JP2878731B2 - カラー受像管装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、カラー受像管装置に係り、特に広偏向角
カラー受像管や横長画面を形成する高品位カラー受像管
に適用して、画面全域での解像度を良好にするカラー受
像管装置に関する。

（従来の技術） 一般にカラー受像管装置は、第９図に示すように、外
囲器（１）のネック（２）内に配設された電子銃（３）
から３電子ビーム（4B），（4G），（4R）を放出させ、
この電子ビーム（4B），（4G），（4R）を外囲器（１）
の外側に装着された偏向装置（５）の形成する水平およ
び垂直偏向磁界により偏向して、蛍光体スクリーン
（６）を水平および垂直走査することにより、カラー画
像を表示する構造に組立てられている。なお、（８）は
蛍光体スクリーン（６）と対向するシャドウマスクであ
る。

かかるカラー受像管装置において、特に電子銃（３）
を、同一水平面上を通るセンタービーム（4G）および一
対のサイドビーム（4B），（4R）を放出するインライン
型電子銃とし、一方、第10図（ａ）に示すように、偏向
装置の水平偏向磁界（９）をピンクッション状、同
（ｂ）に示すように、垂直偏向磁界（10）をバレル状に
歪ませた非斉一磁界とすることにより、３電子ビームを
自己集中させるセルフコンバーゼンス方式インライン型
カラー受像管装置が、消費電力の低減、受像管の品質、
性能の向上などが容易であるため、一般用カラー受像管
装置の主流となっている。

しかし、このセルフコンバーゼンス方式インライン型
カラー受像管装置は、上記のように３電子ビーム（4
B），（4G），（4R）を非斉一磁界により偏向するた
め、各電子ビーム（4B），（4G），（4R）の断面形状が
偏向量の増大にともなって歪み、第11図に示すように、
画面（11）中央部のビームスポット（12a）がほぼ真円
になるように調整しても、画面周辺部のビームスポット
（12b）が水平方向（Ｘ軸方向）を長軸とする楕円状の
高輝度部（13）と垂直方向（Ｙ軸方向）に長い低輝度部
（14）とをもつ形状となり、画面周辺部の解像度をいち
じるしく劣化させる。

このビームスポット（12b）の歪みは、偏向装置のピ
ンクッション状水平偏向磁界およびバレル状垂直偏向磁
界により、その非斉一磁界内で電子ビームの集束が水平
方向には弱められ、逆に垂直方向には強められることが
原因している。

ところで、この偏向歪みに基づく解像度の劣化を軽減
する方法として、電子銃の主レンズおよび偏向装置の磁
界内を通過する電子ビームの径を小さくする手段があ
る。この手段は、一般的には電子銃のプリフォーカスレ
ンズで電子ビームを強く絞る方法でおこなわれるが、こ
のような方法は、クロスオーバー径が増大し、画面中央
部のビームスポット径が大きくなり、解像度が劣化す
る。

他の方法として、プリフォーカスレンズを非対称レン
ズとし、電子ビームを画面中央部でアンダーフォーカス
にしても偏向歪みを軽減できる。しかし、この場合は、
画面中央部でのビームスポットが垂直方向を長軸とする
楕円状になるため、上記方法と同様に画面中央部の解像
度が劣化する。

さらに他の方法として、電子ビームの偏向に同期して
電子レンズの強度を変化させる方法、すなわちダイナミ
ック・フォーカス方式により、画面周辺部のビームスポ
ット径を改善する方法がある。このダイナミック・フォ
ーカス方式には、プリフォーカスレンズまたはサブレン
ズにおいて、電子ビームに対する垂直方向発散角をダイ
ナミックに変化させる方法と、主レンズの垂直方向集束
力をダイナミックに変化させる方法とがある。

しかし、そのいずれの方法も、偏向磁界内において、
電子ビームの垂直方向の径が画面中央部に偏向するとき
よりも、画面周辺部に偏向するときの方が大きくなるた
め、特に電子ビームの偏向量が大きい領域でより大きな
偏向収差を受け、ビームスポット改善効果が小さくなる
という問題がある。また、この電子ビームの受ける偏向
収差は、垂直偏向磁界よりも水平偏向磁界の方が大きい
ので、高品位テレビのように横長の画面を広偏向角で走
査する場合に特に問題となり、画面水平方向および画面
対角方向最外部において、ビームスポットが悪化し、解
像度が劣化する。

このようにダイナミック・フォーカスの効果があがら
ない領域は、電子銃および偏向装置の方式、ディメンジ
ョンなどにより異なり、偏向角が90゜以上の場合に問題
となる。すなわち、第12図（ａ）に領域（15）で示すよ
うに、110゜偏向、画面のアスペクト比が4:3の場合に全
蛍光体スクリーン（６）の約10％であるが、同（ｂ）に
領域（15）で示すように、110゜偏向、画面のアスペク
ト比が16:9の場合に全蛍光体スクリーン（６）の約20％
となり、特に画面周辺部まで高解像度が要求されるアス
ペクト比が16:9の高品位テレビ用カラー受像管装置で大
きな問題となる。

