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(guān)申請參考文件本申請要求保護(hù)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(yīng)的電子束(紅色、藍(lán)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(dǎo)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(shè)計孔徑形狀(無論是橢圓形或菱形)，應(yīng)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(rèn)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(lǐng)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(yīng)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(yīng)的一束電子束。每一個孔徑以上述焦軸中與其對應(yīng)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(yīng)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(lǐng)域的專業(yè)人士應(yīng)認(rèn)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(yīng)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(yīng)于電子束形成區(qū)11發(fā)射的紅色、藍(lán)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(dǎo)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(yīng)于柵極13的孔徑，并基本上與其對準(zhǔn)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的那樣，外孔徑稍偏離對準(zhǔn)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(jìn)。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(yīng)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(dá)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(jìn)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(xué)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(xì)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(dāng)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(dāng)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(jī)械強(qiáng)度要比采用橢圓形孔徑的標(biāo)準(zhǔn)柵極的機(jī)械強(qiáng)度有所提高。
當(dāng)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(dāng)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(fèi)很少或不花費(fèi)即可達(dá)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(yù)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(jìn)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(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)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(yīng)于柵極的另一個孔徑，并且相互之間基本上對準(zhǔn)。
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(yīng)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(yīng)于上述三束電子束中的一束，并與其基本對準(zhǔn)，每一個孔徑以其對應(yīng)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(yīng)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(yīng)于第一柵極的三個孔徑中的一個孔徑，并與其基本對準(zhǔn)。
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(yīng)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(yīng)，并且與其基本上對準(zhǔn)，每一個孔徑以其對應(yīng)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(yīng)，并與其基本上對準(zhǔn)，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(yīng)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(yīng)的電子束。每一個孔徑以其對應(yīng)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