節省空間的陰極射線管的製作方法

2023-07-22 14:46:56 4

專利名稱：節省空間的陰極射線管的製作方法
該申請是在2000年4月26日申請的美國專利申請序列號09/559809的分案，並要求保護在1999年4月30申請的美國臨時申請序列號為60/131,919和1999年10月21日申請的美國臨時申請序列號60/160,654的權益，並進一步要求保護在1999年10月21日申請的美國臨時申請序列號60/160772的權益。
本發明涉及陰極射線管，特別涉及包括一個或多個偏轉輔助靜電場的陰極射線管。
例如在電視機和計算機顯示器中廣泛地採用了常規陰極射線管(CRT)。設置在CRT的漏鬥形玻殼的頸部中的一個或多個電子槍朝向被偏置高正電位如30千伏(kV)的玻璃面板引導相應數量的電子束。面板通常具有基本上矩形形狀並且一般是平面的或稍微彎曲的。玻殼與面板一起形成被抽空的密封封裝結構。電子槍(一個或多個)沿著通過面板中心延伸的軸設置並垂直該軸。
電子束(一束或多束)穿過面板光柵掃描以便撞擊面板上的螢光體塗層或圖形，並響應於電子束的強度而產生光，由此在其上產生圖象。光柵掃描是通過包括設置在其頸部附近的漏鬥形CRT的外部上的多個電線圈的偏轉系統獲得的。在偏轉系統的第一線圈中被驅動的電流產生使電子束左右來回偏轉或掃描(即水平掃描)的磁場，在偏轉系統的第二線圈中被驅動的電流產生使電子束從上到下掃描(即垂直掃描)的磁場。磁偏轉力通常只在電子束剛剛射出電子槍之後的最初幾釐米行程中作用在電子束上，然後電子束在直線軌跡上運行，即通過基本上無場漂移區。通常，水平掃描在每個垂直掃描的時間內產生上百條水平線，以便產生光柵掃描圖象。
CRT的深度即面板和頸部後面之間的距離由偏轉系統使電子束彎曲或偏轉的最大角和向後延伸以包含電子槍的頸部的長度來確定。較大的偏轉角提供減小的CRT深度。
現代磁偏轉CRT通常獲得±55°偏轉角，這被稱為110°偏轉。然而，對於約62cm(約25英寸)或以上的螢光屏對角線尺寸，這種110°CRT太深了，以至於它們幾乎總是被設置在需要特殊支座或必須放在地板上的柜子中。例如，具有約100cm(約40英寸)對角線尺寸和16∶9長寬比的面板的110°CRT約為60-65cm(約24-26英寸)深。實際考慮到為增加最大偏轉角以減小CRT的深度，提高功耗將使磁偏轉系統和其驅動電路中的溫度升高，而較大的、較重的、較高功率偏轉系統和驅動電路的成本較高，這是不利的。
增大常規CRT的偏轉角的又一問題是電子束在蔭罩上的著屏角隨著偏轉角的增大而減小。由於蔭罩以能承受的價格儘可能的薄以便在技術是合理的，對於小著屏角，該蔭罩的厚度導致電子束中的不能被接受的高比例的電子撞擊蔭罩孔的側壁上。這將產生撞擊在螢光體上的束流的不能被接受的減小，並且對於小著屏角，例如小於25°的著屏角，降低了圖象亮度。
對於這個深度難題的一個解決方案是尋找避免由常規CRT要求的大深度的薄的或「平板」顯示器。平板顯示器在希望它們足夠薄以便能掛在牆上時，需要不同於以合理價格製造的體積非常大的常規CRT的技術。這樣，就不可能得到以可比價格提供CRT的利益的平板顯示器。但是，與常規CRT相比減小深度的陰極射線管不必薄到它能掛在牆上的程度，以便克服常規CRT的大深度的缺點。
因而，需要具有比具有等效螢光屏尺寸的常規CRT的深度小的深度的陰極射線管。
為此，本發明的管子包括具有面板和在面板上適於偏置在螢光屏電位的螢光屏電極的管殼；指向面板的電子束的源，其中該源適於電子束的磁偏轉；和設置在面板上的螢光材料，用於根據撞擊其上的電子束而產生光。至少第一和第二電極位於管殼內部，每個電極確定使電子束通過的相應孔，其中第一電極靠近所述源並遠離面板，並且適於偏置在比螢光屏電位低的電位，第二電極位於第一電極和面板之間並適於偏置不低於螢光屏電位的電位。第三電極位於第一電極和面板之間並適於偏置不超過螢光屏電位的電位。
根據本發明的另一方案，顯示器包括具有面板和在面板上適於偏置在螢光屏電位的螢光屏電極的管殼，指向面板的在管殼內的電子束的源，靠近電子束的源並用於磁偏轉電子束的偏轉系統，和設置在面板上用於根據撞擊其上的電子束而產生光的螢光材料。至少第一和第二電極位於管殼內部，每個電極確定使電子束通過的相應孔，其中第一電極靠近所述源並遠離面板，並且適於偏置在比螢光屏電位低的第一電位，第二電極位於第一電極和面板之間並適於偏置在不低於螢光屏電位的第二電位。第三電極位於第一電極和面板之間並適於偏置在不超過螢光屏電位的電位。電源提供第一、第二、第三和螢光屏電位。


在結合附圖閱讀了說明書時將更容易和更好地理解本發明的優選實施例的詳細說明，其中圖1和2是根據本發明的陰極射線管的典型實施例的截面圖；圖3是表示圖2的陰極射線管中的電位的曲線；圖4是表示其中的靜電力的圖2的管子的截面圖；圖5是根據本發明的另一典型管子的偏轉系統漏鬥區域的部分截面圖，該管子包括圖2的管子的修改；圖6是表示圖2和/或圖5的陰極射線管的性能的曲線；圖7A-7D是表示根據本發明形成陰極射線管中的電極結構的方法的截面圖；
圖8是根據本發明提供適當設置在陰極射線管中的電極的又一典型結構的部分截面圖；圖9A和9B分別是根據本發明提供在陰極射線管中適當設置的電極的另一典型結構的側視截面圖和正視圖；圖10是根據本發明提供在陰極射線管中適當設置的電極的又一典型結構的部分截面圖；圖11是可用在圖10中所示的管子結構中的支架的示意圖；圖12是根據本發明提供在陰極射線管中適當設置的電極的又一典型結構的部分截面圖；圖13是根據本發明提供在陰極射線管中適當設置的電極的又一典型結構的部分截面圖。
