專利名稱：減小電子槍聚焦象差用的透鏡孔徑結(jié)構(gòu)的制作方法
相關申請參考文件本申請要求保護1999年8月10日遞交的美國臨時申請60/148,010的利益，本文包括了該申請的內(nèi)容，作為參考。
柵極的每一個孔徑用于接收電子槍發(fā)射的對應的電子束(紅色、藍色、綠色)。兩個柵極通常被置入一個較大的共用透鏡結(jié)構(gòu)中，其功能除了降低主透鏡象差外，還能使中央電子槍(中心電子束)與外電子槍(最外電子束)之間的聚焦特性出現(xiàn)差別。
象差是評估電子槍光點性能(即接觸顯示屏的電子束的形狀)的主要決定因數(shù)。尤其是象差能夠?qū)е滤椒较虺霈F(xiàn)光點光斑，在該方向上，電子束通常最長。在外電子槍內(nèi)，光點象差導致不均衡光斑，使光點呈三角形。
柵極采用的孔徑形狀，目前有圓形和橢圓形兩種。外孔徑通常包括成對的半橢圓片，高度相同，但是半片寬度不同。也有采用菱形孔徑的。設計孔徑形狀(無論是橢圓形或菱形)，應考慮其水平方向和垂直方向的尺寸。因為這些尺寸主要用于調(diào)節(jié)水平方向和垂直方向的聚焦電壓，而目前使用的形狀基本上不能夠控制隨環(huán)繞孔徑中心的角度而變化的透鏡的象差。
因此，需要一種新型的孔徑形狀，以降低聚焦象差。
本發(fā)明的另一個方面，是提供一種陰極射線管電子槍的主透鏡，其特征在于各外孔徑的兩個半片使用不同的n值，因此，有不同于中心孔徑的n值，這樣一來，每一個孔徑的形狀減小了主透鏡的聚焦象差。
為了敘述方便，本文使用了某些術(shù)語，但是不能認為這是對本發(fā)明的一種限制。例如，術(shù)語“聚焦象差”定義為通常所指的光斑、慧差以及本技術(shù)領域的專業(yè)人員熟悉的光點形狀中類似的不規(guī)則現(xiàn)象。這些現(xiàn)象。
本發(fā)明提供一種陰極射線管電子槍的主透鏡。典型的主透鏡接收電子槍發(fā)射的多個基本平行、共面電子束。外側(cè)電子束略朝中央電子束收斂。該透鏡聚焦每一束電子束沿著多個焦軸中的一個與其對應的焦軸入射到顯示屏上。第一柵極所處的位置與多個電子束基本上正交。柵極包括多個孔徑，每一個孔徑聚焦多個電子束中與其對應的一束電子束。每一個孔徑以上述焦軸中與其對應的一個焦軸為中心，環(huán)繞在該軸周圍，并具有本發(fā)明所述的新異形狀。多個孔徑的形狀降低透鏡的聚焦象差。
現(xiàn)參見附圖，

圖1給出一種典型的彩色陰極射線管。該種彩色陰極射線管1有一個玻璃外殼，外殼包括一個面板2，支撐外殼內(nèi)表面上的熒光屏3。該熒光屏或“顯示屏”上按順序涂有三種顏色的磷光體，形成帶狀部分。包括陰極6、7和8的電子束形成區(qū)11產(chǎn)生共面和基本上平行的多個電子束，穿過主透鏡部分12內(nèi)的與電子束相對應的孔徑。雖然，這里說的是共面電子束，但是也能采用其他形狀的電子束，例如三角形，來實施本發(fā)明。
主透鏡部分12所處的位置與電子束形成區(qū)11發(fā)射的電子束基本上正交。該主透鏡部分12最好包括兩個柵極結(jié)構(gòu)13和18。然而，本專業(yè)領域的專業(yè)人士應認識到，主透鏡部分12既然可如上述那樣具有兩個柵極，也可以采用多個柵極。給柵極13通電到一個電位，稱為聚焦電壓。給柵極18通電到一個電位，稱為簾柵電壓。每一個柵極含有多個孔徑，每一個孔徑用來聚焦與其對應的電子束形成區(qū)11發(fā)射的多個電子束中的一束電子束。在最佳實施例中，采用一個彩色陰極射線管。這樣，在每一個柵極中要求有三個孔徑，對應于電子束形成區(qū)11發(fā)射的紅色、藍色和綠色電子束。同樣，在彩色陰極射線管中，聚焦柵極13的電位比柵極18的電位低。柵極18的電位與陰極射線管1的內(nèi)壁上的導電涂層5的電位相等。
柵極13的三個柵極孔徑的中心分別與焦軸15，16和17重合。三個焦軸配置在由x-y軸確定的一個共面上，相互之間基本平行，彼此間距為S。在下文中把垂直于該共面的方向稱為水平方向(如圖2-7中的z-軸所示)。柵極18位于柵極13與顯示屏3之間，與焦軸15，16和17基本上正交。柵極18的幾個孔徑分別對應于柵極13的孔徑，并基本上與其對準。正如本領域技術(shù)人員熟知的那樣，外孔徑稍偏離對準線。
