专利名称：电子枪组件以及具有该组件的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组件，更具体而言，涉及一种改善格栅电极的结构从而减小电子束变形(distortion)的用于阴极射线管的电子枪组件。
背景技术：
用于宽屏幕显示的投影电视通常具有三个投影阴极射线管以及光学系统，该三个阴极射线管用于产生红、绿和蓝色的单色显示屏幕，光学系统用于将这些阴极射线管所产生的单色图像放大并投射到投影屏幕上，并将单色图像一起合成为彩色图像。投影阴极射线管包括具有颈部的漏斗部，以及连接到本体中的颈部且具有内部荧光屏的面板。在颈部的内部安装单电子枪以发射电子流。
随着宽屏幕显示器和高清晰度广播的最近趋势，对于投影阴极射线管需要更高的分辨率从而在包括屏幕中心以及屏幕周边的整个屏幕区域上改善分辨率。然而，在聚焦中存在偏差(aberration)，这在屏幕周边引起电子束的变形。对于大屏幕和高清晰度观看，这种偏差更加显著。因此，所需的是对于电子枪组件的改进设计，以及对于使用该改进的电子枪组件的阴极射线管的设计，其中电子束以及屏幕边缘处的图像均聚焦并且不变形。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种电子枪组件的改进设计。
本发明的另一目的是提供一种利用改进的电子枪组件的阴极射线管的设计。
本发明的又一目的是提供一种补偿屏幕周边电子束的聚焦偏差的电子枪组件的设计。
本发明的又一目的是提供一种能提供改进的图像质量的阴极射线管中电子枪组件的设计，特别是在屏幕尺寸非常大并且清晰度高的情况下。
本发明的又一目的是提供一种电子枪组件的设计以及利用该电子枪组件的阴极射线管的设计，该电子枪组件产生良好聚焦且不变形的电子束，即使在屏幕周边以及对于具有高清晰度的大屏幕显示器。
本发明利用一种电子枪组件来实现这些以及其他目的，该电子枪组件包括用于发射电子的阴极，以及具有面对所述阴极的控制电极的多个格栅电极。所述格栅电极依次在所述阴极之后并且用于聚焦并加速阴极所发射的电子。所述控制电极被束通过孔穿透，该束通过孔具有水平长度H和大于该水平长度H的竖直长度V。所述竖直长度与所述水平长度的比率满足以下条件1.03≤V/H≤1.63。
所述控制电极的束通过孔可以具有椭圆形、跑道形或矩形。其余的格栅电极在内部形成有圆形束通过孔或者柱体，以允许所述电子束穿过。所述阴极是用于发射电子流的单阴极。
所述格栅电极包括所述控制电极、加速电极、第一阳极电极、聚焦电极和第二阳极电极。所述第一和第二阳极电极彼此电连接。所述第二阳极电极部分地包围所述聚焦电极。所述聚焦电极具有在所述第二阳极电极内部的直径增大部分。
根据本发明的另一方面，阴极射线管包括电子枪组件，内部安装有所述电子枪组件的颈部，漏斗部，以及面对所述颈部的面板。偏转磁轭安装在所述漏斗部的外围附近以形成用于偏转电子束的磁场。荧光屏形成在所述面板的内表面上。所述控制电极具有束通过孔，该束通过孔具有水平长度H和大于该水平长度H的竖直长度V。所述竖直长度与所述水平长度的比率满足以下条件1.03≤V/H≤1.63。所述电子枪具有单阴极，并且所述荧光屏形成有红色、绿色和蓝色中的任意一种。所述面板的内表面形成有面对所述颈部的凸面。
