专利名称：动态聚焦电压减小了的彩色显像管的制作方法
技术领域：
本发明涉及构成彩色显像管电子枪主透镜的电极的形状，并涉及每一个电极的电压施加过程。
图1是配置了传统结构的电子枪的彩色显像管的平面图。上面交替被覆有三色荧光条的荧光屏3支撑的真空玻壳1的面板2的内壁上。阴极6、7和8的中心轴线16、17和18与构成主透镜的G1电极9、G2电极10、聚焦电极12各孔的中心轴线以及各阴极相应的屏蔽杯14的中心轴线吻合，且在公共平面上几乎彼此平行的配置着。虽然构成主透镜另一个电极的加速电极13其中心孔的中心轴线与上述中心轴线17吻合，但是侧孔的中心轴线19和20并不与其分别相应的中心轴线16和18吻合而稍微向外偏移。从各阴极发出的三束电子束分别沿中心轴线16、17和18进入主透镜。大约5至10千伏的聚焦电压加到聚焦电极12上，大约20至30千伏的加速电压加到加速电极13上，从而形成与安装在真空玻壳内的屏蔽杯14和导电涂层5同样的电位。聚焦电极和加速电极的中心孔彼此共轴线，因而在该中心形成的主透镜旋转对称，中心电子束经主透镜聚焦，径直沿轴线的通路上行进。另一方面，该两电极侧孔的中心轴线彼此偏移，从而在两侧形成旋转不对称的主透镜。于是，侧边的电子束通过偏离透镜中心轴线的部分朝向主透镜区加速电极侧上形成的发散透镜区的中心电子束，并在会聚力的作用和主透镜聚焦作用的作用下加到中心电子束上。这样，三束电子束会聚，从而在荫罩4的任何孔处彼此重叠并聚焦。使三束电子束如此会聚的过程叫做静态会聚(以下简称STC)。此外，各电子束由荫罩进行选色，而且只有一部分激发各电子束相应的预定颜色以便发光的各电子束通过荫罩的孔达到荧光屏。为使电子束可以在荧光屏上扫描，在彩色显像管外围绕着真空玻壳1的颈部装设了磁偏转线圈15。
大家知道，将上述那种使原来的三束电子束通路配置在一个水平面上的一字排列式电子枪与使磁场形成不均匀的特殊分布的所谓自会聚偏转线圈结合起来时，若三束电子束在荧光屏中心静态会聚，则可以使它们在整个荧光屏上会聚。但采用自会聚偏转线圈时，由于磁场分布不均匀因而偏转像差增加，且荧光屏周边部位的解像能力减小。图2示意示出了荧光屏上的束点因偏转像差而变形的情况。在荧光屏的周边部位，用斜线表示的电子束点亮度高的部分C(核心)水平延伸，亮度低的部分h(光晕)则垂直延伸。
日本专利申请公报2-72546提出了解决这个问题的措施。图3示出了传统电子枪的结构的实例。聚焦电极在从阴极至荧光屏的方向上分成两个部分，例如第一构件127和第二构件128。在第二构件128面对第一构件127的端面中电子束通过的孔上下装有扁平电极124，电极124经设在第一构件面对第二构件的端面的单个孔伸入第一构件中。第一构件127内配置有带电子束通过的孔的电极125，与扁平电极124间隔固定的间距。动态聚焦电压Vd与叠加的聚焦电压Vf一起加到第二构件128和扁平电极124上，这是与加到偏转线圈的偏转电流同步动态变化的电压。当偏转量大时，第一构件和第二构件之间的电位差增加，从而由扁平电极形成的旋转不对称电子透镜的四极透镜作用增强，于是通过上述扁平电极之间的电子束中产生大的像散像差。当第二构件128的电位高于第一构件127的电位时，电子束中产生的像散像差具有使核心垂直延伸、光晕水平延伸的作用。因此可以补偿图2中所示伴随着电子束的偏转产生的像散像差，并提高荧光屏周边部位的解像能力。另一方面，通过消除第一构件和第二构件之间的电位差而使电子束不偏转时，没有旋转不对称电子透镜形成，因而可以消除荧光屏中心的像散像差。因此，解像能力不会变坏。