在附圖中，在一個以上附圖中示出一個元件或結構，相同的字符可用於表示每幅圖中的這種元件或結構，並且在圖中示出了緊密相關或修改的元件，相同基本字符可用於表示修改的元件或結構。同樣，相同的元件或結構在附圖的不同圖中可用相同字符表示，並在說明書中使用相同術語，但是在附圖中只有在所述實施例中前面加上數字。例如，在一幅圖中一特定元件可表示為「xx」，但在另一幅圖中表示為「1xx」，在又一幅圖中表示為「2xx」，等等。
優選實施例的詳細說明在根據本發明的陰極射線管中，電子束的電子在離開磁偏轉系統的影響下進一步被偏轉，即在電子在基本上直線上運行通過的常規CRT的「漂移區域」中。在常規CRT中，電子在它們離開電子槍和偏轉區域並且不在任何電或磁場的影響下時處於螢光屏或陽極電位，以直線運行到螢光屏或其面板。可發現這種陰極射線管可用於例如電視機顯示器、計算機顯示器、投影管和希望提供視覺顯示的其它應用。
圖1是根據本發明的陰極射線管10的最簡單形式的截面圖。注意，除非另有說明，可以認為這種截面圖表示水平或垂直偏轉取向，因為在這樣的圖中兩者相似。
在圖1的典型陰極射線管10中，由位於管子頸部14內的電子槍12產生的電子束指向面板20，面板20包括被偏置相對高正電位的螢光屏或陽極電極。由電子槍12產生的形成電子束的電子被偏轉系統16產生的磁場偏轉，以便掃描過面板20。管子10以某種理論方式示於圖1中，其中兩個無限大的平行平板20』、40』由表示平面背板40』和平面面板20』之間的距離的距離「L」分開。背板40也被偏置到相對高的正電位，但是優選低於螢光屏電極22的電位，而螢光屏電極22被偏置在比電子槍12的最高壓低的電位，用於避免不正常的電子注入效應。在由背板40的相對高的正電位偏壓產生的靜電力和由偏轉系統16產生的磁場的影響下，電子束30在總偏轉角上偏轉。螢光材料23的塗層設置在面板20上，用於根據撞擊到其上的電子束30而產生光，由此提供單色顯示，或者在其上設置不同螢光材料23的圖形，用於根據通過蔭罩(未示出)上的孔撞擊到其上的電子束30而產生不同顏色的光，由此提供彩色顯示。
根據本發明可採用在管子的面板上的偏置電位的進一步控制以產生特定靜電和/或電動場，以便控制電子束30的電子的行程，由此減小示例管子10的面板20和背板40之間的所要求的距離，如圖2所示，並改變電子束30在其中的著屏角。管子10包括在頸部14中的電子槍12，並且基本上在背板40的中心一般是對稱的，以引導電子束30朝向面板20，面板20包括被偏置在相對高正電位的螢光屏電極22。面板20和背板40尺寸相同，並由環形端板48連接以形成可以被抽空的密封容器。偏轉系統16在其與背板40的接合區域中圍繞頸部14，用於在電子束離開電子槍12時磁偏轉由電子槍12產生的電子並朝向面板20以撞擊到其上的螢光體23上。在圖2中已經示出了具有基本上矩形橫截面的管子10，傳統玻璃管子10的玻殼40-42將更緊密跟隨最寬軌跡30、30』的形狀，並且類似於常規CRT的形狀，但是深度短，垂直於中心Z軸的橫截面更優選為矩形，這趨於減少驅動磁偏轉系統16所需的功率。
由在背板40上或靠近背板40設置並偏置相應正電位即處於與螢光屏或陽極電極22的電位極性相同的電位的大量導電電極在管子10內建立靜電場。在頸部14附近圍繞電子槍12的出口的第一電極44被偏置優選低於螢光屏電極22的電位的正電位。由電極44產生的靜電場導致電子束30的電子較慢地移動靠近偏轉系統16，因此更容易被偏轉系統416偏轉。電極44和偏轉系統16之間的協作的結果可用於實現偏轉功率的減少，因此可得到較小、較輕、便宜和更可靠的偏轉系統416，或利用相同偏轉功率和偏轉系統可產生更大的偏轉角。
也圍繞電子槍12的出口但遠離頸部14附近的第二電極46被偏置優選大於螢光屏電極22的電位的正電位。由第二電極46產生的靜電場使電子束30(和它的相反末端30」的)在使它們的軌跡遠離面板20彎曲的拋物線路徑運行，由此增加由磁偏轉系統16產生的偏轉角，並且還減小電子束30的著屏角。希望電極46設置成使得電極46的靜電場的作用沒有作用在電子束30的電子上，直到它們已經基本上完全被偏轉系統16作用之後。
著屏角是電子束30撞擊螢光屏電極22的角度，並且在彩色CRT中，蔭罩與之接近。在圖2中可以看到，通過比較在其周邊附近撞擊面板20的電子束30、30』和在其中心附近撞擊面板的電子束30」在距離管子10的中心或Z軸的距離變大和/或電子束30的偏轉角增加時，著屏角變小。由於蔭罩具有有限非零厚度，如果著屏角太小，例如小於約25°，則太多的電子將撞擊到蔭罩中的孔的邊上而沒有通過蔭罩，由此減小了到達面板20上的螢光體的電子束和由此產生的光的強度。
有利地，電極48設置在管子10的中心或Z軸末端並在著屏角最小的面板20周邊附近。也圍繞電子槍12的出口但基本上在背板40的周邊的第三電極48被偏置優選小於螢光屏電極22的電位的正電位，以便朝著面板20背面引導電子束30和30」的電極，用於增加在面板20的周邊附近的電子束30、30』的著屏角。電極48可以被偏置到小於希望提供著屏角的較大減小量的頸部電極44的電位的電位。這樣，由電極46和48產生的靜電場互相補償，其中電極46增加偏轉角，這減小了在面板20周邊的著屏角，具有在面板20附近的最強效應的電極48的作用為增加不希望著屏角小的區域中的著屏角。
上述靜電場的關係和效應在比常規CRT的深度短但可以在可比的和/或合理的偏轉系統功率電平操作的管子10中協作。在沿著其Z軸在管子10的深度上的示例電位分布示於圖3中。電位特性60被繪製成曲線，該曲線具有沿著縱坐標的距離電子槍12出口的距離和沿著橫坐標的千伏偏置電位。位於距離電子槍12的距離L並由區域Z22表示的電極22被偏置在點62表示的相對高正電位V22。按照從Z＝0的電子槍12的順序，依次是位於接近電子槍12並由被偏置中間正電位V44的電極區域Z44表示的頸部電極44，位於電子槍12和面板20中間並由被偏置優選高於螢光屏電位V22的相對高正電位的電極區域Z46表示的電極46，位於更接近面板20並由被偏置優選低於螢光屏電位V22(可以與之相等)和優選低於電子槍最高電位的中間正電位V48的電極區域Z48表示的電極48。