通过结合附图参考以下详细说明，对本发明更全面的理解以及本发明的许多附带优点将变得更加显而易见，附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，其中图1示意性地图示了阴极射线管中电子束的偏转磁场和形状；图2示意性地图示了在阴极射线管的屏幕周边的电子束的路线及其形状；图3是安装有根据本发明一实施例的电子枪组件的颈部的部分剖面图；图4是根据本发明实施例的电子枪组件的剖面图；图5是图3所示的电子枪组件的控制电极的右视图；图6和图7是图3所示的电子枪组件的控制电极变体的右视图；图8示意性地示出了在根据本发明一实施例的阴极射线管中电子束的偏转磁场和形状；图9示意性地示出了在根据本发明一实施例的阴极射线管中屏幕周边的电子束的路线及其形状；图10是示出作为形成在控制电极中的束通路孔的竖直与水平长度比率V/H的函数的屏幕中心电子束直径变化的曲线；图11是示出作为形成在控制电极中的束通路孔的竖直与水平长度比率V/H的函数的屏幕周边电子束直径变化的曲线；以及图12是根据本发明一实施例的阴极射线管的部分剖面图。
具体实施例方式
用于宽屏幕显示的投影电视通常具有三个投影阴极射线管以及光学系统，该三个阴极射线管用于产生红、绿和蓝色的单色显示屏幕，光学系统用于将这些阴极射线管所产生的单色图像放大并投射到投影屏幕上，并将单色图像合成为彩色图像。投影阴极射线管包括具有颈部的漏斗部，以及连接到本体中的颈部并具有内部荧光屏的面板。在颈部的内部安装单电子枪以发射电子流。
随着宽屏幕显示器和高清晰度广播的最近趋势，对具有聚焦且不变形的电子束的需求比以往更加重要。在屏幕上的所有部分，包括屏幕的周边，电子束和被显示的图像需要高的质量。
投影阴极射线管具有反向的球形结构，其中面板具有面对颈部的内部凸面以实现高亮度。然而，与使用荫罩的彩色阴极射线管相比，难以在屏幕的周边聚焦电子束。而且，电子枪发射的电子束被偏转磁轭所产生的磁场偏转由此形成光栅，并且在这一过程中，由于偏转磁轭的磁场的偏转所引起的变形，电子束在屏幕的周边变形。
为了将电子束从电子枪导向荧光屏，在偏转磁轭周围电子束的路线上形成如图1所示的具有四极分量(quadrupole component)的电子透镜。通过这样的电子透镜，将用于使电子束在竖直方向移位的磁场(水平偏转磁场(A))形成为具有凸起的形状，将用于使电子束在水平方向上移位的磁场(竖直偏转磁场(B))形成为具有凹陷的形状。因此，利用朝向屏幕周边被扫描的电子束的聚焦电压，竖直聚焦电压分量大于水平聚焦电压分量从而使电子束的水平直径变大。
现参照图2，图2示意性地示出了使用图1的轭偏转磁场而朝向荧光屏的周边被投射的电子束的水平分量H和竖直分量V的路线以及着陆在荧光屏上的电子束的形状。普通的电子枪组件包括阴极，以及以预定距离依次在阴极之后的控制电极，加速电极，聚焦电极和阳极电极。从阴极1发射的电子穿过控制电极，交叉并被预聚焦。被预聚焦的电子穿过聚焦电极的聚焦透镜同时被聚焦，并朝向荧光屏行进同时被偏转磁场偏转，由此着陆在荧光屏的目标部分。在这一过程中，偏转磁轭对于电子束的竖直分量V用作凸电子透镜，而对于电子束的水平分量H用作凹电子透镜。
因此，使用该投影阴极射线管，当对于朝向屏幕周边被扫描的电子束的竖直分量进行聚焦时，水平分量不完全聚焦同时扩大了电子束的水平直径。相反，当对于电子束的水平分量进行聚焦时，竖直分量被过度聚焦，由此产生光晕(halo)。
现参照图3和4，图3是内部安装有根据本发明一实施例的电子枪组件2的颈部28的部分剖面图，图4是图3的电子枪组件2的剖面图。如图3和4所示，电子枪组件2包括阴极4，用于聚焦并加速从阴极4发射的电子同时形成电子束的格栅电极(grid electrode)6、8、10、12和14，以及用于顺次安置并支撑格栅电极6、8、10、12和14的支撑体16。
在该实施例中，格栅电极6、8、10、12和14包括顺次在阴极4之后(即，在+z方向上渐进)同时彼此分隔一定距离的控制电极6、加速电极8、第一阳极电极10、聚焦电极12和第二阳极电极14。第一和第二阳极电极10和14经由连接器18彼此电连接。
