DE69803317T2

DE69803317T2 - Farbkathodenstrahlröhre

Info

Publication number: DE69803317T2
Application number: DE69803317T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Takekawa; Hirofumi Ueno
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: TW534451U; KR100261719B1; CN1153249C; US5994826A; CN1195182A; MY118543A; EP0856869B1; DE69803317D1; KR19980071181A; EP0856869A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Farbkathodenstrahlröhre und insbesondere auf eine Farbkathodenstrahlröhre, welche ein Bild hoher Qualität wiedergibt, in dem die elliptische Verformung einer Strahlfleckform in dem Randabschnitt eines Leuchtschirms reduziert wird.
Die EP 0 509 590 A1 beschreibt ein Anzeige- bzw. Wiedergabegerät und eine Kathodenstrahlröhre gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Das Anzeigegerät umfaßt eine Ablenkeinheit und eine Kathodenstrahlröhre mit einer Inline-Elektronenkanone.
Die US 5 399 946 beschreibt eine Elektronenkanone mit dynamischer Fokussierung, wobei eine horizontale dynamische Fokussierspannung gemäß denjenigen Abschnitten eines Bildschirms, an denen der Elektronenstrahl ankommt, variiert wird.
Im allgemeinen umfaßt eine Inline-Farbkathodenstrahlröhre, die drei Elektronenstrahlen mit einem mittleren Strahl und einem Paar seitlicher Strahlen emittiert, welche auf derselben Ebene verlaufen und in einer Linie in der Horizontalrichtung angeordnet sind. Die drei von der Inline-Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahlen werden von sich aus auf einem Leuchtschirm durch ein nicht-gleichmäßiges Magnetfeld konzentriert, das ein Ablenkjoch erzeugt, d. h., ein Ablenkmagnetfeld vom Nadelkissentyp, das in der Horizontalrichtung ausgebildet wird, und ein Ablenkmagnetfeld vom tonnenförmigen Typ, das in der Vertikalrichtung ausgebildet wird.
Es sind verschiedene Verfahren hinsichtlich einer Elektronenkanone vom Inline-Typ nach obiger Beschreibung bekannt, wobei eine Elektronenkanone, die eine dynamische Astigmatismus-Korrektur- und -Fokussiermethode anwendet, eines dieser Verfahren ist. Eine Elektronenkanone, welche die dynamische Astigmatismus-Korrektur- und -Fokussiermethode anwendet, umfaßt drei Kathoden K, die in einer Reihe in der Horizontalrichtung angeordnet sind, und erste bis vierte Gitter G1 bis G4, die in dieser Reihenfolge in einer Richtung von den Kathoden K zu einem Leuchtschirm hin angeordnet sind. Das dritte Gitter G3 umfaßt zwei Segmente G3-1 und G3-2. Jedes der Gitter G1 bis G4 weist drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher auf, die in einer Reihe in der Horizontalrichtung in Übereinstimmung mit den drei ebenfalls in einer Reihe in der Horizontalrichtung angeordneten Kathoden K angeordnet sind.
Bei dieser Elektronenkanone wird an jede der Kathoden K eine Spannung von etwa 150 V angelegt, und das erste Gitter G1 ist geerdet. An das zweite Gitter G2 wird eine Spannung von etwa 700 V angelegt. An jedes der ersten und zweiten Segmente G3-1 und G3-2 des dritten Gitters wird eine Spannung von etwa 6 kV angelegt. An das vierte Gitter G4 wird eine hohe Spannung von etwa 26 kV angelegt.
Durch Anlegen dieser Spannungen bilden die Kathoden K, das erste Gitter G1 und das zweite Gitter G2 eine Elektronenstrahl-Erzeugungssektion, und es wird in bezug auf eine später beschriebene Hauptlinse ein virtueller Objektpunkt gebildet. Das zweite Gitter G2 und das erste Segment G3-1 bilden eine Vorfokussierlinse zum vorläufigen Fokussieren von von der Elektronenstrahl- Erzeugungssektion emittierten Elektronenstrahlen. Das zweite Segment G3-2 und das vierte Gitter G4 bilden eine Hauptlinse zum endgültigen Fokussieren der vorläufig fokussierten Elektronenstrahlen auf einen Leuchtschirm.
Wenn bei dieser Elektronenkanone Elektronenstrahlen nicht abgelenkt werden, sondern nach vorne zur Mitte des Leuchtschirms verlaufen, werden an die ersten und zweiten Segmente Spannungen eines gleichen Pegels angelegt, und von der Elektronenstrahl-Erzeugungssektion emittierte Elektronenstrahlen werden durch die Vorfokussierlinse und die Hauptlinse auf die Mitte des Leuchtschirms fokussiert.
Falls Elektronenstrahlen zum Rand des Leuchtschirms abgelenkt werden, wird eine vorbestimmte Spannung an das zweite Segment G3-2 gemäß einem Ablenkbetrag der Elektronenstrahlen angelegt. Diese Spannung verändert sich so, daß sie allmählich parabolisch zunimmt, so daß die Spannung am niedrigsten ist, wenn Elektronenstrahlen zur Mitte des Leuchtschirms fokussiert werden, und die Spannung am höchsten ist, wenn Elektronenstrahlen zu einer Ecke des Leuchtschirms hin abgelenkt werden. Wenn Elektronenstrahlen zu einer Ecke des Leuchtschirms abgelenkt werden, ist die Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Segment G3-2 und dem vierten Gitter G4 am kleinsten, und die Intensität der Hauptlinse ist am schwächsten. Gleichzeitig wird eine Quadrupol-Linse durch eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Segment G3-1 und dem zweiten Segment G3-2 gebildet, wobei die Intensität dieser Linse am stärksten ist. Diese Quadrupol-Linse ist so angeordnet, daß sie eine Konvergenz in der Horizontalrichtung und eine Divergenz in der Vertikalrichtung bewirkt. Die Quadrupol-Linse funktioniert so, daß sie eine durch eine Zunahme der Distanz, welche Elektronenstrahlen durchlaufen, bevor sie am Leuchtschirm ankommen, verursachte Verschiebung des Brennpunkts korrigieren, und auch so, daß sie eine Ablenkungs-Aberration (deflection aberration), die durch ein horizontales Ablenkmagnetfeld vom Nadelkissentyp und ein vertikales Ablenkmagnetfeld vom Tonnentyp der Ablenkjoche erzeugt wird, korrigiert.
Gemäß Fig. 2A jedoch kann eine Ablenk-Aberration durch eine Inline-Farbkathodenstrahlröhre mit einer normalen Inline-Elektronenkanone nicht ausreichend korrigiert werden. Es besteht daher ein Problem insofern als ein Strahlfleck B1 eines Elektronenstrahls, der im Mittelabschnitt des Leuchtschirms angekommen ist, im wesentlichen Kreisform aufweist, während ein Strahlfleck B2 eines zu einem Randabschnitt des Leuchtschirms abgelenkten Elektronenstrahls so verformt wird bzw. ist, daß er in der Horizontalrichtung länger ist. Im einzelnen wird der Strahlfleck B2 so verformt, daß ein Kernabschnitt 1 hoher Luminanz in der Horizontalrichtung gedehnt ist und eine elliptische Form aufweist, die von einem Halo-Abschnitt 2 geringer Luminanz umgeben ist, der sich in der Vertikalrichtung erstreckt.
Als Antwort auf das obige Problem wird gemäß Fig. 2 entsprechend einer Elektronenkanone, welche die dynamische Astigmatismus-Korrektur- und -Fokussiermethode anwendet, ein zu einem Randabschnitt eines Leuchtschirms abgelenkter Halo-Abschnitt 2 des Strahlflecks B2 eliminiert, indem eine Ablenkungs-Aberration nach obiger Beschreibung korrigiert wird, so daß Elektronenstrahlen über den gesamten Leuchtschirm hinweg einer Fokussierung unterzogen werden. Bei dieser Art Elektronenkanone bleibt jedoch eine elliptische Verformung, und der Strahlfleck B2 wird so verformt, daß er in der Lateralrichtung an Endabschnitten der Horizontalachse H und der Diagonalachse des Leuchtschirms länger ist. Daher wird durch eine Interferenz mit Elektronenstrahl-Durchgangslöchern in einer Schattenmaske ein Moiré-Effekt bewirkt, so daß die Bildqualität eines durch Strahlflecken zusammengesetzten Bildes beeinträchtigt wird.
Als Gegenmaßnahme gegen den oben genannten Nachteil werden gemäß Fig. 1 in der Lateralrichtung langgestreckte Nuten bzw. Rillen in der Seite des zweiten Gitters G2 gegenüber dem ersten Segment G3-1 ausgebildet, wodurch der Fokussiereffekt in der Horizontalrichtung H geschwächt wird, der durch eine durch das zweite Gitter G2 und das erste Segment G3-1 aufgebaute Vorfokussierlinse bewirkt wird, und wodurch der Fokussiereffekt in der Vertikalrichtung V, der ebenfalls durch die Vorfokussierlinse bewirkt wird, verstärkt wird. Infolgedessen wird der Durchmesser des virtuellen Objektpunkts in der Horizontalrichtung H in bezug auf die Hauptlinse reduziert und sein Durchmesser in der Vertikalrichtung V vergrößert. Als Ergebnis hiervon wird der Vertikalmesser eines Strahlflecks eines Elektronenstrahls, der am Leuchtschirm angekommen ist, vergrößert, so daß eine elliptische Verformung von Strahlflecken im Umfangsabschnitt des Leuchtschirms absorbiert und ein Moiré-Effekt verringert wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird jedoch, wenn die Tiefe einer im zweiten Gitter G2 ausgebildeten, lateral langgestreckten Nut bzw. Rille zunimmt, eine elliptische Verformung eines Strahlflecks B2 im Randabschnitt des Leuchtschirms besser absorbiert, während der Vertikaldurchmesser eines Strahlflecks B1 im Mittelabschnitt des Leuchtschirms vergrößert wird, so daß der Strahlfleck B1 longitudinal verlängert wird, wie in Fig. 2C gezeigt ist. Im Ergebnis wird die Auflösung im Mittelabschnitt des Leuchtschirms beeinträchtigt.
Insbesondere wird dort, wo einer bequemen Betrachtung eines wiedergegebenen Bilds im Mittelabschnitt des Leuchtschirms Priorität gegeben wird, ein Bild am Randabschnitt des Leuchtschirms verschlechtert. Hingegen wird dort, wo einer bequemen Betrachtung eines wiedergegebenen Bilds am Randabschnitt des Leuchtschirms Priorität gegeben wird, das Bild im Mittelabschnitt des Leuchtschirms verschlechtert. Somit liegt bei einer herkömmlichen Technik das Problem darin, daß eine Kompromißgestaltung für den gesamten Leuchtschirm gewählt werden muß.
Wie oben beschrieben wurde, müssen zum Erhalt einer ausgezeichneten Bildqualität einer Farbkathodenstrahlröhre ausgezeichnete Fokussiereigenschaften bezüglich der Elektronenstrahlen auf dem gesamten Bildschirm aufrechterhalten werden, und eine elliptische Verformung von Elektronenstrahlflecken muß verringert werden. Bei einer herkömmlichen Elektronenkanone, welche ein dynamisches Astigmatismus-Korrektur- und -Fokussierverfahren anwendet, können durch Verändern der Intensität der Hauptlinse in Synchronisierung mit einem Ablenkstrom und durch gleichzeitiges Ausbilden der Quadrupol-Linse vertikale Halo-Abschnitte von Elektronenstrahlen, die durch eine Ablenkungs-Aberration verursacht werden, eliminiert werden, und eine Fokussierung kann über dem gesamten Leuchtschirm erzielt werden.
Es ist jedoch eine elliptische Verformung von Strahlflecken, die so verformt sind, daß sie am Randabschnitt des Leuchtschirms lateral verlängert sind, erkennbar. Falls lateral langgestreckte tiefe Rillen in dem zweiten Gitter G2 gebildet werden, um eine elliptische Verformung eines Strahlflecks am Randabschnitt des Leuchtschirms zu absorbieren bzw. aufzufangen, wird der Vertikaldurchmesser eines Strahlflecks im Mittelabschnitt des Leuchtschirms vergrößert, und die Auflösung verschlechtert sich.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das obige Problem zu lösen, und hat als Aufgabe, eine Farbkathodenstrahlröhre bereitzustellen, durch die ausgezeichnete Fokussiereigenschaften über der gesamten Oberfläche eines Leuchtschirms beibehalten werden und eine elliptische Verformung von Elektronenstrahlflecken über der gesamten Oberfläche des Leuchtschirms eingeschränkt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 wird eine Farbkathodenstrahlröhre bereitgestellt mit: einer Elektronenkanone, die umfaßt: einen durch eine Kathode aufgebauten Elektronenstrahl-Erzeugungsabschnitt, erste und zweite Gitter, die hintereinander nächst zu der Kathode und um einen vorbestimmten Abstand getrennt voneinander vorgesehen sind, um drei in einer horizontalen Richtung hintereinander angeordnete Elektronenstrahlen zu erzeugen, eine durch das zweite Gitter und ein drittes Gitter aufgebaute Vorfokussierlinse, das benachbart und um einen vorbestimmten Abstand von dem zweiten Gitter getrennt vorgesehen ist, um die von dem Elektronenstrahl-Erzeugungsabschnitt erzeugten Elektronenstrahlen vorläufig zu fokussieren, eine durch das dritte Gitter und mindestens ein weiteres Gitter aufgebaute Hauptlinse, das benachbart und um einen vorbestimmten Abstand von dem dritten Gitter getrennt vorgesehen ist, um die von der Vorfokussierlinse vorläufig fokussierten Elektronenstrahlen endgültig auf einem Leuchtschirm zu fokussieren; und einem Ablenkjoch zum Erzeugen eines nadelkissenartigen horizontalen Ablenkmagnetfeldes, in dem die von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahlen in der horizontalen Richtung abgelenkt werden, und eines tonnenartigen vertikalen Ablenkmagnetfeldes, in dem die Elektronenstrahlen in einer vertikalen Richtung abgelenkt werden, wobei die Elektronenkanone ein Zusatzgitter umfaßt, das entlang einer Äquipotentialfläche einer Potentialdifferenz zwischen den zweiten und dritten Gittern vorgesehen ist, wobei ein Elektronenstrahl-Durchgangsloch mit einer unrunden Form in dem Zusatzgitter gebildet ist; die Farbkathodenstrahlröhre Spannungsliefermittel umfaßt, um eine Spannung an das Zusatzgitter zu liefern, die sich dynamisch synchron mit einem an das Ablenkjoch gelieferten Ablenkstrom ändert, und das Spannungsmittel eine Spannung liefert, die auf einem vorbestimmten Niveau äquivalent einem Potential der Äquipotentialfläche ist, mit dem das Zusatzgitter während einer Nichtablenkzeitspanne versorgt wird, wenn die Elektronenstrahlen derart orientiert sind, daß sie einen Mittelabschnitt des Leuchtschirms erreichen, und die eine Differenz von der Spannung des vorbestimmten Niveaus aufweist, die sich gemäß einem Anstieg eines Ablenkbetrags der Elektronenstrahlen während einer Ablenkzeitspanne erhöht, wenn die Elektronenstrahlen zu einem Randabschnitt des Leuchtschirms abgelenkt werden, wodurch die Vorfokussierlinse aufgebaut wird, die eine astigmatische Aberration aufweist, in der eine Fokussierkraft in der horizontalen Richtung zwischen zweiten Gitter und dem dritten Gitter ist.
Diese Erfindung ist aus der folgenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen zeigen:
Fig. 1 eine horizontale Schnittansicht, die schematisch die Struktur einer herkömmlichen Elektronenkanone darstellt,
Fig. 2A bis 2C Ansichten zur Erläuterung einer elliptischen Verformung und von Halos von Strahlflecken auf einem Leuchtschirm, die durch eine herkömmliche Elektronenkanone hervorgerufen werden,
Fig. 3 eine horizontale Schnittansicht, welche schematisch die Struktur einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht, die schematisch die Struktur einer Elektronenkanone zeigt, bei der ein dynamisches Astigmatismus-Korrektur- und Fokussierverfahren angewandt und bei der eine Farbkathodenstrahlröhre gemäß Fig. 3 verwendet wird,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Struktur eines zusätzlichen Gitters, das an die Elektronenkanone gemäß Fig. 4 angelegt wird,
Fig. 6A eine graphische Darstellung einer an das zusätzliche Gitter gemäß Fig. 5 angelegten Spannung in Synchronisierung mit einem horizontalen Ablenkungsstrom, der einem Ablenkjoch zugeführt wird,
Fig. 6B eine graphische Darstellung einer an dem zusätzlichen Gitter in Synchronisation mit einem vertikalen Ablenkstrom angelegten Spannung,
Fig. 7A eine Ansicht zur Darstellung einer Potentialverteilung, die vom zweiten Gitter zum dritten Gitter der in Fig. 4 gezeigten Elektronenkanone im Fall einer Nicht-Ablenkung gebildet wird,
Fig. 7B eine Ansicht zur Darstellung einer Potentialverteilung, die vom zweiten Gitter zum dritten Gitter gemäß Fig. 4 im Fall einer Nicht-Ablenkung gebildet wird, wobei das zusätzliche Gitter von der in Fig. 4 gezeigten Elektronenkanone entfernt ist,
Fig. 8 eine Ansicht zur Darstellung einer Potentialverteilung, die vom zweiten Gitter zum dritten Gitter der in Fig. 4 gezeigten Elektronenkanone im Fall einer Ablenkung gebildet wird,
Fig. 9 eine Ansicht zur Darstellung der Formen von Strahlflecken von Elektronenstrahlen auf dem Leuchtschirm der Farbkathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer weiteren Struktur eines zusätzlichen Gitters, das an die in Fig. 4 gezeigte Elektronenkanone anlegbar ist,
Fig. 11A eine graphische Darstellung einer an das in Fig. 10 gezeigte zusätzliche Gitter angelegten Spannung in Synchronisierung mit einem einem Ablenkloch zugeführten horizontalen Ablenkungsstrom,
Fig. 11B eine graphische Darstellung einer an das zusätzliche Gitter angelegten Spannung in Synchronisierung mit einem vertikalen Ablenkungsstrom,
Fig. 12 eine Ansicht zur Darstellung von Potentialverteilungen, die vom zweiten zum dritten Gitter bei einer Nicht-Ablenkung und einer Ablenkung gebildet werden, wobei Spannungen, wie sie in den Fig. 11A und B dargestellt sind, an das zusätzliche Gitter angelegt sind,
Fig. 13 eine horizontale Schnittansicht, die schematisch die Struktur einer Elektronenkanone darstellt, die ein Doppelfokussierverfahren vom Vierfachpotential-Fokussiertyp anwendet, das bei der in Fig. 3 gezeigten Farbkathodenstrahlröhre verwendet wird.
Nachstehend werden Ausführungsformen einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Struktur einer Inline-Farbkathodenstrahlröhre als Beispiel einer erfindungsgemäßen Farbkathodenstrahlröhre zeigt.
Die Farbkathodenstrahlröhre weist einen Kolben auf, der aus einer im wesentlichen rechteckigen Platte 10 und einem Trichter 11 besteht. Ein Leuchtschirm 12, der aus einer Dreifarben-Leuchtschicht besteht, welche punktförmiges Licht in blau, grün und rot emittiert, ist auf der Innenseite der Platte bzw. des Panels 10 vorgesehen. Zusätzlich ist auch eine Schatten- bzw. Lochmaske 13 auf der Innenseite des Panels 10 vorgesehen, so daß die Schattenmaske dem Leuchtschirm 12 gegenüberliegt. Des gleichen ist eine Elektronenkanone 17 in einem Hals 15 des Trichters 11 vorgesehen und emittiert drei Elektronenstrahlen, nämlich einen zentralen Strahl 16G und ein Paar seitlicher Strahlen 16B und 16R, die in einer gleichen Ebene verlaufen und in einer Reihe angeordnet sind. Ein Ablenkjoch 20 zur Erzeugung eines horizontalen Ablenkmagnetfelds vom Nadelkissentyp und eines vertikalen Ablenkmagnetfelds vom Tonnentyp ist außerhalb eines Grenzabschnitts zwischen einem Abschnitt großen Durchmessers 18 und dem Hals 15 des Trichters 11 vorgesehen. Ferner werden drei Elektronenstrahlen 16B, 16G und 16R, die von der Elektronenkanone 17 emittiert werden, durch die vom Ablenkjoch 20 erzeugten horizontalen und vertikalen Ablenkmagnetfelder abgelenkt, um den Leuchtschirm 12 horizontal und vertikal abzutasten, wodurch ein Farbbild angezeigt wird.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Struktur einer Elektronenkanone eines Inline-Typs, der ein dynamisches Astigmatismus-Korrektur- und Fokussierverfahren anwendet und bei der in Fig. 3 gezeigten Farbkathodenstrahlröhre angewandt wird.
Gemäß Fig. 4 umfaßt die Elektronenkanone 17 drei Kathoden K, welche inline in der Horizontalrichtung oder der H-Achsenrichtung angeordnet sind, drei (nicht dargestellte) Heizelemente für das jeweilige Beheizen der Kathoden K, sowie erste bis vierte Gitter G1 bis G4, die in vorbestimmten Intervallen in dieser Reihenfolge in der Röhrenachsrichtung oder Z-Achsrichtung von den Kathoden K zum Leuchtschirm vorgesehen sind. Das dritte Gitter G3 umfaßt erste und zweite Segmente G3-1 und G3-2, die in dieser Reihenfolge in der Z-Achsrichtung vorgesehen sind. Außerdem ist ein zusätzliches Gitter SG zwischen dem zweiten Gitter und dem ersten Segment G3-1 vorgesehen.
Die ersten und zweiten Gitter G1 und G2 sind plattenartige Elektroden. In jeder der plattenartigen Elektroden sind drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher, von denen jedes im wesentlichen Kreisform aufweist, in Reihe in der Horizontalrichtung ausgebildet, so daß sie den drei Kathoden K entsprechen. Das erste Segment G3-1 und das zweite Segment G3-2 des dritten Gitters G3 sind röhrenartige Elektroden, und drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher, von denen jedes im wesentlichen Kreisform aufweist, sind in Reihe in der Horizontalrichtung entsprechend den drei Kathoden K in jeder derjenigen Oberflächen dieser Elektroden ausgebildet, welche irgendeinem benachbarten Gitter zugewandt sind. Das vierte Gitter G4 ist eine napfartige Elektrode, und drei Elektronenstrahllöcher, die jeweils im wesentlichen Kreisform aufweisen, sind inline in der Horizontalrichtung entsprechend den drei Kathoden K in der Oberfläche dieser Elektrode ausgebildet, die einem benachbarten Gitter zugewandt ist.
Gemäß Fig. 5 ist das zusätzliche Gitter SG eine plattenartige Elektrode, und drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb, die jeweils eine Nicht- Kreisform aufweisen, sind inline in der Horizontalrichtung entsprechend den drei Kathoden K in dieser Elektrode ausgebildet. Jedes der drei Elektronenstrahl- Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb ist so ausgebildet, daß der Durchmesser in der Horizontalrichtung oder der H-Achsrichtung größer ist als der Durchmesser in der Vertikalrichtung oder der V-Achsrichtung. In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel ist jedes der drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb lateral langgestreckt und in einem Rechteck ausgebildet, das eine Langseite in der H-Achsrichtung und eine Kurzseite in der V-Achsrichtung aufweist.
In der Elektronenkanone 17 wird eine Spannung von etwa 150 V an jede Kathode K angelegt. Das erste Gitter G1 ist geerdet, und am zweiten Gitter wird eine Spannung von etwa 700 V angelegt. An das erste Segment G3-1 des dritten Gitters G3 wird eine Spannung von etwa 6 kV angelegt. An das zweite Segment G3-2 des dritten Gitters G3 wird eine Spannung angelegt, die einem Ablenkbetrag der Elektronenstrahlen entspricht. Im einzelnen wird an das zweite Segment G3-2 eine Spannung angelegt, die allmählich parabolisch gemäß einer Zunahme des Ablenkbetrags zunimmt, so daß an das Segment G3-2 die niedrigste Bezugsspannung von etwa 6 kV angelegt wird, die gleich der an das erste Segment G3-1 angelegten ist, wenn Elektronenstrahlen ohne Ablenkung auf den Mittelabschnitt des Leuchtschirms zulaufen, und das Segment G3-2 die höchste Spannung angelegt wird, wenn Elektronenstrahlen auf einen Eckabschnitt des Leuchtschirms zulaufen. Am vierten Gitter G4 wird eine Spannung von etwa 26 kV angelegt.
An das zusätzliche Gitter SG werden Spannungen angelegt, die sich dynamisch in Synchronisierung mit dem Ablenkungsmagnetfeld verändern, das durch das Ablenkjoch erzeugt wird. Im einzelnen werden gemäß den Fig. 6A und 6B am zusätzlichen Gitter SG Spannungen 5H und 5V angelegt, die parabolisch und synchron mit einem horizontalen Ablenkungsstrom 4H abnehmen, der dem Ablenkjoch zugeführt wird, um das horizontale Ablenkmagnetfeld zu bilden, sowie mit einem vertikalen Ablenkstrom 4V, der dem Ablenkjoch zugeführt wird, um das vertikale Ablenkmagnetfeld zu bilden, in bezug auf eine Bezugsspannung einer Spannung 3, mit der die Potentialverteilung an der Mittelachse des Elektronenstrahls von dem zweiten Gitter G2 zum dritten Gitter G3 gleich der einer Elektronenlinse vom Bipotentialtyp ist. Die Spannungen 5H und 5V sind während einer Nicht-Ablenkungs-Zeitspanne, in der die Elektronenstrahlen zum Mittelabschnitt des Leuchtschirms hin gerichtet sind, am höchsten und nehmen parabolisch von der mit der Bezugsspannung 3 gleichen höchsten Spannung gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags während einer Ablenkungsperiode ab, in der Elektronenstrahlen zu einem Randabschnitt des Leuchtschirms hin abgelenkt werden.
Durch Anlegen von Spannungen nach obiger Beschreibung werden Elektronenstrahlen erzeugt, und es wird eine Elektronenstrahl-Erzeugungssektion zum Bilden eines virtuellen Objektpunkts in bezug auf eine Hauptlinse durch die Kathoden K und die ersten und zweiten Gitter G1 und G2 aufgebaut. Eine Vorfokussierlinse zum vorläufigen Fokussieren von Elektronenstrahlen, die von der Elektronenstrahl-Erzeugungssektion emittiert werden, wird durch das zweite Gitter G2, das zusätzliche Gitter SG und das dritte Gitter G3 aufgebaut. Eine Hauptlinse zum endgültigen Fokussieren der vorläufig auf den Leuchtschirm fokussierten Elektronenstrahlen wird durch das dritte und vierte Gitter G3 bzw. G4 aufgebaut.
Außerdem wird im dritten Gitter G3 eine Spannung von 6 kV an jedes der ersten und zweiten Segmente G3-1 bzw. G3-2 angelegt, so daß zwischen den beiden Segmenten während einer Nicht-Ablenkperiode, wenn Elektronenstrahlen zum Mittelabschnitt des Leuchtschirms hin gerichtet sind, keine Potentialdifferenz verursacht wird. Demgegenüber wird während einer Ablenkperiode, wenn Elektronenstrahlen zu einem Randabschnitt des Leuchtschirms hin abgelenkt werden, an das erste Segment G3-1 eine Spannung von 6 kV und das zweite Segment G3-2 eine Spannung angelegt, die sich parabolisch gemäß dem Ablenkungsbetrag der Elektronenstrahlen ändert, so daß eine Potentialdifferenz zwischen beiden Segmenten bewirkt wird, durch die eine Quadrupol-Linse gebildet wird, welche eine durch das Ablenkjoch verursachte Ablenkungs- Aberration kompensiert. Die Quadrupol-Linse ist so angeordnet, daß sie eine Konvergenzeigenschaft in der H-Achsrichtung und eine Divergenzeigenschaft in der V-Achsrichtung aufweist.
Als nächstes wird die an die zusätzliche Elektrode SG angelegte Spannung im einzelnen erläutert.
Zunächst wird während einer Nicht-Ablenkungsperiode, während der Elektronenstrahlen zum Mittelabschnitt des Leuchtschirms hin gerichtet sind, die an das zusätzliche Gitter G3 angelegte Spannung so eingestellt, daß die Potentialverteilung auf der Mittelachse O der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher vom zweiten Gitter G2 zum dritten Gitter G3 die gleiche ist wie die einer Elektronenlinse vom Bipotentialtyp.
Fig. 7A ist eine Ansicht zur Darstellung einer Potentialverteilung auf der Mittelachse O von Elektronenstrahl-Durchgangslöchern vom zweiten Gitter G2 zum dritten Gitter G3 während einer Nicht-Ablenkungsperiode. Fig. 7B ist eine Ansicht zur Darstellung einer Potentialverteilung, bei der das zusätzliche Gitter SG von der in Fig. 7A gezeigten Struktur entfernt ist.
In Fig. 7B ist die Position des in Fig. 7A gezeigten zusätzlichen Gitters SG durch unterbrochene Linien angedeutet. Wie in Fig. 7B, in der das zusätzliche Gitter nicht vorgesehen ist, gezeigt ist, ist eine durch das zweite Gitter G2 und das dritte Gitter G3 aufgebaute Vorfokussierlinse eine Elektronenlinse vom Bipotentialtyp, die eine rotationssymmetrische Form hat und keine astigmatische Aberration aufweist. Angenommen, das Potential einer äquipotentialen Oberfläche, das an der Position des durch unterbrochene Linien angedeuteten zusätzlichen Gitters SG erzeugt wird, beträgt hier beispielsweise 1500 V, so kann die Potentialverteilung auf der Mittelachse O der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher zwischen dem zweiten Gitter G2 und dem dritten Gitter G3 die gleiche sein wie die der in Fig. 7B gezeigten Elektronenlinse vom Bipotentialtyp, falls die an das zusätzliche Gitter SG angelegte Spannung in Fig. 7A 1500 V beträgt.
Im einzelnen ist das zusätzliche Gitter SG zwischen dem zweiten Gitter G2 und dem dritten Gitter G3 derart vorgesehen, daß es die auf der Mittelachse O der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher zu bildende Potentialverteilung nicht stört, wenn kein zusätzliches Gitter SG vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird das zusätzliche Gitter SG längs einer vorbestimmten Äquipotentialoberfläche in der zwischen dem zweiten Gitter G2 und dem dritten Gitter G3 gebildeten Potentialverteilung vorgesehen, und an das zusätzliche Gitter SG wird eine Spannung angelegt, die gleich dem Potential der Äquipotentialoberfläche derjenigen Position ist, an der das zusätzliche Gitter SG vorgesehen ist.
Auf diese Weise wird gemäß Fig. 7A und 7B eine äquivalente Potentialverteilung auf der Mittelachse der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher in beiden Fällen erreicht, nämlich wenn ein zusätzliches Gitter SG vorgesehen ist und wenn kein zusätzliches Gitter SG vorgesehen ist. Ferner ist eine durch das zweite Gitter G2, das zusätzliche Gitter SG und das dritte Gitter G3 aufgebaute Vorfokussierlinse äquivalent zu einer rotationssymmetrischen Elektronenlinse vom Bipotentialtyp, die keine astigmatische Aberration aufweist.
Daher wird während einer Nicht-Ablenkungsperiode der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in bezug auf die Hauptlinse einer Elektronenkanone sowohl in der Horizontalrichtung als auch der Vertikalrichtung ausgeglichen, und der Strahlfleck eines Elektronenstrahls, der schließlich fokussiert wird und den Mittelabschnitt des Leuchtschirms erreicht, weist eine Kreisform auf.
Dabei wird während einer Ablenkungsperiode, wenn Elektronenstrahlen zu einem Umfangsabschnitt des Leuchtschirms abgelenkt werden, die an das zusätzliche Gitter SG angelegte Spannung auf eine niedrigere Spannung als die während einer Nicht-Ablenkungsperiode angelegte Spannung eingestellt. Mit anderen Worten wird an das zusätzliche Gitter SG eine niedrigere Spannung angelegt als das Potential einer Äquipotentialoberfläche an der Position, an der das zusätzliche Gitter SG vorgesehen ist. Infolgedessen ist, wie durch eine durchgezogene Linie in Fig. 8 angedeutet ist, das Potential in der Nachbarschaft des zusätzlichen Gitters SG niedriger als das durch eine gestrichelte Linie angedeutete während einer Nicht-Ablenkungsperiode in der Potentialverteilung auf der Mittelachse O der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher vom zweiten Gitter G2 zum dritten Gitter G3.
Genauer gesagt kann, wenn man annimmt, daß das Potential einer an der Position, an der das zusätzliche Gitter SG vorgesehen ist, erzeugten Äquipotentialoberfläche beispielsweise 1500 V beträgt, die an das zusätzliche Gitter SG angelegte Spannung auf beispielsweise 1000 V eingestellt werden, die niedriger ist als die während einer Nicht-Ablenkungsperiode.
An das zusätzliche Gitter SG wird eine Spannung angelegt, die sich synchron mit einem durch ein Ablenkungsjoch erzeugtes Ablenkungsmagnetfeld dynamisch ändert. Im einzelnen werden gemäß den Fig. 6A und 6B an das zusätzliche Gitter SG Spannungen 5H und 5V angelegt, die gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags der Elektronenstrahlen synchron mit einem horizontalen Ablenkungsstrom 4H und einem vertikalen Ablenkungsstrom 4V bezüglich einer Bezugsspannung einer Spannung 3, die zu dem Potential einer an der Position, an der das zusätzliche Gitter SG vorgesehen ist, erzeugten äquipotentialen Oberfläche äquivalent ist, parabolisch abnehmen. Mit anderen Worten wird an das zusätzliche Gitter SG eine Spannung 3 angelegt, die zu einer Bezugsspannung als höchste Spannung während einer Nicht- Ablenkungsperiode äquivalent ist, und es wird eine Spannung daran angelegt, die gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags der Elektronenstrahlen während einer Ablenkungsperiode abnimmt, so daß die niedrigste Spannung angelegt ist, wenn Elektronenstrahlen zu einem Randabschnitt bzw. Umfangsabschnitt des Leuchtschirms abgelenkt werden.
Während der Ablenkungsperiode wird eine Spannung, die parabolisch abnimmt, an das zusätzliche Gitter SG angelegt, und die Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Gitter G2 und dem zusätzlichen Gitter SG wird entsprechend reduziert, während die Potentialdifferenz zwischen dem zusätzlichen Gitter SG und dem dritten Gitter G3 ebenfalls entsprechend zunimmt. Daher ist die Wirkung der Elektronenlinse, die durch das zusätzliche Gitter SG und das dritte Gitter G3 aufgebaut ist, dominanter. Infolgedessen ist in der durch das zweite Gitter G2, das zusätzliche Gitter SG und das dritte Gitter G3 aufgebauten Vorfokussierlinse die Fokussierkraft in der Vertikalrichtung stärker als die Fokussierkraft in der Horizontalrichtung, wodurch eine nicht- rotationssymmetrische Linse mit einer negativen astigmatischen Aberration gebildet wird. Dies bedeutet, daß die Potentialverteilung in der Vertikalrichtung nicht symmetrisch zur Potentialverteilung in der Horizontalrichtung ist. Dementsprechend hat ein virtueller Objektpunkt in bezug auf die Elektronenstrahlen-Hauptlinse einen kleineren Durchmesser in der Horizontalrichtung und einen größeren Durchmesser in der Vertikalrichtung im Vergleich zu denjenigen während einer Nicht-Ablenkungsperiode. Außerdem wird der Divergenzwinkel von Elektronenstrahlen im Vergleich mit denjenigen während einer Nicht-Ablenkungsperiode in der Horizontalrichtung vergrößert und in der Vertikalrichtung verringert.
Elektronenstrahlen, die nach obiger Beschreibung die Vorfokussierlinse durchlaufen haben, werden schließlich durch eine durch die ersten und zweiten Segmente G3-1 und G3-2 des dritten Gitters G3 sowie das vierte Gitter G4 aufgebaute Hauptlinse fokussiert und erreichen den Leuchtschirm.
In diesem Fall wird im Vergleich mit einer Nicht- Ablenkungsperiode, da das zweite Segment G3-2 mit einer Spannung versorgt wird, die gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags von Elektronenstrahlen synchron mit einem dem Ablenkungsjoch zugeführten Ablenkungsstrom parabolisch zunimmt, die Intensität der durch das zweite Segment G3-2 und das vierte Gitter G4 aufgebauten Hauptlinse abgeschwächt, so daß eine Erhöhung der Distanz bzw. der Strecke, welche Elektronenstrahlen zum Leuchtschirm durchlaufen, ausgeglichen wird. Gleichzeitig wird durch die ersten und zweiten Segmente G3-1 und G3-2 eine Quadrupol-Linse aufgebaut, die eine positive astigmatische Aberration aufweist, d. h., eine stärkere Fokussierkraft in der Horizontalrichtung als in der Vertikalrichtung, und eine Ablenkungs-Aberration sowie eine Veränderung des Divergenzwinkels von Elektronenstrahlen, die durch eine negative astigmatische Aberration in der Vorfokussierlinse verursacht wird, wird korrigiert.
Im Ergebnis bilden Elektronenstrahlen, die endgültig durch eine Hauptlinse fokussiert wurden und den Leuchtschirm erreicht haben, ein Bild sowohl in der Horizontal- als auch der Vertikalrichtung auf dem Leuchtschirm. Der Horizontaldurchmesser eines Elektronenstrahlflecks auf dem Leuchtschirm wird reduziert, da der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in der Horizontalrichtung durch eine von der Vorfokussierlinse hervorgerufene negative astigmatische Aberration reduziert wird, während der vertikale Durchmesser des Elektronenstrahlflecks auf dem Leuchtschirm vergrößert wird, da der Durchmesser des vertikalen Objektpunkts in der Vertikalrichtung vergrößert wird.
Entsprechend wird gemäß Fig. 9 eine elliptische Verformung von Strahlenflecken eines Elektronenstrahls, der am Umfangsabschnitt des Leuchtschirms angekommen ist, absorbiert, so daß Strahlflecken erhalten werden können, die jeweils im wesentlichen eine Kreisform aufweisen. Außerdem kann sich die Fokussierung von Elektronenstrahlen so verbessern, daß sie über die gesamte Oberfläche des Bildschirms gleichmäßig ist, so daß ein Bild ausgezeichneter Qualität wiedergegeben werden kann.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist eine Erklärung zu einem Fall gegeben worden, bei dem in dem zusätzlichen Gitter SG gebildete Elektronenstrahl-Durchgangslöcher nicht kreisförmig sind, sondern eine lateral langgestreckte Form aufweisen. Die Form von Elektronenstrahl-Durchgangslöchern ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Im einzelnen kann das zusätzliche Gitter SG eine plattenartige Elektrode sein, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist. In dieser plattenartigen Elektrode sind drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb ausgebildet, die jeweils eine nicht-kreisförmige, longitudinal langgestreckte Form aufweisen, um inline in der H-Achsrichtung entsprechend den drei Kathoden K ausgerichtet zu werden. Jedes der drei Elektronenstrahl- Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb ist in einer rechteckigen Form ausgebildet, die vertikal langgestreckt ist, so daß der Durchmesser in der H-Achsrichtung kleiner ist als der in der V-Achsrichtung.
Gemäß den Fig. 11A und 11B werden an das zusätzliche Gitter SG Spannungen 6H und 6V angelegt, die gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags der Elektronenstrahlen synchron mit einem horizontalen Ablenkungsstrom 4H und vertikalen Ablenkungsstrom 4V in bezug auf eine Referenzspannung einer Spannung 3, die zu dem Potential einer an der Position, an der das zusätzliche Gitter SG vorgesehen ist, erzeugten äquipotentialen Oberfläche äquivalent ist, parabolisch zunehmen. Mit anderen Worten wird an das zusätzliche Gitter SG die niedrigste Spannung angelegt, die äquivalent zu einer Referenzspannung 3 während einer Nicht-Ablenkungsperiode ist, und es wird eine Spannung angelegt, die gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags von Elektronenstrahlen während einer Ablenkungsperiode zunimmt, so daß die höchste Spannung angelegt wird, wenn Elektronenstrahlen zu einem Umfangsabschnitt des Leuchtschirms abgelenkt werden.
Demgemäß wird eine Potentialverteilung, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist, auf der Mittelachse O der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher vom zweiten Gitter G2 zum dritten Gitter G3 erhalten. Im einzelnen wird eine Potentialverteilung, wie sie durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist, während einer Nicht-Ablenkungsperiode erhalten, und eine Potentialverteilung während einer Ablenkungsperiode ist in der Nachbarschaft des zusätzlichen Gitters SG höher als die während einer Nicht-Ablenkungsperiode, wie durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist.
Als Ergebnis hiervon nimmt während der Ablenkungsperiode die Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Gitter G2 und dem zusätzlichen Gitter SG zu und die Potentialdifferenz zwischen dem zusätzlichen Gitter SG und dem dritten Gitter G3 gleichzeitig ab. Daher ist die Wirkung der durch das zweite Gitter G2 und das zusätzliche Gitter SG aufgebauten Elektronenlinse dominanter. Entsprechend ist in der Vorfokussierlinse, die durch das zweite Gitter G2, das zusätzliche Gitter SG und das dritte Gitter G3 aufgebaut ist, die Fokussierkraft in der Vertikalrichtung stärker als die Fokussierkraft in der Horizontalrichtung, wodurch eine nicht- rotationssymmetrische Linse mit einer negativen astigmatischen Aberration gebildet wird, was dieselbe Wirkung ergibt wie die vorher beschriebene.
Als nächstes wird eine Erläuterung zu einem Beispiel gegeben, in dem die Merkmale der vorliegenden Erfindung auf eine Elektronenkanone angewandt sind, die eine Doppelfokussiermethode eines QPF-Typs (QPF = Quadruple Potential Focus) anwendet.
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Struktur einer Elektronenkanone, welche eine QPF-Typ-Doppelfokussiermethode anwendet, bei der drei Elektronenstrahlen emittiert werden und die auf die in Fig. 3 gezeigte Farbkathodenstrahlröhre angewandt wird.
Gemäß Fig. 13 umfaßt die Elektronenkanone 17 drei in einer Reihe in der H-Achsrichtung angeordnete Kathoden K, drei Heizelemente (nicht dargestellt) zum jeweiligen Beheizen der Kathoden K und erste bis sechste Gitter G1 bis G6, die in vorbestimmten Intervallen längs der Z-Achsrichtung von den Kathoden K aus vorgesehen sind. Das fünfte Gitter G5 umfaßt erste, zweite und dritte Segmente G51, G52 und G53, die in dieser Reihenfolge in der Z-Achsrichtung vom vierten Gitter aus vorgesehen sind. Außerdem ist ein zusätzliches Gitter G2S zwischen dem zweiten Gitter G2 und dem dritten Gitter G3 vorgesehen.
Das erste Gitter G1, das zweite Gitter G2, das dritte Gitter G3, das vierte Gitter G4 und das zweite Segment G52 des fünften Gitters G5 sind plattenartige Elektroden. In jeder dieser plattenartigen Elektroden sind drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher, von denen jedes im wesentlichen Kreisform aufweist, in einer Reihe in der Horizontalrichtung ausgebildet, so daß sie den drei Kathoden K entsprechen. Das erste Segment G51 und das dritte Segment G53 des fünften Gitters G5 sind röhrenartige Elektroden, und die drei Elektronenstrahl- Durchgangslöcher, die jeweils im wesentlichen eine Kreisform aufweisen, sind in einer Reihe in der Horizontalrichtung entsprechend den drei Kathoden K in jeder derjenigen Oberflächen dieser röhrenartigen Elektroden ausgebildet, die einem benachbarten Gitter zugewandt sind. Das sechste Gitter G6 ist eine napfartige Elektrode, und es sind drei Elektronenstrahllöcher, die jeweils im wesentlichen eine Kreisform aufweisen, in einer Reihe in der Horizontalrichtung entsprechend den drei Kathoden K in der Oberfläche dieser einem benachbarten Gitter zugewandten Elektrode ausgebildet.
Wie in bezug auf Fig. 5 erläutert wurde, ist das zusätzliche Gitter G2S eine plattenartige Elektrode, und drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb, von denen jedes nicht-kreisförmig ist, sind inline in der Horizontalrichtung entsprechend den drei Kathoden K in dieser Elektrode ausgebildet. Jedes der drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb ist so ausgebildet, daß der Durchmesser in der H-Achsrichtung größer ist als der Durchmesser in der V-Achsrichtung. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist jedes der drei Elektronenstrahl-Durchgangslöcher SGr, SGg und SGb lateral langgestreckt und in einer rechteckigen Form mit einer Langseite in der H-Achsrichtung und einer Kurzseite in der V-Achsrichtung ausgebildet.
In der Elektronenkanone 17 wird an jede Kathode K eine Spannung von etwa 150 V angelegt. Das erste Gitter G1 ist geerdet, und an das zweite Gitter G2 wird eine Spannung von etwa 800 V angelegt. An das dritte Gitter G3 wird eine Spannung von etwa 600 kV angelegt. Das vierte Gitter G4 ist mit dem zweiten Gitter G2 in der Röhre verbunden und wird mit einer Spannung von etwa 800 V versorgt. Das zweite Segment G52 des fünften Gitters G5 ist mit dem dritten Gitter G3 in der Röhre verbunden, und es wird mit einer Spannung von etwa 6 kV versorgt. Das erste Segment G51 ist mit dem dritten Segment G53 in der Röhre verbunden. Das erste Segment G51 und das dritte Segment G53 des fünften Gitters G5 werden mit Spannungen versorgt, die sich synchron mit einem durch ein Ablenkjoch erzeugten Magnetfeld in bezug auf eine an dem zweiten Segment G52 angelegte Bezugsspannung von etwa 6 kV dynamisch verändern, d. h., Spannungen, die parabolisch synchron mit einem horizontalen Ablenkungsstrom und einem vertikalen Ablenkungsstrom zunehmen. Das sechste Gitter G6 wird mit einer Spannung von etwa 26 kV versorgt.
An das zusätzliche Gitter G2S werden Spannungen angelegt, die sich dynamisch synchron mit dem durch das Ablenkjoch erzeugten Ablenkmagnetfeld verändern. Im einzelnen werden gemäß den Fig. 6A und 6B an das zusätzliche Gitter G2S Spannungen 5H und 5V angelegt, die synchron mit einem horizontalen Ablenkungsstrom 4H und einem vertikalen Ablenkungsstrom 4V in bezug auf eine Bezugsspannung einer an das zweite Gitter G2 angelegten Spannung 3 parabolisch abnehmen.
Durch Anlegen von Spannungen nach obiger Beschreibung werden Elektronenstrahlen erzeugt und eine Elektronenstrahl-Erzeugungssektion zum Bilden eines virtuellen Objektpunkts in bezug auf eine Hauptlinse wird durch die Kathoden K und die ersten und zweiten Gitter G1 bzw. G2 aufgebaut. Eine Vorfokussierlinse zum vorläufigen Fokussieren von Elektronenstrahlen, die von der Elektronenstrahl-Erzeugungssektion emittiert werden, wird durch das zweite Gitter G2, das zusätzliche Gitter G2S und das dritte Gitter G3 aufgebaut. Eine Sub-Linse zum weiteren Fokussieren der vorläufig fokussierten Elektronenstrahlen wird durch das dritte Gitter G3, das vierte Gitter G4 und das erste Segment G51 des fünften Gitters G5 aufgebaut. Eine Quadrupol-Linse zum Korrigieren einer Ablenkungs-Aberration wird durch die ersten bis dritten Segmente G51, G52 und G53 des fünften Gitters G5 aufgebaut. Eine Hauptlinse zum endgültigen Fokussieren des Elektronenstrahls auf den Leuchtschirm wird durch das dritte Segment G53 des fünften Gitters G5 und das sechste Gitter G6 aufgebaut.
In dieser Elektronenkanone werden während einer Nicht-Ablenkungsperiode Elektronenstrahlen durch die Vorfokussierlinse vorfokussiert. Da in diesem Fall Elektronenstrahl-Durchgangslöcher, von denen jedes nicht- kreisförmig ist und einen längeren Durchmesser in der Horizontalrichtung als in der Vertikalrichtung aufweist, in dem zusätzlichen Gitter G2S gebildet werden, erhalten Elektronenstrahlen eine schwache negative astigmatische Aberration, wobei die Fokussierkraft in der Vertikalrichtung stärker ist als in der Horizontalrichtung. Im Ergebnis wird der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in bezug auf die Hauptlinse in der Horizontalrichtung reduziert, und der Divergenzwinkel in der Horizontalrichtung wird vergrößert.
Die auf diese Weise durch die Vorfokussierlinse vorläufig fokussierten Elektronenstrahlen werden durch die Sub-Linse nochmals vorfokussiert. Da in diesem Fall keine Elektronenlinse zwischen den drei Segmenten G51, G52 und G53 des fünften Gitters G5 gebildet wird, passieren die von der Sub-Linse vorfokussierten Elektronenstrahlen G51, G52 und G53 und werden danach endgültig durch eine Hauptlinse fokussiert, um auf das Zentrum des Leuchtschirms aufzutreffen.
Als Ergebnis hiervon weist gemäß Fig. 9 der Strahlfleck eines auf das Zentrum des Leuchtschirms auftreffenden Elektronenstrahls eine geringfügig in der Vertikalrichtung durch eine schwache negative astigmatische Aberration verlängerte elliptische Form auf.
Demgegenüber werden während einer Ablenkungsperiode die Elektronenstrahlen durch die Vorfokussierlinse vorfokussiert. Da in diesem Fall die an das zusätzliche Gitter G2S angelegte Spannung abnimmt, um kleiner zu werden als die während einer Nicht-Ablenkungsperiode gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags angelegte Spannung, erhalten die Elektronenstrahlen eine starke negative astigmatische Aberration. Dadurch ist der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in bezug auf die Hauptlinse in der Horizontalrichtung kleiner als der während einer Nicht-Ablenkungsperiode, während der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in der Vertikalrichtung vergrößert wird. Der Divergenzwinkel in der Horizontalrichtung wird im Vergleich mit dem in einer Nicht-Ablenkungsperiode vergrößert, während der Divergenzwinkel in der Vertikalrichtung im Vergleich dazu verkleinert wird.
Die auf diese Weise durch die Vorfokussierlinse vorfokussierten Elektronenstrahlen werden durch eine Sub- Linse nochmals fokussiert. Da in diesem Fall die ersten und dritten Segmente G51 und G53 des fünften Gitters G5 mit einer Spannung versorgt werden, die gemäß einer Zunahme des Ablenkungsbetrags in bezug auf eine Referenzspannung einer an das zweite Segment G52 angelegten Spannung zunimmt, erhalten die Elektronenstrahlen von den ersten bis zu den dritten Segmenten G51, G52 und G53 eine positive astigmatische Aberration, bei der die Fokussierkraft in der Horizontalrichtung stärker ist als in der Vertikalrichtung. Im Ergebnis werden die Divergenzwinkel der Elektronenstrahlen, die durch die Vorfokussierlinse verändert wurden, korrigiert, und außerdem werden die Elektronenstrahlen einer Korrektur einer Ablenkungs-Aberration unterzogen. Danach werden die Elektronenstrahlen endgültig durch eine Hauptlinse fokussiert und treten in einen Umfangsabschnitt des Leuchtschirms ein.
Der Durchmesser eines Elektronenstrahls, der in einen Umfangsabschnitt des Leuchtschirms eintritt, ist in der Horizontalrichtung reduziert, da der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in der Horizontalrichtung durch eine von einem zusätzlichen Gitter G2S verursachte starke negative astigmatische Aberration verringert wird. Da dabei der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in der Vertikalrichtung vergrößert wird, wird der Vertikaldurchmesser des Strahlflecks (auch) vergrößert. Als Ergebnis hiervon wird gemäß Fig. 9 eine elliptische Verformung aufgefangen, so daß der Strahlfleck eines in einen Randabschnitt bzw. Umfangsabschnitt des Leuchtschirms eintretenden Elektronenstrahls im wesentlichen eine Kreisform aufweist.
Demgemäß kann durch Aufbau einer Elektronenkanone in einer Struktur nach obiger Beschreibung eine elliptische Verformung von Strahlflecken über der gesamten Oberfläche des Bildschirms ausgeglichen werden, so daß die Strahlflecken im wesentlichen eine Kreisform aufweisen. Außerdem kann eine Fokussiereigenschaft über der gesamten Oberfläche des Bildschirms einheitlich bzw. gleichmäßig sein, so daß eine Farbkathodenstrahlröhre gebaut werden kann, die in der Lage ist, ein ausgezeichnetes Bild wiederzugeben.
Wie oben beschrieben wurde, weist gemäß der vorliegenden Erfindung die Farbkathodenstrahlröhre eine Elektronenkanone auf, die aus einer Elektronenstrahl- Erzeugungssektion, einer Vorfokussierlinse und einer Hauptlinse besteht. Die Elektronenstrahl-Erzeugungssektion ist aus Kathoden, einem ersten Gitter und einem zweiten Gitter aufgebaut und funktioniert, um Elektronenstrahlen zu erzeugen. Die Vorfokussierlinse ist aus einem zweiten Gitter und einem dritten Gitter aufgebaut und funktioniert, um die von der Elektronenstrahl-Erzeugungssektion emittierten Elektronenstrahlen vorzufokussieren. Die Hauptlinse ist aus einem dritten Gitter und mindestens einem weiteren Gitter aufgebaut und funktioniert, um die durch die Vorfokussierlinse vorfokussierten Elektronenstrahlen endgültig auf einen Leuchtschirm zu fokussieren. In der oben beschriebenen Kathodenstrahlröhre ist ein zusätzliches Gitter mit Elektronenstrahl-Durchgangslöchern, von denen jedes eine längere Achse in der Horizontalrichtung aufweist, zwischen dem zweiten und dritten Gitter vorgesehen, und an das zusätzliche Gitter wird eine Spannung angelegt, die sich dynamisch synchron mit einem Ablenkjoch zum Ablenken von Elektronenstrahlen zugeführtem Ablenkstrom verändert.
In einer Elektronenkanone eines Inline-Typs, der die dynamische Astigmatismus-Korrektur- und Fokussiermethode anwendet, wird die an das zusätzliche Gitter angelegte Spannung so eingestellt, daß sie die gleiche Potentialverteilung auf der Mittelachse der Elektronenstrahl- Durchgangslöcher vom zweiten Gitter zum dritten Gitter liefert wie die durch eine Elektronenlinse vom bipotentialen Typ erhaltene Spannung während einer Nicht- Ablenkungsperiode, wenn Elektronenstrahlen auf den Mittelabschnitt des Leuchtschirms gerichtet werden.
Im Ergebnis ist eine durch das zweite Gitter und das dritte Gitter aufgebaute Vorfokussierlinse äquivalent mit einer Elektronenlinse vom Bipotentialtyp, die keine No-Point-Aberration aufweist und eine rotationssymmetrische Form hat. Demgemäß hat ein virtueller Objektpunkt in bezug auf die Hauptlinse der Elektronenkanone einen gleichen Durchmesser sowohl in der Horizontal- als auch der Vertikalrichtung, so daß ein Elektronenstrahl, der den Mittelabschnitt des Leuchtschirms erreicht hat, eine kreisförmige Fleckform aufweist.
Dabei wird während einer Ablenkperiode, wenn Elektronenstrahlen zu einem Rand- bzw. Umfangsabschnitt des Leuchtschirms hin abgelenkt werden, die an das zusätzliche Gitter angelegte Spannung so eingestellt, daß sie niedriger als die während einer Nicht-Ablenkungsperiode angelegte ist. Genauer gesagt wird das Potential in Nachbarschaft des zusätzlichen Gitters bei der Potentialverteilung auf der Mittelachse der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher vom zweiten Gitter zum dritten Gitter so eingestellt, daß es niedriger ist als während einer Nicht-Ablenkperiode, so daß die Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Gitter und dem zusätzlichen Gitter verringert wird, während sich die Potentialdifferenz zwischen dem zusätzlichen Gitter und dem dritten Gitter erhöht. Daher ist die Wirkung der durch das zusätzliche Gitter und das dritte Gitter aufgebauten Elektronenlinse dominant.
Im Ergebnis wird die Vorfokussierlinse zu einer nicht-rotationssymmetrischen Linse mit einer negativen astigmatischen Aberration, da die Fokussierkraft derselben in der Vertikalrichtung stärker ist als in der Horizontalrichtung. Demgemäß ist der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts in bezug auf die Hauptlinse in der Horizontalrichtung kleiner und in der Vertikalrichtung größer als der während einer Nicht-Ablenkungsperiode. Außerdem wird der Divergenzwinkel der Elektronenstrahlen im Vergleich zu dem während einer Nicht-Ablenkungsperiode in der Horizontalrichtung vergrößert und in der Vertikalrichtung verkleinert. Daher wird der Durchmesser eines Elektronenstrahls, der den Leuchtschirm erreicht hat, in der Horizontalrichtung verkleinert und in der Vertikalrichtung vergrößert, so daß eine elliptische Verformung von Elektronenstrahlflecken in einem Randabschnitt des Leuchtschirms ausgeglichen bzw. aufgefangen wird.
Infolgedessen kann ein Bild mit ausgezeichneter Bildqualität auf der gesamten Fläche des Leuchtschirms angezeigt bzw. wiedergegeben werden.
Außerdem werden bei einer Elektronenkanone, die eine Doppelfokussiermethode vom QPF-Typ (QPF = Quadruple Potential Focus) anwendet, ein zweites Gitter, ein zusätzliches Gitter und ein drittes Gitter so angeordnet, daß sie eine astigmatische Aberration liefern, bei der die Fokussierkraft in der Vertikalrichtung stärker als in der Horizontalrichtung ist, und die Stärke der astigmatischen Aberration wird dynamisch durch eine Spannung verändert, die an das zusätzliche Gitter angelegt wird und sich dynamisch ändert.
Durch den Aufbau einer Struktur nach obiger Beschreibung kann der Durchmesser eines virtuellen Objektpunkts eines Elektronenstrahls dynamisch verändert werden, eine laterale Verformung des Strahlflecks in der Horizontalrichtung kann an einem Randabschnitt des Schirms absorbiert werden, und eine Fokussiereigenschaft kann über der gesamten Oberfläche des Schirms gleichmäßig sein, so daß ein ausgezeichnetes Bild wiedergegeben werden kann.
Wie vorstehend erläutert wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Farbkathodenstrahlröhre bereitzustellen, bei der eine ausgezeichnete Fokussiereigenschaft von Elektronenstrahlen über der gesamten Oberfläche des Leuchtschirms aufrechterhalten und eine elliptische Verformung der Elektronenstrahlflecken über der gesamten Oberfläche des Leuchtschirms reduziert werden kann.

Claims

1. Farbkathodenstrahlröhre mit:

einer Elektronenkanone (17), die umfaßt: einen durch eine Kathode (K) aufgebauten Elektronenstrahl- Erzeugungsabschnitt, erste und zweite Gitter (G1, G2), die hintereinander nächst zu der Kathode und um einen vorbestimmten Abstand getrennt voneinander vorgesehen sind, um drei in einer horizontalen Richtung hintereinander angeordnete Elektronenstrahlen zu erzeugen, eine durch das zweite Gitter und ein drittes Gitter (G3) aufgebaute Vorfokussierungslinse, das benachbart und um einen vorbestimmten Abstand von dem zweiten Gitter getrennt vorgesehen ist, um die von dem Elektronenstrahl- Erzeugungsabschnitt erzeugten Elektronenstrahlen vorläufig zu fokussieren, eine durch das dritte Gitter und mindestens ein weiteres Gitter (G4) aufgebaute Hauptlinse, das benachbart und um einen vorbestimmten Abstand von dem dritten Gitter getrennt vorgesehen ist, um die von der Vorfokussierungslinse vorläufig fokussierten Elektronenstrahlen endgültig auf einem Leuchtschirm (12) zu fokussieren; und

einem Ablenkjoch (20) zum Erzeugen eines kissenartigen horizontalen Ablenkmagnetfeldes, in dem die von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahlen in der horizontalen Richtung abgelenkt werden, und eines tonnenartigen vertikalen Ablenkmagnetfeldes, in dem die Elektronenstrahlen in einer vertikalen Richtung abgelenkt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß:

die Elektronenkanone ein Zusatzgitter (SG) umfaßt, das entlang einer Äquipotentialfläche einer Potentialdifferenz zwischen den zweiten und dritten Gittern vorgesehen ist, wobei ein Elektronenstrahldurchgangsloch mit einer unrunden Form in dem Zusatzgitter gebildet ist;

die Farbkathodenstrahlröhre Spannungsliefermittel umfaßt, um eine Spannung an das Zusatzgitter zu liefern, die sich dynamisch synchron mit einem an das Ablenkjoch gelieferten Ablenkstrom ändert; und

das Spannungsliefermittel eine Spannung liefert, die auf einem vorbestimmten Niveau äquivalent einem Potential der Äquipotentialfläche ist, mit dem das Zusatzgitter während einer Nichtablenkzeitspanne versorgt wird, wenn die Elektronenstrahlen derart orientiert sind, daß sie einen Mittelabschnitt des Leuchtschirms erreichen, und die eine Differenz von der Spannung des vorbestimmten Niveaus aufweist, die sich gemäß einem Anstieg eines Ablenkbetrags der Elektronenstrahlen während eine Ablenkzeitspanne erhöht, wenn die Elektronenstrahlen zu einem Randabschnitt des Leuchtschirms abgelenkt werden, wodurch die Vorfokussierungslinse aufgebaut wird, die eine astigmatische Abberation aufweist, in der eine Fokussierkraft in der vertikalen Richtung stärker als eine Fokussierkraft in der horizontalen Richtung zwischen dem zweiten Gitter und dem dritten Gitter ist.

2. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone mindestens zwei benachbarte Gitter zum Aufbauen einer Quadropollinse, außer den ersten bis dritten Gittern, wobei die Quadropollinse eine astigmatische Abberation aufweist, in der eine Fokussierkraft in der horizontalen Richtung stärker als eine Fokussierkraft in der vertikalen Richtung ist, und eine Intensität der astigmatischen Abberation der Quadropollinse durch eine Spannung dynamisch geändert wird, die sich dynamisch ändert und an eines der drei anderen Gitter angelegt wird, das in der Mitte der drei anderen Gitter angeordnet ist.

3. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Zusatzgitter angelegte Spannung ferner eine solche Spannung ist, durch die eine Potentialverteilung während der Nichtablenkzeitspanne auf einer Mittenaxis des Elektronenstrahldurchgangsloches zwischen den zweiten und dritten Gittern gleich derjenigen einer bipotentialartigen Elektronenlinse wird, und durch die eine Potentialverteilung während der Ablenkzeitspanne in der Nachbarschaft einer Position, wo das Zusatzgitter vorgesehen ist, sich von derjenigen während der Nichtablenkzeitspanne unterscheidet.

4. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgitter ein Elektronenstrahldurchgangsloch mit einer seitlich verlängerten Form und einer längeren Achse in der horizontalen Richtung aufweist, und die an das Zusatzgitter angelegte Spannung eine Spannung ist, die abgesenkt wird, um niedriger als die Spannung des vorbestimmten, während der Nichtablenkzeitspanne angelegten Niveaus zu sein, in Übereinstimmung mit dem Anstieg des Ablenkbetrags der Elektronenstrahlen während der Ablenkzeitspanne.

5. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgitter ein Elektronenstrahldurchgangsloch mit einer longitudinal verlängerten Form und einer längeren Achse in der vertikalen Richtung aufweist, und die an das Zusatzgitter angelegte Spannung eine Spannung ist, die erhöht wird, um höher als die Spannung des während der Nichtablenkzeitspanne angelegten vorbestimmten Niveaus zu sein, in Übereinstimmung mit dem Anstieg des Ablenkbetrags der Elektronenstrahlen während der Ablenkzeitspanne.

6. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Gitter mindestens zwei Segmente aufweist, die eine Quadropollinse aufbauen, und die Quadropollinse eine astigmatische Abberation aufweist, in der eine Fokussierkraft in der horizontalen Richtung stärker als eine Fokussierkraft in der vertikalen Richtung ist, und eine Intensität der astigmatischen Abberation der Quadropollinse durch eine Spannung dynamisch geändert wird, die an eines der Segmente angelegt wird und sich dynamisch ändert.