在彩色显像管中，主透镜至荧光屏周边部位的距离大于主透镜至荧光屏中心的距离。因此，荧光屏中心和周边部位使电子束聚焦的电压条件不同。在荧光屏中心使电子束聚焦的电压条件下，周边部位的电子束不会聚焦，因而解像能力变坏。这叫做像场曲率像差。但在图3所示的传统实例中，当电子束偏转到荧光屏的周边部位时，第二构件128的电位增加，从而与加速电极13的加速电压的电压差减小，因而主透镜的透镜强度减小。因此，电子束的聚焦点移向荧光屏，从而即使在周边部位也可以在荧光屏上聚焦。这样就可以避免周边部位的解像能力变坏。就是说，既可以动态校正像场曲率像差，还可以动态校正像散像差。
然而，在大偏转角阴极射线管中，偏转像差增加，因而需要1千伏以上较高的动态聚焦电压来校正它。
按照上述现有技术，大偏转角阴极射线管需要有一个较高的动态聚焦电压，为此，动态聚焦电压发生电路的造价因其电压高而不可避免地增加，否则偏转像差因动态聚焦电压的幅值不够大而得不到彻底校正，且周边部位的解像能力变坏。
本发明的目的是提供一种彩色显像管，彩色显像管的电子枪能使动态聚焦电压降低到传统动态聚焦电压以下同时又能保持聚焦性能令人满意。
为实现上述目的，本发明的彩色显像管配备了这样一种电子枪，电子枪的第一电极装置用以产生许多电子束，并将这些电子束沿一个水平面上彼此平行的原始通路引到荧光屏上，电子枪的第二电极装置构成主透镜，用以将上述各电子束聚焦到荧光屏上，其中电子枪构制成使主透镜包括依次朝荧光屏的方向排列的第一加速电极、一个聚焦电极和第二加速电极，聚焦电极的长度至少为主透镜直径的两倍，此外，电子枪给第一加速电极和第二加速电极提供高电位，给聚焦电极提供直流中等电位，构制由依次朝荧光屏方向排列的至少三个构件(例如第一构件、第二构件和第三构件)组成的聚焦电极，具有用以在第三构件与第二构件之间的空间和第一构件与第二构件之间的空间的至少一个空间中形成旋转不对称电子透镜的校正电极，并分别给第一构件和第三构件提供与准备加到绕真空玻壳管颈部分装设的偏转线圈从而使上述各电子束扫描的偏转电流同步变化且与提供给第二构件的电位无关的电位，而且在旋转不对称电子透镜中形成的透镜强度和在第一加速电极与第一构件之间形成的透镜强度，以及在第二加速电极与第三构件之间形成的透镜强度都随电子束的偏转角变化。
此外，按照本发明，为形成上述旋转不对称电子透镜，在与第二构件相对的第三构件和第一构件的至少其中之一的表面上开设的电子束通过的孔上下配置了与第三构件或第一构件电连接的一对扁平电极，且扁平电极都经开设在配置有扁平电极的一侧的第二构件的相对端面的单个孔延伸入第二构件中，与第二构件电连接且具有各电子束的孔的电极板配置在第二构件中，与扁平电极间隔固定距离。
此外，按照本发明，为形成上述旋转不对称电子透镜，在与第二构件相对的第三构件和第一构件的至少其中一个的表面上开设有供各电子束专用的横向长的电子束通过的孔眼，并在与第三构件和第一构件至少其中一个相对的第二构件的表面给电子束开设了专用的纵向长的电子束通过的孔眼，从而形成与上述各横向长的电子束通过的孔相应的孔。
在本发明的上述电极结构中，当电子束偏转时，第一构件和第二构件的电位提高，从而使与毗邻的加速电极的加速电压的电压差减小，且该两处的透镜强度下降。因此，与现有技术的电子枪相比，电子束的焦点有效地朝荧光屏移动，且电子束可聚焦到荧光屏上，甚至聚焦到荧光屏的周边部位上。就是说，像场曲率像差可在低于传统电子枪的动态聚焦电压下加以校正。在此情况下，聚焦电极的长度至少为主透镜直径的2倍，从而可以抑制因球面像差使束点直径增大所引起的解象能力的劣化。