電極44、46、48、22和其上的偏置電位V44、V46、V48、V22產生具有在區域A中的部分64的電位特性60，該部分朝向螢光屏電位V2升高，並由此趨於使電子的加速度向面板20減緩以提供附加的飛行時間，在該時間期間後來的靜電場作用在電子上。特性60具有在區域B中的部分，在該區域B中電位在相對高於螢光屏電位V22的電平處達到最高點，由此使電子沿著進一步脫離管子10的中心軸Z的軌跡運動以增加偏轉角；和區域C，在該區域C中電位在低於螢光屏電位V22和電子槍電位V44的電平處達到最小值，由此使電子沿著朝向面板20的軌跡運動以增加在面板20的邊緣附近的電子束的著屏角。
應該注意，電極44和46之間的間隙的位置可能很強地影響管子10的操作。如果具有相對極高正電位偏壓的電極46延伸得太靠近電子槍12的出口(和/或頸部電極44延伸得不夠遠)，則從電子槍12發射的電子被加速，並且需要偏轉系統16的附加磁偏轉力(例如附加偏轉系統16功率、場和/或尺寸)，以提供所希望的磁偏轉。另一方面，如果頸部電極44延伸得太遠離電子槍12的出口，則電子在區域A中用的時間太長，其中靜電力反作用於由磁偏轉系統16產生的偏轉力，由此也增加所需要的偏轉系統16的功率、場和/或尺寸以使電子偏轉到面板20的角部，即使具有偏轉系統放大器50的有益效果。由於管子10中的電極46起作用以便在被偏轉系統16產生的偏轉基礎上放大電子束30的總偏轉，因此被稱為「偏轉系統放大器」並表示為50。
根據具體管子10選擇偏置電位的具體值，以便考慮到每個偏置電位的效果，獲得例如減小管子深度和合理偏轉系統功率的合適平衡。例如，在電子槍2的最高壓的偏置電位V44增加時，所需要的偏轉系統16的偏轉功率增加和管子10的深度減小，表明希望中間值的偏置電位。這樣，具有V22＝30kV和V44＝20kV的165°管子比常規110°CRT短約13.5-15cm(約5.4-6英寸)。電極46上的恆定偏置電位V46在區域B中使電子朝著面板20在基本上拋物線軌跡運行，然而，增加偏置電位V46減小了向面板20牽引電子的靜電力，因而在螢光屏電位V22附近或比螢光屏電位V22大的偏置電位有利於使電子在更接近直線的軌跡上運行或遠離面板20彎曲，由此增加偏轉角和減小管子10的深度。這樣，希望約30-40kV的偏置電位V46，但是，為了安全起見，應該保持在將產生能穿透管子10的外殼的X射線的電位以下，即在約35kV以下。最後，偏置電位V48優選是低正電位以提供使電子更朝向面板20偏轉到面板20的邊緣區域的靜電力，以便增加著屏角，優選為25°以上。這個場使電子在被偏轉系統16和由偏置電位V46和電極46產生的靜電場力偏轉之後朝向面板20加速。
可以預料到，與常規110°CRT相比，根據本發明的管子10的深度可以被減少約二分之一，以便提供包括頸部14的具有約35-36cm(約14英寸)總深度的100-cm(約40英寸)對角線16∶9長寬比管子10。如果採用不從背板40直接向後發射的彎曲電子槍，則可以獲得約5cm(約2英寸)的進一步減少。應該注意到，成形背板40(即管子10的玻錐)以更接近符合最遠偏轉電子束30、30』的軌跡可以提高由電極44、46、48產生的靜電力的效率，由此減小管子10的深度。此外，在圖3中所示的在距離上的逐漸電位變化在電子束30離開電子槍12的地方產生較大直徑電子束30，由此減小電子束30內的空間電荷擴散，以便在面板20上提供所希望的較小束點尺寸。電子束30的點尺寸和發散由特定電子槍和所希望的偏轉系統的會聚來控制。
圖4是具有與最大偏轉電子束30、30』相似成形的背板和具有如上所述偏置以產生圖3中所示的電位分布的電極22、44、46、48的上述類型的管子10的典型實施例(由於管子10是關於Z軸對稱的，因此只示出管子10的一半，即示出X平面和Y平面)。然而，在圖4中，未示出電子束30，但是示出的指向面板20或遠離面板20的箭頭表示在電子束30通過上述區域A、B和C時作用在電子束30上的淨靜電力。在區域A中，在螢光屏電極22的相對高正偏置電位V22和頸部電極44上的中間正偏置電位V44的影響下，淨靜電力朝向面板20引導電子束。在區域B中，在超過螢光屏電極22上的相對高正偏置電位V22的背板電極46上的相對極高偏置電位影響下，淨靜電力使電子束遠離面板20偏轉。在區域C中，在螢光屏電極22的相對高正偏置電位並由頸部電極44上的低正偏置電位V44幫助的影響下，淨靜電力再次朝向面板20引導電子束。
特別注意的是，由於由背板電極46上的相對極高正偏置電位(即高於螢光屏電極22的偏置電位V22)產生的靜電力的作用，除了由偏轉系統16的磁偏轉產生的偏轉之外，電極46增加電子束30的偏轉。這樣，管子10中的電極46起作用以在由偏轉系統16產生的偏轉上放大總偏轉，並且被稱為「偏轉系統放大器」並表示為50。特別是，注意到由偏轉系統放大器50產生的偏轉放大與由偏轉系統16產生的任何特定電子束偏轉成正比。換言之，沿著Z軸或在Z軸附近向面板20移動的電子(即那些沒有被偏轉系統16偏轉或偏轉很小的電子束)不受偏轉系統放大器50的影響。被偏轉系統16偏轉以著落在Z軸中間和面板20邊緣的那些電子束另外被偏轉系統放大器50偏轉，因為它們穿過偏轉系統放大器50起作用的一部分區域B。被偏轉系統16偏轉以著落在面板20邊緣附近的那些電子另外被偏轉系統放大器50偏轉更大的量，因為它們穿過偏轉系統放大器50起作用的整個區域B，因此受到更強的影響。當頸部電極46被偏轉低於螢光屏電位時，也可以認為偏轉系統放大器50包括頸部電極46，有利地減小了由偏轉系統16所需要的偏轉力或功率，以便獲得電子束30的給定偏轉。
