该第三电极的电子束通孔的孔径尺寸，t32是该第三电极的凹陷的深度，h32是该第三电极的凹陷在线内方向上的尺寸。
12.根据权利要求6所述的电子枪，其中在该第三电极中形成每个都近似为圆形形状的电子束通孔，在该第三电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第三电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长，并且满足下列表达式1.0＜r3/r2＜2.0(h32-r3)/t32＜4.0其中r3是该第三电极的电子束通孔的孔径尺寸，t32是该第三电极的凹陷的深度，h32是该第三电极的凹陷在线内方向上的尺寸。
13.根据权利要求7所述的电子枪，其中在该第三电极中形成每个都近似为圆形形状的电子束通孔，在该第三电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第三电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长，并且满足下列表达式1.0＜r3/r2＜2.0(h32-r3)/t32＜4.0其中r3是该第三电极的电子束通孔的孔径尺寸，t32是该第三电极的凹陷的深度，h32是该第三电极的凹陷在线内方向上的尺寸。
14.根据权利要求8所述的电子枪，其中在该第三电极中形成每个都近似为圆形形状的电子束通孔，在该第三电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第三电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长，并且满足下列表达式1.0＜r3/r2＜2.0(h32-r3)/t32＜4.0其中r3是该第三电极的电子束通孔的孔径尺寸，t32是该第三电极的凹陷的深度，h32是该第三电极的凹陷在线内方向上的尺寸。
15.根据权利要求9所述的电子枪，其中在该第三电极中形成每个都近似为圆形形状的电子束通孔，在该第三电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第三电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长，并且满足下列表达式1.0＜r3/r2＜2.0(h32-r3)/t32＜4.0其中r3是该第三电极的电子束通孔的孔径尺寸，t32是该第三电极的凹陷的深度，h32是该第三电极的凹陷在线内方向上的尺寸。
16.根据权利要求10所述的电子枪，其中在该第三电极中形成每个都近似为圆形形状的电子束通孔，在该第三电极的朝向第二电极的一侧的表面上，在该第三电极的每个电子束通孔周围形成一个凹陷，该凹陷是近似矩形形状的凹槽，该矩形形状具有沿垂直于线内方向的方向延伸的边和沿平行于线内方向的方向延伸的边，垂直于线内方向的边比平行于线内方向的边要长，并且满足下列表达式1.0＜r3/r2＜2.0(h32-r3)/t32＜4.0其中r3是该第三电极的电子束通孔的孔径尺寸，t32是该第三电极的凹陷的深度，h32是该第三电极的凹陷在线内方向上的尺寸。
17.配备有根据权利要求1至16任意一项所述的电子枪的彩色阴极射线管。
全文摘要
提供一种用于阴极射线管的电子枪和一种装配有前述电子枪的彩色阴极射线管，当电子束处于高电流范围时该电子枪可以减小电子束的光点尺寸，并且当电子束处于低电流范围时该电子枪可以抑制波纹。当电子束的电流处于低电流范围时，在电子束通孔的第三电极侧附近，在线内电子束的垂直方向上施加在最外围部分的最大会聚作用比电子束的水平线内方向上施加在最外围部分的最大会聚作用弱。在电子束的电流处于高电流范围时，在第二电极的电子束通孔内和第二电极与第三电极之间的空间内，在电子束的水平线内方向上施加在最外围部分的最大会聚作用基本上等于在线内电子束的垂直方向上施加在最外围部分的最大会聚作用。
文档编号H01J29/48GK1716507SQ200510081430
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者石原智成 申请人:松下东芝映象显示株式会社