专利名称:彩色阴极射线管的制作方法
本发明涉及一种荫罩式彩色阴极射线管，更具体地涉及到管子中荫罩的弯曲形状。
在荫罩式彩色阴极射线管或显象管中所用的荫罩是一个具有选色功能的重要部件。更详细地说，荫罩的有效部分是一基本上为矩形的面，并在其上形成大量有规律排列的小孔，荫罩设置在离弯曲屏盘内表面一设定的距离处，屏盘内表面基本上成矩形，上面涂敷有荧光屏，荧光屏由能发出几种不同颜色的，相互分开的荧光体所构成。在管子的颈部内设置有电子枪，从此电子枪发出的多个电子束被聚焦和加速并受到偏转，电子束在一个基本上成矩形的区域内扫描，并通过荫罩上的那些小孔打到相应的荧光体上，使之发光，从而产生出图象。为了保证在每组荫罩小孔和相应的荧光体组之间的所谓电子束正确着屏，它们之间的相对位置必须要有一特定的相对关系，在阴极射线管工作期间，这种关系必须保持不变。尤其是荫罩和荧光面之间的间距(下面称做q值)应该总是在一设定的容许范围内。然而，从荫罩式彩色阴极射线管的工作原理出发，只有三分之一或更少的电子束电流通过荫罩，而其余的电子束则打在荫罩上没有小孔的部分，这部分电子束的能量转换成热能去加热荫罩并使之膨胀(下面称做拱起)。如果因为受热和膨胀使得通常以铁为主要成分的荫罩的位置改变到这样一种程度，即q值超出容许范围，那末由于电子束着屏位置的偏差造成了色纯的变坏。这种由于荫罩的热膨胀引起的着屏偏差的大小随着屏幕上图象形状和连续显示此图形的时间长度而显著地变化。
因为支撑荫罩的荫罩框架有着大的热容量，所以由荫罩扩展到荫罩框架的热效应所造成的着屏偏差需要在相当长的时间后才会产生，而补偿它的有效方法是象在日本专利公开第44-3547号中所披露的那样，把双金属用到装在荫罩框架上的弹性支撑结构内。但是，在比较短时间内发生的局部着屏偏差，例如由于十分亮的局部显示造成的局部拱起所引起的着屏偏差，是一个严重的问题。
关于在短时间内产生的着屏偏差，如果使用一个能产生矩形窗式图形的信号发生器，并对窗式图形的不同形状和位置进行着屏偏差大小的测量，就会发现，在图8中所示的情况下着屏偏差较小，而在图9中所示的情况下着屏偏差就最大。在图8中，一个大电流电子束图形5实际上覆盖了屏幕6的整个表面;而在图9中，一个比较长而窄的电子束光栅图形5显示于离屏幕6左边或右边稍向中心处。从下述理由就可以明白这一点。
首先，因为电视接收机是设计 得使阴极射线管的平均阳极电流不超过一设定值，所以在图8中大窗式图形情况下的荫罩每单位面积的电流比图9情况下的要小，所以温升也小。
其次，如果图形是在屏幕中央，则即使荫罩有了热变形也很难发生着屏偏差，但是当图形从中心向左边或右边移动时，荫罩的热变形逐渐在较大程度上以电子束在屏幕上的着屏偏差显示出来。然而，因为在屏幕左边和右边，荫罩是固定在荫罩框架上的，所以在这些区域附近，荫罩的实际变形是小的。因此，在窗式图形处于在图9中所示位置的情况下，着屏偏差最大。
图10是用来阐明如图9中所示的图形的场合下发生的着屏偏差形式。利用销钉125和弹性支撑结构135通过荫罩框架134把荫罩136保持在面对着屏盘124内壁表面的位置上。在低亮度下工作期间，也就是当电子束电流密度小时，荫罩136处于a1位置，而C1位置电子束142通过小孔137在相应的荧光粉点130处准确地着屏。从这种状态变到如图9中所示的高局部亮度的图形显示状态，荫罩136局部受热并发生膨胀，所以，导致荫罩位移到a2位置，而小孔137从b1位置移位到b2位置，结果，通过小孔137的电子束142从c1位置变动到c2位置，并不再精确地在设定的荧光粉点处着屏。