控制电极6和加速电极8与阴极4一起形成了三极管结构从而控制阴极4的电子发射同时预聚焦从阴极4发射的电子。为了这一目的，设置施加到控制电极6的电压使其低于施加到阴极4的电压，并且使施加到加速电极8的电压高于施加到阴极4的电压。
控制电极6被束通过孔6a穿透，定位该束通过孔6a使得来自阴极4的电子束能够从中穿过。图5示出了一个实施例，其中束通过孔6a为椭圆形并且在竖直y方向上延伸的距离V比水平x方向的距离H更大。正如以下将在图10和11中所讨论的那样，束通过孔6a的V/H比率必须在1.03-1.63之间。水平方向表示对应于屏幕上的左右方向X-X(或x轴)，竖直方向表示对应于屏幕上的上下方向Y-Y(或y轴)。
如图5所示，控制电极6的束通过孔6a形成为椭圆形。可选择地，如图6和图7所示，束通过孔6b或6c可以分别形成为跑道形或矩形，或者是满足前面描述的V/H比率范围的其他形状。
同时，除了控制电极6之外，格栅电极8、10、12和14可以设计为由设置在阴极4所发射的电子束路线上的圆形束通过孔所穿透，或者，形成有柱体内部允许电子束穿过。电子枪组件2可以为单电子枪，该单电子枪安装有发射电子束的单阴极4。
将30kV或更高的高电压施加到第一和第二阳极电极10和14，并且将10-20kV的可变聚焦电压施加到聚焦电极12。由于聚焦电极12和两个阳极电极10和14之间的电势差，因此第一聚焦透镜FL1位于第一阳极电极10和聚焦电极12之间。第二聚焦透镜FL2位于聚焦电极12和第二阳极电极14之间。电子在穿过控制电极6时被预聚焦，最后在穿过两个聚焦透镜FL1和FL2时被聚焦并加速，之后朝向荧光屏(未示出)行进。
为了扩大第二聚焦透镜FL2的直径，聚焦电极12部分地位于第二阳极电极14内部同时在其中形成大直径部分12a。当然，聚焦电极12和第二阳极电极14彼此分隔开足够距离，由此以稳定的方式在其间获得极佳的耐电压特性。
利用上述结构的电子枪组件2，如将图8所示且与图1进行比较，在控制电极6中形成竖直延长的束通过孔6a将补偿由磁轭引起的电子束的变形。换言之，控制电极中束通过孔的新颖设计补偿了由于偏转磁场而使竖直延长的电子束形成在屏幕中心并朝向屏幕周边偏转时所发生的变形。这是可行的，因为来自电子枪组件2的电子束调整为控制电极6的束通过孔6a的形状并着陆在荧光屏上。使用束通过孔6a的结果是在显示器的边缘处电子束变形更小，正如在图8相比于图1中所示的那样。
现参照图2和9，图9示意性地示出了在根据本发明一实施例的阴极射线管中屏幕周边的电子束的路线及其形状，图2比较性地示出了没有所设计的束通过孔时的路线。当控制电极6的束通过孔6a如图9所示被竖直延长时，电子束的水平分量H的交叉点朝向阴极4移位从而使入射到第一聚焦透镜FL1上的电子束的水平直径减小。这导致着陆在荧光屏上的电子束的水平直径的减小。因此，利用根据本实施例的电子枪组件2，减小了屏幕周边电子束的水平直径，由此补偿了电子束的变形。此外，利用根据本实施例的电子枪组件2，与在控制电极处形成圆形束通过孔的电子枪组件相比，能够很好地获得阴极4的寿命特性和电子束的聚焦特性。
阴极的寿命与驱动电子枪时发射电子束的负载区域(loading region)的半径(以下称为“负载半径”)密切相关，并且依据控制电极的束通过孔的尺寸而确定该负载半径。考虑到阴极的寿命特性，扩大控制电极的束通过孔是有利的，但是考虑到聚焦特性，尽可能减小控制电极的束通过孔的尺寸是有利的。
