擊穿現象檢測儀的製作方法
2023-04-22 22:26:11
專利名稱：擊穿現象檢測儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及陰極射線管，特別涉及在具有聚焦罩選色結構的陰極射線管中的擊穿現象的檢測。
在視頻顯示設備中，例如電視接收機、計算機或者視頻顯示終端，陰極射線管(CRT)包括一般由高強度玻璃製成的真空管殼。管殼包括一般是平面或稍有彎曲的面板，以及與其成為一體的漏鬥狀錐體和延伸的管頸。面板內側支承著螢光屏。
在彩色CRT中，與螢光屏一起採用多個電子槍，螢光屏支承具有不同的顏色發光特性的多個螢光區。當電子束撞擊螢光屏時，從其中發射可見光。選色結構位於電子槍與螢光屏之間，使每個電子槍僅撞擊相關類型的彩色發光螢光體。
這種結構之一是蔭罩。蔭罩是具有多個孔的薄鋼片，電子必須通過位於其通道上的這些孔去撞擊螢光屏。蔭罩的作用是濾光器，其中以適當角度入射蔭罩的那些電子才會穿過其孔，並撞擊螢光屏的適當位置。
蔭罩的缺點之一是只有大約20％的透射率，簡單地說就是只有大約20％的由CRT的電子槍發射的電子最終穿過蔭罩孔並撞擊螢光屏。其餘電子將被蔭罩吸收，其能量將作為熱量而消散。蔭罩的最大理論透射率約為33％，通常的透射率約為18％。
有幾種已有技術用來提高選色結構的透射率，同時仍保證穿過選色結構的電子只激發在螢光屏上相關類型彩色的發光螢光體。這種技術之一採用雙層聚焦罩選色結構，以此限定在 選色結構的每個小孔中的四極靜電透鏡。根據包括四極透鏡在內的靜電場的相關幅度和極性，每個四極透鏡對穿過四極透鏡的電子束在橫向聚焦，對電子束在靶上的正交於橫向的方向上散焦。使用聚焦罩結構可使電子透射率超過約60％，聚焦罩結構具有的最大理論透射率接近一。
已經成功地製成聚焦罩CRT，但也發現了關鍵的工作缺陷。具體而言，實驗性聚焦罩CRT已經發現顯形異常，最好稱為消色帶，在螢光屏水平方向延伸。這種消色帶能相當頻繁地發生，並會損害採用聚焦罩式選色裝置的CRT的實用性。
在本發明的第一方案中，這種消色帶已被確定為是由聚焦罩結構中剩餘磁化引起的束著屏誤差或者對不準的結果。
在本發明的第二方案中，蔭罩結構的剩餘磁化已經被發現是由於聚焦罩結構的第一和第二層之間的瞬時短路或擊穿現象所導致的局部電流引起的。在CRT內聚集的導電顆粒可加速這些擊穿現象。
在本發明的第三方案中，檢測出現的臨時局部短路。一種電路可快速識別採用聚焦罩選色結構的陰極射線管中的擊穿現象。這種電路例如可以用來驅動作為消色帶校正系統一部分的相關消磁電路。
這種電路包括用於檢測施加於聚焦罩選色結構的電流增加的讀出裝置；用於響應電流增加而產生脈衝波形的脈衝發生裝置。
讀出裝置可以包括變壓器，它具有與聚焦罩選色結構耦合的初級繞組和與脈衝發生裝置耦合的次級繞組。變壓器可包括電流變壓器或電壓變壓器。其它的和等效的讀出裝置可以包括光學隔離器，它具有與聚焦罩選色結構耦合的輸入端和與脈衝發生裝置耦合的輸出端。
脈衝發生裝置可以包括單穩態多諧振蕩電路，並可構型為可再觸發工作模式。
根據這裡所述的本發明裝置的特徵，這種電路包括用於讀出施加於聚焦罩選色結構的電流增大的讀出裝置；用於發生脈衝波形的單穩態多諧振蕩器；用於響應讀出裝置觸發多諧振蕩器電路的觸發器裝置。