曾经采用过一种阻止荫罩短时间热变形的措施，那就是把荫罩固定在荫罩框架上的那些部分尽可能地具有柔韧性，以使得荫罩136不是产生象图11(a)中虚线136a所示的拱起变形，而是产生象图11(b)中虚线136b所示的平行于管轴移动。然而，虽然这样一种措施能有效地抵抗如图11(a)或(b)中由荫罩整个表面热膨胀所造成的位置偏移，但对于在图9所示场合下发生的局部位置偏移实际上却是无效的。当管子较大并有着较大的屏幕时，这一趋势变得更为明显。还有，在给定的尺寸下，当荫罩的曲率半径大时，也就是当管子的屏幕更为平坦(在视觉上被认为更为可取)时，这种趋势更为明显。
本发明的一个目的是要提供一种能抑止色纯变坏的有着新式弯曲形状的荫罩，这种色纯的变坏是由电子束打在荫罩板上产生局部热膨胀而造成的。
在本发明中的彩色阴极射线管包括一矩形的弯曲屏盘和一个非球曲面形荫罩。在屏盘的内表面形成有一个荧光屏，屏盘的中心轴位于荧光屏的中心并垂直于荧光屏;荫罩通过一个基本上为矩形的框架装在使上述中心轴穿过荫罩中心的位置上，荫罩有一有效区域，在此有效区域内，在荫罩上有着可让电子束通过的大量小孔。把荫罩的中心当作原点、长轴当作X轴、短轴当作Y轴、中心轴当作Z轴，则包括X轴和Z轴的平面(X-Z平面)和有效区域面相交所得交线附近的一部分有效区域是这样形成的，使得在荫罩中心和有效区域边缘之间沿着X轴存在着由有效区域和平行于Y轴和Z轴的任意平面(Y-Z平行平面)相交所得弯曲交线半径的最小值。
此外，根据本发明的一个方面，由X-Z平面和荫罩的有效区域面相交所得的弯曲交线位于一个圆弧和屏盘之间，此圆弧和此弯曲交线实际上共同穿过交线上的两端点和荫罩的中心点。举例来说，此曲线应该是能部分地加大曲率的非圆曲线，或椭圆。这些由Y-Z平行平面和荫罩的有效区域面相交所得的交线可以是非圆曲线也可以是圆弧，也就是说是部分的圆。
根据本发明的另一方面，由X-Z平面和有效区域面相交所得的曲线被定为非圆曲线。在平行于X和Z轴的任意平面(X-Z平行平面)内，沿有效区域面长轴方向的高和低端边缘的交线被定为圆弧，而由Y-Z平行平面和有效区域面相交所得的交线被定为圆弧。
还有，形成荧光屏的屏盘内表面的弯曲样子或形状可以按照类似于荫罩的形状有着一些最小的曲率半径值，这些最小值的位置相应于在Y-Z平行平面内荫罩交线曲率半径最小值的位置。
图1是本发明的一个实施方案的纵向剖视图。
图2是从图1的屏盘那边看去的平面示意图。
图3是半个荫罩有效区域的立体图，它阐明了图2中荫罩的形状。
图4是把图2中所示荫罩形状和通常荫罩形状进行对比的立体图。
图5是一曲线，它表明了图4中具有Y-Z平行平面与荫罩有效区域间交线的荫罩形状。
图6是阐明本发明的曲线，它表明沿着X轴方向，在Y-Z平行平面和荫罩的有效区域面之间的交线的曲率半径的变化情况。
图7是一立体图，它把本发明另一实施方案中荫罩的形状与通常荫罩的形状进行了对比。
图8是表明在彩色阴极射线管屏幕上的显示图形的平面示意图。