当电子束偏转时，各构件之间的电位差增加。因此，借助于装设在第一构件和第二构件之间或第二构件和第三构件之间的旋转不对称电子透镜的四极透镜的作用，可以使电子束的截面形状在长度方向上变大，从而可以补偿像散像差。在此情况下，在第一和第二构件之间以及第二和第三构件之间形成四极透镜，或者在两者之一中装设单个四极透镜并增加单个四极透镜的强度，可以在低于传统动态聚焦电压的相应电压下校正像散像差。
通过上述措施，可以避免动态聚焦电压增加。这样做可以抑制动态聚焦电压发生电路的成本的提高。要不然也可以抑制荧光屏周边部位的解像能力因动态聚焦电压值不足引起的劣化。
图1是传统一字排列式彩色显像管的轴向剖视示意平面图。
图2是采用传统的电子枪的彩色显像管荧光屏各点上电子束点形状的示意图。
图3是传统电子枪的轴向剖视图。
图4是本发明第一实施例电子枪的轴向剖视图。
图5(a)至图5(h)分别为图4所示电极各主要部分在A-A、B-B、C-C、E-E、F-F、G-G、H-H和I-I各线处的剖视图。
图6是本发明第二实施例的电子枪的轴向剖视图。
图7是本发明第三实施例的电子枪的轴向剖视图。
图8(a)至图8(e)分别为形成旋转不对称电子透镜的电极的各主要部分在P-P、Q-Q、R-R、S-S和T-T各线处的剖视图。
图9是本发明第四实施例的电子枪的轴向剖视图。
图10(a)至图10(d)分别为图9所示的构成主透镜的电极的各主要部分在U-U、V-V、W-W和X-X各线处的剖视图。
图11是电子通过本发明第一实施例中图4所示主要电极的电子束通过的孔时其轨迹的示意图。
图4示出了本发明的一个实施例。图5(a)至图5(h)分别为图4所示电极的各主要部分在A-A、B-B、C-C、E-E、F-F、G-G、H-H和I-I各线处的剖视图。主透镜由第一加速电极11、聚焦电极12和第二加速电极131所组成。第一加速电极11的电极长度取t，在聚焦电极12的那侧形成的第一加速电极的电子束通过的孔眼的直径取u。聚焦电极12分成三个部分，例如第一构件121、第二构件122和第三构件123，且在分别与毗邻的电极121和123相对的第二构件122的表面上形成单孔d3，而且有三个圆的电子束通过的孔d4的电极板125配置在第二构件122内。与第二构件122相对的第一构件和第三构件123的表面上形成有三个圆的电子束通过的孔，朝第二构件122延伸的扁平电极124连接到各通孔的上下方。配置在第二构件122、第一构件121和第三构件123中的电极板125的上述电子束通过的孔，彼此共轴线，且形状相同。
固定聚焦电压Vf加到第二构件122上，叠加在Vf上的动态聚焦电压Vd加到第一构件121和第三构件123上。当电子束偏转时，Vd随偏转置的增加而增加。随着Vd增加，在第一和第二构件的相对部分以及第二和第三构件的相对部分形成的旋转不对称电子透镜的四极透镜的强度增加，从而可以校正电子束偏转引起的像散像差。与此同时，加到加速电极11上的加速电压Eb与加到第一构件电压之间的电压差，以及加到加速电极131的加速电压Eb与加到第三构件124上的电压之间的电压差都减小，于是透镜强度下降，透镜与电子束聚焦点之间的间距扩大，因而电子束可聚焦在荧光屏上，甚至聚焦在荧光屏的周边部位上。
就是说，通过加上较低的动态聚焦电压，可以同时动态校正像散像差和像场曲率像差，而且可以提高荧光屏周边部位的解象能力。
但是在单电位式电子枪的情况下，当上述聚焦电极长度L短时，球面像差会增加。
电气工程师协会电子器件会议资料EDD-77-138讨论了主透镜的直径不变时聚焦电极长度与球面像差之间的关系。