在本实施例中，由于控制电极6具有竖直延长的束通过孔6a，阴极4的负载半径保持为与在控制电极中形成圆形束通过孔时相同，但是电子束的水平直径增大了。在控制电极6的束通过孔6a具有0.52mm的水平尺寸和0.58mm的竖直尺寸的情况下，阴极4的负载半径与在控制电极中形成直径0.55mm的圆形束通过孔时相同。
因此，利用根据本实施例的电子枪组件2，其寿命特性与在控制电极中形成直径0.55mm的圆形束通过孔时相同，并且其在屏幕周边的聚焦特性与在控制电极中形成直径0.52mm的圆形束通过孔时类似。现将结合图10和11进一步解释以下事实，即控制电极中H＝0.52mm且V＝0.58mm的孔与直径0.52mm的圆形孔产生了聚焦特性相类似的束。
现参照图10和11，图10是示出作为穿透控制电极的束通路孔(beampassage hole)的竖直与水平长度比率V/H的函数的屏幕中心电子束直径变化的曲线，图11是示出作为穿透控制电极的束通路孔的竖直与水平长度比率V/H的函数的屏幕周边电子束直径变化的曲线。
如图10所示，关于V/H比率为1.00的比较实例测量的电子束的直径约为200μm。由于V/H比率大于1.00，电子束的水平直径减小至小于200μm，并且电子束的竖直直径增大至大于200μm。当束通路孔的V/H比率在1.00-1.63的范围内时，在屏幕中心测量的电子束的平均直径是198μm或更小，这小于比较实例的平均直径。
如图11所示，关于V/H比率为1.00的比较实例在屏幕周边测量的电子束的直径约为270μm。由于V/H比率增大至超过1.00，电子束的水平直径从约305μm逐渐减小，并且电子束的竖直直径从约235μm逐渐增大。当束通路孔的V/H比率在1.00-1.63的范围内时，在屏幕周边测量的电子束的平均直径是267μm或更小，这小于比较实例的平均直径。因此，在保持最佳的V/H比率的情况下，在屏幕周边电子束的平均直径减小至256μm。
参照图10和11，当V/H比率超过1.63时，电子束的竖直直径急剧增大，由此进一步使电子束变形。考虑到屏幕中心以及其周边束直径的增大，V/H比率的最大值优选设定为1.63。
假定穿透薄的控制电极6以形成竖直延长的束通过孔6a。考虑到约0.05mm的操作离差，束通过孔6a的水平长度H和竖直长度V应该相差约0.2mm或更大，从而使该孔成为合格的竖直延长孔。因此，V/H比率的最小值优选设定为1.03或更大。
现参照图12，图12是安装有电子枪组件2的阴极射线管20的剖面图，示出了通过从电子枪组件2发射电子束来实现单色图像的投影阴极射线管。如图12所示，阴极射线管20包括具有内部荧光屏22的面板24，以及位于面板24之后(其左侧或-z方向)的漏斗部26和颈部28。具有上述结构的电子枪组件2安装在颈部28内部以向荧光屏22发射电子束。偏转磁轭30安装在漏斗部26的外围附近，并产生偏转磁场以偏转从电子枪组件2发射的电子束，由此将电子束扫描到荧光屏22上。
荧光屏22涂有红、绿和蓝色中的任意一种颜色。具有荧光屏22的面板24具有面对颈部的内部凸面，即，反向的球形表面。
偏转磁轭30形成具有图9所示的四极分量的电子透镜。也就是说，该电子透镜对于电子束的竖直分量具有凸的外形，而对于电子束的水平分量具有凹的外形。对于在屏幕周边偏转的电子束的变形，利用控制电极6的改进结构减小了屏幕周边电子束的水平直径，由此使电子束的变形最小化。
该投影显示装置(未示出)具有三个投影阴极射线管以及光学系统(未示出)，该三个阴极射线管用于实现红、绿和蓝色的单色显示屏幕，光学系统用于将阴极射线管所产生的单色图像放大并投射到投影屏幕(未示出)上，由此显示预定颜色的图像。