图9是表明在彩色阴极射线管屏幕上的另一显示图形的平面示意图。
图10示意地表明在显示图9的图形时所产生的荫罩热变形情况。
图11表明在整个荫罩平面上所产生的(a)和(b)热变形。
参阅图1，一个构成本发明实施方案的彩色阴极射线管20有着一玻璃管壳22，它包括一近似为矩形的屏盘24，锥体26和管颈部28。屏盘24的内表面是覆盖有荧光屏30的凹球面，三种颜色，即红、绿和蓝色的荧光粉点在荧光屏30上排列成一有规则的阵列。这些荧光粉点交替地配置成能发出红、绿和蓝光的荧光粉条。通常，荧光粉条的方向是如图2中所示的垂直方向，即短轴Y的方向。荫罩结构32装在荧光屏30的邻近处。荫罩结构32包括一矩形框架34和荫罩36，荫罩36上形成有大量小孔并利用弹性支撑部件35弹性地装到嵌在屏盘24裙边部分的一些销钉25上。这些小孔在Y轴方向成隙缝形状，和荧光屏上的粉条相对应并限定出一矩形的有效区域33，区域33由图2中的虚线示出，它构成了图象显示的有效区域。
一字排列式电子枪40装在管颈部分28内，从电子枪40发射出的三个电子束42通过荫罩36上的那些小孔打到荧光屏30上。电子束42被装在锥体26外壁上的偏转线圈44所偏转，去扫描荫罩32和荧光屏30。
取管轴作为中心轴Z，Z轴在荧光屏30的中心处和荧光屏垂直相交，荫罩36是装在这样一个位置上的，即Z轴垂直地通过荫罩中心O。指定此荫罩的水平走向的长轴为X轴，垂直走向的短轴为Y轴，以及荫罩中心O为原点，如图2和3中所示。
在图3中，在荫罩36上F点的距离分量，即从荫罩36中心出发沿着X、Y、Z轴方向的分量被指定为X、Y、Z。如果把通过F点包含Z轴在内的平面切割荫罩36所形成的交线上F点的曲率半径以R来标志，则从通常的部分球面到最佳q值，只需要把曲面的形状制成用下面各式所代表的形状Z＝-｛R-R2-r2]]>｝R＝A+Bcos2θ+Ccos4θ (1)r2＝X2+Y2或Z＝-{RH-RH2-X2]]>+(Rvo+KX2)-(Rvo+KX2)2-Y2｝]]>(2)等等，式中θ相对于Y轴的夹角，RH在长轴上弧的半径，Rvo在短轴上弧的半径，A、B、C、K常数，r离Z轴的距离。
在上面提到的荫罩形状下，在公式(1)的场合下，平行于Z轴穿过荫罩有效区域的任意断面成圆弧状。在公式(2)中，有效区域的面和X-Z平面的交线为X0，而有效区域的面和Y-Z平面的交线为YF，它们都是用一段圆弧来表示。
于是，在此实施方案中，在X-Z平面和有效区域面之间的交线X1成部分的椭圆状。那就是说，形成了一个以荫罩中心O为椭圆短轴顶点的部分椭圆面。因此，虽然在中心O的附近交线的曲率半径大，但向有效区域边缘的X轴端点P和P′移动时，曲率半径却迅速变小。在图5中，符号X0代表由公式(2)表达的、由普通荫罩的有效区域面和X-Y平面交线的那段圆弧，圆弧X0通过三点，即荫罩的中心点O和在X轴方向荫罩有效区域的两端点P和P′。对照上述情况，在在本实施方案中以X1表示的，荫罩有效区域面的同样的交线也通过此三点-中心点O和有效区域的两端点P及P′，而除这三点外的其余部分弯曲靠近屏盘，向屏盘那边扩展。
这曲线是由下式表达的椭圆弧X2/R2a+Z2/R2b＝1，(3)式中，Ra椭圆长轴半径，Rb椭圆短轴半径。
图5中得自公式(3)的曲线X1的曲率在靠近P或P′处的M点附近有较大的变化，而不是在交线的OP和OP′之间的中点处有较大的变化。