還應注意，管子10也可以是有利的，因為它「看起來象常規CRT」並具有成形玻殼和頸部及平面的或稍微彎曲的面板，因此可以採用與常規CRT所用的相同的製造工藝。使電子束分散的空間電荷效應的論題也與常規CRT的相同，儘管管子10的結構和操作非常不同，但具有在面板中心的較小束點和在邊緣和角部的較大束點尺寸的束點尺寸與常規CRT的相似。本發明的管子10基本上減小了前後管深度，並改進了玻殼的錐部。此外，如果採用較短的電子槍12，則可減小一般小於約23-25cm(約9-10英寸)的包含電子槍12所需要的管子頸部14的長度。
圖5是表示為管子10』的管子10的替換實施例的部分截面圖，其中管子10的電極46被替換電極46』代替，電極46』包括多個電極，每個電極具有施加於其上的特定偏置電位值。電極46』包括例如6個電極46a、46b、46c、46d、46e和46f，並沿著在電子槍12、頸部14和偏轉系統16前方的背板40的一部分間隔開。電子束30射出電子槍12並朝向面板20(未示出)並被110°管子的常規偏轉系統16磁偏轉角度α，其高值由虛線17表示，典型高達±55°。此外，在由電極46』的相對高正偏置電位產生的靜電場產生的偏轉系統放大器50作用下，電子束30被偏轉到附加角度β，以具有關於Z軸13的總偏轉角Θ。
注意到，因為除了由偏轉系統16產生的偏轉之外電極46增加了電子束30的偏轉，因此不管是單個電極46還是多個電極46a、46b、…，電極46都可以被稱為「偏轉系統放大器」、「偏轉放大器」或「靜電偏轉放大器」50。特別是，電子束30的偏轉的增加量隨著由偏轉系統16產生的偏轉的角度增加而增加。例如，在電子束30沿著中心軸13運行或只稍微偏轉中心軸13如偏轉約20°或以下，電子束30繼續在未受電極46影響的直線軌跡中運行。
在管子10中，電極46a-46f優選被偏置在相對高正電位，以便更準確成形其電位特性(與圖3的特性60相似)，同時不向面板20加速電子束30的電子。每個電極46a-46f優選是接近管子背板40的環形電極並且通常具有圍繞電子槍12沿著的Z軸13的「一般矩形形狀」。電極46a-46f的典型偏置電位例如分別為30kV、32kV、34kV、35kV、33kV、和31kV，每個電子槍12和螢光屏電極22(看不到)被偏置30kV，但電子槍12的偏置電位可以比螢光屏22的偏置電位低。
與這裡使用的一樣，「一般矩形形狀」或「基本上矩形」指的是在沿著Z軸13的方向觀看時面板20和/或管殼40的截面的某種反射形狀。一般矩形形狀可以包括具有圓角及凹或凸邊的矩形和正方形，以便可參考為狗骨形狀、弓形交叉形狀、跑道形狀、橢圓形狀等。應注意到，利用如此成形的電極44、46和/或48，可以簡化施加於偏轉系統16的驅動電流的所需波形，即做成更接近線性波形。電極44、46、48可以是橢圓形狀或接近於圓形，特別是在管殼40的截面是這種形狀的位置，與通常在其向後的部分的情況一樣，如接近頸部14和偏轉系統16的那些部分。
得到的總偏轉角Θ是磁偏轉角α和附加靜電偏轉角β的和。磁偏轉角α與施加於偏轉系統16的偏轉電流成正比，如圖6的虛線17所示，對於較大的磁偏轉附加靜電偏轉角β也較大，如上面關於管子10所述，產生表示總偏轉角Θ的線31。偏轉放大效果是通過由電極46a-46f產生的電場對電子束30的電子的作用產生的，以便產生遠離管子10』的中心線13牽引電子束的淨靜電力(集中在電子路徑上)，由此增加總偏轉角Θ。這個效果得到在至少某些或所有電極46a-46f上的大於螢光屏電極22的電位的偏置電位的幫助。
多個電極46』的結構可以是幾個替換形式。例如，電極46a-46f可以是以圖形印刷或澱積在管子10』的漏鬥形玻璃背板40的內表面上並通過穿透漏鬥玻璃背板40的玻璃壁的導電引線接點連接到偏置電位源的成形金屬條。該成形金屬條可以用一系列金屬升華絲和被模製以適合與玻璃壁或背板40裝配的澱積掩模澱積的。如果採用大量條46a、46b…，則每個條46a、46b…只需要幾毫米寬和幾微米厚，並間隔小間隙，例如1-2mm的間隙，以便最小化在背板40的玻璃上積累的電荷。可以採用相同厚度和間隔間隙的少量的較寬條46a-46f。澱積的金屬條46a、46b…是在玻璃背板40的表面上，由此最大化可以引導電子束30的其內部容積。
雖然通過分開的導電引線可以將偏置電位施加於每個46a、46b…，但具有太多量的引線可能減弱背板40的玻璃結構。這樣，優選在由背板40和面板20形成並位於與電子槍12屏蔽的位置的真空腔內採用真空兼容電阻分壓器。採用這種抽頭分壓器以分割相對極高偏置電位，以便為特定金屬條46a、46b…提供特定偏置電位。
合適的電阻分壓器的一種形式可以如利用噴射或在其上施加這種塗敷材料而在玻璃管殼40的內表面上通過高電阻率材料提供。合適的塗敷材料包括例如氧化釕，並優選呈現在108-1010歐姆範圍內的電阻。高電阻率塗層是在帶有用於給其施加偏置電位的金屬電極44、46、48的電接觸中。這種塗層的厚度和/或電阻率不必是均勻的，而是可以改變的以獲得所希望的偏置電位圖形。有利地，可以採用如此變化的這種電阻塗層，用於可控制地成形管殼40的內表面上的偏置電位的圖形，例如，以便獲得如圖3所示的偏置電位圖形。這樣，可以簡化電極44、46和/或48的結構的複雜性。此外，可以在電極如電極44、46、48之間的間隙中施加這種高電阻率塗層，以便防止由於電子撞擊其上而積累電荷。