其次，主透镜直径的定义如下。在日本专利申请公报2-18540中所述的主透镜的结构中，即在构制由具有如图5(c)所示的横向长的单孔d2和图5(d)所示的各电子束的独立孔d1的电极板126组成的各电极彼此相对的主透镜中，主透镜的直径为聚焦电极单孔的短直径D。其原因在于，在图5(c)所示的非圆形主透镜中，主透镜在垂直方向上的直径与单孔d2的短直径D(即孔的垂直直径)有关。借助于非圆形孔d1配置在电极123内的电极板126的作用可以使主透镜的在水平方向上的直径实际上等于垂直孔径，从而可以均衡主透镜在各方向上的直径。在构制成使如图9和图10(a)至图10(d)中所示的各圆筒彼此相对的主透镜中，主透镜的直径为聚焦电极孔d5的直径D。图10(a)至图10(d)分别为图9中所示的U-U、V-V、W-W和X-X线处的剖视图。
在上述参考文献“电气工程师协会电子器件会议资料EDD-77-138”中，对主透镜电极中电子束通过的孔(即5.5毫米的主透镜直径)进行的分析表明，当聚焦电极长度超过11毫米时，球面像差饱和，且趋近几乎固定的值。当聚焦电极长度为11毫米时，球面像差只比最小值大10%。另一方面，当聚焦电极长度小于11毫米时，球面像差迅速增加。
上述数据是通过分析5.5毫米直径的主透镜得出的。因此，这表明聚焦电极长度至少应为主透镜直径的2倍。即在此情况下至少为11毫米，否则束点直径会因球面像差增加而增加，于是解像能力变坏。
当聚焦电极长度小于主透镜直径的两倍时，会出现下列问题。就是说，当聚焦电极长度小于主透镜直径的两倍时，在第一和第二加速电极及聚焦电极之间形成的两透镜的干涉作用增加，因而两透镜不会彼此无关。因此失去了通过削弱在两处的透镜强度而获得的像场曲率像差校正灵敏度所作的改进效果。
在图4所示的实施例中还可以解决电子束会聚的问题。由于加速电压Eb与主透镜部分中第三构件电压之间的电位差随动态聚焦电压Vd的增加而减小，其间的电场强度下降。因此电场能使侧边电子束向中心电子束偏转以便使电子束会聚的旋转非对称分量同时下降，从而减小了侧边电子束的偏转量。然而，在图4所示的实施例中，增加侧边电子束偏转量的作用是随动态聚焦电压Vd的增加在四极透镜中产生的，因而可以补偿上述减小，即使Vd变化也能形成会聚，而且通过改变扁平电极124的电极长度S和各扁平电极124之间的间距d，则可以较容易地调节会聚补偿量。
按下列尺寸试验制造了图4所示实施例的显像管聚焦电极第一构件的长度8.0毫米聚焦电极第二构件的长度16.0毫米聚焦电极第三构件的长度10.0毫米聚焦电极的长度L38.0毫米主透镜的直径D10.4毫米扁平电极124的长度s3.0毫米扁平电极124之间的间距d5.4毫米第一加速电极的电极长度t2.1毫米聚焦电极侧上形成的第一加速电极的电子束通过的孔的直径4.0毫米由于给上述原型进行评价的结果，在加速电压Eb取30千伏、聚焦电压Vf取8.4千伏情况下，得出的动态聚焦电压Vd为1.0千伏，因而比图3所示传统实例的电子枪减少了20%。阴极电流Ik＝4毫安时荧光屏中心处的束点直径可比图3所示传统实例的电子枪减少15%。由此证明了像散像差和像场面率像差可以同时在低于传统实例电子枪的动态聚焦电压下加以校正，且可以改善聚焦特性。
在本发明的电子枪中，通过形成能校正像场曲率的透镜，即除上述在第二加速电极131和聚焦电极的第三构件123之间的末级透镜之外，在上述第一加速电极11和聚焦电极的第一构件121之间增设的像场曲率校正透镜，像场曲率校正灵敏度和整个电子枪一样也得到了改善。
本发明电子枪的像场曲率校正的校正灵敏度受上述在第一加速电极11和聚焦电极的第一构件121之间形成的透镜与上述末级透镜之间的间距的影响，且随着两透镜间距的缩短，校正灵敏度进一步提高。