图6的曲线示出伴随着X1曲率半径的变化，由Y-Z平行平面和有效区域面相交而得的交线Y1的曲率半径沿着X轴变化的情况。从中心点O出发，越靠近端点P，在Y-Z平行平面中的交线的圆弧的曲率半径就越小，并在端点P附近再次变大。
图4中以点划线50示出了本实施方案中荫罩33的有效区域的形状，并以实线51示出了由公式(2)结出的普通荫罩的有效区域的形状，把两者进行了对比。在通常的结构中，由X-Z平面和荫罩的有效区面相交面得的交线X0是一段圆弧。然而，在此实施方案中X0和X1必须共同通过三点，即荫罩的中心O和有效区域在X轴方向的两端点P及P′，而在此三点之间交线的其余部分就成为曲线X1所表达的那种形状，X1穿过离开圆弧半径中心点的位置，向屏盘那边扩展。因此，沿着荫罩X轴的中间点M的位置比圆弧X。在结构上较靠近屏盘。在这种情况下，在X轴上的M点与它的高和低的有效端N和N′就能在Z轴方向上有较大的距离差别，在点M附近，此实施方案中荫罩交线Y1的曲率半径就变得小于普通荫罩相类似的交线YF的曲率半径。一方面在X和Y轴方向上有效区域边缘的曲率半径是不变的。因此，在交线Y1靠近X-Z平面处的曲率半径可以较为容易地取中间点M处曲率半径的最小值，如图6曲线52中所示。因此，有可能更有效地补偿由于荫罩的热膨胀所造成的局部着屏偏差。
在此场合下，如果荫罩的有效区域33的长边横断面XE的形状与在X轴上有效区域33的X0形状作类似的更动，那末在中间点M与有效区域高和底端N和N′之间的点在Z轴方向的距离就不会有相对的变化，结果就没有阻止着屏偏差的作用。因此，如图中所示，荫罩有效区域33长边一面的断面XE的形状可是以最低限度地保持其曲率半径基本上与圆弧X0相一致并背对着通过三点的圆弧，此三点是断面XE两端点和中心点。
同样，在上述情况下，在荫罩有效区域33对角线方向上断面的形状，与通过两端点和中心点的一段圆弧相比，除了上述三点是公共的外，其余部分背对着此圆弧偏向屏幕一边，类似于在X-Z平面上的交线X1的形状。因此，此荫罩面的形状也是缓慢变化的，易于冲压加工。
上述构造的工作情况将参照图9和10作更为详细的阐述。
在如图9中所示的偏向一边的光栅图形被显示的情况下，只有如图10中所示的荫罩区域136的地方有电子束打上，在打了二至三分钟以后，荫罩部分受热膨胀，发生局部着屏偏差，如果在此时测量在光栅图象区域荫罩136部分的温升，则在图2中所示的在X轴上的中间点M处的温升约为70℃，而在N和N′处温升约为25℃，N和N′是在光栅图形Y-Z平行平面上的，相对两端处、有效区域的高点和低点。因此，可以发现在X轴上，甚至在区域5内靠近X轴处的热膨胀大于在离X轴较远处的热膨胀。换句话说，在X轴附近处的热变形愈小，整个光栅图形区域5的热变形也就愈小。因此，在如图1到图4中所示的本发明的实施方案中的荫罩上，当局部热膨胀发生在对电子束着屏偏差影响大的位置，即从荫罩中心O出发沿着X轴方向到有效区域的端点P处，则由Y-Z平行平面和有效区域面相交而得的连续交线Y1的曲率半径就做得比荫罩中心点O处的曲率半径小。而且，当荫罩的弯曲形状是平滑的连接线时，在荫罩X轴的邻近处，在Y-Z平行平面上的曲率半径，有着在X轴中间点上的最小值。