作為上述金屬條46a、46b…的掩模澱積的替換形式，可採用圖7A-7D中以簡化形式示出的工藝。模具80具有限定陰極射線管10』的漏鬥形玻殼40」的內表面形狀的外表面82並具有在其上限定金屬條46a、46b、46c的尺寸和形狀的倒置的升高圖形84a、84b、84c。從模具80取出時，玻殼40」具有在其內表面上的所希望金屬條46a、46b、46c的尺寸和形狀的凹槽86a、86b、86c的圖形，如圖7B所示。接著，在玻殼40」內表面上澱積如鋁等金屬，並充分填充凹槽86a、86b、86c，如圖7C所示。然後，如利用拋光或其它研磨或除去方法去掉金屬88，留下分別在玻殼40」的凹槽86a、86b、86c中的金屬條46a、46b、46c，並在其間有間隙92a、92b，如圖7D所示。導電引線90通過玻殼40」給金屬條電極46a、46b、46c提供外部連接。任選地，可以在電極46a、46b、46c之間的間隙92a、92b中施加作為塗層的高電阻率材料。
關於圖8和9的部分截面圖介紹了在陰極射線管中提供適當設置的電極的典型結構的另一設置。圖8是在其中心軸13的一側上陰極射線管10的一半的部分截面圖，其中陰極射線管10關於中心軸3對稱。陰極射線管10具有漏鬥形玻殼140，玻殼140具有其中安裝產生電子束130的電子槍112的向後凸出頸部114。玻殼140的前端被密封到玻璃面板20上以形成可以被抽真空的容器。第一或頸部電極144是由圍繞並最靠近頸部114的接合點的導電塗層形成的，如澱積金屬電極圖形，它經過穿過玻殼140的壁的導電引線145接收偏置電位。
具有一般矩形環形形狀的電極148在其外周邊或邊緣由固定到玻殼140的玻璃側壁142上的多個玻珠154支撐。玻珠154還使電極148與側壁142內表面上的導電塗層152電絕緣，該塗層處於螢光屏電位。電極148的另一端固定到更靠近頸部114的玻殼140的內表面上，以便它與導電塗層144電接觸以從其接收頸部偏置電位。每個電子槍112包括連接到其最高壓電極的柔性薄片，其最高壓電極也接觸塗層144以從其接收頸部偏置電位。優選電極148是由鐵磁材料形成的，以便還用做管子10內的磁屏蔽件以減小地磁場和其它不希望的磁場對電子束130偏轉的效應。由於玻殼140內表面上的導電塗層152位於電極148的後面，因此電極148可靜電地屏蔽電子束130不受由塗層152上的偏置電位產生的靜電場的影響。導電塗層144和152如通過在電極146後面的區域中的其間的結構間隙電絕緣，並優選是由如鋁、石墨、碳或氧化鐵等的澱積金屬形成的。
一般矩形環形形狀的中間或場成形電極146優選由模鍛板金屬如鈦、鋼或鋁製成的。電極146與玻殼140的後壁間隔開並由固定其上的多個支架149支撐。一個或多個支架149是導電的並與穿過玻殼140的壁的引線147電接觸，以便將引線147上的電位作為偏置電位施加於中間電極146上。場成形電極146被偏置以提供利用上述相同方式增加電子束130遠離中心軸113的偏轉，由此具有偏轉系統放大器150的效果。絕緣材料的其它支架(為示出)支撐重疊導電塗層144的電極146的部分並位於電極146的後面，以便被屏蔽，並由此防止被充電。
面板120具有與其稍微隔開並通過蔭罩安裝框架126在它們各自周邊附近固定到面板120上的蔭罩124。蔭罩124具有孔的圖形，使電子通過以撞擊到澱積在面板120內表面上的彩色螢光體(未示出)圖形上，產生光以在面板120上再現可以使觀察者看到的圖象或信息。面板120的內表面上的導電塗層122在蔭罩安裝框架126上電耦合到蔭罩124和導電塗層152，導電塗層122和蔭罩124從導電塗層152接收偏置電位。導電塗層152土澱積的金屬塗層經過穿過殼體140的玻璃壁的引線151接收偏置電位。蔭罩框架126被成形成例具有一個或多個導電突起，以便為每個玻珠154提供靜電場屏蔽件，避免玻珠154被充電。或者，採用用於玻珠154的分開的屏蔽件，並且能固定到蔭罩框架126上。
螢光材料塗層123被澱積在面板120上，用於根據撞擊其上的電子束130產生光，由此提供單色顯示，或者在其上澱積不同螢光材料圖形123，用於根據通過蔭罩124中的孔撞擊其上的電子束130產生不同顏色的光，由此提供彩色顯示。
優選地，場成形電極146被設置和成形成使得在如上所述偏置時，結合施加於頸部電極144、磁屏蔽電極148、蔭罩124和螢光屏電極122的偏置電位，除了從磁偏轉系統(未示出)獲得的偏轉之外，由此產生的成形靜電場增加了電子束130中的電子的偏轉。
此外，可蒸發的吸氣材料156如鋇吸氣材料可以安裝到電極148的背面和/或在其間的空間中的玻殼140的內表面上，從那裡該吸氣材料可以被蒸發到電極148和/或146的背面和/或玻殼140的內表面上。吸氣材料156被設置成以便不塗敷任何重要絕緣元件，例如玻珠154或間隙絕緣導電塗層144和152或絕緣支架，如果需要的話，用於電極146。
圖9A是陰極射線管210的側視截面圖，圖9B是陰極射線管210(帶有被除去的面板220)的正視圖，表示根據本發明在陰極射線管210內提供適當設置的電極244、246、248的另一典型結構。每個電極244、246、248具有相對大尺寸的一般矩形環形形狀以形成在陰極射線管210的漏鬥形玻殼240內部對稱設置的隔開的環形電極244、246、248的陣列。電極優選是帶有一般矩形孔的一般矩形形狀的模鍛金屬如鋼，並利用多個固定件如細長玻珠249安裝在玻殼240內部，但也可以採用夾子、託架或其它固定裝置。
組裝快速並節省，其中矩形金屬電極244、246、248基本上同時固定在四個玻珠249中的它們各自相關位置上，其中玻珠249被定位在例如四個位置，如12點、3點、6點和9點(即0°、90°、180°和270°)位置，如圖所示，由此形成剛性、自支撐結構。然後將該組裝電極結構插入玻珠240內並適當定位和固定，隨後固定面板220並密封。