原因在于，在第一加速电极11和聚焦电极的第一构件121之间形成的透镜，其对电子束聚焦的作用量增加。
但上述两透镜间距的缩短是有一定限度的。如上所述，当形成该两透镜的电极之一的聚焦电极，其长度L小于主透镜直径D的两倍时，第一和第二加速电极11和131与聚焦电极12之间形成的两个透镜彼此相互干扰，从而降低了像场曲率校正灵敏度。
将聚焦电极12的电极长度L增加到主透镜直径D的至少两倍，并扩大第一加速电极11的电极长度t，可以提高像场曲率校正的校正灵敏度。
其原因在于，如图11中所示，由于扩大了第一加速电极11的电极长度t，通过在第一加速电极11和聚焦电极的第一构件121之间形成的透镜的电子束其直径E增加了，于是电子束直径对透镜直径的比值增加了，于是电子束直径对透镜直径的比值增加了，从而加强了透镜对电子束的聚焦作用。
然而，扩大第一加速电极11的长度t也是有一定的限度的。若电子束直径对透镜直径的比值增加得过多，束点直径因透镜的球面像差增加而增大，从而使解像能力变坏。
在聚焦电极12那侧的第一加速电极的电子束通过的孔的直径u为4毫米的情况下改变第一加速电极11的长度t，由此进行实验，制造彩色显像管。当第一加速电极11的长度t为电子束通过的孔的直径u的两倍时，束点直径增加10%左右。因此最好保持第一加速电极11的电极长度t为电子束通过的孔眼的直径的大约两倍或以下。
此外，第一加速电极11的长度t必须至少为聚焦电极那侧电子束通过的孔的直径u的10%。其原因在于，当第一加速电极11的长度t小于其在聚焦电极那侧的电子束通过的孔的直径u的10%时，电子束通路变陡，因而电子在到达第二加速电极之前撞击电极(在本实施例中为聚焦电极)，从而使荧光屏的亮度下降(所谓摆动现象)。当UPF(单电位聚焦)式透镜中的第一加速电极是非常薄的板(如上所述小于10%)时，若往其上加电压，则电极本身变形的可能性增加，从而使透镜因该变形而失真。
图6示出了本发明的第二实施例，其中四极透镜只在一处形成。
在这幅图中，与图4所述实施例的根据区别在于，四极透镜只在构成聚焦电极12的第二构件22和第三构件123之间形成。其它结构与图4一样。
在这种结构中，将构成四极透镜的扁平校正电极124朝第一构件122延长，或缩小一对相对的上下校正电极124之间的间距，可以增加四极透镜的强度，从而可以同时以与图4所述结构同样的方式校正像散像差和像场曲率像差。
四极透镜可以安置在第一构件121与第二构件122之间。
此外，还可以构制成装设有三个或以上四极透镜的那一种结构。
图7示出了本发明的第三实施例。图8(a)至8(e)分别为构成图7所示的旋转不对称电子透镜的各电极的各主要部分在P-P、Q-Q、R-R、S-S和T-T等线处的剖视图。聚焦电极12分成三部分，例如第一构件221、第二构件222和第三构件223。为了形成旋转不对称电子透镜，应将开设在与第二构件222相对的第一构件221和第三构件223的端面上的电子束通过的孔开成横向长的孔，如图8(a)和图8(d)中所示，在与第一构件221和第三构件223分别相对的第二构件222的端面上开设的电子束通过的孔应开成纵向长的孔，如图8(b)至图8(c)所示，同时往第一构件221和第三构件223上加动态聚焦电压。在第一构件221和第二构件222之间以及在第二构件222和第三构件223之间形成旋转不对称电子透镜，像散像差是借助于其四极透镜的作用而加以校正的。在此情况下，随着偏转量的增加，第一加速电极11与第二构件221之间的电位差以及第三构件223与第二加速电极131之间的电位差减小，从而使像场曲率像差在两处得以校正，换句话说可以获得与图4所示实施例同样的效果。