于是，当把从荫罩中心到荫罩有效区域边上中部端点P的距离长度定作L，如图2中所示，那末离荫罩中心点O为0.5L到0.9L，更确切的为0.6L到0.8L处的范围内，中间点M靠近X轴的区域内(阴影区域)是由热膨胀造成的着屏偏差最大的区域。由于事实上在Y-Z平行平面上的曲率半径对荫罩热变形的影响大，曲率半径愈小，局部着屏偏差愈小，在最大着屏偏差处能获得大的补偿作用。因此，利用此实施方案能十分有效地抑制由热膨胀所引起的局部着屏偏差。举例来说，在一个21英寸90度偏转的彩色阴极射线管中，以公式(2)来表达的通常形式的、在X轴上的曲率半径RH＝1，008毫米，而在以公式(3)来表达的椭圆曲线的情况下，使RA＝241.68毫米、RB＝46.53毫米，则与公式(2)表达的情况相比，局部着屏偏差能够得到20%的改善。虽然在上述椭圆曲线下的偏心率(eccentricity)为0.98，但在本发明的应用中，椭圆的偏心率做到0.5≤e＜1是合乎要求的。
图7示出了另一种实施方案，在图中，相似的部件用和图4中相同的符号来标誌。在前述实施方案中，由X-Z平面和荫罩的有效区域面33相交而得的交线X1被制成部分椭圆形的，而在有效区域Y轴方向上两相对边处的曲线则被制成圆弧状。比较荫罩的形状，在此实施方案中荫罩53的有效区域在Y轴方向两端的边缘部分、包括N和N′在内、在背离着屏幕的方向被压制成非圆的弯曲面54，如图7中所示。把由热膨胀造成的电子束着屏偏差显著的地方，在Y-Z平行平面上的交线Y1的曲率半径的设定范围加以扩充就很容易做到上述情况。然而，如果弯曲部分54做得太大，荫罩冲压就有困难。此外，因为有引起屏幕上光栅畸变的麻烦，把弯曲部分54的范围设计得较窄是合适的。另一方面，万一在用此弯曲部分后，会使q值偏离最佳值，就可以把屏盘内表面加工成与荫罩相似的形状来解决这一问题。由此引起的光栅畸变特性的变化并不造成实际的问题，因为总畸变量是很小的。
当把荫罩的矩形有效区域的对角线长度取做S毫米并把在Z轴上向着屏幕一边取做+(正)号时，则弯曲部分54偏移量的最佳容许范围为-0.0031S毫米，弯曲部分54是包含在Y轴方向的有效区域边缘的交线XE之内，并对着通过此三点的圆弧，也就是说，包含在由有效区域边缘部分和平行于X轴和Z轴的X-Z平行平面相交所得的交线内，此交线穿过端点PE1和PE2以及中心点OE。
在21英寸的彩色阴极射线管内，S值为485毫米，偏移大致为-1.5毫米。而且，相似地，在第一实施方案内，把荫罩的弧XE在Z轴方向的距离的调节范围限制在小于+0.3毫米是现实的。
另一方面，在X-Z平面和荫罩的有效区域面之间的交线可以不用椭圆而用非圆的曲线来形成。在此场合下，有可能选择多重曲线和复合的椭圆曲线，使之能在电子束着屏偏差较大的区域附近内，Y-Z平行平面中交线的曲率半径达到最小。此曲线要求是通过一些点的曲线，比圆弧稍偏向屏盘那边，而这些是不是曲线和圆弧共同通过的三点-在X轴方向的端点P和P以及中心点O。
如上所述，根据本发明，只要部分地改变荫罩的弯曲形状，而不是明显地改动荫罩或屏盘的结构，就能有效地抑制由荫罩的局部热变形造成的色纯的变坏。此外，本发明有利于荫罩的成形，而不会在生产中引起麻烦。
权利要求