電極244、246、248中的預定電極合適電連接到穿過玻殼240的壁的偏置電位引線290上。引線290的中預定引線和矩形電極244、246、248中的預定電極之間的電連接是通過焊接或通過在電極上的接觸引線290導體的緩衝器形成的。引線290隻需要被提供用於最高和最低的偏置電位，因為中間電位可通過連接到引線290的電阻分壓器和矩形電極244、246、248中的適當電極倆獲得。來自引線290的高正電位通過澱積導體252被導通到螢光屏電極222上和電子槍212上。例如，可採用下列偏置電位值

矩形電極244、246、248可以由合適金屬製成以提供磁屏蔽，如μ-金屬、鋼、或鎳鋼合金，或者一個或多個磁屏蔽件可安裝在玻殼240的外部。電子槍212、面板220、螢光屏電極224和螢光體223基本上類似與上述對應元件。
圖10是陰極射線管130的部分截面圖，表示具有安裝在漏鬥形玻殼340內部以如上所述偏轉電子束330的一般矩形孔的一組一般矩形電極344、346、348的又一安裝布局。電子槍312、頸部314、面板320、螢光體323、蔭罩324和框架326、玻殼340關於中心線313對稱設置，並且可以包括在玻殼340和電極344、346、348之間的間隙中的吸氣材料，所有這些都如上所述。
電極344、346、348形成為一組遞增尺寸的一般矩形迴路並關於管子中心軸313對稱設置，該中心軸313具有最小接近頸部314和最大接近面板320。採用多個支撐結構360以支撐電極344、346、348，如相隔90°設置的四個支架360，其中在圖10中只能看見一個。每個支撐結構360一般被成形為跟隨玻殼340的形狀並安裝和固定在兩個絕緣支架349之間，如玻珠或唇狀物，一個靠近蔭罩框架326，一個靠近頸部314。每個電極344、346、348互相電絕緣，除非希望電極344、346、348中的兩個或更多個在相同偏置電位上。電極344、346、348優選是由模鍛金屬如鈦、鋼或鋁構成，並優選是由磁屏蔽金屬如μ-金屬或鎳鋼合金製成，以便屏蔽電子束330不進行由地磁場和其它不希望的場引起的不希望的偏轉。
每個支撐條360是由金屬基體362如鈦條(由於強度)、在金屬基體362的至少一側上的陶瓷或其它絕緣材料層364和隔開的可焊接的接觸焊盤368的層疊結構形成的，其中接觸焊盤368包括可焊接的金屬如鎳或鎳鉻合金，電極344、346、348焊接到該接觸焊盤358上，如圖10的放大插入物所示。可焊接焊盤368通過陶瓷層364互相電絕緣並與金屬基體362電絕緣，因此在一般矩形電極344、346、348的每個上可建立不同偏置電位。
優選，一個或多個支撐條360包括高電阻率電導體366，如氧化釕，該電導體366優選以螺旋圖形形成在陶瓷層364上以提供具有高電阻如在109歐姆數量級的電阻器，並一起形成分配施加在引線390上的偏置電位的電阻分壓器以提高用於每個電極344、346、348的所希望的偏置電位。陶瓷層364可以放置在金屬基體條362的一側或兩側上，並且電阻層366可以形成在陶瓷層364的一層或兩層上。具有在陶瓷絕緣層364上的可焊接接觸焊盤368之間的螺旋形高電阻電阻器366的典型支撐結構的一側的一部分示於圖11中。可以從接觸焊盤368中的選擇的合適幾個焊盤到電子槍312和到螢光屏電極形成電連接，用於給其施加相應合適的偏置電位。支撐條360優選由金屬基體和陶瓷絕緣層與陶瓷電路層的焙燒疊層形成的，如在美國專利US5581876中所述的金屬上低溫共焙燒陶瓷(LTCC-M)工藝，該美國專利US5581876的主題名稱是「Methode ofAdhering Green Tape To A Metal Substrate With A Bonding Glass」。
電極344、346、348和支撐條360一起被組裝成具有足夠強度以保持其形狀(由於其每個部件的強度)的組件，該組裝電極被插入玻殼340內部的預定位置，並且該組件利用夾子或焊接(未示出)在蔭罩框架326和頸部314附近的支架369附近保持在原位。電極344、346、348和支撐條360的組裝結構優選與玻殼340的內部形狀近似一致並稍微遠離它。然而，電極344、346、348和支撐條360的結構位於電子束330在任何位置掃描時通過的容積的外部，其中電子束的掃描包括由磁偏轉系統(未示出)產生的偏轉和由源自施加於電極344、346上的偏置電位的靜電力產生的放大偏轉的最大程度偏轉。電極344、346、348優選成形成以便屏蔽在它們後面的部件如支撐條360和玻殼340的內表面的未塗敷區域及吸氣材料不被電子束330的電子撞擊。
圖12是根據本發明在陰極射線管410內部提供適當定位的電極446a、446b、448的另一典型結構的部分截面圖。面板420和玻璃管殼440接合在一起形成具有包含朝向螢光屏電極422引導電子束的電子槍412的頸部414和在面板420上的螢光體423的易抽空管殼，該電子被磁偏轉系統416偏轉相對於中心軸高達±55°。蔭罩424與被蔭罩框架426支撐的面板420隔開並被偏置與螢光屏電極422相同的電位，如30kV。