如上所述，利用本发明的电子枪组件，由于在控制电极中形成了具有上述形状的束通过孔，该孔补偿了朝向屏幕周边偏转的电子束增大的束直径，由此使电子束的变形最小化。因此，利用本发明的阴极射线管，减小了电子束的变形而没有显著改变格栅电极结构，由此提高了显示屏的质量。
尽管以上已经详细描述了本发明的优选实施例，但应清楚理解的是，对于本领域技术人员而言，对此处所述的基本发明构思的多种变化和/或修改仍将落入由权利要求所限定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种电子枪组件，包括适于发射电子的阴极；以及包括控制电极的多个格栅电极，所述控制电极设置为面对所述阴极，所述格栅电极依次在所述阴极之后并且适于聚焦并加速从所述阴极发射的电子，所述控制电极被束通过孔穿透，所述束通过孔具有水平长度H和竖直长度V，比率V/H满足不等式1.03≤V/H≤1.63。
2.根据权利要求1所述的电子枪组件，所述束通过孔的形状选自由椭圆形、跑道形和矩形构成的组。
3.根据权利要求1所述的电子枪组件，除所述控制电极之外，所述格栅电极的每一个被圆形束通过孔穿透，或者具有适于在内部允许所述电子束穿过的柱体。
4.根据权利要求1所述的电子枪组件，所述阴极是所述电子枪组件中唯一的用于发射电子束的阴极。
5.根据权利要求1所述的电子枪组件，所述多个格栅电极包括所述控制电极；加速电极；第一阳极电极；聚焦电极；以及第二阳极电极，所述第一阳极电极和所述第二阳极电极彼此电连接。
6.根据权利要求5所述的电子枪组件，所述第二阳极电极部分地围绕所述聚焦电极，所述聚焦电极包括设置在所述第二阳极电极内部的直径增大部分。
7.一种阴极射线管，包括电子枪组件，所述电子枪组件包括阴极、包括有设置成面对所述阴极的控制电极的多个格栅电极，所述格栅电极依次在所述阴极之后并且适于聚焦并加速从所述阴极发射的电子束，以及适于顺次安置并支撑所述格栅电极的支撑体，内部安装有所述电子枪组件的颈部；设置在所述颈部前面的漏斗部和面板；设置在所述漏斗部的外围附近并适于产生偏转所述电子束的磁场的偏转磁轭；以及设置在所述面板的内表面上的荧光屏，所述控制电极被束通过孔穿透，所述束通过孔具有水平长度H和竖直长度V，比率V/H满足不等式1.03≤V/H≤1.63。
8.根据权利要求7所述的阴极射线管，所述电子枪仅包括一个阴极，所述荧光屏是从红色、绿色和蓝色所构成的组中选取的颜色。
9.根据权利要求7所述的阴极射线管，所述面板的内表面包括设置为面对所述颈部的凸面。
10.根据权利要求7所述的阴极射线管，所述控制电极的束通过孔的形状选自由椭圆形、跑道形和矩形所构成的组。
11.根据权利要求7所述的阴极射线管，所述格栅电极包括所述控制电极；加速电极；第一阳极电极；聚焦电极；以及第二阳极电极，所述第一阳极电极和所述第二阳极电极彼此电连接。
12.根据权利要求11所述的阴极射线管，所述第二阳极电极部分地围绕所述聚焦电极，所述聚焦电极包括设置在所述第二阳极电极内部的直径增大部分。
全文摘要
本发明公开了一种用于阴极射线管的电子枪组件，其中能够减小通常发生在屏幕周边的电子束的变形。所述电子枪组件包括用于发射电子的阴极，以及具有面对所述阴极的控制电极的多个格栅电极。所述格栅电极依次在所述阴极之后从而聚焦并加速从所述阴极发射的电子。所述控制电极具有束通过孔，该束通过孔具有水平长度H和大于水平长度H的竖直长度V，竖直长度与水平长度的比率满足以下条件1.03≤V/H≤1.63。
文档编号H01J29/48GK1744265SQ20051009962
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月30日
发明者郑奉旭, 金德镐, 尹光珍, 黄世子出 申请人:三星Sdi株式会社