（発明が解決しようとする課題） 上記のように、同一水平面上を通る３電子ビームを放
出するセルフコンバーゼンス方式インライン型カラー受
像管装置は、その３電子ビームを非斉一磁界により偏向
するため、各電子ビームの断面形状が偏向量の増大にと
もなって歪み、画面周辺部のビームスポットが水平方向
を長軸とする楕円状の高輝度部と垂直方向に長い低輝度
部とをもつ形状になり、画面周辺部の解像度をいちじる
しく劣化させるという問題がある。従来より、この画面
周辺部の解像度の劣化を軽減する手段として、電子銃の
プリフォーカスレンズで電子ビームを強く絞る手段、あ
るいはプリフォーカスレンズを非対称レンズとして、電
子銃の主レンズおよび偏向装置の磁界内を通過する電子
ビームの径を小さくする手段があるが、いずれも良好な
結果は得られない。また、他の手段として、ダイナミッ
ク・フォーカス方式により、電子ビームの偏向に同期し
て電子レンズの強度を変化させる手段があるが、この手
段では、偏向装置の磁界内で電子ビームの垂直方向の径
が画面周辺部に偏向するとき大きくなるため、特に電子
ビームの偏向量の大きい領域で大きい偏向収差を受け、
良好な結果が得られない。またこの電子ビームの受ける
偏向収差は、垂直偏向磁界よりも水平偏向磁界の方が大
きいので、高品位テレビのように横長の画面を広偏向角
で走査する場合に問題となり、画面水平方向および画面
対角方向最外部においてビームスポットが悪化し、解像
度が劣化するという問題がある。

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであ
り、たとえば高品位テレビのように横長の画面を広偏向
角で走査する場合でも、画面中央部から画面周辺部の最
外部まで高い解像度を有するカラー受像管装置を構成す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） カソードおよびこのカソードからの電子放出を制御し
て電子ビームを形成する複数個のグリッドおよび上記電
子ビームを集束する主レンズ部を構成する複数個のグリ
ッドからなる電子銃を有し、この電子銃から放出される
電子ビームを偏向装置の形成する偏向磁界により偏向し
て、蛍光体スクリーンを水平、垂直走査させるカラー受
像管装置において、その電子銃の主レンズ部を、電子ビ
ームの偏向量の増大にともなって垂直方向の集束力を強
める第１レンズと、偏向量の増大にともなって垂直方向
に電子ビームを発散させる第２レンズとを有する少なく
とも３個の電子レンズにより構成した。

（作 用） 上記のように、電子ビームを集束する主レンズ部を構
成すると、電子ビームの偏向の有無にかかわらず、蛍光
体スクリーン上に正しく集束することができ、かつ電子
ビームが偏向磁界を通過するとき、偏向量の増大にとも
なってその垂直方向径を減少させることができ、それに
より偏向収差を小さくして、画面周辺部のビームスポッ
ト形状を良好にすることができる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例に基づいて説
明する。

第１図にその一実施例であるカラー受像管装置を示
す。このカラー受像管装置は、パネル（20）およびファ
ンネル（21）からなる外囲器を有し、そのパネル（20）
内側に多数の電子ビーム通過孔の形成されたシャドウマ
スク（図示せず）が装着され、このシャドウマスクに対
向してパネル（20）内面に青、緑、赤に発光する３色蛍
光体層からなる蛍光体スクリーン（６）が形成されてい
る。また、ファンネル（21）のネック（２）内に、同一
水平面上を通るセンタービーム（4G）および一対のサイ
ドビーム（4B），（4R）からなる一列配置の３電子ビー
ムを放出する後述する電子銃（22）が配設されている。
さらに、ファンネル（21）の外側には、上記電子銃（2
2）から放出される電子ビーム（4B），（4G），（4R）
を水平方向に偏向するピンクッション状の水平偏向磁界
および垂直方向に偏向するバレル状の垂直偏向磁界から
なる非斉一磁界を形成して、蛍光体スクリーン（６）を
水平および垂直走査させるための偏向装置（５）が装着
されている。

上記電子銃（22）は、水平方向に一列配置された３個
独立のカソード（Ｋ）、このカソード（Ｋ）から蛍光体
スクリーン（６）方向に順次配置された一体構造の第１
ないし第８クリッド（G1）〜（G8）からなり、それらが
一対の絶縁支持体（図示せず）により一体に固定されて
いる。