噴射或澱積在管殼440的內表面上的頸部電極444被偏置不超過螢光屏電位的電位，並優選低於螢光屏電位，例如典型為10-20kV和典型為15kV。適於被偏置不同電位的多個靜電偏轉電極446a、446b、448遠離被支撐在支撐部件460上的管殼440的壁，其中管殼440藉助各個焊點468固定於支撐部件460上。高正電位例如35kV經過引線447和導電支架445施加於電極446a上，用於增加被偏轉系統416高度偏轉的電子的偏轉。支撐部件460包括上述分壓器，為電極446b和448建立不同的偏置電位。電極448通常被偏置到低於螢光屏電位的電位，例如0-20kV，並且通常為10kV，而電極446b可以被偏置到電極446a的電位或電極448的電位，例如分別為35kV和10kV。吸氣材料456設置在電極446a、446b、448和支架460後面的方便位置。優選電極448被偏置關於螢光屏電極的低正電壓，以便減小在由其上的偏置電位產生的電場的影響下產生的電子的著屏角。
圖13是根據本發明在顯示管51內提供適當設置的電極544、546、548的又一典型結構的截面圖。特別是，管子510是具有660mm(約26英寸)寬和371mm(約14.6英寸)高的可視區域的典型的757-mm(約32-英寸)對角線16∶9長寬比格式陰極射線管。作為利用本發明可實現的減小管子深度的結果，管子510具有約280mm(約11英寸)的深度D。
之前，管子510包括通過接合面板520和管殼540形成的管殼。管頸514中的電子槍512朝向面板520、螢光屏電極和螢光體523引導電子束，並通過蔭罩524中的孔，並根據偏轉系統516在±55°上進行偏轉。偏轉系統516可以是110°或125°鞍-鞍形偏轉系統，該偏轉系統包括水平線圈、垂直線圈、鐵芯和一對可滲透金屬分路器，用於成形用語自會聚的垂直偏轉。利用較大的偏轉角125°偏轉系統，可以減小管頸514的直徑，由此允許需要較低驅動功率的較小偏轉系統516。
陰極射線管510採用包括在管殼540上的導電塗層的電極和被支撐在管殼540內部的金屬電極的組合。圍繞電子槍512的出口和管頸514的頸部電極544由管殼540的壁上的導電塗層形成並被偏置不超過螢光屏偏置電位的偏置電位並經過透過管殼540的壁的引線545施加。頸部電極544的低偏置電位例如10-20kV和通常約為15kV趨於向下減緩電子束，由此增加磁偏轉系統516的效率。偏轉增強電極546圍繞頸部電極5444並由導電塗層形成，並且被偏置在超過螢光屏電位的偏置電位和經過透過管殼540的壁的引線547施加。這樣，施加於偏轉增強電極546的偏置電位例如35kV產生電場，該電場在完成由偏轉系統516產生的基本上所有偏轉之後作用在電子束的電子上，以便除了由偏轉系統516提供的偏轉之外，可增加從電子槍512發射的電子束的偏轉。
第三電極548是由具有L形橫截面的一金屬片形成的並被偏置在經過透過管殼540的壁的引線549施加的電位。電極548被偏置在低於螢光屏電位並優選低於頸部電極544電位的電位，例如0-20kV和通常為約10kV，由此朝向面板510引導電子束到達面板510的周邊區域，因此減小其著屏角。由於管子510的垂直尺寸比水平尺寸短很多(如圖13所示)，因此電極48不必是上述矩形以作用在指向面板520的可視區域的頂部和底部邊緣的電子束上，而可以是分別經過引線549a、549b接收偏置電位的兩個直L形金屬電極548a、548b，以便只作用於指向管子510的左和右垂直邊緣的那些電子束上。電極548a、548b分別連接到引線549a、549b上，例如通過焊接或玻璃而用於物理支撐到金屬連接，例如導電玻璃料材料。
蔭罩524被蔭罩框架526支撐並經過透過管殼540的壁的引線525接收螢光屏電極522偏置電位。螢光屏電位是例如30kV。吸氣材料556放在方便位置上，如蔭罩框架526和電極548a、548b的後面。
在任何前述實施例中，導電塗層或電極在管殼的表面上，如面板20、120、220、320、420等，這種塗層或電極優選是用噴射、升華、旋塗或其它澱積或施加石墨或碳基材料、鋁或氧化鋁或其它合適導電材料形成的。其中電極如電極46a-46f、146、148、244a-244c、246a-246c、248a-248d、344a…348c等遠離管殼40、140、240、340、440等的壁，這種電極優選是由合適的金屬如鈦、殷鋼合金、鋼、不鏽鋼或其它合適金屬形成的。
前面已經藉助典型實施例介紹了本發明，但是在由所附權利要求書限定的本發明範圍和精神內的改變對於本領域技術人員來說是顯而易見的。例如，本發明的陰極射線管可以是具有在其面板內表面上的螢光體塗層的單色管子或者可以是具有在其上的彩色螢光體圖形和有對應彩色螢光體圖形的孔圖形的蔭罩的彩色管子，這裡所述的管子可以有或沒有蔭罩。可以得到較高效率的蔭罩，如能使電子束的大部分電子通過它的孔的蔭罩，這種高效蔭罩可以用在本發明的陰極射線管中，因此實現提高亮度、減小束點尺寸或減小電子槍直徑(和有利於增加偏轉角或減小與之相關的偏轉系統功率)中的一項或多項。
由分壓器建立的偏置電位可以利用由分立電阻器形成的電阻分壓器、高電阻率材料塊、高電阻率材料塗層或其它合適分壓器建立。施加於周邊電極48、148、248的偏置電位優選低於螢光屏電位，並且可以給其施加相等的電位，可以低於頸部電極44、144、244的偏置電位，並且甚至可以被偏置零電位或地電位或負電位。
權利要求
1.一種管子，包括具有管頸、漏鬥形部分和面板的管殼，該管殼還具有在面板上並偏置在螢光屏電位的螢光屏電極；指向所述面板的至少一束電子的源，其中所述源處於所述管頸中並磁偏轉所述至少一束電子；設置在所述面板上的螢光材料，用於根據撞擊到其上的至少一束電子產生光；在所述管殼的漏鬥形部分的內表面上的至少第一和第二電極，每個所述電極限定使至少一束電子通過的相應孔，其中所述第一電極靠近所述源和遠離所述面板並被偏置在低於螢光屏電位的電位，所述第二電極位於所述第一電極和所述面板之間並被偏置在不低於螢光屏電位的電位；和由金屬形成的限定使至少一束電子通過的孔的第三電極，其中所述第三電極位於所述第二電極和所述面板之間並被偏置在不超過螢光屏電位的電位。