图9示出了本发明的第四实施例。图10(a)至图10(d)分别为图9中所示U-U、V-V、W-W和X-X诸线处的剖视图。在这幅图中，与图4中所述实施例的根本区别在于，构成主透镜的电极构件131和123的相对端中的电子束通过的孔，其形状呈与各电子束相应的圆筒形，而且不装设电极板132和126。其它结构与图4的一样，因而可获得与图4所示实施例同样的效果。
按照本发明，用较低的动态聚焦电压可以提高荧光屏周边部位的解像能力。即可以抑制电路造价因装设高动态聚焦电压发生电路而引起的提高。也可以抑制因动态聚焦电压值不足而引起的荧光屏周边部位的解像能力变坏。
权利要求
1.一种彩色显像管，具有电子枪，所述电子枪包括用以产生许多电子束，并将这些电子束沿一个水平面彼此平行的原始通路引到荧光屏上的第一电极装置，构成用以使上述电子束聚焦到荧光屏上的主透镜的第二电极装置，其特征在于，所述电子枪构制成使所述主透镜包括依次朝荧光屏的方向排列的第一加速电极、聚焦电极和第二加速电极，且所述聚焦电极的长度至少为主透镜直径的两倍，给所述第一加速电极和所述第二加速电极施加高电压，给所述聚焦电极提供直流中等电压，所述聚焦电极包括依次朝荧光屏方向排列的至少三个构件，即第一构件、第二构件和第三构件，在所述第三构件和所述第二构件之间的空间以及所述第一构件和所述第二构件之间的空间中的至少一个空间安置有用以形成旋转不对称电子透镜的校正电极，且分别给所述第一构件和所述第三构件提供随要加到装设在所述彩色显像管上的偏转线圈从而使所述电子束扫描所述荧光屏的偏转电流同步变化的电压，所述旋转不对称电子透镜、在所述第一加速电极和所述第一构件之间形成的透镜、以及在所述第二加速电极和所述第三构件之间形成的透镜的强度都随电子束的偏转角变化。
2.根据权利要求1的彩色显像管，其特征在于，为形成上述旋转不对称电子透镜，在与所述第二构件相对的所述第三构件和第一构件至少其中之一上开设的电子束通过的孔上下配置了与所述第三构件或所述第一构件电连接的一对扁平电极，且所述扁平电极都经配置有扁平电极的一侧的第二构件相对端面开设的单个孔延伸入所述第二构件中，以及与所述第二构件电连接且具有各电子束通过的孔的电极板配置在第二构件中，与所述一对扁平电极间隔固定距离。
3.根据权利要求1的彩色显像管，其特征在于，为形成上述旋转不对称电子透镜，在与所述第二构件相对的所述第三构件和第一构件至少其中之一的端面开有供各电子束专用的电子束通过的横向长孔，并在与所述第三构件和所述第一构件至少其中一个相对的所述第二构件的表面给电子束开设了专用的电子束通过的纵向长孔，从而面向对应电子束的上述电子束通过的横向长孔的其中之一。
4.根据权利要求1至3任一项的彩色显像管，其特征在于，所述第一加速电极的长度在装设在所述聚集电极侧的所述第一加速电极的电子束通过的孔的直径的10%和200%之间。
全文摘要
在一种一字排列式彩色显像管中，构成电子枪主透镜的聚焦电极其长度L至少为主透镜直径D的两倍，且聚集电极由第一电极、第二电极和第三电极组成。电子枪有一个校正电极，用以在第一电极和第二电极相对端部或第二电极和第三电极相对端部的至少其中之一形成四极透镜，且第一电极和第三电极上分别加上了与偏转电流同步变化的电压。
文档编号H01J29/48GK1106953SQ94118089
公开日1995年8月16日 申请日期1994年11月9日 优先权日1993年11月9日
发明者东条努, 加藤真一, 白井正司 申请人:株式会社日立制作所