專利名稱：具有單電位聚焦型電子槍的陰極射線管的制作方法
大屏幕電視超過40英寸時(shí)，廣為流傳的不再是直觀式陰極射線管而是投影電視了。投影電視用光學(xué)透鏡、反射鏡等將屏幕接近5.5英寸的陰射線管(PRT)的圖像投射到大約40英寸的銀幕上。三個(gè)陰極射線管的圖像投射到銀幕上，使紅、綠、藍(lán)三色都成單色的，從而得出彩色圖像。
這是采用叫做投射管的陰極射線管(PRT)進(jìn)行的。在投影式電視中，例如大約5.5英寸的PRT圖像投射到40英寸的銀幕上，使圖像面積放大到50倍。因此，PRT圖像需要極高的亮度和良好的聚焦?fàn)顩r。要達(dá)到高亮度，需要大的電子束電流。
但PRT有這樣的問題，即，即使在大電流的情況下也必須保持良好的聚焦特性。因此，PRT一般采用叫做Hi-UPF(高級(jí)單電位聚焦)型的電子槍，這種電子槍的聚焦特性即使在大電流范圍內(nèi)也較好。Hi-UPF型電子槍的例子見美國專利4,178,532。
對(duì)PRT習(xí)慣上所關(guān)心的問題主要是其主透鏡孔徑的擴(kuò)大，這是由于即使在大電流情況下保持良好聚焦特性的結(jié)果。為進(jìn)一步改善大電流范圍的聚焦特性，有人提出所謂主透鏡孔徑擴(kuò)大了的大孔徑電子槍，其實(shí)例見美國專利4,271,374。
除在一般的主透鏡上采取措施之外，還有在預(yù)聚焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上改進(jìn)聚焦?fàn)顩r的作法，例如美國專利4,318,027就是一個(gè)例子，但這就涉及到結(jié)構(gòu)上與UPF電子槍不同的BPF(雙電位聚焦)電子槍。此外，改善聚焦?fàn)顩r的方法還可以考慮增加電子槍的體積，從而擴(kuò)大主透鏡的孔徑，但這就需要同時(shí)擴(kuò)大管頸的直徑，從而產(chǎn)生電功率隨偏轉(zhuǎn)量等而增加的副作用。
本發(fā)明可以改善聚焦特性使其等于或優(yōu)于擴(kuò)大主透鏡孔徑情況下的聚焦特性而無需擴(kuò)大管頸的直徑。
本發(fā)明Hi-UPF型電子槍的第一特點(diǎn)旨在改進(jìn)大電流和小電流范圍的聚焦特性，方法是使第一柵極(G1)的孔徑等于或小于φ0.57毫米，并使加束電極(G2)與第一陽極(G3)之間的間距等于或小于1.9毫米。
本發(fā)明的第二特點(diǎn)旨在著重改善大電流范圍的聚焦?fàn)顩r，方法是使G2側(cè)的G3孔徑等于或小于φ2.0毫米。
本發(fā)明的第三特點(diǎn)旨在改善小電流范圍的聚焦特性，方法是使G2極板的厚度等于或小于0.37毫米。
本發(fā)明的第四特點(diǎn)旨在獲取優(yōu)異的壽命特性，方法是在陰極中采用含鈧酸鋇(barium scandate)的氧化層。
本發(fā)明的第五特點(diǎn)是進(jìn)一步急劇地改善聚焦特性，方法是將上述預(yù)聚焦結(jié)構(gòu)透鏡的結(jié)構(gòu)與大孔徑透鏡兩項(xiàng)措施結(jié)合使用。


圖1是PRT的示意圖。
圖2是Hi-UPF型電子槍的正視圖。
圖3是Hi-UPF型電子槍的側(cè)視圖。
圖4是預(yù)聚焦部分的典型視圖。
圖5是G1孔徑與聚焦特性之間在Hi-UPF型電子槍特定條件下的關(guān)系曲線。
圖6是Hi-UPF型電子槍中間距G2-G3與聚焦特性之間的關(guān)系曲線。
圖7是G1孔徑與聚焦特性之間在Hi-UPF型電子槍另一特定條件下的關(guān)系曲線。
圖8是G3底部孔徑與聚焦特性之間的關(guān)系曲線。
圖9是G2極板厚度與聚焦特性之間的關(guān)系曲線。
圖10是陰極附近的結(jié)構(gòu)。
圖11是另一種Hi-UPF型電子槍的結(jié)構(gòu)。
圖1是PRT的外觀。電子槍1裝在管頸2中產(chǎn)生電子束。管頸2，外徑為φ29.1毫米，內(nèi)裝一個(gè)電子槍。因此，PRT的電子槍比普通陰極射線管的大。這是因?yàn)橹魍哥R孔徑擴(kuò)大的緣故。面板3的內(nèi)表面涂有熒光層4，形成對(duì)角線大約5.5英寸的屏面。面板3在屏面中心處厚，周邊部位薄。這是因?yàn)橐纬删咄哥R功能的面板的緣故。玻錐5具有形成在內(nèi)表面上的一層鋁蒸發(fā)膜6。偏轉(zhuǎn)線圈7對(duì)電子束起偏轉(zhuǎn)作用。在本實(shí)施例中，對(duì)角線偏轉(zhuǎn)角為90度。速度調(diào)制線圈8的作用是改善圖像對(duì)比度。電壓即通過端子9提供給電子槍的各電極。
圖2是本發(fā)明電子槍的正視圖。在一般工作條件下，加到陰極10的平均電壓值約為190伏，控制電極(G1)11處于地電位，加到加速電極(G2)12上的電壓為550至600伏。加到第一陽極(G3)13的最大電壓為30千伏，加到聚焦電極(G4)14的聚焦電壓約為7.7千伏，加到第二陽極(G5)15的最大電壓為30千伏。聚焦電極G4有三個(gè)不同的外徑。第二陽極15有兩個(gè)不同的外徑。主透鏡由G4的一個(gè)大外徑部分14c和G5的一個(gè)大外徑部分15b組成。在管頸外形一定的情況下，主透鏡孔徑盡可能擴(kuò)大，因而G4插入G5中。珠紋玻璃16固定著，同時(shí)起到使各電極絕緣的作用。圖3是本發(fā)明電子槍的側(cè)視圖。同一組成部分的編號(hào)與圖2中的相同。
圖4是預(yù)聚焦部分的放大圖。同一組成部分的編號(hào)與圖2中的相同。發(fā)射電子的氧化層101含鈧酸鋇。C-G1為陰極與G1之間的間隙，G1-G2為G1與G2之間的間隙，G2-G3為G2與G3之間的間隙。TG1為電極G1的極板厚度。此極板厚度是通過所謂精壓工序減小電極G1材料的厚度(例如0.18毫米)形成的。TG2為電極G2的極板厚度。此極板厚度也是通過所謂精壓略為減小材料的厚度(例如0.4毫米)形成的。φG1是G1的孔徑，φG2是G2的孔徑，φG3是G3底孔的孔徑。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，PRT中使用的Hi-UPF電子槍的預(yù)聚焦透鏡系統(tǒng)經(jīng)過最優(yōu)化可以大幅度改善聚焦特性，使其比一般的聚焦特性好，而無需擴(kuò)大管頸的外徑。
圖5是束點(diǎn)大小與G1孔徑之間的關(guān)系曲線圖。從表2可以看到，為使陰極的截止電壓固定，各G1孔徑的電極取不同的尺寸。表1中沒有提到的各電子槍其它電極的尺寸不變。G2的孔徑都取等于G1的孔徑。表1
單位(毫米)在以后的所有表格中，陰極至G1的間距是在裝配電子槍時(shí)測定的，而陰極在工作情況下發(fā)熱時(shí)因陰極熱膨脹而縮短。
從圖5可以看出，束點(diǎn)在小電流范圍(0.5毫米)的大小能隨G1孔徑的減小而減小。G1孔徑小于或等于0.57毫米時(shí)，束點(diǎn)直徑改善的百分率達(dá)7％左右。
然而，只有在G1孔徑減小的情況下大電流范圍(6毫安)下束點(diǎn)的直徑才增大。要改善大電流范圍束點(diǎn)的直徑，有效的辦法是減小例如G2至G3的間距。這種尺寸上的改變對(duì)改善小電流范圍的束點(diǎn)直徑也有一點(diǎn)作用(大約3％)。因此，當(dāng)G1孔徑小于或等于0.57毫米時(shí)，束點(diǎn)直徑的改善百分率可達(dá)10％。
圖6是束點(diǎn)直徑在G2與G3之間的間隙變化情況下的變化情況。束點(diǎn)亮度分布通常是呈鐘形的，但在本實(shí)施例中，電子束直徑是在亮度在峰值下為5％的情況下測定的，在以后列舉的實(shí)施例中也是如此。表2列出了圖6的測定條件。
表2
通常認(rèn)為，減小G1孔徑，聚焦特性就得到改善。但這種情況是在電子束電流小的情況，電流大時(shí)則得不到預(yù)期的效果。另一方面，減小G1孔徑的效果是增加陰極的負(fù)荷，使壽命特性有問題。因此，一般通常采用大小0.6毫米的G1孔徑。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，間隙G2-G3對(duì)改善大電流聚焦特性有很大的影響。實(shí)驗(yàn)表明，此間隙值等于或小于1.9毫米時(shí)，在大電流范圍可得出突出的效果。從圖6可以看到，G2至G3的間距取適當(dāng)值時(shí)，可以大幅度減小大電流范圍下的束點(diǎn)直徑而不致犧牲減小G1孔徑對(duì)減小較小電流范圍下束點(diǎn)直徑的作用。因此，通過減小G1孔徑而達(dá)到改善束點(diǎn)直徑的作法是值得的，足以補(bǔ)償由于電流密度(陰極負(fù)荷)因G1孔徑減小而增大引起的風(fēng)險(xiǎn)。
將圖5和圖6的作用結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)當(dāng)G2至G3的間距和G1孔徑分別小于或等于1.9毫米和0.57毫米時(shí)可以使束點(diǎn)在較大和較小電流范圍的大小比一般PRT的相應(yīng)情況減小10％以上。
此外，從圖6可以看到，減小間隙G2-G3可以改善大電流范圍的聚焦?fàn)顩r，但若間隙G2-G3小于1.73毫米，則特性的改善有趨于飽和的趨勢(shì)。UPF電子槍的特點(diǎn)是加到G2和G3之間的高壓接近30千伏。這說明擊穿電壓特性非常惡劣。圖6表明，間隙G2-G3最好取等于或大小1.5毫米，因?yàn)槿舻扔诨蛐∮?.5毫米，聚焦特性的改善幅度極小。
圖7是G1孔徑變化情況下改變G3底孔孔徑時(shí)的聚焦特性。不言而喻，改變G3底孔孔徑比起圖6的情況會(huì)使聚焦特性急劇變化。另一方面，從圖7可以看到，G1若等于或小于0.57會(huì)使聚焦特性的改善幅度非常突出。表3列出了圖7的主要條件。聚焦電壓調(diào)節(jié)得使得到2毫安的陰極電流IK下正好聚焦。表3
單位(毫米)圖8示出了G2-G3等于1.53毫米時(shí)G3底孔孔徑與聚焦特性的關(guān)系曲線。同樣，在此范圍可以看到聚焦特性對(duì)G3底孔孔徑突出的依賴性。表4示出了其它的條件。聚焦電壓調(diào)節(jié)得使得在2毫安的陰極電流IK下正好聚焦。表4
單位(毫米)
圖6,7和8進(jìn)一步證實(shí)了，若G3底孔孔徑取φ2.0毫米，聚焦特性特別是在大電流范圍得到改善。應(yīng)該指出的是，在G3底部附近，電子束散開。若G3底孔中心偏離電子束中心，會(huì)出現(xiàn)電子束撞擊G3的現(xiàn)象。為避免這一點(diǎn)，考慮到電子槍裝配的精確性，G3底孔孔徑最好取等于或大于φ1.5毫米。
圖9示出了G2極板厚度TG2與聚焦特性的關(guān)系。從圖9可以看出，G2有板厚度TG2若等于或小于0.37毫米，在小電流范圍特別是陰極電流IK為0.5毫安時(shí)改善聚焦特性。但在此情況下若G2極板厚度TG2等于或小于0.32毫米，則可以觀察到聚焦特性在大電流范圍變壞。因此，G2極板厚度TG2最好取等于或大于0.32毫米。其它條件見表5。表5
單位(毫米)圖10是本實(shí)施例中使用的陰極具代表性的視圖。氧化層101分為兩層。下層101b為普通的氧化物，上層101a為含大約1.4重量百分比的鈧酸鋇的氧化物。附帶說一下，鈧酸鋇的含量取0.3重量百分比-2重量百分比有效。在本實(shí)施例中，下層厚20微米，上層厚48微米。含鈧酸鋇的氧化物，其特點(diǎn)是能承受高陰極負(fù)荷。下層為變通的氧化物，這主要因?yàn)槠胀ㄑ趸锱c主要由Ni制成的陰極帽102能很好地粘合。陰極套管103由Ni-Cr合金制成，厚約25微米。
本發(fā)明PRT的聚焦特性獲得改善，比起一般的PRT來，在小電流范圍(陰極電流IK=0.5毫安下)的改善幅度為17％，在中間電流范圍(IK=2.0毫安下)的改善幅度為18％，在大電流范圍(IK=6.0毫安下)的改善幅度為21％。這種特性用于PRT中的電子槍，其尺寸如表6中所示。表6
單位(毫米)雖然至此所舉的一些實(shí)施例都是一些聚焦電極G4插入第二陽極G5的大孔電子槍，但本發(fā)明也適用于圖11中所示的普通Hi-UPF電子槍。圖11中，相同的電極都用相同的編號(hào)標(biāo)出，其中聚焦電極分成兩部分，即14a和14b，兩者通過金屬帶17相連接。主透鏡由第二陽極15和聚焦電極14b組成。在圖11中，例如聚焦電極14b比14a稍微大一點(diǎn)。這是因?yàn)楸M可能大幅度擴(kuò)大主透鏡孔徑結(jié)果。
雖然上面上就聚焦特性要求極嚴(yán)的PRT進(jìn)行說明的，但本發(fā)明并不極限于這種PRT，它同樣適用于采用Hi-UPT電子槍的三電子束式的彩色陰極射線管。
權(quán)利要求
1．一種陰極射線管，其面板有一個(gè)熒光屏，其管頸部分裝有一個(gè)電子槍，其玻錐部分連接在面板部分與管頸部分之間，其特征在于所述電子槍具有順次朝所述熒光屏的方向配置的陰極、控制電極、加速電極、第一陽極、聚焦電極和第二陽極；所述第一陽極和第二陽極通常加有陽極電壓；所述聚焦電極加有聚焦電壓；所述控制電極、所述加速電極和所述第一陽極各相應(yīng)部分面對(duì)著具有電子束通孔的所述加速電極；所述控制電極的所述電子束通孔的孔徑等于或小于0.57毫米；所述加速電極和所述第一陽極在其電子束通孔附近的間距等于或小于1.9毫米。
2．如權(quán)利要求1所述的陰極射線管，其特征在于，所述控制電極的孔徑等于或大于0.50毫米，和等于或小于0.57毫米。
3．如權(quán)利要求1所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極和所述第一陽極在其電子束通孔外周邊附近的間距等于或大于1.5毫米和等于或小于1.9毫米。
4．如權(quán)利要求1所述的陰極射線管，其特征在于，所述第一陽極的所述電子束通孔的孔徑等于或小于2.0毫米。
5．如權(quán)利要求4所述的陰極射線管，其特征在于，所述第一陽極的所述電子束通孔的孔徑等于或大于1.5毫米和等于或小于2.0毫米。
6．如權(quán)利要求1所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極在所述電子束通孔附近的板厚等于或小于0.37毫米。
7．如權(quán)利要求6所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極在所述電子束通孔附近的板厚等于或大于0.32毫米和等于或小于0.37毫米。
8．如權(quán)利要求1所述的陰極射線管，其特征在于，所述陰極頂面上有一層氧化層，所述氧化層的上層含鈧酸鋇。
9．如權(quán)利要求8所述的陰極射線管，其特征在于，所述氧化層的上表面含0.3重量百分比至2.0重量百分比的鈧酸鋇。
10．如權(quán)利要求1和2所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極的孔徑通常與所述控制電極的孔徑相同。
11．一種陰極射線管，其面板有一個(gè)熒光屏，其管頸部分裝有一個(gè)電子槍供產(chǎn)生單束電子束，其玻錐部分連接在面板部分與管頸部分之間，其特征在于所述電子槍具有順次朝所述熒光屏的方向配置的陰極、控制電極、加速電極、第一陽極、聚焦電極和第二陽極；所述第一陽極和第二陽極通常加有陽極電壓；所述聚焦電極加有聚焦電壓；所述控制電極、所述加速電極和所述第一陽極的相應(yīng)部分面對(duì)著所述具有電子束通孔的加速電極；所述控制電極的所述電子束通孔的孔徑等于或小于0.57毫米；所述加速電極和所述第一陽極在其電子束通孔外周邊附近的間距等于或小于1.9毫米。
12．如權(quán)利要求11所述的陰極射線管，其特征在于，所述面板熒光屏中心的玻璃壁厚大于熒光屏周邊的壁厚，從而形成光學(xué)透鏡。
13．如權(quán)利要求11所述的陰極射線管，其特征在于，所述控制電極的孔徑等于或大于0.50毫米和等于或小于0.57毫米。
14．如權(quán)利要求11所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極和所述第一陽極在其電子束通孔外周邊附近的間距等于或大于1.5毫米和等于或小于1.9毫米。
15．如權(quán)利要求11所述的陰極射線管，其特征在于，所述第一陽極的所述電子束通孔的孔徑等于或小于2.0毫米。
16．如權(quán)利要求15所述的陰極射線管，其特征在于，所述第一陽極的所述電子束通孔的孔徑等于或大于1.5毫米和等于或小于2.0毫米。
17．如權(quán)利要求11所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極在所述電子束通孔附近的板厚等于或小于0.37毫米。
18．如權(quán)利要求17所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極在所述電子束通孔附近的板厚等于或大于0.32毫米和等于或小于0.37毫米。
19．如權(quán)利要求11所述的陰極射線管，其特征在于，所述陰極的頂面有一層氧化層，所述氧化層的上層含鈧酸鋇。
20．如權(quán)利要求19所述的陰極射線管，其特征在于，所述氧化層的所述上表面含0.3重量百分比至2.0重量百分比的鈧酸鋇。
21．如權(quán)利要求11和13所述的陰極射線管，其特征在于，所述加速電極的孔徑通常與所述控制電極的孔徑相同。
22．如權(quán)利要求11所述的陰極射線管，其特征在于，所述聚焦電極的尖端插入所述第二陽極，在所述第二陽極中形成主透鏡。
23．如權(quán)利要求22所述的陰極射線管，其特征在于，所述聚焦電極具有多種外形，在所述面板側(cè)是大直徑的部分，所述第二陽極具有多種外形，在所述面板側(cè)是大直徑部分，所述主透鏡在所述聚焦電極的所述大直徑部分和所述第二陽極的所述大直徑部分中。
全文摘要
本發(fā)明涉及Hi－UPF電子槍用作陰極射線管的預(yù)聚焦部分的透鏡結(jié)構(gòu)。Hi－UPF電子槍的陰極、控制電極加速電極、第一陽極、聚焦電極和第二陽極按順序依次配置。第一陽極和第二陽極通常加有陽極電壓,聚焦電極加有聚焦電壓。在本發(fā)明的陰極射線管中,在預(yù)聚焦部分中,控制電極有一個(gè)等于或小于0.57毫米的電極電子束通孔,控制電極在電子束通孔附近加速電極與第一陽極之間的間距等于或小于1.9毫米。
文檔編號(hào)H01J29/48GK1314698SQ0010477
公開日2001年9月26日 申請(qǐng)日期2000年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月20日
發(fā)明者中山俊雄, 田中康夫, 鈴木延幸, 脅田勝一, 白井正司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 日立電子設(shè)備株式會(huì)社