2.根據權利要求1的管子，其中所述第一和第二電極的至少之一包括澱積在所述管殼的漏鬥形部分內表面上的導電材料，並且所述面板是具有兩個長邊和兩個短邊的基本上矩形形狀，所述第三電極包括固定於所述管殼的漏鬥形部分上的兩個金屬電極，所述金屬電極之一靠近所述面板的兩個短邊的每一個。
3.根據權利要求1的管子，還包括靠近所述面板並具有多個孔的蔭罩，所述蔭罩被偏置在螢光屏電位，並且所述螢光材料包括在所述面板上的不同螢光材料的圖形，所述不同螢光材料根據通過所述蔭罩的孔撞擊在其上的至少一束電子而發射不同顏色的光。
4.一種管子，包括具有管頸、漏鬥形部分和面板的管殼，該管殼還具有在面板上並偏置在螢光屏電位的螢光屏電極；指向所述面板的至少一束電子的源，其中所述源處於所述管頸中並磁偏轉所述至少一束電子；設置在所述面板上的螢光材料，用於根據撞擊到其上的至少一束電子產生光；固定於所述管殼的漏鬥形部分內部的多個支架，所述支架的至少一個包括在其上的用於提供至少兩個不同電位的電阻分壓器；和固定於所述多個支架上的至少第一和第二電極，每個所述電極限定使至少一束電子通過的相應孔，其中所述第一和第二電極連接到所述電阻分壓器，並被偏置在由此提供的兩個不同電位。
5.根據權利要求4的管子，其中所述支架包括金屬層和在所述金屬層上的陶瓷層，所述第一和第二電極附著於所述陶瓷層上，並且所述電阻分壓器包括在至少一個支架的陶瓷層上的高電阻率材料，所述第一和第二電極電連接到所述陶瓷層上的所述高電阻率材料上。
6.根據權利要求4的管子，還包括靠近所述面板並具有多個孔的蔭罩，所述蔭罩適於被偏置在螢光屏電位，並且所述螢光材料包括在所述面板上的不同螢光材料的圖形，該不同螢光材料根據通過所述蔭罩的孔撞擊到其上的至少一束電子而發射不同顏色的光。
7.一種顯示器，包括具有管頸、漏鬥形部分和面板的管殼，該管殼還具有在面板上並偏置在螢光屏電位的螢光屏電極；指向面板的至少一束電子的源，其中所述源處於所述管頸中；靠近至少一束電子的源的磁偏轉系統，用於磁偏轉所述至少一束電子；設置在所述面板上的螢光材料，用於根據撞擊到其上的至少一束電子產生光；在所述管殼的漏鬥形部分的內表面上的至少第一和第二電極，每個所述電極限定使至少一束電子通過的相應孔，其中所述第一電極靠近所述源和遠離所述面板並被偏置在低於螢光屏電位的電位，所述第二電極位於所述第一電極和所述面板之間並適於被偏置在不低於螢光屏電位的電位；由金屬形成的並限定使至少一束電子通過的孔的第三電極，其中所述第三電極位於所述第二電極和所述面板之間並被偏置在不超過螢光屏電位的電位；和用於所述第一、第二、第三和螢光屏電極的偏置電位的源。
8.根據權利要求7的顯示器，其中所述第一和第二電極的至少之一包括澱積在所述管殼的漏鬥形部分內表面上的導電材料，並且所述面板是具有兩個長邊和兩個短邊的基本上矩形形狀，所述第三電極包括固定於所述管殼的漏鬥形部分上的兩個金屬電極，所述金屬電極之一靠近所述面板的兩個短邊的每一個。
9.一種顯示器，包括具有管頸、漏鬥形部分和面板的管殼，該管殼還具有在面板上並偏置在螢光屏電位的螢光屏電極；指向所述面板的至少一束電子的源，其中所述源處於所述管頸中；靠近至少一束電子的所述源的磁偏轉系統，用於磁偏轉所述至少一束電子；設置在所述面板上的螢光材料，用於根據撞擊到其上的至少一束電子產生光；包括螢光屏電位的偏置電位的源；固定於所述管殼的漏鬥形部分內部的多個支架，所述支架的至少一個包括在其上的用於提供至少兩個不同電位的電阻分壓器；和固定於所述多個支架上的至少第一和第二電極，每個所述電極限定使至少一束電子通過的相應孔，其中所述第一和第二電極連接到所述電阻分壓器，並被偏置在由此提供的兩個不同電位。
10.根據權利要求9的顯示器，其中所述支架包括金屬層和在所述金屬層上的陶瓷層，並且所述支架的至少一個包括所述電阻分壓器，該電阻分壓器包括在所述陶瓷層上的高電阻率材料，所述第一和第二電極電連接到所述陶瓷層上的所述高電阻率材料上。
全文摘要
陰極射線管(10、110、210、310、410、510)包括朝向具有被偏置螢光屏電位的電極(22、122、222、322、422、522)的面板(20、120、220、320、420、520)引導電子束的電子槍(12、112、212、312、412、512)。電子束被磁偏轉以穿過面板(20、120、220、320、420、520)進行掃描,以便撞擊其上的螢光體(23、123、223、323、423、523),並產生描繪圖象或信息的光。在管頸附近的頸部電極(44、144、244、344、444、544)被偏置在螢光屏電位或低於螢光屏電位的電位,在頸部電極(44、144、244、344、444、544)和面板(20、120、220、320、420、520)之間的第二電極(46、146、246、346、446、546)被偏置螢光屏電位或高於螢光屏電位的電位。結果,電子在比由磁偏轉獲得的角度大的總偏轉角偏轉。靠近面板(20、120、220、320、420、520)的第三電極(48、148、248、348、448、548)被偏置在螢光屏電位或螢光屏電位以下的電位,以便朝向面板(20、120、220、320、420、520)引導電子,由此增加電子在其上的著屏角。金屬和陶瓷支架(360、362、364)包括電極(344、346、348)中的幾個電極與之連接的電阻分壓器。
文檔編號H01J29/72GK1390359SQ00814491
公開日2003年1月8日 申請日期2000年10月19日 優先權日1999年10月21日
發明者約瑟夫·米歇爾·卡爾皮內利, 丹尼斯·約翰·丹基斯, 傑弗裡·保羅·詹森, 戴維·奧瑟·紐, 喬治·赫伯特·尼達姆·裡德爾 申請人:薩爾諾爾公司, 奧裡翁電器公司