具有帶平行平面光學系統的電子槍的陰極射線管的製作方法

2023-12-03 08:14:11 1

專利名稱：具有帶平行平面光學系統的電子槍的陰極射線管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種陰極射線管，該陰極射線管包括一個產生多個在一個平面內延伸的電子束的電子槍。
本發明還涉及陰極射線管的一種電子槍。
周知的陰極射線管通常都包括電子槍，電子槍有多個電極，電極上設有多個欄孔供電子束通過。工作時，各電極產生電場，由這些電場影響電子束，例如，對電子束進行加速、聚焦、使電子束會聚或發散。這樣做的目的是為了改進電子槍產生的電子束的形狀，改善各電子束的相對位置。為達到此目的，影響電子束的電場，特別是使電子束聚焦的透鏡場，變得越來越複雜，而且必須滿足在精密度方面不斷提高的要求。通常，要增加電子槍電極的數目和使電極欄孔的形狀變得更為複雜，這些都是由於對電子槍中電場提出的要求提高而造成的。對HDTV(高清晰度電視)和CMT(彩色監視顯象管)在電場方面提出的要求高到這樣的程度，以致在普通電子槍結構中要滿足這些要求非常困難，不然就是造價高。
本發明的目的是提供電子槍的一種不同結構。
為達到此目的，本發明的陰極射線管具有這樣的特點在電子槍的兩個對置表面上將導體配置成一定的導體圖案，該導體圖案在所述平面兩側，且平行於電子束所延伸的平面延伸，此外陰極射線管還有一個電場形成裝置，用以在所述導體圖案之間產生電場，所述導體圖案構製得使得在陰極射線管工作時電場在電子束行進的方向上變化，在大致平行於所述平面而且大致橫切電子束行進方向的方向上變化。
在普通的電子槍中，電子光學功能，例如，對電子束進行的聚焦、會聚、發散和/或加速，是由在橫切電子束行進方向上延伸的多個電極之間產生的電場實現的。在本發明的陰極射線管中，上述功能則由在大致上平行於電子束行進的方向上延伸的兩個扁平導體圖案之間產生的電場實現。導體圖案能精確地配置在一些表面上，例如，配置在板上。在本發明的範圍內，導體圖案一詞應理解為由可往其上施加電壓的材料製成的圖案。這個材料可以是導電材料，但也可以是，例如，取例如電阻層形式的電阻材料或半導體材料。為簡單起見，以下將所有這些可能性簡稱為「導電材料」。導體圖案可以包括，例如，由導電材料製成、在基本上橫切電子束行進方向上延伸的多個連續條紋。導電材料條紋可以例如用光刻法彼此間高度精確地配置在例如板之類的表面上。可以簡單的方式往這些條紋上加電壓，例如，通過在各表面邊緣處將各條紋與電源裝置電連接，實現施加電壓。兩表面上的導體圖案可非常精確地彼此相對配置。這樣就可以非常精確並可以重複地調整在顯象管工作時導體圖案所產生的電場的位置和形狀。計算表明，各導體圖案之間所形成的透鏡場，其質量至少可與該已知的電子槍中的相同。實驗證明，上述計算是切合實際的。本發明還有這樣的好處，即可以增加電場特別是透鏡場的數目和複雜性。普通電子槍所能容納的電極的數目是有限的。大量電極彼此相對配置的精確性是有限的，為了消除顫噪效應，各電極要有一定的厚度，例如100-300微米。但導體圖案並沒有受到這方面的限制。導電條紋的尺寸可以減小，例如達幾十個微米。因此，透鏡系統能構製得使其複雜性達到普通電子槍所不能達到的程度。這一點對HDTV來說非常重要。
在一個實施例中，各導體圖案構製得使其工作時所產生的電場促使電子束會聚或發散。
在一個實施例中，各導體圖案構製得使其工作時所產生的電場促使電子束在橫切電子束行進方向(以下稱Z方向)的兩個方向(以下稱X方向和Y方向)上聚焦。