觸發裝置可以包括半導體器件，例如具有與多諧振蕩器電路耦合的輸出端的電晶體。半導體器件的導通狀態可以響應於讀出裝置。
根據這裡所述的本發明裝置的其它特徵，這種電路包括用於讀出施加於聚焦罩選色結構的電流增大的讀出裝置；用於響應電流增大發生脈衝波形的脈衝發生裝置；用於校準讀出裝置的校準裝置，使其從聚焦罩選色結構內定期發生的電壓和電流變化中識別擊穿現象。
校準裝置可以包括可變電阻器，例如電位器。
從以下結合附圖的說明中可以明了本發明上述的和其它的特徵和優點，其中相同的參考標號代表相同元件。
圖1是傳統的聚焦罩式選色結構。
圖2-5是用來說明在聚焦罩選色結構中的擊穿現象示意圖。
圖6是根據本發明裝置的消色帶校正系統的方框圖。
圖7-8展示了圖6所示的方框圖的示意圖。
圖9展示了已有技術的諧振消磁電路。
圖10是用於說明圖9的消磁電路的工作曲線圖。
圖1展示了示範性的聚焦罩結構100。聚焦罩可以包括垂直取向的金屬絞合線20的第一層10，每條帶例如可以具有約10密耳的寬度和約2密耳的厚度。這些帶可以由鐵磁性材料如退火的AK鋼或坡莫合金構成。示範性聚焦罩結構還可以包括水平取向的金屬線40的第二層，每條線例如可以具有約1密耳的直徑。兩層中每層的導體可以在每端由12匯流排連接在一起。電容器C代表聚焦罩結構的兩層之間的固有電容。垂直絞合線30和水平線40布置成提供矩形罩孔50，例如水平尺寸約為20密耳，垂直尺寸約為15密耳。
通過對彼此之間相對的垂直和水平導體20和40施加偏壓，一般在幾百至1000V以上的DC電壓範圍，由此實現四極聚焦作用。例如，使電子束在水平方向聚焦，以便把傳輸電子引導至垂直螢光條帶上，水平線40相對於垂直絞合線20必須具有正極性，如圖1所示。用於具體的CRT幾何結構的偏置電壓取決於高壓陽極電壓，一般在20KV至30KV的範圍。適當設置的聚焦罩把垂直絞合線20連接至高壓陽極電壓，並向水平線40施加額外的正向偏壓。
垂直絞合線20和水平線40可由真空可兼容的電絕緣體60隔開，例如是厚度約為了密耳的玻璃料。設置絕緣體60是有利的，因為其對於入射電子束來說是不可覺察的，而且絕緣體充電效應不會影響四極透鏡的正常工作。
對於消色帶性質的考察已經形成如下關鍵見解，即這些消色帶的產生是由於因聚焦罩結構的剩餘磁化而產生的重合失調。此外，業已發現局部瞬時短路現象或擊穿現象是剩餘磁化的明顯來源。
這種擊穿現象例如可起因於CRT內所存在的汙染物。眾所周知，市售批量生產的CRT有規律地呈現某種程度的汙染，通常是以導電顆粒形式出現，例如薄鋁片或者石墨或鐵的顆粒。對消色帶異常現象的考察，了解到CRT內的這些導電顆粒在產生導致消色帶的擊穿現象中起到了重要作用。
根據實驗，通常測定已知結構的聚焦罩式CRT在任何地方都會在每幾分鐘一次到每幾百小時一次的範圍內經歷這裡所述類型的擊穿現象。例如運輸過程的機械振動容易使鬆動的另部件移動，由此增大了在聚焦罩結構發生擊穿現象的可能性。此外，CRT正常工作時的靜電力也會使鬆動部件移動。因此，在CRT的規定壽命期間，可以合理地預防導致消色帶擊穿現象。
參考圖2-5可以了解擊穿現象與消色帶之間的連繫。參看圖2，假定在A點發生擊穿現象，在那裡導電顆粒使水平線40』和垂直絞合線20』之間短路。確定擊穿現象的短路由電阻R代表1使用電阻R表明引起擊穿現象的導電顆粒具有某種與其相關的有限的小電阻。
約等於4A的跨越絞合線的電流經過受影響的水平線40』和電阻R流入受影響的垂直絞合線20』。約幾個毫秒之後跨越絞合線的電流停止流動，最有可能就是因為歐姆發熱引起的導電顆粒的破壞。而且，對於第一和第二層10和30的偏置電路的阻抗高到足以阻止幾安培的電流經過它，以致跨越絞合線的電流的主要來源是存儲在柵電容的能量。一旦此能量消失，跨越絞合線的電流必定停止。在擊穿現象期間聚焦罩100的沉澱無明顯升高。
跨越絞合線的電流流動圍繞水平線40』產生了磁場H。在垂直絞合線20最靠近水平線40』的那些點的磁場H的強度約等於3000A/m。在靠近導電水平線40』的具體點的磁場H的強度與從此具體點到水平線40』的最近點的徑向距離成反比。
磁場H在垂直絞合線20感應出磁通量密度；正如圖3所示。圖3(a)展示了目前優選的鐵磁性材料的B-H曲線，此時退火AK鋼可用於構成垂直絞合線20。圖3(b)展示了坡莫合金的類似曲線。在絞合線20』兩側的絞合線20具有的磁場相互呈相反取向，如圖2所示。
再看3圖(a)的退火AK鋼，由跨越絞合線的電流在絞合線20中感應的磁通密度B1在約150密耳以上的距離內和點A之下，約為10000高斯至20000高斯的範圍內。
一旦跨越絞合線的電流終止，在垂直絞合線20的這些飽和區內殘留磁通密度B1的一半，如圖4(a)所示的退火AK鋼和圖4(b)所示的坡莫合金。如此磁化的垂直絞合線20現在是有效的條形磁體，磁通密度B2從垂直絞合線20發射並進入周圍真空，如圖5所示。在距離水平線40』約10密耳的距離之內磁通密度B2的幅度約為50高斯；在約150密耳的距離處此幅度可降落約3高斯。在具有約等於675密耳的Q空間的所示聚焦罩式CRT中，此類的磁通密度分布可導致約60微米的最大不對準或者束著屏誤差。
消除消色帶的明顯解決方法是消除汙染物。但是，儘管良好的製造操作可以顯著地減少汙染物的數量，但是眾所周知市售批量生產的CRT仍通常呈現某種程度的汙染。因此，如果製造工藝必須滿足無沉汙條件，則聚焦罩式CRT的生產成本將明顯增大或過高。
圖6的框圖中，以消色帶校正系統200的形式展示了較好的解決辦法。聚焦罩100的第一層10與高壓陽極電壓耦合，其值約在20KV與30KV之間。第二層30與偏置電源210耦合，偏置電源對第二層30施加相對於第一層10為正極的偏壓。偏置電源210可以按傳統設計，但它應是足夠的強，以致如果發生擊穿現象，則能在第一和第二層10和30之間快速地分別恢復適當的偏置電壓。
擊穿檢測電路220的目前的優選實施例如圖7所示。傳感裝置262與偏置電源210串聯連接，還與全波整流器227連接。除了完成傳感功能之外，讀出裝置262還有利於在高壓陽極與低電壓檢測電路220之間提供電隔離。
讀出裝置262可以按幾種方式使用，其中幾種如圖7a-7c所示。在擊穿檢測器220的目前優選實施例中，讀出裝置是電流變壓器T1，如圖7a所示。具有約四匝的初級繞組221由聚焦罩100的偏置第二層30中所用的高壓導線222構成。這種導線的使用電壓一般是高達約35KV。次級繞組223例如可具有200匝的24AWG線。本領域的技術人員根據擊穿檢測電路220的具體實施例對變壓器T1提出的需要，可以改變變壓器T1的初級和次級的匝數，從而改變其匝數比。
也可由圖7b所示電壓變壓器T2來等效替換讀出裝置262，通過讀出聚焦罩100的兩層10和30之間的標稱電壓的隨機偏離，識別來自偏置電源210的電流流入。例如，發生擊穿現象時，偏置電源210的輸出短路，並由偏置電源210提供流入電流。但是，由於偏置電源210的輸出短路，偏置電源210的輸出電壓突然下降，由此顯示發生擊穿現象。
變壓器T2的初級繞組263可由用於對聚焦罩100的第二層30施加偏壓的高壓導線222構成。本領域的技術人員可以根據擊穿檢測電路220的具體實施例對變壓器T2的要求，改變變壓器T2的初級和次級繞組263和264各自的匝數，從而改變其匝數。
變壓器T1和T2的初級和次級繞組可繞在環形鐵心上，例如工業部件是為A-438281-2並可由Arnold Engineering Co.製造的環形鐵心。在圖7a和7b所示實施例中使用環形鐵心僅是示範性的，並不是建議不能使用某些其它鐵心構型。
參看圖7C，讀出裝置262也可採用光學隔離器件265。本領域的技術人員可以了解，圖7a-7c所示讀出裝置262的使用僅僅是示範性的，在這裡所述本發明的方案範圍內，並不意味著建議不能使用其它方式。
在常規工作中，聚焦罩100無擊穿現象。參看圖7，在這種常規工作期間，電晶體Q1處於導通或截止狀態。電阻器R1把電壓Vcc耦合至例如具有工業部件號CD 4098B的第一單穩多諧振蕩器225的脈衝後沿觸發輸入端224。多諧振蕩器225的反相輸出端226在此常規工作中保持邏輯高電位狀態。
在聚焦罩100發生擊穿現象時，絞合線上的電流將由柵電容和偏置電壓210提供。絞合線上的電流流過初級繞組221時，在次級繞組223感應次級電流ISEC。次級電流ISEC的幅度等於絞合線上的電流與變壓器T1的初一次級匝數比的乘積。
次級電流ISEC經全波整流器227整流，然後經過可變電阻器R2和電感器L1流至驅動電晶體Q1。開始調節電阻R2，以便能從正常發生的脈衝電壓和電流中區分真實的擊穿現象。
電晶體Q1因此開始為導通狀態，從而使標準電壓電位例如地電位，耦合至多諧振蕩器225的脈衝後沿觸發輸入端224。本領域的技術人員知道可以採用其它電子器件例如適當構型的運算放大器電路或比較器電路來置換電晶體Q1，以提供這種耦合。
在輸入端224由Vcc至地的躍遷觸發多諧振蕩器，在變換輸入端226提供負脈衝228。脈衝228的峰間值可大致等於Vcc電壓。脈衝228的脈寬通過適當選擇電阻器R4和電容器C5來設定。在擊穿檢測電路220的優選實施例中，脈衝228的脈寬約等於50微秒。
擊穿檢測電路220的電阻R6把脈衝228耦合至消磁控制電路230，如圖8所示。圖8的開關S1和S2為消磁控制電路230提供手動消磁功能。圖8所示的開關位置可進行自動消磁。
參看圖8，負脈衝228由二極體D5和電阻器R13耦合至與非門233的輸入端231和232。在消磁控制電路230中使用的全部與非門均可具有工業部件號CD4093B。
因此，與非門233施加於D型雙穩態多諧振蕩器235的SET輸入端234的輸出是邏輯高電位，雙穩態多諧振蕩器的工業部件號可是CD4013B。輸入端234上為邏輯高電位時，雙穩態多諧振蕩器235的負脈衝輸出236也是邏輯高電位。
輸出236耦合至與非門240的輸入端237。與非門240的另一輸入端238在聚焦罩100的常規工作期間一般為邏輯高電位，這在本說明書的後續部分將有更全面地解釋。與非門240的輸出239因而是邏輯低電位，這種情況表明已經發生擊穿現象。此邏輯低電位被耦合至D型雙穩態多諧振蕩器244的數據輸入端241。
根據在時鐘輸入端243的觸發脈衝的正向躍遷，在數據輸入端241的邏輯低電位互補將傳輸至雙態多諧振蕩器244的反相輸出端242。在消磁控制電路230的優選實施例中，從視頻顯示裝置的垂直消隱脈衝246中獲取觸發脈衝245是有利的，以使檢測擊穿現象之後，消磁操做延遲至下一個垂直脈衝消隱期間。這樣可使異常消色帶的校正不幹擾視頻顯示裝置的觀看者。當然，技術人員可以適當改進甚至取消消磁控制電路230根據擊穿現象的檢測立即實施消磁。
在垂直回掃期間，垂直消隱脈衝246例如降至低於參考電位例如地電位約為4.5伏的電壓電平。通過光學隔離器248或者適當把垂直偏轉電路與消磁控制電路230隔離開的其它任何裝置，可把垂直消隱脈衝246耦合至反相緩衝寄存器247。反相緩衝寄存器247提供正向觸發脈衝245，其峰與峰之間值約為12V，脈衝寬度約等於垂直消隱周期，或約為1毫秒。
一旦觸發脈衝245加在雙穩態多諧振蕩器244的時鐘輸入端243，則在反相輸出端242出現邏輯高電位，並耦合至與非門252的輸入端249。在與非門252的另一輸入端250提供觸發脈衝245。在輸出端251獲得的邏輯低電位被反相緩衝寄存器253反相，在緩衝寄存器253的輸出端254獲得的邏輯高電位躍遷觸發以不再觸髮式構形連接的單穩態多諧振蕩器255。
多諧振蕩器255被緩衝寄存器253觸發後，反相輸出257變為邏輯低電位，並由反相緩衝寄存器258和259反相，提供邏輯高電位。通過適當選擇電阻器R12和電容器C13，設定此邏輯高電位的持續時間。在優選實施例中，此邏輯高電位的持續時間約等於垂直脈衝消隱周期，或者約為1毫秒。緩衝寄存器258和259的輸出耦合至由如圖9所示的消磁電路270的電阻器R7和R8構成的分壓器。
參看圖9，把在緩衝寄存器258和259的輸出端的邏輯高電位加在分壓器R7、R8，由此導致電晶體Q2開始導通。由此24V的電壓觸發晶閘管Q3的柵極，從而消磁電流IDG以阻尼振蕩方式在諧振電感器L2和諧振電容器C6流動，如圖10所示，對聚焦罩結構消磁。
參看圖8和圖9，在聚焦罩100的常規工作期間，諧振電容器C6完全充電至例如為890V直流的標稱電壓，與非門240的輸入為邏輯高電平。但是，在聚焦罩100的消磁期間，消磁電流IDG流過消磁電路270，諧振電容器C6的端電壓Vc降至標稱電壓之下。一旦完成消磁操作，電容器C6再充電至其標稱電壓，以備下一個消磁操作之用。
如果檢測到擊穿現象，試圖進行消磁操作，同時電壓Vc低於其標稱值，則聚焦罩100將不能適當消磁。如果檢測到擊穿現象，同時已經處於消磁操作之中，則可發生這種情況。
消磁控制電路230有利地提供了使消磁操作延遲直至諧振電容器C6完全充電的能力。因此，一旦由擊穿現象的檢測啟動了消磁操作，則不能啟動後續的消磁操作，無論擊穿現象的檢測如何，直到諧振電容器C6完全充電之後的第一垂直脈衝消隱間隔。單穩態多諧振蕩器256的前沿觸發輸入260耦合至單穩態多諧振蕩器255的相應輸入端。多諧振蕩器256按不可再觸發構型連接。當多諧振蕩器255被緩衝寄存器253的輸出端254的正脈衝躍遷觸發時，由此啟動消磁，多諧振蕩器256同樣被觸發，由多諧振蕩器256的反相輸出向與非門240的輸入238提供邏輯低電平。直到多諧振蕩器256的輸出261在與非門240的輸入端238提供邏輯高電平，才能啟動消磁操作。在多諧振蕩器256首次觸發之後的預定時刻才會發生此種情況。預定時間間隔由電阻器R14和電容器C2的適當選擇來設定。
儘管利用特定實施例說明了本發明，但本領域的技術人員應該明白，在不脫離本發明的本質的條件下，對公開的實施例可以做出各種改進和變型。例如，本領域的技術人員可以認識到擊穿檢測電路220和消磁控制電路230中完成的邏輯功能可由微處理器及相關電路來實現。因此，應該知道權利要求書的意圖是覆蓋自然來源於上述說明和實例的所有改進。
權利要求
1.一種檢測陰極射線管中的擊穿現象的電路，該陰極射線管採用聚焦罩選色結構，所述電路包括用於讀出施加於所述聚焦罩選色結構的電流的增加的讀出裝置；用於響應所述電流增加的而產生脈衝波形(228)的脈衝發生裝置。
2.根據權利要求1的電路，其中，所述讀出測裝置包括變壓器，其初級繞組耦合於所述聚焦罩選色結構，其次級繞組耦合於所述脈衝發生裝置。
3.根據權利要求2的電路，其中，所述變壓器包括電流變壓器。
4.根據權利要求2的電路，其中，所述變壓器包括電壓變壓器。
5.根據權利要求1的電路，其中，所述讀出裝置包括光學隔離器，其輸入端與所述聚焦罩選色結構耦合，輸出端與所述脈衝發生裝置耦合。
6.根據權利要求1的電路，其中，所述脈衝發生裝置包括單穩態多諧振蕩器電路。
7.根據權利要求6的電路，其中，所述多諧振蕩器電路構型為可再觸發工作模式。
8.一種檢測陰極射線管中的擊穿現象的電路，該陰極射線管採用聚焦罩選色結構，所述電路包括用於讀出施加於所述聚焦罩選色結構的電流增加的讀出裝置；用於發生脈衝波形的單穩態多諧振蕩器電路；用於響應所述讀出裝置觸發所述多諧振蕩器電路的觸發裝置。
9.根據權利要求8的電路，其中，所述觸發裝置包括半導體器件。
10.根據權利要求9的電路，其中，所述半導體器件的導通狀態響應所述讀出裝置。
11.根據權利要求9的電路，其中，所述半導體器件包括電晶體。
12.根據權利要求9的電路，其中，所述半導體器件具有耦合至所述多諧振蕩器電路的輸出。
13.一種檢測陰極射線管中的擊穿現象的電路，該陰極射線管採用聚焦罩選色結構，所述電路包括用於讀出施加於所述聚焦罩選色結構的電流的增加的讀出裝置；用於響應所述電流增加發生脈衝波形的脈衝發生裝置；用於校正所述讀出裝置的校正裝置，從所述聚焦罩選色結構中常規發生的電壓和電流變化中區分所述擊穿現象。
14.根據權利要求13的電路，其中，所述校正正裝置包括可變電阻。
15.根據權利要求14的電路，其中，所述可變電阻包括電位器。
全文摘要
陰極射線管可採用聚焦罩選色結構。聚焦罩結構對局部瞬時短路現象或者擊穿現象敏感。這種現象由陰極射線管內呈自由狀態的導電顆粒引起,並在聚焦罩的第一和第二層之間形成短路。擊穿現象是不希望的,因會使接在絞合線上的電流引起聚焦罩絞合線磁化,這會影響陰極射線管螢光屏上的視頻圖象。變壓器可容易地讀出施加於聚焦罩第二層的電壓或電流的隨機變化。脈衝波形發生器與變壓器耦合,對應於電壓或電流的突然變化提供脈衝波形。
文檔編號H04N9/29GK1193115SQ9711858
公開日1998年9月16日 申請日期1997年8月22日 優先權日1996年8月22日
發明者P·庫克澤爾, R·W·諾斯克爾 申請人:湯姆森消費電子有限公司