在工作時，電子束形成區(qū)11發(fā)射的電子束沿著中央焦軸15，16和17行進。最中央的電子束由主透鏡部分12聚焦，而與焦軸16重合。最外側(cè)的電子束由主透鏡部分12聚焦，而與焦軸15和17重合。最外側(cè)的電子束繼而被逼以重疊方式朝中央電子束收斂(即靜態(tài)收斂)。該收斂的合成電子束在顯示屏上形成一個圖案，稱為“光點”，即諸如光斑(定義為具有異常低電平部分或波瓣的形狀)和慧差(定義為具有彗星形狀的不對稱光點)等聚焦象差，影響光點偏離所需聚焦形狀的程度。陰罩4置于顯示屏3上。這樣，只有對應于電子束的彩色發(fā)光熒光材料才能通過陰罩的開口到達顯示屏3。放置在陰極射線管1外的偏轉(zhuǎn)線圈14對顯示屏3上的電子束進行掃描。
現(xiàn)參見圖2-7，本發(fā)明提供的柵極的孔徑形狀能夠降低聚焦象差。根據(jù)本發(fā)明的孔徑形狀(第一扇形體)的數(shù)學描述，如以下方程表示。如果指數(shù)n等于2，則孔徑的形狀便成細長菱形。如果指數(shù)n等于1，則孔徑的形狀便成橢圓形，如圖2中柵極所示。如果指數(shù)n等于0，則孔徑的形狀便成矩形。(xa)2n+(yb)2n=1]]>或(1)x＝a cosnθ；y＝b sinnθ式中a和b分別定義為水平焦軸和垂直焦軸的半寬度，x定義為在x軸上的一個位置，y定義為在y軸上的一個位置，θ定義為從原點至孔徑邊緣上的一點的連線與x軸形成的角度，變化范圍在0°至360°，指數(shù)n決定當n＝0(矩形)，n＝1(橢圓)，n＝2(菱形)時，孔徑橢圓度的偏差。
如圖3A-3B所示，與圖2相比較，當指數(shù)n增大，孔徑之間的柵極材料的數(shù)量增加。這一情況，對于不同的n值，即使在最窄點的材料寬度相同，也是如此。因此，該處總的機械強度要比采用橢圓形孔徑的標準柵極的機械強度有所提高。
當n值增大，水平方向和垂直方向的象差系數(shù)減小。與此同時，由于透鏡沿對角線的長度大大地減小，沿對角線方向的象差增大。因此，水平方向的光斑減小，一些電流密度重新分布到光點角上。從而獲得較小的光斑和形狀更為理想的光點。圖4為采用橢圓形孔徑的現(xiàn)有的柵極的光點形狀。圖5A-5D為不同n值的光點形狀的例子。圖5A-5D給出的是等值線級分別為2％，5％、10％和50％時的光點分布。
當n值增大，圖5A-5D的300μA光點的水平光斑(例如2％)大大地減小?；ㄙM很少或不花費即可達到10％級。光點的形狀更像矩形。指數(shù)n的最佳的數(shù)值范圍為1.2-1.4。
外電子槍(即聚焦紅色和綠色電子束的最外側(cè)的孔徑)的光點常顯示左右不對稱，尤其顯示指向向內(nèi)的光斑。橢圓形孔徑形成的這樣的光點如圖7A所示。由于上述非橢圓形孔徑形狀的實現(xiàn)專為控制水平光斑和光點的“方形”，預計對于孔徑的最內(nèi)半片和最外半片，采用不同值的指數(shù)n，可以控制上述不對稱外電子槍的光點畸變。因此，在另一個實施例中，外電子槍的指數(shù)n(左側(cè)最外的孔徑)與圖6所示孔徑內(nèi)、外部件采用的指數(shù)是不相同的。該實施例的外光點尺寸和形狀得到了改善(如圖7B所示)，其中n＝1.25和1.75。同樣，為了進一步優(yōu)化性能，聚焦孔徑和陽極-柵極孔徑的指數(shù)也可采用不同的數(shù)值。
本領域的技術(shù)人員應知道，對上述的實施例作的修改而會脫離本發(fā)明構(gòu)思。例如，根據(jù)本發(fā)明，參見彩色陰極射線管對柵極孔徑作了描述。但是，本發(fā)明揭示的透鏡結(jié)構(gòu)也適用于黑白陰極射線管和/或通用的基于電子槍的顯示器件。此外，多柵極主透鏡部分的單個柵極最好采用本發(fā)明的孔徑形狀，或根據(jù)本發(fā)明，在多個柵極的孔徑采用不同的形狀。因此，可以了解本發(fā)明不限于本文公開的具體實施例，它包括本發(fā)明的原理和精神范圍內(nèi)的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種陰極射線管電子槍的主透鏡，用來接收電子槍發(fā)射的電子束，主透鏡對電子束聚焦，使電子束沿著焦軸入射到顯示屏上，它包括一個柵極，其位置與焦軸基本上正交，該柵極至少包括一個孔徑，用來聚焦電子束，該孔徑以焦軸為中心環(huán)繞在焦軸的周圍，其形狀由方程(1)表示(xa)2n+(yb)2n=1----(1)]]>式中1＜n＜2a和b分別定義為孔徑的水平焦軸和垂直焦軸的半寬度，指數(shù)n決定孔徑橢圓度的偏差；其中至少有一種孔徑的形狀能降低透鏡的聚焦象差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主透鏡，其特征在于1.2□n□1.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主透鏡，還可包括一個位于柵極與顯示屏之間的另一柵極，與焦軸基本上正交，另一個柵極至少包括另一個孔徑，另一孔徑對應于柵極的另一個孔徑，并且相互之間基本上對準。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主透鏡，其特征在于另一個孔徑的形狀由方程(1)表示。
5.一種陰極射線管電子槍的主透鏡，用來接收電子槍發(fā)射的三束平行的電子束，主透鏡聚焦每一束電子束沿著對應的焦軸入射到顯示屏上，主透鏡包括一個第一柵極，與三束電子束基本上正交，該柵極包括三個孔徑，每個孔徑分別對應于上述三束電子束中的一束，并與其基本對準，每一個孔徑以其對應的一個焦軸為中心環(huán)繞在該焦軸的周圍，其形狀由方程(1)表示(xa)2n+(yb)2n=1----(1)]]>式中a和b分別定義為孔徑的水平焦軸和垂直焦軸的半寬度，指數(shù)n決定孔徑橢圓度的偏差，式中1＜n＜2其中每一個孔徑采用的指數(shù)n的數(shù)值不同，這樣，每一個孔徑的形狀降低其對應的電子束的主透鏡的聚焦象差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主透鏡，其特征在于最外側(cè)的兩個孔徑的形狀基本相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的主透鏡，其特征在于每一個外孔徑具有內(nèi)側(cè)和外側(cè)，外孔徑的內(nèi)側(cè)指數(shù)n＝1.25，孔徑的外側(cè)指數(shù)n＝1.75。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主透鏡，它還包括一個第二柵極，位于第一柵極與顯示屏之間，并與焦軸基本上正交，該第二柵極包括三個孔徑，每一個孔徑分別對應于第一柵極的三個孔徑中的一個孔徑，并與其基本對準。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的主透鏡，其特征在于第二柵極中的每一個孔徑的形狀由方程(1)表示。
10.一種彩色陰極射線管，它包括一個給彩色陰極射線管顯示屏提供三束平行、共面電子束的電子槍；一個接收電子槍發(fā)射的三束平行、共面電子束的第一電極透鏡，該透鏡聚焦每一束電子束沿著對應的焦軸入射到顯示屏，并與三束電子束基本上正交，該電極透鏡包括三個孔徑，每一個孔徑分別與上述三束電子束中的一束對應，并且與其基本上對準，每一個孔徑以其對應的上述焦軸中的一個焦軸為中心環(huán)繞在該軸的周圍，其形狀由方程(1)表示。(xa)2n+(yb)2n=1----(1)]]>式中a和b分別定義為孔徑的水平焦軸和垂直焦軸的半寬度，指數(shù)n決定孔徑的橢圓度偏差，式中1＜n＜2；一個第二電極透鏡，位于第一電極透鏡與顯示屏之間，與焦軸基本上正交，該第二電極透鏡包括另外三個孔徑，其中每一個孔徑分別與第一柵極的三個孔徑中的一個孔徑對應，并與其基本上對準，通過多個孔徑的形狀降低透鏡的聚焦象差。
全文摘要
一種陰極射線管電子槍的主透鏡。該主透鏡接收電子槍發(fā)射的多束平行、共面電子束。該透鏡聚焦每束電子束沿著其對應的焦軸入射到顯示屏。一個第一柵極被配置與多束電子束正交,該柵極包括多個孔徑。每一個孔徑聚焦與其對應的電子束。每一個孔徑以其對應的焦軸為中心環(huán)繞在該焦軸的周圍,其形狀由方程(1)表示,式中a和b分別定義為水平焦軸和垂直焦軸的半寬度,θ是孔徑原點(x=0,y=0)至孔徑邊緣上一點的連線與x軸形成的角,角度范圍為0°至360°。指數(shù)n決定橢圓度的偏差,其中1<n<2。多孔徑的形狀能減小透鏡的聚焦象差。
文檔編號H01J29/58GK1369106SQ00811257
公開日2002年9月11日 申請日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月10日
發(fā)明者戴維·阿瑟·紐 申請人:奧龍電子有限公司