為確保電子束正確聚焦，導體圖案系構製得使所產生的電場最好隨大致等於各電子束之間的間距的空間周期基本上周期性地變化。這裡空間周期是指基本上相同的電場部分之間的距離。這時各電子束受到大致上相同的聚焦作用。各實施例之間在為例如改善電子束的象散而對電子束進行的聚焦方面可能有小小的不同。空間周期與各導體圖案間距的商最好大於0.5。該商值小於0.5時，要產生強得足以使電子束聚焦的四極場就有困難。
所產生的場的周期數最好大於電子束的數目。這樣就可以減小在各邊緣上的不良效應。
從電子行進的方向看去，空間周期是可變的。這就可以使電子束的聚焦和發散或會聚同時進行。
本發明還涉及一種陰極射線管，該陰極射線管包括一個用以產生一個電子束的電子槍，電子槍中兩個對置著的表面上設有多個導體圖案，各導體圖案在電子束兩側的大致上平行於電子束行進方向的平面內延伸，且所述陰極射線管包括在各導體圖案之間形成電場的裝置，該各導體圖象構製得在顯象管工作時使電場在電子束行進方向上變化，在大致上平行於所述各平面並大致上橫切電子束行進方向的方向上變化。
本發明的陰極射線管的一個實施例的特徵在於，所述導體圖案有一個兩端可加電壓的波狀電阻器。
由於有了這個電阻器，需要進行的加工工序不多，接觸點也不多。
下面通過一些舉例性質的實施例並參看附圖更詳細地說明本發明的內容。


圖1是現有技術的陰極射線管的剖視圖。
圖2是現有技術電子槍的剖視圖。
圖3是本發明的陰極射線管的剖視圖。
圖4是本發明的陰極射線管的電子槍的剖視和部分頂視圖。
圖5a和5b是本發明陰極射線管的電子槍配備有導體圖案的各平板的底視圖。
圖6a-6d示出了各導電條紋之間所產生的場所產生的影響。
圖7-15示出了本發明的另一些實例。
各附圖並不按比例畫出。通常，各附圖中相應的各部分用同樣的編號表示。
本實例的陰極射線管為彩色顯象管1，它包括一個抽成真空的管殼2，管殼2由顯示窗口3、錐體部分4和管頸5組成。管頸5中有一個電子槍6，用以產生在一個平面，即一字排列平面中延伸的三個電子束7、8和9，在此情況下該平面為圖面的平面。顯示窗口內側設有一個顯示屏10。顯示屏10由大量發出紅、綠、蘭光的螢光體組成。電子束7、8和9在去顯示屏10的路上為偏轉裝置11所偏轉，橫貫整個顯示屏10，並通過彩色選擇電極12。彩色選擇電極12包括一個有許多欄孔13的板，且配置在顯示窗口3前面。三個電子束7、8和9通過彩色選擇電極的欄孔13，電子束以小角度相交，於是各電子束只射到一種顏色的螢光體上。
圖2是已知的一個電子槍的剖視圖，在此實施例中為從歐洲專利EP-A-0231964可以了解到的那種電子槍。該電子槍包括一個共用的電極20和一個共用的板形簾柵極24，電極20中固定有三個陰極21、22和23。各軸線在同一個平面上的三個電子束7、8和9由三個電子束共用的電極系統25(G3)和26(G4)進行聚焦。電極系統25包括兩個杯形電極第一電極27和第二電極28，兩個電極的敞開端彼此面對面配置。主透鏡由第一電極系統G3和第二電極系統或陽極G4構成。電極26包括一個杯形部分29和一個對中套筒30，套筒30的底部形成有欄孔31，供電子束通過用。電極28配備有向電極26延伸的邊緣32，電極26配備有向電極28延伸的邊緣33。凹口部分34垂直於電子束9、7和8的軸線35、36和37延伸，裡面有欄孔38、39和40。孔眼42、43和44在主要垂直於中心電子束7的軸線36的方向延伸的凹口部分41中形成。各電極中的各欄孔必須精確形成，而且它們必須在電極中彼此相對地精確形成。輔助電極GAST呈平板形式，平板上有長形孔45、46和47，電極GAST本身則與主透鏡相隔一段距離配置。各電極必須彼此精確配置。各電極上的各欄孔必須開設得高度精確。電子槍要加上許多在形狀上越來越複雜的電極和輔助電極，這根據構成透鏡的電場所提出的更多的要求而定。在這方面，這裡所示的電子槍就比較簡單了。有些電子槍結構包括大約15個電極和輔助電極。而對HDTV來說，就進一步要求對其電子束的電場進行改進，這在普通電子槍的情況下是不可能做到的，或者可能的話也只能在很小的程度上進行，而且花費大。
本發明的目的是提供一種與上述電子槍不同類型的電子槍。圖3是本發明的陰射線管的剖視圖。電子槍131包括陰極21、22和23以及電極20和24。該電子槍還包括兩個板，在此情況下為配置在同一平面的玻璃板132和133。圖4是電子槍131的部分頂視圖(玻璃板132)和部分剖視(陰極21、22和23以及電極20和24)的視圖。在工作的過程中，各電子束在玻璃板132與133之間運動。導體圖案設在玻璃板上。該陰極射線管包括一個將電勢加到各導體圖案上的裝置。工作時，在玻璃板之間形成有電場，特別是透鏡場和加速場。用例如光刻法可以極其精確地配置導體圖案。這一下實質上減少了有待彼此相對配置的元件的數目。
圖5a是平板132的底視圖。該平板上設有具有多個導電條紋141的導體圖案。另一平板133上設有相應的導體圖案。各條紋產生電場，該電場從橫切電子束7、8和9的方向和在電子束7、8和9的平面[因而大致平行於各導體圖案延伸所在的平面(所述方向在圖5a中用Ⅰ-Ⅰ線表示，在圖5b中用X方向表示)]中看去時，大致上呈周期性地變化。空間周期大致等於各電子束之間的距離。因此，各電子束受大致上同一個電場的作用，且各電子束之間的電場與電子束中心的電場不同。
圖5b示出了一個板的細節。圖中畫出了許多等位線142。電位以伏表示。按等位線142形成的電場在電子行進的方向(Z方向)變化，在橫切Z方向且平行於電子束通過的平面的方向(X方向)變化。圖6a-6d說明了這種位場的聚焦作用。電子束7的行進方向用Z方向表示。在所述等位線周圍，在板表面上設有導電區141。將所示的各電位加到所述導電區141上時，在各板之間形成有大致上與所示等位線一致的電場。該電場將電子束中的電子在Z方向上進行加速，並將電子束7在X方向上和橫切X方向及Z方向的方向上進行聚焦，以下將後一方向也稱之為Y方向。
計算表明，在各板之間形成的透鏡場其質量可與上述已知的電子槍的相同。實驗證明，這個計算是切合實際的。除上面所說的所形成的各透鏡能更精確地彼此相對配置的優點之外(該已知的電子槍通常具有多個彼此配置在其後面的透鏡)，本發明還有這樣的優點可以大量增加透鏡象場的數目。能裝入電子槍中的電極的數目是有限的，這是因為，彼此相對配置大量電極的精確度是有限的，而且因為為了消除顫噪效應，各電極需要有一定的厚度。但這一點對表面(在此情況下為平板)上導電條紋的數目並不起限制作用。因此，透鏡系統可以製造得使其複雜程度達到普通電子槍所不能達到的程度。這對HDTV來說是特別重要的。
在例如藉助於各電極進行預聚焦的一些實施例中還可以獲得另一個好處。這種預聚焦作用引起正的球面象差，即預聚焦透鏡中較靠外的射線，其偏轉量過大，促使電子束最外部分的焦點從Z方向看去時比起電子束中心部分的焦點離電子光學透鏡更近。普通電子槍對這種正球面象差不能進行補償。該透鏡誤差使我們只能利用預聚焦透鏡的中心部分，就是說，電子束的直徑必須遠小於透鏡的直徑。如上所示的導體圖案使電子光學透鏡可以製造得使其球面象差為負，即較靠外的電子束的偏轉度較小。本發明陰極射線管的一些實施例包括導電圖案，在工作過程中，導體圖案之間有負球面象差電子光學透鏡和正球面象差電極透鏡形成。這樣，兩個電子光學透鏡所引起的球面象差至少部分彼此相抵消。電極透鏡可以是例如預聚焦透鏡，在這種情況下，在各導體圖案之間形成有主透鏡。電極透鏡可以是例如主透鏡，在這種情況下，在導體圖案之間形成預聚焦透鏡。對於HDTV來說，較小程度的球面象差是重要的。
圖6a-6d說明了各條紋之間所產生的各場的影響。在這些圖中，規定沿電子束的方向為Z方向，橫切電子束且橫切各板的方向為Y方向。圖6a是為絕緣區63所分隔的導電區61和62的正視圖。圖6b是沿Ⅰ-Ⅰ線截取的剖視圖。Ⅰ-Ⅰ線平行於電子束行進的方向(Z方向)延伸。平板64和65上設有導電區61和62。工作時往61和62區上加不同的電位，從而使61和62區之間加有電位差。因此產生電場。該電場將電子束E在Y方向上聚焦，如圖6b所示。在X方向(垂直於Y方向和Z方向的方向)上，電子束截面和電子束的方向這兩者保持不變。電場在X方向上不變。這種布局不能使電子束在兩個方向(即X方向和Y方向)上聚焦。圖6c是用以形成四極透鏡的導電區的形狀的頂視示意圖。圖6d是沿Ⅱ-Ⅱ線截取的剖視圖。在65和66區之間形成的電場擴大電子束在Y方向的截面，同時縮小電子束在X方向的截面。65和66區的形狀和它們之間的間距應選擇得使X方向的縮小量大於Y方向的擴大量。若電子束依次通過圖6a和6b所示的透鏡和圖6c和6d所示的透鏡，則電子束截面在X方向和Y方向縮小，即兩個透鏡的聯合作用大致相當於旋轉對稱透鏡。還可以形成八極場和更高數量級的透鏡場。所述各透鏡場的適當組合就能使電子束達到所要求的聚焦效果。計算表明，可以產生旋轉對稱透鏡場，而實驗證明，這個計算是切合實際的。應該指出，在某些應用中是希望有某種形式的象散性(即電子束不完全對稱聚焦的現象)的，例如，用電子槍中所引起的反象散性來補償偏轉場所引起的象散性。圖7a示出了平板72上的導體圖案71的另一個實例。導體圖案71包含多個導電區73，從橫切電子束的方向看去時導電區73顯然是由重複的子圖案74組成。該導體圖案具周期性，其空間周期λ大約等於電子束之間的距離。因此所產生的電場大致上呈周期性。為防止導體圖案的各側面影響電子束，子圖案最好鄰接最外的電子束。在本實施例中，子圖案(圖中用括弧之間的部位表示)就三個電子束重複四次。中心子圖案與最外子圖案可能有小小差別，這是因為，例如，在某些應用中，最好使最外電子束的聚焦與中心電子束稍有不同。所產生的各場以一個空間周期呈現大致的周期性。圖7b示出了四極場相對強度Q與空間周期λ的商λ/h的函數關係，該空間周期λ大致相當於各電子束之間的間距和各導體圖案之間的間距h。所述商值最好大於0.5。小於0.5時，四極場的相對強度小。從該曲線可以看出，λ/h的最大值在1和2之間，約為1.5。該商值最好在這個範圍內。若，例如，各電子束之間的間距約為7毫米，則各圖案之間的間距最好小於14毫米，最好約為4.7毫米。圖8示出了本發明的另一個實施例。從這個圖可以看出，各子圖案之間的周期性或間距是可以改變的。因此各電子束7、8和9如圖所示彼此相向彎曲。令圖案如圖9所示的那樣相對於電子束彎曲也可以取得同樣的效果。圖9中，玻璃板90配備有導電區91。在本實例中，各電子束在區92中彼此交叉，並在區93中彼此相向彎曲。在本實例中，所產生的電場變化得使各電子束會聚。
圖10和11示出了本發明的另一個實施例。在這個實例中，用具有形成一個平面三極區的導體區101、102和103的平板100代替了圖4的電極20和24。這樣就進一步減少了製造電子槍所用的元件的數目。因此，在此舉例性的實施例中，一部分電極是在橫切電子束延伸的板上構成。
顯然，在本發明的範圍內是可以進行多種修改的。上面舉出了產生三個電子束的電子槍的例子。本發明也可以極其有利地應用在具有產生一排電子束的電子槍的陰極射線管中。這種電子槍如圖12a和12b所示。圖12a是個部分立面投影圖。圖12b是剖視圖。電子束120由發射元件122發射之後，由位於平板124和125上的導體圖案123加速並沿各路徑引導。在此實施例中，設有導體圖案的各板都是扁平的，且在同一平面上配置。各板可以略為彎曲，如圖13a和13b所示，也可以成一個小角度，如圖14所示。圖13a和13b中的板200和201略為彎曲。圖13a是個透視立面圖，圖13b是個剖視圖。電子束7、8和9的位置如圖13b中所示。各板可由玻璃製成，也可以由其它電絕緣材料製成，也可以由塗有電絕緣材料層的金屬製成。
圖15和16示出了往導體圖案上加電壓的兩種可能有的作法。圖15中，在玻璃板150上，鄰接由許多條紋152組成的導體圖案151處，配備有波狀電阻器梯件153。波狀電阻器153與導電條紋152之間有電接頭154。往電接頭上加電壓就可以將電壓V1加到波狀電阻器153兩端。這種阻性層可以採用的材料特別是RuO2和In2O3。圖16中，導體圖案161本身由具有一定阻值的波狀層組成，電壓V2加到導體圖案的始端和末端之間。這樣做有好處，因為既減少了工序，也減少了連接點。
在本發明的範圍內，「陰極射線管」應理解為，不僅是指顯示裝置，而且也指例如電子顯微鏡或攝象管。在這些裝置中，電子束也是由電子槍產生的。
本發明非常適用於具有一字排列式電子槍的陰極射線管。
上述諸實例示出了具有能產生一個以上電子束的電子槍的陰極射線管。雖然本發明非常適用於這些陰極射線管，但並不局限於此。在本發明的一些實施例中，陰極射線管可以包括一個或一個以上產生一個電子束的電子槍，導體圖案設在電子槍中兩個對置的表面上，該導體圖案在大致平行於電子束行進的方向的各平面中延伸，陰極射線管則包括在各導體圖案之間形成電場的裝置，該導體圖案系形成得使射線管工作時電場在電子束行進的方向變化，在大致平行於所述各平面且大致橫切電子束行進方向的方向上變化。各導體圖案最好形成得使陰極射線管工作時，電場使電子束在橫切電子束行進方向的兩個方向上聚焦。
還可以這樣進行修改，例如在所示的各實施例中，電子槍包括多個板，各板彼此面對著的表面上設置多個導體圖案。所述各板可以看作具扁平表面的元件，扁平表面上設有多個導體圖案。還可以這樣修改，例如，使其上設有多個導體圖案的元件具有不同的形狀，舉例說，以扁平邊對置著的兩個實心半圓柱體，或以扁平邊彼此面對著的另外的兩個構件。
在以上所示的諸實施例中，電子槍包括兩個板。但這並不意味著本發明局限於電子槍只具兩個板的實施例。在本發明範圍內的修改方案中，電子槍可以包括若干對板，例如，一對板具有預聚焦用的導體圖案，各導體圖案之間的間距較小，而另一對具導體圖案的板供主透鏡用，其各導體圖案之間的間距較大。從電子束行進的方向看去，電子槍的其它元件還可以配置在這兩對板之間。
在上述所示的實例中，各板是扁平的。在一個修改方案中，各板從電子行進的方向看去可以呈階梯形。這樣，各板之間的間距按階梯形式變化。這樣就可以例如在一對板上設置前一段中所述的預聚焦透鏡和主透鏡的導體圖案。
為清楚起見，在各實例中，各板系以兩個分開的裝有導體圖案的元件示出。在本發明的一些修改方案中，各板可以作為一個更大單元的一部分。各板可以用例如側壁互連起來。這樣可以增強結構的強度，從而減少產生裂縫或顫噪效應的風險。此外還可以將兩個板上的導體圖案經各側壁互連起來，從而可以減少電接頭的數目。該側壁可以橫切各板延伸，或例如，以平滑圓弧的形式從一個板延伸到另一個板上。各導體圖案可以經各側壁彼此混合起來。
權利要求
1.一種陰極射線管，包括一個用以產生在一個平面中延伸的多個電子束的電子槍，其特徵在於，在電子槍中兩個對置的表面上設置有多個導體圖案，該導體圖案大致平行於所述平面延伸，且在所述平面兩側；所述陰極射線管包括在各導體圖案之間形成電場的裝置，所述各導體圖案形成得使陰極射線管工作時電場在電子束行進的方向變化，在大致平行於所述平面且大致橫切電子束行進方向的方向上變化。
2.如權利要求1所述的陰極射線管，其特徵在於，各導體圖案形成得使陰極射線管工作時電場使各電子束會聚或發散。
3.如權利要求1或2所述的陰極射線管，其特徵在於，各導體圖案形成得使陰極射線管工作時，電場使電子束在橫切電子束行進方向的兩個方向上聚焦。
4.如權利要求1、2或3所述的陰極射線管，其特徵在於，各導體圖案形成得使所產生的電場基本上隨大致等於各電子束之間的間距的空間周期周期性地變化。
5.如權利要求4所述的陰極射線管，其特徵在於，空間周期與各導體圖案之間間距的商大於0.5。
6.如權利要求4或5所述的陰極射線管，其特徵在於，各導體圖案形成得使所產生的場含有比電子束的數目更多的周期。
7.如權利要求4、5或6所述的陰極射線管，其特徵在於，各導體圖案形成得使從電子束行進的方向看去時，空間周期變化。
8.一種陰極射線管，包括一個用以產生一個電子束的電子槍，其特徵在於，在電子槍中兩個對置的表面上設有多個導體圖案，各導體圖案在大致平行於電子束行進的方向、在電子束兩側的平面中延伸，且所述陰極射線管包括在各導體圖案之間形成電場的裝置，該各導體圖案形成得使陰極射線管工作時各電場在電子束行進方向上變化，在大致平行於所述各平面並大致橫切電子束行進方向的方向上變化。
9.如權利要求8所述的陰極射線管，其特徵在於，各導體圖案形成得使陰極射線管工作時各場使電子束在橫切電子束行進方向的兩個方向上聚焦。
10.如以上任一權利要求所述的陰極射線管，其特徵在於，所述各導體圖案含有導電材料製成的多個曲線條紋。
11.如以上任一權利要求所述的陰極射線管，其特徵在於，各導體圖案包括往其兩端可加電壓的波狀電阻器。
12.如以上任一權利要求所述的陰極射線管，其特徵在於，鄰接所述導體圖案設有一個波狀電阻器，導體圖案與波狀電阻器之間有電氣接頭延伸，使得往所述波狀電阻器兩端可加電壓。
13.一種適用於以上任一權利要求所述的陰極射線管的電子槍。
全文摘要
一種陰極射線管，包括一個具有兩個對置的導體圖案的電子槍。工作時，各電子束(或單個電子束)在導體圖案之間運動。普通電子槍的電極所履行的諸如對電子束的聚焦和會聚之類的功能可由兩個扁平的導體圖案完成。所述導體圖案可以精確製造，並彼此相對配置。這樣就可以製造複雜的透鏡系統。
文檔編號H01J9/14GK1064765SQ92101379
公開日1992年9月23日 申請日期1992年2月27日 優先權日1991年3月1日
發明者J·H·博蘭達 申請人:菲利浦光燈製造公司