1.一种彩色阴极射线管，它包括一基本上为矩形的曲面屏盘(24)和一有着非球形曲面的荫罩(36)；所说屏盘(24)的内表面上形成有一荧光屏(30)，所说屏盘(24)的中心轴位于所说荧光屏(30)的中心并垂直地穿过它；荫罩(36)借助于一基本上为矩形的框架(34)如此固定在一个位置上，以致所说中心轴穿过所说荫罩(36)的中心，所说荫罩(36)还具有一有效区域面(33)，在所说有效区域(33)内有着大量可让电子束通过的小孔。所述彩色阴极射线管的特征在于取所说荫罩(36)的中心作为原点，它的长轴作为X轴，它的短轴作为Y轴，所说中心轴作为Z轴；由包含X和Z轴的平面(X-Z平面)与所说有效区域面(33)相交而得的曲线为第一交线(X1)，由所说有效区域面(33)与平行于Y轴和Z轴的任意平面(Y-Z平行平面)相交而得的曲线为第二交线(Y1)；在所说第一交线(X1)附近的所说有效区域面(33)是这样形成的，即在所说荫罩中心和所说有效区域面(33)的边缘之间、沿着X轴方向、第二交线(Y1)的曲率半径存在着最小值。
2.一种在权利要求
1中所要求的彩色阴极射线管，其中，所说第一交线(X1)是一条背向着一圆弧(X0)、位于靠向所说屏幕(24)那边的曲线，所说曲线与所说圆弧(X0)共同通过三点、即交线(X1)的中心点以及两端点(P)和(P′)。
3.一种在权利要求
1中所要求的彩色阴极射线管，其中，由平行于X轴和Z轴的平面(X-Z平行平面)与在所说荫罩(36)的Y轴方向的有效区域边缘(XE)相交而得的交线是一段圆弧。
4.一种在权利要求
1中所要求的彩色阴极射线管，其中，由所说X-Z平行平面与在所说荫罩(36)的、Y轴方向的有效区域面边缘(XE)相交而得的交线是一段部分地有着弯曲部分(54)的曲线，所说弯曲部分(54)被压成弯向离开屏幕的方向。
5.一种在权利要求
3中所要求的彩色阴极射线管，其中，由所说X-Z平行平面和在边缘处的有效区域面相交所得的交线是一段曲线，取一段穿过三点、即穿过两端点及所说交线中心点的圆弧作为一初始曲线，向屏盘那边取作为Z轴的十(正)方向，取所说荫罩矩形有效区域面对角线的长度为S毫米，则所说弯曲部分(54)的偏移范围为-0.0031S毫米至+0.3毫米。
6.一种在权利要求
1中所要求的彩色阴极射线管，其中，由所说X-Z平面与所说荫罩的有效区域面相交而得的所说交线(X1)是椭圆的一部分，所说椭圆实质上以X轴为它的长轴、以Z轴为它的短轴。
7.一种在权利要求
1中所要求的彩色阴极射线管，其中，由所说X-Z平面和所说荫罩(36)的有效区域面相交而得的所说交线(X1)是一非圆曲线。
专利摘要
彩色阴极射线管的荫罩有效区域面上有着许多小孔，电子束穿过这些小孔打到屏盘内表面的荧光屏上。有效区域面置于靠近荧光屏表面处并为非球面形状。取长轴作为X轴、短轴作为Y轴、荫罩中心穿过管轴(Z轴)处为原点，由包含X和Z轴的平面(X-Z平面)与有效区域面相交而得的交线是一条靠向屏幕那边的曲线，此曲线与一段圆弧只共同通过三点，即两端点和上述交线的中心点。
文档编号H01J29/07GK86100113SQ86100113
公开日1986年9月3日 申请日期1986年1月10日
发明者井上雅及, 山崎英俊 申请人:株式会社东芝导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan