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発明の名称 陰極線管
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−36704
公開日 平成6年(1994)2月10日
出願番号 特願平4−189465
出願日 平成4年(1992)7月16日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎
発明者 御園 正義
要約 目的
ダイナミックフォーカス電圧を供給することなく画面全域、かつ全電流域で良好な解像度を得る。

構成
電子銃の陽極に偏向角に応じて蛍光膜上での電子ビームの収束を制御する収束制御電極39を設けると共に、主レンズを偏向ヨークの磁界領域内に位置させる。
特許請求の範囲
【請求項1】複数の電極から成る電子銃と偏向装置および蛍光面を少なくとも備える陰極線管において、前記電子銃に、前記偏向装置により形成される電子ビーム偏向磁界領域に位置して前記電子ビームを特定方向に集束する収束制御電極を備えたことを特徴とする陰極線管。
【請求項2】複数の電極から成る電子銃と偏向装置および蛍光面を少なくとも備える陰極線管において、前記電子銃の主レンズを前記偏向装置により形成される電子ビーム偏向磁界領域に配置すると共に、前記偏向装置により形成される電子ビーム偏向磁界領域に位置して前記電子ビームを特定方向に集束する収束制御電極を備えたことを特徴とする陰極線管。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は陰極線管に係り、特に蛍光面の全域でしかも電子ビームの全電流域においてフォーカス特性を向上させて良好な解像度を得ることのできる電子銃を備えた陰極線管に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の電極から成る電子銃と偏向装置および蛍光面(蛍光膜を有する画面、以下蛍光膜あるいは単に画面ともいう)を少なくとも備える陰極線管において、該蛍光面の中心部から周辺部にわたって良好な再生画像を得るための手段としては従来から次のような技術が知られている。
【0003】例えば、集束レンズを形成する電極(第2電極と第3電極)の領域内に非点収差レンズを設けたもの(特開昭53−18866号公報)、インライン3ビーム電子銃の第1電極と第2電極の電子ビーム通過孔を縦長とし、それら各電極形状を異ならせたり、センター電子銃の縦横比をサイド電子銃のそれより小さくしたもの(特開昭51−64368号公報)、インライン配列電子銃の第3電極の陰極側に形成したスリットにより非回転対称レンズを形成し、スリットの電子銃軸方向の深さをセンタービームの方がサイドビームよりも深くした少なくとも1個所の非回転対称レンズを介して蛍光面に電子ビームを射突させるもの(特開昭60−81736号公報)などがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】陰極線管におけるフォーカス特性の要求は、画面の全域でしかも電子ビームの全電流域での解像度が良好で、かつ低電流域ではモアレの発生がなく、さらに全電流域での画面全体の解像度の均一さである。このような複数の特性を同時に満足させる電子銃の設計は高度な技術を要する。
【0005】本発明者等の研究によれば、陰極線管に上記諸特性を兼備させるためには、非点収差付のレンズと大口径主レンズの組み合わせをもった電子銃を設けることが不可欠であることが分かった。しかし、上記従来技術においては、電子銃に非点収差レンズや非回転対称レンズを発生させる電極を用いて画面全域にわたって良好な解像度を得るためには電子銃の集束電極にダイナミックなフォーカス電圧を印加する等の必要があり、複数の非点収差レンズを用いてその相乗効果を利用することや、非回転対称レンズを形成する電極の数を増加させ各々の電極の特性の複合作用で総合的なフォーカス特性を改善し、画面全域で良好な解像度を有する再生画像を得ることについては考慮されていない。
【0006】更に、上記従来技術においては、偏向磁界中に位置して電子ビ−ムの偏向角に応じて、電子ビ−ムの集束状態が変化する構造を持つ電極を設置することにより画面全域で良好な解像度を有する再生画像を得ることについても考慮されていない。図62は陰極線管用電子銃の一例であるEA−UB型電子銃の全体側面図、図63はその要部部分断面図であって、陰極K側から第1電極1(G1),第2電極2(G2),第3電極3(G3),第4電極4(G4),第5電極5(G5),第6電極6(G6)を備えた電子銃である。なお、第5電極5(G5)は2つの電極51,52で行使されている。
【0007】同各図において、各電極の長さ,電子ビーム通過孔の口径等による電界の電子ビームに与える影響は全て異なる。例えば、陰極Kに近い第1電極1の電子ビーム通過孔の形状は小電流域の電子ビームのスポット形状を左右するが、第2電極2の電子ビーム通過孔の形状は小電流域から大電流域までの電子ビームのスポット形状を左右する。
【0008】更に第6電極6に陽極電圧を供給して第5電極5と第6電極6の間に主レンズを形成するものにおいては、主レンズを構成する第5電極5と第6電極6の電子ビーム通過孔の形状は大電流域での電子ビームスポット形状には大きな影響を与えるが、小電流域での電子ビームスポット形状に与える影響は上記大電流域に比較して小さい。
【0009】さらに、上記電子銃の第4電極4の管軸方向の長さは最適フォーカス電圧の大きさに影響し、かつ小電流時と大電流時での各々の最適フォーカス電圧の差に著しい影響を与えるが、第5電極5の管軸方向の長さ変化による影響は第4電極4に比較して著しく小さい。したがって、電子ビームのもつ各々の特性値を最適化するためには、各々の特性に最も効果的に作用する電極の構造を適正化する必要がある。
【0010】また、陰極線管の電子ビーム走査方向と直角方向の解像度を増すため、電子ビーム走査方向と直角方向のシャドウマスクピッチを小さくしたり、電子ビーム走査線の密度を大きくした場合、特に電子ビームの小電流域では電子ビームとシャドウマスクとの間で光学的な干渉が生じるため、モアレコントラストを適正化する必要がある。しかし、従来の技術では、上記した様々な問題点を克服することができなかった。
【0011】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、特にダイナミックフォーカス電圧の供給を行うことなく画面全域でしかも電子ビーム全電流域においてフォーカス特性を向上させ、良好な解像度を得ることができると共に、小電流域でのモアレを低減できる構成を備えた電子銃を備えた陰極線管を提供することにある。
【0012】例えば、図64はフォーカス電圧の与え方による電子銃の構造比較のための要部断面模式図であって、(a)はフォーカス電圧固定方式、(b)ダイナミックフォーカス電圧方式を示す。同図(a)のフォーカス電圧固定方式電子銃の電極構成は前記図62,図63に示したものと同じであり同一作用部分は同一符号を付してある。
【0013】上記(a)のフォーカス電圧固定方式電子銃では、その第5電極5を構成する電極52と52には同一電位のフォーカス電圧Vf1が印加される。一方、(b)のダイナミックフォーカス電圧方式電子銃では、2つの電極51,52で構成されている第5電極5(G5)のそれぞれに異なるフォ−カス電位が供給される。特に片方の電極52にはダイナミックフォーカス電圧dVf が供給される。更に、このダイナミックフォーカス電圧方式電子銃では43で示したように他の電極内に入り組んだ部分も有り(a)に示した電子銃に比べて構造が複雑で部品のコストが高く、かつ電子銃として組み立てる場合の作業性が劣るという欠点がある。
【0014】図65は上記図64に示した電子銃に供給するフォ−カス電位の説明図であって、(a)はフォーカス電圧固定方式の電子銃におけるフォーカス電圧波形、(b)はダイナミックフォーカス電圧方式の電子銃におけるフォーカス電圧の波形図である。同図(b)では固定のフォーカス電圧Vf1があり、更に別の固定のフォーカス電圧Vf20にダイナミックフォーカス電圧Vf2を重畳した波形の電圧を用いている。このために、図64(b)に示したダイナミックフォーカス電圧方式の電子銃では陰極線管のステムのダイナミックフォーカス供給用ピンが2本必要になり、他のステムピンからの絶縁に(a)のフォーカス固定方式電子銃以上の注意が必要になる。このことは、テレビセットに組み込むためのソケットも特別な構造が必要と成り、2系統の固定のフォーカス電源に加えて、更にダイナミックフォーカス電圧発生回路、テレビセットの組立ラインでのフォーカス電圧調整に時間を要するなどの問題が有る。
【0015】本発明の他の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、特にダイナミックフォーカス電圧の電圧値が低くても画面全域でしかも電子ビーム全電流域においてフォーカス特性を向上させ、良好な解像度を得ることができる構成を備えた電子銃を備えた陰極線管を提供することにある。本発明の更に他の目的は、陰極線管の蛍光面と電子銃の主収束レンズ間で作用する電子ビ−ムの空間電荷反発によるフォーカス特性低下を軽減する陰極線管を提供することにある。
【0016】陰極線管では電子ビ−ムの最大偏向角はほぼ決まっているので、蛍光面のサイズが大形化するほど蛍光面と電子銃の主収束レンズ間の距離が伸び此の領域で作用する電子ビ−ムの空間電荷反発によるフォーカス特性低下を助長する。従って、空間電荷反発によるフォーカス特性低下を軽減する手段があれば蛍光面のサイズを縮小したような細い電子ビ−ムを得られるので陰極線管の解像度は向上する。
【0017】本発明の更にまた他の目的は、上記フォーカス特性を向上させると同時に、陰極線管の全長を短縮できる電子銃およびこの電子銃を備えた陰極線管を提供することにある。現行テレビセットの奥行き寸法は陰極線管の全長に依存しているがテレビセットを家具と考えるとその奥行きは短いのが好ましい。更にテレビセットメ−カなどが沢山のテレビセットを搬送する場合セットの奥行きの短いのは輸送効率上好ましい。
【0018】上記従来技術においては、陰極線管の管軸長を短縮することによる陰極線管のネック部における電子ビ−ム偏向磁界発生構体取付け部の温度上昇抑制については考慮されていない。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、複数の電極から成る電子銃と偏向装置および蛍光面を少なくとも備える陰極線管において、前記電子銃に、前記偏向装置により形成される電子ビーム偏向磁界領域に位置して前記電子ビームを特定方向に集束する収束制御電極を備えたことを特徴とする。
【0020】また、本発明は、前記電子銃の主レンズを前記偏向装置により形成される電子ビーム偏向磁界領域に配置すると共に、前記偏向装置により形成される電子ビーム偏向磁界領域に位置して前記電子ビームを特定方向に集束する収束制御電極を備えたことを特徴とする。本発明は、さらに次のような構成を備えた陰極線管としたことを特徴とする。
(1)陰極線管の偏向磁界中に位置して、偏向される電子ビ−ムがその軌道を変化するとき、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極をもつ電子銃を備えたこと。
(2)上記(1)において、電子ビ−ムが画面中央に位置するとき非点収差を緩和する電極構造を持つ電子銃を備えたこと。
(3)上記(1)(2)において、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極の一部に電子銃の陽極電圧を供給する構造としたこと。
(4)上記(1)(2)において、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極の少なくとも一部に電子銃の陽極電圧以外の電圧を供給する構造としたこと。
(5)上記(4)において、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極の少なくとも一部に電子銃の陽極電圧以外の電圧を供給するために必要な電圧を陰極線管内で発生させる構造としたこと。
(6)上記(5)において、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極の少なくとも一部に電子銃の陽極電圧以外の電圧を供給するために必要な電圧を陰極線管内で発生させるの手段として、陰極線管内に設置した電気抵抗体の分電圧を用いる構造としたこと。
(7)上記(1)〜(6)において、電子銃の主集束レンズを陰極線管の蛍光面に近い位置に設置する構造としたこと。
(8)上記(1)〜(7)において、電子銃の集束電極にダイナミックなフォ−カス電圧を印加することで達成される。
(9)上記(1)〜(8)において、陰極線管のネック部の偏向磁界発生構体を、その取付け部の温度上昇を緩和する構造としたこと。
(10)上記(1)〜(9)において、陰極線管の陰極加熱構体の消費電力を低減する構造としたこと。
(11)上記(1)〜(10)において、電子銃を構成する複数の電極に、螢光面の中央部での大電流域の電子ビームスポットの形状が略円形または略矩形で、かつ電子ビームの特定走査方向,例えば水平走査方向に作用する適正フォーカス電圧の方がこの走査方向と直角方向,例えば垂直走査方向に作用する適正フォーカス電圧より高いフォーカス特性を有する静電レンズを形成する電極と、上記螢光面中央部での小電流域の電子ビームスポットの形状が略円形または略矩形、もしくは水平走査方向径よりこの走査方向と直角方向(垂直走査方向)径を大とし、かつ水平走査方向に作用する適正フォーカス電圧の方が垂直走査方向に作用する適正フォーカス電圧より高いフォーカス特性を有する静電レンズを形成する電極とを具備させたこと。
(12)例えば、陰極側から第1電極,第2電極,第3電極,第4電極,第5電極,第6電極の順で配置し、少なくとも第2電極と第4電極に制御電圧を印加し、かつ少なくとも第3電極と第5電極にフォーカス電圧を印加する形式の電子銃,所謂U−B型電子銃(UPF−BPFハイブリッド型電子銃)では、その複数の電極の少なくとも2箇所に非回転対称電界を発生する構造を付与したこと。
(13)上記(12)において、陰極に近い電極(例えば第1電極,第2電極)のうち少なくとも1箇所の電子ビーム通過孔の形状を、電子ビーム走査方向と直角方向(例えば垂直走査方向)径を電子ビーム走査方向(水平走査方向)径以下として、特に小電流域においてなお一層のフォーカス特性を向上させた構造としたこと。
(14)上記(12)または(13)において、第1電極の電子ビーム通過孔径の縮小に伴う陰極へのローディングの増加を軽減する必要がある場合は、第1電極の電子ビーム通過孔の垂直走査方向径を小さくした分、水平走査方向径を大きくして電子ビーム通過孔の開口面積を減少させない構造としたこと。
【0021】上記した偏向される電子ビ−ムがその軌道を変化するとき、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極を、以下収束制御電極という。
【0022】
【作用】上記構成とした本発明の陰極線管においては、(1)偏向磁界中に位置して電子ビ−ムが偏向されてその軌道が変化するとき偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極を構成することにより、螢光面の全域で適正な電子ビ−ムの集束作用が可能になり螢光面の全域で解像度が良好な特性を得られる。
(2)偏向磁界中に位置して電子ビ−ムが偏向されてその軌道が変化するとき偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極に陽極電圧を印加することで、偏向により当該電極に接近した電子ビ−ムの集束作用を緩和して蛍光面の中央から離れた位置でも適切な電子ビ−ムの集束作用を得ることが可能になる。
(3)偏向磁界中に位置して電子ビ−ムが偏向されてその軌道が変化するとき偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極の一部に陽極電圧以外の電圧をを印加することで、偏向により当該電極に接近した電子ビ−ムの集束作用を加速して、特定方向に生じる偏向磁界に依る電子ビ−ムの集束緩和作用を抑制することで蛍光面の中央から離れた位置でも適切な電子ビ−ムの集束作用を得ることが可能になる。
(4)上記陽極電圧以外の電圧は陰極線管の内部でも発生させることも出来、例えば陰極線管の内部に抵抗値の大きな電気抵抗体を設置し、その一端を陽極に、他端を接地等の電位に接続して、その中間部の適当な位置から所要の電圧を取り出すことで必要な電圧を得ることが出来る。
(5)電子銃内部で電子ビ−ムの径が最大となる場所は主集束レンズ付近である。陰極線管において、特にインライン型カラ−受像管やカラ−表示管などでは、一般にコンバ−ゼンス調整の簡便化から電子ビ−ムの偏向磁界は非斉一である。このような場合、偏向磁界による電子ビ−ムの歪みを抑制するために主集束レンズは可能な限り偏向磁界発生部より離した方が良いため、通常、偏向磁界発生部は電子銃の主集束レンズよりも蛍光面に近い位置に設置する。
【0023】一方、電子銃の陰極から主集束レンズ間の長さは、電子銃の像倍率を縮小して蛍光面上のビ−ムスポット径を小さくするためには、長い方が良い。従ってこれらの2つの作用に対応した解像度の良い陰極線管は必然的に管軸長が長くなる。しかし、本発明により、電子銃の陰極から主集束レンズまでの間の長さを変化させない状態で主集束レンズの位置を蛍光面に近付けることで、電子銃の像倍率は更に縮小して蛍光面上の電子ビ−ムスポット径を更に小さく出来、同時に管軸長も短縮できる。
(6)主集束レンズの位置が蛍光面に近付くことにより、電子ビ−ム中の空間電荷の反発の持続する時間が短縮されるので、蛍光面上のビ−ムスポット径を更に小さく出来る。
【0024】此の状態では主集束レンズ中の電子ビ−ムは、偏向磁界発生部に近づくか、偏向磁界発生部の中に入ってしまうので、偏向磁界により歪み易くなるが上記偏向角に応じて集束作用が変化する本発明による電極構造の作用で上記歪みは抑制される。
(7)電子ビ−ムスポットが蛍光面の中央に位置する時は偏向磁界の影響を受けないので、偏向磁界による歪み対策は不要になるため電子銃のレンズ作用は回転対象の集束系となり、蛍光面上での電子ビ−ムスポット径をより小さくすることが出来る。
(8)電子銃の集束電極にダイナミックなフォ−カス電圧を印加することでより一層螢光面の全域で適正な電子ビ−ムの集束作用が可能になり螢光面の全域で解像度が良好な特性を得られるが、偏向磁界中に位置して電子ビ−ムが偏向されてその軌道が変化するとき偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する本発明による電極構造との組合せにより、必要なダイナミックフォ−カス電圧を低くすることが可能になる。
(9)電子銃を構成する複数の電極で構成される複数の静電レンズの作る電界の少なくとも2つを非回転対称電界とすることにより、螢光面の画面中央部の大電流域での電子ビームスポットの形状を略円形または略矩形とし、かつ電子ビーム走査方向に作用する適正フォーカス電圧が走査方向と直角方向に作用する適正フォーカス電圧より高いフォーカス特性を有する静電レンズと、上記螢光面中央部での小電流域の電子ビームスポットの走査方向径より走査方向と直角方向の径を走査方向と直角方向のシャドウマスクピッチや走査線密度に適合させ、かつ走査方向に作用する適正フォーカス電圧が走査方向と直角方向に作用する適正フォーカス電圧より高いフォーカス特性を有する静電レンズが形成され、これらの非回転対称電界によるレンズは電子ビームを螢光面の画面上の全域でしかも全電流域においてモアレのない良好なフォーカス特性をもたらす。
【0025】なお、本発明において使用している「非回転対称」とは、円の如く回転中心から等距離の点の軌跡で表されるもの以外を意味する。たとえば「非回転対称」のビームスポットとは非円形のビームスポットのことである。次に、本発明による電子銃を用いたことによる陰極線管のフォーカス特性と解像度が向上されるメカニズムを説明する。
【0026】図51はインライン型電子銃を備えたシャドウマスク方式カラー陰極線管の断面を説明する模式図であって、7はネック、8はファンネル、9はネック7に収納した電子銃、10は電子ビーム、11は偏向ヨーク、12はシャドウマスク、13は螢光膜、14はパネル(画面)である。同図において、この種の陰極線管は、電子銃9から発射された電子ビーム10を偏向ヨーク11で水平と垂直の方向に偏向させながらシャドウマスク12を通過させて螢光膜13を発光させ、この発光によるパターンをパネル14側から画像として観察するものである。
【0027】図52は画面の中央部で円形となる電子ビームスポットで画面の周囲を発光させた場合の電子ビームスポットの説明図であって、14は画面、15は画面中央部でのビームスポット、16は画面の水平方向(X−X方向)端でのビームスポット、17はハロー、18は画面垂直方向(Y−Y方向)端でのビームスポット、19は画面対角方向(コーナ部)端でのビームスポットを示す。
【0028】また、図53は陰極線管の偏向磁界分布の説明図であって、Hは水平偏向磁界分布、Vは垂直偏向磁界分布を示す。最近のカラー陰極線管では、コンバーゼンス調整を簡略化するために図53に示したように水平偏向磁界Hをピンクッション形、垂直磁界Vをバレル形の非斉一磁界分布を用いている。
【0029】このような磁界分布のためと、螢光面(画面)中央部とその周囲とでは電子ビーム10の軌道が異なることのためと、かつ画面周辺部では電子ビーム10は螢光膜13に対して斜めに射突するために、画面の周辺部では電子ビーム10による発光スポットの形状は円形ではなくなる。図52に示したように、水平方向端におけるビームスポット16は中央部でのスポット15が円形であるのに対し横長となり、かつハロー17が発生する。このため、水平方向端のビームスポット16の大きさが大となり、かつハロ−17の発生でスポット16の輪郭が不明瞭となって解像度が劣化し画像品質を著しく低下させてしまう。
【0030】さらに、電子ビーム10の電流が少ない場合は、電子ビーム10の垂直方向の径が過剰に縮小してシャドウマスク12の垂直方向のピッチと光学的に干渉を起こし、モアレ現象を呈すると共に、画質の低下をもたらす。また、画面垂直方向端におけるスポット18は、垂直方向の偏向磁界によって電子ビーム10が上下方向(垂直方向)に集束されて横つぶれの形状となると共にハロー17が発生して画質の低下をもたらす。
【0031】画面のコーナ部での電子ビームスポット19は、上記スポット16のように横長となるのと、上記スポット18のように横つぶれになるのとが相乗的に作用するのに加え、電子ビーム10の回転が生じ、ハロー17の発生はもとより、発光スポット径自身も大きくなって、著しく画質の低下をもたらす。図54は上記した電子ビームスポット形状の変形を説明する電子銃の電子光学系の模式図であって、理解を容易にするために上記系を光学系に置き換えてある。
【0032】同図では、図の上半分を画面の垂直方向(Y−Y)断面、下半分を画面の水平方向(X−X)断面を示す。そして、20,21はプリフォーカスレンズ、22は前段主レンズ、23は主レンズであり、これらのレンズで図51の電子銃9に相当する電子光学系を構成する。また、24は垂直偏向磁界により生じるレンズ、25は水平偏向磁界により生じるレンズと偏向による電子ビームが蛍光膜13に対して斜めに射突することにより見掛け上水平方向に引き延ばされるのを等価的なレンズとして表したものである。
【0033】先ず、陰極Kから発射される画面の垂直方向断面の電子ビーム27はプリフォーカスレンズ20と21の間で陰極Kから距離l1 のところでクロスオーバPを形成後、前段主レンズ22と主レンズ23で蛍光膜13に向けて集束される。偏向が零である画面中央部では軌道28を通って蛍光膜13に射突するが、画面周辺部では垂直偏向磁界により生じるレンズ24の作用で軌道29を通って横つぶれのビームスポットとなる。さらに、主レンズ23には球面収差があるので、一部の電子ビームは軌道30で示すように、蛍光膜13に達する前に焦点を結んでしまう。これが前記図52に示したような画面垂直方向端のビームスポット18のハロー17やコーナ部のビームスポット19のハロー17が発生する理由である。
【0034】一方、陰極Kから発射された画面の水平方向断面の電子ビーム31は上記垂直方向断面の電子ビーム27と同様に、プリフォーカスレンズ20,21、前段主レンズ22,主レンズ23により集束され、偏向磁界の作用が零である画面中央部では軌道32を通って蛍光膜13に射突する。偏向磁界が作用する領域でも水平偏向磁界によるレンズ25の発散作用のために軌道33を通って横長のスポット形状となるが、水平方向にハローが発生することはない。
【0035】ただし、画面中央部に比較して主レンズ23と蛍光膜13との間の距離が大きくなるため垂直方向の偏向作用のない図18の水平方向端部16においても垂直方向の断面では蛍光膜13に到達する以前に一部の電子ビームは焦点を結ぶため、ハロー17が発生する。このように、電子銃のレンズ系を、水平方向,垂直方向共に同一な系となる構造とした回転対称のレンズ系において画面中央部での電子ビームのスポット形状を円形にすると、画面周辺部での電子ビームのスポット形状は歪んでしまい、画質を著しく低下させる。
【0036】図55は図54で説明した画面周辺部での画質の低下を抑制する手段の説明図であって、図54と同一符号は同一部分に対応する。同図に示したように、画面の垂直方向(Y−Y)断面での主レンズ23−1の集束作用を水平方向(X−X)断面での主レンズ23より弱くする。これにより、電子ビームの軌道は垂直偏向磁界により生じるレンズ24を通過した後でも図示の軌道29に示したようになり、図52で説明したような極端な横つぶれは発生せず、またハローも生じ難くなる。しかし、画面中央部での軌道28は電子ビームのスポット径を増す方向にシフトする。
【0037】図56は図55に示したレンズ系を用いた場合の螢光面14の電子ビームスポット形状を説明する模式図であって、水平方向端部のビームスポット16と垂直方向端部のビームスポット18およびコーナ部のビームスポット19、すなわち画面周辺部でのビームスポットではハローが抑制されるので、これらの個所の解像度は向上する。
【0038】しかし、画面中央部でのビームスポット15を見ると、垂直方向のスポット径dYは水平方向のスポット径dXより大きくなり、垂直方向の解像度は低下する。したがって、主レンズ23の画面垂直方向と水平方向の集束効果が異なった構造とした非回転対称電界系にすることでは、画面全体の解像度を同時に向上させるという目的からは根本的解決策とはならない。
【0039】図57は主レンズ23のレンズ強度を非回転対称とする代わりにプリフォーカスレンズ21の水平方向(X−X)レンズ強度を強化した電子銃の電子光学系の模式図であって、クロスオーバ点Pの像を発散させる水平方向プリフォーカスレンズ21−1の強度を垂直方向プリフォーカスレンズ21のそれより大きくし、電子ビーム31の前段主レンズ22への入射角を増し、主レンズ23を通過する電子ビームの径を大きくすることによって、蛍光膜13での水平方向での電子ビームスポット径を小さくすることができる。しかし、画面垂直方向の電子ビーム軌道は図54に示したものと同様であるのでハロー28の抑制効果はない。
【0040】図58は上記図56の構成にハローの抑制効果を付加した電子銃の電子光学系の模式図であって、前段主レンズを22−1に示したように垂直方向(Y−Y)のレンズ強度を増すことにより、主レンズ23の垂直方向の電子ビーム軌道が光軸に接近して、焦点深度の深い結像系となり、ハロー28は目立たなくなって解像度が向上する。
【0041】図59は上記図58に示した構成のレンズ系を用いたときの画面14上での電子ビームのスポット形状を説明する模式図であって、ビームスポット15,16,18,19に示されたように画面全域にわたってハローのない良好な解像度が得られる様子が分かる。以上は、電子ビームの電流量が比較的大きな場合(大電流域)の電子ビームスポット形状の説明である。しかし、電子ビームの電流量が少ない場合(小電流域)では、電子ビームの軌道は結像系の近軸のみを通過するので、口径の大きいレンズ21,22,23の水平方向と垂直方向のレンズ強度の差の影響は少なく、図59に34,35,36,37で示したように、ビームスポットは画面中央部では円形(34)で、画面周辺部では横長(35)あるいは斜長(37)となってモアレ発生の原因になり、ビームスポット径の横方向径(水平方向径)の増加により解像度が低下する。
【0042】この対策としては、レンズ口径が小さく、レンズ強度の非回転対称性が結像系の近軸付近まで影響する部位のレンズでの対処が必要になる。図60は小電流時での電子ビームの軌道を説明する電子銃光学系の模式図であって、この場合は、陰極Kからクロスオーバ点Pまでの距離l2 は、図54の同距離l1より陰極Kの近くになる。
【0043】図61はプリフォーカスレンズの内の発散レンズ側の画面垂直方向(Y−Y)のレンズ強度を大きくした場合の電子銃の光学系を示す模式図であって、プリフォーカスレンズ20を構成する発散レンズの垂直方向強度を増すことで、クロスオーバPの陰極Kからの距離l3 は前記l2 よりも長くなる。このため、垂直方向断面の電子ビーム27がプリフォーカスレンズ21に入射する位置は図60の場合よりもさらに近軸となり、レンズ21,22−1および23のレンズ効果は小さくなって画面の垂直方向の焦点深度が深い結像系となる。
【0044】ただし、大電流時と小電流時の各レンズでの影響は完全には独立しておらず、同図の垂直方向のプリフォーカスレンズ20−1のレンズ効果は大電流時の電子ビームのスポット形状に影響するので、各レンズの特性を活かして全体のバランスのとれた系にする必要がある。特に、主レンズの構造が異なったり、画質のどのような項目をより向上すべきか等は陰極線管の使途により異なるので、非回転対称のレンズの位置および各々のレンズ強度については一意的ではない。
【0045】また、上記のように、通常の陰極線管の使途では、全電流域での解像度を向上させるためには、大電流域と小電流域とで別の部位での非回転対称電界を形成するレンズの設置が必要であり、また各レンズの非回転対称性には電界強度の変化に限界があり、かつレンズ部位に依っては非回転対称電界の強度を増すとビーム形状が極端に歪んで、解像度の低下をもたらす原因となる。
【0046】以上は電子ビ−ムのスポットの変形によるフォ−カス特性の低下を抑制する一般的な手段である。実際の電子銃ではこのような目的のために、前記したように、フォ−カス電圧を固定の状態で用いる方式のものと、陰極線管の画面上で電子ビ−ムの偏向角に応じてその位置での最適フォ−カス電圧をダイナミックに供給する方式のものが有る。
【0047】上記2つの方式にはそれぞれ長所短所が有る。フォ−カス電圧を固定の状態で用いる方式のもは電子銃のコストが低くかつフォ−カス電圧を供給する電源回路も簡単で、回路のコストが低い反面、非点収差補正を行うために陰極線管の画面上での各位置でそれぞれ最適フォ−カス状態にできるわけではないので、ビ−ムスポットの径は最適フォ−カス状態に比べて大きくなる。
【0048】一方、陰極線管の画面上で電子ビ−ムの偏向角に応じてその位置での最適フォ−カス電圧をダイナミックに供給する方式は、画面上の各点で良好なフォ−カス特性が得られる反面、電子銃の構造およびフォ−カス電圧を供給する電源回路も複雑になり、さらにテレビセットやディスプレイ端末の組立ラインでのフォ−カス電圧の設定に時間を要するのでコストも上昇する。
【0049】本発明では上記2つの方式のそれぞれの長所を併せ持ち、かつ短所を除いた電子銃を用いた陰極線管を提供するものである。
【0050】
【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明による陰極線管の1実施例を説明する断面模式図であって、1は電子銃の第1電極(G1)、2は第2電極(G2)、3は第3電極(G3)でこの実施例ではフォ−カス電極である。4は第4電極(G4)でこの実施例では陽極である。7は電子銃を収納する陰極線管のネック部、8はファンネル部、14はパネル部でこれら3つの組合せにより陰極線管の真空外囲器を構成する。
【0051】また、10は電子銃から発射された電子ビ−ムであり、シャドウマスク12の開口部を通過してパネル14の内面に形成された蛍光膜13に射突して該蛍光膜13を発光させ、陰極線管の画面上に表示を行う。11は電子ビ−ム10を偏向させる偏向ヨ−クで、電子ビ−ムを制御する映像信号に同期して磁界を発生させ電子ビ−ム10の蛍光膜13への射突位置を制御する。
【0052】なお、38は電子銃の主レンズで、陰極Kから発射された電子ビ−ム10を第1電極(G1)1,第2電極(G2)2,第3電極(G3)3を通過後、陽極4との間に形成される主レンズ38の電界により電子ビ−ム10を蛍光面13上に焦点を結ぶ作用をする。そして、39は偏向ヨ−ク11の磁界内に位置して、電子ビ−ム10を偏向ヨ−ク11の磁界で偏向するとき、当該偏向角に応じて電子ビ−ム10の収束状態を制御する収束制御電極である。
【0053】この収束制御電極39は、陽極4に電気的に接続かつ機械的に固定され、電子ビ−ム10の垂直方向上下に各1、計2個の部分で構成されている。なお、40は電子銃の電極をステムピン(図示せず)に接続するリードである。同図では、上記収束制御電極39を構成する2個の部品の間隔は蛍光膜13側が陽極4側よりやや広くなっているが、実際には上記2個の部品の取付け位置,蛍光膜13に向かって延びる長さ,偏向磁界の分布,上記2個の部品間を通過するときの電子ビ−ムの径,陰極線管の最大偏向角などの組合せで決まるので,その広がりの程度は一意的ではない。
【0054】図示されたように、本実施例では、電子銃の主レンズ38は偏向ヨーク11の偏向磁界内で、該偏向ヨーク取付け位置より蛍光膜13側に寄った位置にあるごとく示しているが、この主レンズ38は偏向ヨークの磁界領域内であれば図示された位置に限るものではない。図2は本発明による陰極線管の作用を説明する要部断面模式図であって、図1の偏向ヨ−ク11の磁界内に位置して、電子ビ−ム10を該偏向ヨ−ク11の磁界で偏向するとき、その偏向角に応じて電子ビ−ム10の収束状態を制御する収束制御電極39の作用の1例を詳細に説明するものであり。図1と同じ機能の部分は同一符号を付してある。なお、38は主レンズ、41は第4電極4(G4)を構成する部分電極、L1 は主レンズ38と偏向中心との距離である。
【0055】また、図3は本発明による陰極線管における収束制御電極39の作用を従来技術と対比説明するために上記収束制御電極39を欠如した図2と同様の要部断面模式図である。図2,図3において、電子銃の第3電極(G3)3を通過してきた電子ビ−ム10は第4電極(G4)との間に形成される主レンズ38により収束され、偏向ヨーク11で形成される偏向磁界による偏向を受けない場合(画面中央部)はそのまま直進して蛍光膜13上に径D1 のビームスポットを結ぶ。
【0056】ここで、蛍光膜13の図中上側に偏向される場合を例にとり、収束制御電極39の作用の有り(図2),無し(図3)で電子ビ−ム10の軌道がどのように変わるか定性的に説明する。図3において、電子ビ−ム10の外周軌道のうち、下側外周軌道は収束制御電極39の有り無しにあまり作用されず10D のように進む。しかし、上側外周軌道10U は収束制御電極39の作用がないため10U ’のように進み蛍光膜13に到達する前に下側外周軌道10Uと交差する。この結果、蛍光膜13上には図3に示した径D2 のスポットを結ぶ。
【0057】これに対して、図2に示したように、収束制御電極39が作用すると電子ビ−ムの上側に位置する軌道の部分は収束制御電極39の吸引力を受けて10U ’のように進み、また電子ビームの下側に位置する軌道の部分は上記したように収束制御電極39の影響が殆どないので、前記と同様に10D のように進み蛍光膜13に到達する前に42aと交差することもなく蛍光膜13に到達する。この結果蛍光膜13上には上記D2 より小さな径D3 のスポットを結ぶ。
【0058】径D3 のビームスポツトの蛍光膜13上各位置での分布は収束制御電極39を構成する2つの部品の取付け位置,蛍光面13に向かって延びる長さ,偏向磁界の分布,上記2つの部品間を通過するときの電子ビ−ムの径,陰極線管の最大偏向角などの組合せで適正化でき、画面中央部でのビームスポツト径D1 との差を小さくして画面全域で一様な解像度とすることができる。
【0059】以上の結果、本実施例によれば、フォ−カス電圧を電子ビ−ムの偏向角に同期させてダイナミックに供給しなくても蛍光膜(画面)上で偏向角に同期してダイナミックにフォ−カス状態の制御が可能となり、安価でかつ画面全体での表示の均一な陰極線管を提供可能となる。図4は主レンズ38と蛍光膜13の間で電子ビ−ム10に対して空間電荷の反発がどのように影響するのかを示す説明図であって、L2 は主レンズ38と蛍光膜13との間の距離である。
【0060】同図において、電子ビ−ム10が陽極4(第4電極)から十分離れると電子ビ−ムの周囲は陽極電位となり電界はほぼなくなる。この状態では主レンズ38による収束作用を受けて進んできた電子ビ−ム10は空間電荷の反発による軌道変化の作用が増し蛍光膜13に到達する前に最小径D4 となり、以後蛍光膜13に近づくに連れて径は増加して蛍光膜13において径D1 になる。この作用は陰極線管を同一条件で駆動する場合に主レンズ38と蛍光膜13間の距離L2 に依存し、図5に示したようにL2 が増加するに連れてD1 も増加する。
【0061】カラ−テレビなどに使用する陰極線管を例にとれば、最大偏向角が決まればL2 は陰極線管の画面サイズが増すに連れて増加する。従って、陰極線管の画面サイズが増すと蛍光膜13上の電子ビ−ムスポット径が増して画面サイズの増加にもかかわらず解像度はそれほど増さない。図6は本発明による陰極線管の1実施例における寸法例を説明する断面模式図であり、図7は本発明による陰極線管の1実施例における寸法例を比較するための従来技術による陰極線管の断面模式図であって、前記図1と同一符号は同一部分に対応する。
【0062】図6、図7の何れも全く同一仕様の電子銃を用いている。従って、陰極線管の底部であるステム部から主レンズ38に至る距離L3 はどちらも等しい。しかし、図7に示した従来技術による陰極線管では、電子銃の主レンズ38を通過中の電子ビ−ムが偏向磁界により乱されるのを避けるために該主レンズ38を偏向ヨ−ク11によって形成される偏向磁界領域から離さなければならないので、電子銃は偏向ヨーク11よりネック部7方向に後退した位置に設置されていたため、主レンズ38と蛍光膜13との間の距離L2 を偏向ヨーク11と蛍光膜13間の距離より短くすることができなかった。
【0063】これに対し、図6に示した本発明の1実施例では、偏向磁界で主レンズ38を通過中の電子ビ−ムが乱されるの予め見込んで補正する収束制御電極39を設けた構造としたことで、この距離L2 を偏向ヨーク11と蛍光膜13間の距離より短くすることが可能となった。従って、上記本発明の実施例によれば、陰極管の主レンズと蛍光面間の距離を従来技術による陰極線管のそれよりも短縮可能となり、陰極線管の画面サイズが増しても空間電荷の反発作用の影響を低減して蛍光膜13上での電子ビ−ムスポット径を縮小し高解像度の陰極管を提供できる。
【0064】このように、いままで、電子銃のフォ−カス特性の低下を抑制して電子銃の長さを短縮することは難しいため、陰極管の全長L4 を短縮することに制約があり、困難であったが、図6に示したように、本発明の1実施例では主レンズ38と蛍光膜13間の距離短縮により陰極線管の全長L4 を、電子銃の陰極から主レンズに至る部分の変更なしで、従来例に比較して大幅に短縮できる。
【0065】一般に、カラ−テレビセットやコンピュ−タ端末のディスプレイ装置では、キャビネットの奥行きは陰極線管の全長L4 に依存している。特に、最近のカラ−テレビセットでは陰極線管の画面サイズが増す傾向に有り、一般家庭の住居に設置する場合にキャビネットの奥行き寸法は無視出来ない状態である。特に他の家具と並べて設置する場合数十ミリの奥行き寸法が問題になるケ−スも有り、キャビネットの奥行き寸法の短縮は設置効率,使い勝手の観点からみても極めて大きな効果であるということができる。
【0066】このように、本発明の上記実施例によれば、陰極管の全長短縮によりフォ−カス特性を損なわずにキャビネットの奥行き寸法が従来製品より格段に短くなったカラ−テレビセットを提供でき、大きなセールスポイントに成りうる。一般に、カラ−テレビセットや完成した陰極線管,並びにファンネルのような陰極線管の材料は、半導体素子のような電子部品に比べて体積が著しく大きいので単位個数当りの輸送費は高価である。特に、海外向けなど輸送経路が長大な場合この点は無視出来なくなる。本発明の上記実施例では、陰極線管の全長が短く、かつキャビネットの奥行き寸法の短いカラ−テレビセットを提供できるので輸送費の節約が可能である。
【0067】次に、本発明の実施例の構造の詳細をさらに具体的に説明する。図8は本発明による陰極線管に用いる電子銃の詳細構造例を説明する側面図、図9はその要部を示す部分破断した側面図であって、前記図62,図63と同一符号は同一部分を示す。同各図において、陰極Kから陽極6(第6電極)に至る間に5個の電極(第1電極1,第2電極2,第3電極3,第4電極4,第5電極5(電極51,52からなる)を持ち、このうち第3電極3と第5電極5にフォ−カス電位を、第2電極2と第4電極4にスクリ−ン電位をそれぞれ供給する。そして、第1電極1には遮蔽電位が与えられ、一般にはこれを接地して使用する場合が多い。
【0068】なお、図8はインライン配列された一体型3電子ビ−ム電子銃をインラインと直角方向からみた側面図、図9は図8の主レンズ付近をインライン方向から見た側面図である。この電子銃を陰極線管内において、その偏向ヨ−ク11の磁界内に位置させ、電子ビ−ム10を該偏向ヨ−ク11の磁界で偏向するときに偏向角に応じて電子ビ−ム10の収束状態を制御する収束制御電極39は、3電子ビ−ムがインライン方向に偏向されないときに通過する部分の蛍光面に向かって延びる長さL5 が3電子ビ−ムがインライン方向に偏向されるときに通過する部分の蛍光面に向かって延びる長さL6 より短い。
【0069】また、この収束制御電極39は陽極6に接続かつ固定されている。このような構造としたことにより次のような作用が奏される。この電子銃を前記図1のように陰極線管内に配置して、電子ビ−ム10がインライン方向と直角方向にのみ偏向した場合の作用は図2で説明したものと同様である。しかし、この状態で同時にインライン方向にも偏向した場合、電子ビ−ム10は収束制御電極39の長さL6 の長い部分を通過するので図2で説明した収束制御電極39の作用はより強くなる。この結果、例えば前記図52に示した画面コ−ナ部のビ−ムスポツト19におけるハロ−を効果的に抑制できる。
【0070】図10,図11,図12,図13,図14は、偏向ヨ−クの磁界内に位置して、電子ビ−ムを偏向ヨ−クの磁界で偏向するときに当該偏向角に応じて電子ビ−ムの収束状態を制御する電極、例えば図8,図9の収束制御電極39のように陽極電位を供給する場合の収束制御電極の各種の具体的構造例を説明する3面図(図10,図11,図12)あるいは4面図(図13,図14)であって、(a)はインライン方向と直角方向からみた上面図、(b)は(a)を矢印A方向からみた正面図、(c)は(a)を矢印B方向からみた側面図、(d)は(a)を矢印C方向からみたである。なお、図中、Eは偏向を受けない場合の電子ビームを示す。
【0071】図10の収束制御電極39は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−1と第2板体39−2とから構成され、各板体39−1,39−2には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ台形の切り欠き390を有し、偏向を受けない状態では、この切り欠き390の中央位置を電子ビームが通過するようになっている。そして、この切り欠き390の上底の蛍光膜13方向の長さがL5 、各板体の蛍光膜13方向の長さがL6 となっている。
【0072】図11の収束制御電極39は、図10と同様の形状をもつ第1板体39−3と第2板体39−4とが蛍光膜13方向に漸次間隔が狭くなるように伸びた構成とされている。図12の収束制御電極39は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−5と第2板体39−6とから構成され、各板体39−5,39−6には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ半円形の切り欠き391を有し、偏向を受けない状態では、この切り欠き391の中央位置を電子ビームが通過するようになっている。そして、この切り欠き391の中央縁の蛍光膜13方向の長さがL5 、各板体の蛍光膜13方向の長さがL6 となっている。
【0073】すなわち、上記切り欠き390,391の中央縁の蛍光膜13方向の長さL5は、3電子ビ−ムがインライン方向に偏向されるときに通過する部分の蛍光面に向かって延びる長さL6 より短くなっている。図13の収束制御電極39は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−7と第2板体39−8とから構成され、蛍光膜13方向に漸次間隔が広くなるような曲面とした構成とされている。
【0074】図14の収束制御電極39は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−9と第2板体39−10とから構成され、蛍光膜13方向に漸次間隔が広くなるような曲面をもつと共に、半楕円形の切り欠き392を有し、偏向を受けない状態では、この切り欠き392の中央位置を電子ビームが通過するようになっている。そして、この切り欠き392の中央縁の蛍光膜13方向の長さがL5 、各板体の蛍光膜13方向の長さ,すなわち、3電子ビ−ムがインライン方向に偏向されるときに通過する部分の蛍光面に向かって延びる長さがL6 となっている。
【0075】なお、2枚の板体の間隔は、上記のように平行な場合、非平行な場合に限らず、インライン方向に部分的に非平行とすることもできることは言うまでもない。図15,図16,図17,図18,図19,図20は、偏向ヨ−クの磁界内に位置して、電子ビ−ムを偏向ヨークの磁界で偏向するときに、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの収束状態を制御する収束制御電極を、例えば図8,図9に示したような位置に設置するが、陽極とは接続せず、陽極電位よりも低い電位を供給する場合の構造例を説明する3面図(図15,図16,図17)あるいは4面図(図18,図19,図20)である。
【0076】同各図において、(a)はインライン方向と直角方向からみた上面図、(b)は(a)を矢印A方向からみた正面図、(c)は(a)を矢印B方向からみた側面図、(d)は(a)を矢印C方向からみたである。なお、図中、Eは偏向を受けない場合の電子ビームを示す。図15の収束制御電極39’は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−11と第2板体39−12の2枚の平板から構成され、各板体39−11,39−12には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ図示したような蛍光膜13方向に突出する突形形状39−3を有し、偏向を受けない状態では、この突形形状39−3の中央位置を電子ビームEが通過するようになっている。そして、この突形形状39−3の蛍光膜13方向の最大突出長さがL5 となって、インライン方向に漸次この突出長さが減少するような形状とされている。
【0077】図16の収束制御電極39’は、第6電極6から蛍光膜13方向に漸次間隔が大きくなるように延びる第1板体39−13と第2板体39−14の2枚の平板から構成され、各板体39−13,39−14には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ蛍光膜13方向に突出する図15と同様の突出部39−3を有し、偏向を受けない状態では、この突形形状39−3の中央位置を電子ビームEが通過するようになっている。そして、この突形形状39−3の蛍光膜13方向の最大突出長さがL5 となって、インライン方向に漸次この突出長さが減少するような形状とされている。
【0078】図17の収束制御電極39’は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−15と第2板体39−16の2枚の平板から構成され、各板体39−15,39−16には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ図示したような蛍光膜13方向に突出する半円形の突出部39−4を有し、偏向を受けない状態では、この突形部39−4の中央位置を電子ビームEが通過するようになっている。そして、この突出部39−4の蛍光膜13方向の最大突出長さがL5 となっている。
【0079】図18の収束制御電極39’は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−17と第2板体39−18の2枚の平板から構成され、各板体39−11,39−12には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ図示したような蛍光膜13方向に突出する突形形状39−3を有すると共に、第6電極6側には蛍光膜13方向に凹となる凹部39−5を有し、偏向を受けない状態では、この凹部39−5と突形形状39−3の中央位置を電子ビームEが通過するようになっている。そして、この突形形状39−3の蛍光膜13方向の最大突出長さがL5 となって、インライン方向に漸次この突出長さが減少するような形状とされている。
【0080】図19の収束制御電極39’は、第6電極6から蛍光膜13方向に漸次間隔が大きくなるように延びる第1板体39−19と第2板体39−20の2枚の板体から構成され、各板体39−19,39−20には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ蛍光膜13方向に突出する図18と同様の突出部39−6を有すると共に、各電子ビームEをインライン方向で包む凹面となるような波形面を有し、かつ第6電極6側には蛍光膜13方向に凹となる凹部39−7を有し、偏向を受けない状態では、この凹部39−7と突出部39−6の中央位置を電子ビームEが通過するようになっている。そして、この突形形状39−6の蛍光膜13方向の最大突出長さがL5 となって、インライン方向に漸次この突出長さが減少するような形状とされている。
【0081】図20の収束制御電極39’は、第6電極6から蛍光膜13方向に平行に延びる第1板体39−21と第2板体39−22の2枚の平板から構成され、各板体39−21,39−22には3本の電子ビームの通過位置にそれぞれ図17と同様に蛍光膜13方向に突出する半円形の突出部39−4を有すると共に、第6電極6側には蛍光膜13方向に凹となる上記突出部39−4より大なる凹部39−8を有し、偏向を受けない状態では、この凹部39−8と突出部39−4の中央位置を電子ビームEが通過するようになっている。そして、この突出部39−4の蛍光膜13方向の最大突出長さがL5 となっいる。
【0082】上記した収束制御電極の各例において説明したように、3電子ビ−ムEがインライン方向に偏向されないときに通過する部分の蛍光膜に向かって延びる長さL5 は3電子ビ−ムEがインライン方向に偏向されるときに通過する部分の蛍光膜に向かって延びる長さより長い形状を有している。この構成により、この収束制御電極を通過する電子ビームEが偏向を受けた場合、その軌道は偏向を受けない場合よりも大きく偏向され、偏向角の変化に伴う蛍光面上のビームスポツトの拡大やハローの発生を抑制することができるのである。
【0083】上記した図15〜図20における収束制御電極を構成する2個の板体の間隔は上記で説明したような平行配置,非平行配置,あるいは部分的に非平行配置としたもの以外に種々の配置が可能であることは言うまでもない。なお、図15〜図20に示したように、偏向ヨ−クの磁界内に位置して、電子ビ−ムを該偏向ヨ−クの発生磁界で偏向するときに当該偏向角に応じて電子ビ−ムの収束状態を制御する収束制御電極を陽極とは接続せずに、陽極電位よりも低い電位を供給するための上記陽極電位よりも低い電位を得る手段としては、ステムピンから独立して所要の電圧を供給することもできるが、陰極線管内部に電気抵抗体を設置して、例えばその一端を陽極に接続し、他端を他の低電位の電極に接続するかまたは、接地し、その中間から適当な電圧を取り出すようにすれば、電子銃への給電構造を従来どおりのままで上記所要の電圧供給を行うことができる。
【0084】図21,図22,図23,図24,図25,図26は、本発明を適用する種々の電極構成の電子銃基本構造例を説明する断面模式図であり、図中Kはカソード(陰極)、G1 は第1電極、G2 は第2電極、G3 は第3電極、G4 は第4電極、G5 は第5電極、G6 は第6電極、Vf はフォーカス電圧、Eb は陽極電圧である。
【0085】すなわち、図21はBPF型電子銃、図22はUPF型電子銃、図23はHI−FO型電子銃、図24はHI−UPF型電子銃、図25はB−U型電子銃、図26はTPF型電子銃である。これらの各形式の電子銃の主レンズ電極部分を陰極線管の偏向ヨ−クにより形成される偏向磁界内に位置させ、その電子ビ−ムを偏向ヨ−クの発生磁界で偏向するとき、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの収束状態を制御する前記図8〜図20で説明した構成の収束制御電極を設置することにより、本発明の所要の効果を奏することができるのである。
【0086】なお、本発明は、このような形式以外の電子銃との組合せが可能であることは言うまでもない。図27は本発明を適用する他の電子銃の構成を説明する模式図であって、前記説明と同一符号は同一部分に対応し、1a,1bは第1電極1(G1)のカソード(K)側,第2電極(G2)側、2a,2bは第2電極(G2)の第1電極(G1)側,第3電極(G3)側、3a,3bは第3電極(G3)の第2電極(G2)側,第4電極(G4)側、4a,4bは第4電極(G4)の第3電極(G3)側,第5電極(G5)側、5a,5bは第5電極(G5)の第4電極(G4)側,第6電極(G6)側、6aは陽極である第6電極(G6)の第5電極(G5)側の各電子ビーム入口側,出口側を示す。
【0087】同図に示した電子銃は、第1電極(G1)を接地し、第2電極(G2)と第4電極(G4)に抑制電圧EC2を、第3電極(G3)と第5電極(G5)にフォーカス電圧Vf を与える構成である。図28は図27における第2電極の詳細構成の説明図であって、2cは電子ビーム通過孔、2dは電子ビーム通過孔2cの出口側2bの周囲に形成されたインライン方向(X−X)と平行な方向に長軸を有するスリット、W1 ,W2はスリット2dの長辺寸法,短辺寸法、Dは第2電極2の電極厚寸法である。
【0088】図29は図27における第3電極の詳細構成の説明図であって、(a)は電子ビームの入口側斜視図、(b)は(a)のA−A線で切断した断面図である。同図において、3cは電子ビーム通過孔、3dは第3電極3の電子ビーム入口側の各電子ビーム通過孔の周囲に形成されたインライン方向と直角方向(Y−Y)に長軸をもつスリットである。
【0089】図30は図27における第4電極の詳細構成の説明図であって、4cは電子ビーム通過孔、4dは第4電極4の電子ビーム出口側の電子ビーム通過孔にインライン方向と直角方向(Y−Y)に長軸を有するスリットである。上記したように、この形式の電子銃は、図27に斜線で示した電極面に図28,図29,図30に示したように、電子ビ−ム通過孔近傍の構造が非円形の電極を組み合わせることで、非点収差補正を行いフォ−カス特性を改善したものである。
【0090】このような電子銃を従来のネック部位置に設置した陰極線管によれば、その画面全体でのフォ−カスの均一性が格段に向上する。しかし、さらに画面全体でのフォ−カスの均一性を増すために非点収差補正の量を追加すると、画面中央の電子ビ−ムスポット径が増加して解像度が低下する。このような場合に、本発明のごとく偏向ヨ−クの磁界内に主レンズを位置させて、かつ前記した収束制御電極を設けて電子ビ−ムを偏向ヨ−クの磁界で偏向させることにより、そのフォ−カス特性を改善することができる。
【0091】図31,図32,図33,図34,図35,図36,図37,図38,図39,図40,図41,図42,図43,図344図45,図46,図47,図48,図49,図50は本発明による陰極線管のフォーカス状態を説明するために陰極線管の動作条件を変えて従来技術の陰極線管と対比して示すテストパターン図であって、テスト用の陰極線管は59cm,110°偏向管、陽極電圧Eb=30kV,1電子銃当りのK−G1間電流値IKG=0.30mA、ノーインターレース信号、抑制格子電圧EC2=650Vの条件でテストした結果である。
【0092】図31〜図40は従来の陰極線管による表示、図41〜図50は本発明による収束制御電極を有する電子銃を備えた陰極線管による表示である。図31〜図35は、偏向ヨークは従来の位置のままで、フォーカス電圧を7.10kV(図31),7.30kV(図32),7.50kV(図33),7.70kV(図34),7.90kV(図35)とした場合のテストパターンであり、図35〜図40は、偏向ヨークを蛍光膜方向に25mm移動して偏向ヨークの偏向磁界中に主レンズを位置させ、フォーカス電圧を7.10kV(図31),7.30kV(図32),7.50kV(図33),7.70kV(図34),7.90kV(図35)とした場合のテストパターンである。
【0093】図41〜図45は本発明による収束制御電極を有する電子銃を用いた陰極線管で偏向ヨークは従来の陰極線管と同様の位置に配置し、フォーカス電圧を7.73kV(図41),7.93kV(図42),8.13kV(図43),8.33kV(図44),8.53kV(図45)とした場合のテストパターンであり、図46〜図50は偏向ヨークを蛍光膜方向に20mm移動して偏向ヨークの偏向磁界中に主レンズを位置させ、フォーカス電圧を7.73kV(図41),7.93kV(図42),8.13kV(図43),8.33kV(図44),8.53kV(図45)とした場合のテストパターンである。
【0094】これらの各テストパターンから明らかなように、図46〜図50に示した本発明の陰極線管によれば、画面の中央部と上端部共にハローの少ない良好なフォーカス状態の画像が得られることが分かる。なお、上記の図31〜図50は写真から作図したものであり、画面周辺部でのパターン表示の明るさが中央部のそれより若干低下しており、この明るさの差を線と点で表現したため、同図では上端部で画質が劣化しているごとく見られるが、実際は画面全域で均一な解像度となっているものである。
【0095】以上のように、本発明の実施例によれば、特にダイナミックフォーカス電圧の供給を行うことなく画面全域でしかも電子ビーム全電流域においてフォーカス特性を向上させ、良好な解像度を得ることができると共に、小電流域でのモアレを低減できる構成を備えた電子銃を備えた陰極線管を提供することができる。
【0096】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による構成とした陰極線管においては、偏向磁界中に主レンズを位置させて、電子ビ−ムの偏向がなされてその軌道が変化するときに、当該偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の収束制御電極を設けることにより、蛍光膜(画面)の全域、かつ電子ビームの全電流域で適正な電子ビ−ムの集束作用を得ることが可能になり、画面全域における解像度が格段に向上した陰極線管を得ることができる。
【0097】すなわち、上記偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極に陽極電圧を印加することで、偏向により当該電極に接近した電子ビ−ムの集束作用を緩和して蛍光面の中央から離れた位置でも適切な電子ビ−ムの集束作用を得ることが可能になる。また、上記偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する構造の電極の一部に陽極電圧以外の電圧をを印加することで、偏向により当該電極に接近した電子ビ−ムの集束作用を加速して、特定方向に生じる偏向磁界による電子ビ−ムの集束緩和作用を抑制することで蛍光面の中央から離れた位置でも適切な電子ビ−ムの集束作用を得ることが可能になる。上記陽極電圧以外の電圧は、例えば陰極線管の内部に値の大きな電気抵抗体を設置し、その一端を陽極に、他端を接地等の電位に接続して、その中間部の適当な位置から所要の電圧を取り出すことが出来る。
【0098】さらに、電子銃内部で電子ビ−ムの径が最大となる場所は主集束レンズ付近であり、特にインライン型カラ−受像管やカラ−表示管などでは、一般にコンバ−ゼンス調整の簡便化から電子ビ−ムの偏向磁界は非斉一であるが、このような場合、偏向磁界による電子ビ−ムの歪みを抑制するために主集束レンズは可能な限り偏向磁界発生部より離した方が良いため、通常、偏向磁界発生部は電子銃の主集束レンズよりも蛍光面に近い位置に設置する。一方、電子銃の陰極から主集束レンズ間の長さは、電子銃の像倍率を縮小して蛍光面上のビ−ムスポット径を小さくするためには、長い方が良い。従って、これらの2つの作用に対応した解像度の良い陰極線管は必然的に管軸長が長くなる。しかし、本発明により、電子銃の陰極から主集束レンズまでの間の長さを変化させない状態で主集束レンズの位置を蛍光面に近付けることで、電子銃の像倍率は更に縮小して蛍光面上の電子ビ−ムスポット径を更に小さく出来、同時に管軸長も短縮できる。
【0099】この管軸長の短縮により、主レンズの位置が蛍光膜に近づいて電子ビ−ム中の空間電荷の反発の持続する時間が短縮されるので、蛍光面上のビ−ムスポット径を更に小さく出来る。この状態では、主集束レンズ中の電子ビ−ムは偏向磁界発生部に近づくか、偏向磁界発生部の中に入ってしまうので、偏向磁界により歪み易くなるが、上記偏向角に応じて集束作用が変化する収束制御電極の作用で上記歪みは抑制される。
【0100】そして、電子ビ−ムスポットが画面の中央に位置する時は偏向磁界の影響を受けないので、偏向磁界による歪み対策は不要になるため、電子銃のレンズ作用は回転対象の集束系となり、画面上での電子ビ−ムスポット径をより小さくすることが出来る。そして、さらに電子銃の集束電極にダイナミックなフォ−カス電圧を印加すれば一層画面の全域で適正な電子ビ−ムの集束作用が可能になり、画面の全域で解像度が良好な特性を得られるが、偏向磁界中に位置して電子ビ−ムが偏向されてその軌道が変化するとき偏向角に応じて電子ビ−ムの集束作用が変化する本発明による収束制御電極との組合せにより、必要なダイナミックフォ−カス電圧を低くすることが可能になる。
【0101】また、さらに、電子銃を構成する複数の電極で構成される複数の静電レンズの作る電界の少なくとも2つを非回転対称電界とすることにより、画面中央部の大電流域での電子ビームスポットの形状を略円形または略矩形とし、かつ電子ビーム走査方向に作用する適正フォーカス電圧が走査方向と直角方向に作用する適正フォーカス電圧より高いフォーカス特性を有する静電レンズと、上記画面中央部での小電流域の電子ビームスポットの走査方向径より走査方向と直角方向の径を走査方向と直角方向のシャドウマスクピッチや走査線密度に適合させ、かつ走査方向に作用する適正フォーカス電圧が走査方向と直角方向に作用する適正フォーカス電圧より高いフォーカス特性を有する静電レンズが形成され、これらの非回転対称電界によるレンズは電子ビームを螢光面の画面上の全域でしかも全電流域においてモアレのない良好なフォーカス特性をもつ陰極線管を提供することができる。




 

 


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