上記３個のカソード（Ｋ）には、それぞれヒーター
（Ｈ）が内挿され、このヒーター（Ｈ）の加熱により電
子放出がおこなわれる。第１、第２クリッド（G1），
（G2）は、それぞれ上記一列配置の３個のカソード
（Ｋ）に対応して比較的小さな電子ビーム通過孔の形成
された板状電極からなる。第３ないし第８クリッド（G
3）〜（G8）は、それぞれ筒状の電極からなり、その第
３クリッド（G3）の第２クリッド（G2）側には、第２図
に示すように、上記３個のカソード（Ｋ）に対応して比
較的大きな３個の電子ビーム通過孔（24）が形成されて
いる。また、この第３クリッド（G3）の第４クリッド
（G4）側、第４クリッド（G4）、第５リッド（G5）およ
び第７クリッド（G7）の第６クリッド（G6）側には、第
３図に示すように、３電子ビーム共通の水平方向の径が
垂直方向の径に対して約５倍長い電子ビーム通過孔（2
5）が形成されている。また、第６グリッド（G6）側に
は、第４図に示すように、垂直方向の径が水平方向の径
に対して長い３個の非円形の電子ビーム通過孔（26）が
形成されている。さらに、第７クリッド（G7）の内側に
は、第５図に示すように、３個の非円形の電子ビーム通
過孔（27）の形成された板状の電極（28）が設けられて
いる。

この電子銃（22）の各電極には、つぎの電圧が印加さ
れる。たとえば、カソード（Ｋ）を約150Vのカッオフ電
圧としてこれに映像信号を重畳し、第１クリッド（G1）
を接地電位、第２クリッド（G2）に500V〜1kV、第３ク
リッド（G3）に５〜10kV、第４クリッド（G4）に２〜10
kV、第５クリッド（G5）に５〜10kV、第６クリッド（G
6）に２〜10kV、第７クリッド（G7）に５〜10kV、第８
クリッド（G8）に25〜30kVの陽極電圧が印加される。ま
た、特に第４および第６クリッド（G4），（G6）には、
上記電圧を基準にして、これに第６図に曲線（30）で示
すように電子ビームの偏向に同期して変化するダイナミ
ック電圧ＶDが印加される。

この第８クリッド（G8）の陽極電圧は、ファンネル
（21）の側壁に設けられた陽極端子（図示せず）からフ
ァンネル（21）内面に形成された内面導電膜（31）およ
び第８クリッド（G8）の先端部側面に溶接されて上記内
面導電膜（31）に圧接するバルブスペーサ（32）を介し
て印加されるが、ヒーター（Ｈ）、カソード（Ｋ）およ
び第８グリッド（G8）以外の他のグリッド（G1）〜（G
7）の電圧は、ネック（２）端部を封止するステム部（3
3）を気密に貫通するステムピン（34）を介して印加さ
れる。この場合、上記同電位の電圧が印加されるグリッ
ド、すなわち、第３、第５、第７グリッド（G3），（G
5），（G7）および第４、第６グリッド（G4），（G6）
については、第１図に示すように管内で同電位接続する
とよい。また、上記各電極に印加される電圧は、ネック
（２）内に抵抗体を配置し、この抵抗体により第８グリ
ッド（G8）に印加される陽極電圧を抵抗分割して印加す
るようにしてもよい。

上記電圧の印加により、カソード（Ｋ）および第１、
第２グリッド（G1），（G2）がカソード（Ｋ）からの電
子放出を制御して電子ビーム（4B），（4G），（4R）を
形成する電子ビーム形成部を構成する。また、第２、第
３グリッド（G2），（G3）により上記電子ビーム（4
B），（4G），（4R）を集束するプリフォーカスレンズ
が形成される。また、第３、第４、第５グリッド（G
3），（G4），（G5）によりユニポテンシャルレンズが
構成されるが、このユニポテンシャルレンズは、第３図
に示した電子ビーム通過孔形状から、電子ビーム（4
B），（4G），（4R）を垂直方向には集束するが、水平
方向には集束しないいわゆる平行平板レンズをなす。ま
た、第５、第６、第７グリッド（G5），（G6），（G7）
によりユニポテンシャルレンズが構成されるが、このユ
ニポテンシャルレンズは、第３図および第４図に示した
電子ビーム通過孔形状から、電子ビーム（4B），（4
G），（4R）を垂直方向には発散するが、水平方向には
集束するいわゆる４極子レンズをなす。さらに、第７、
第８グリッド（G7），（G8）により３電子ビームを蛍光
体スクリーン（６）上に集束させるとともに、集中させ
る大口径レンズが構成される。特に一対のサイドビーム
（4B），（4R）の集中については、第７グリッド（G7）
の内側に配置された電極（28）により調整される。

したがって、上記のように電子銃（22）を構成する
と、カソード（Ｋ）から放出される電子は、第１、第２
グリッド（G1），（G2）によりクロスオーバーを形成
し、第２、第３グリッド（G2），（G3）により形成され
るプリフォーカスレンズP1により弱く集束されて電子ビ
ーム（4B），（4G），（4R）となり、第３グリッド（G
3）中に発散しながら入る。この電子ビーム（4B），（4
G），（4R）は、ついで第３、第４、第５グリッド（G
3），（G4），（G5）により形成されるユニポテンシャ
ル形の平行平板レンズ（第１のレンズ）L1、さらに第
５、第６、第７グリッド（G5），（G6），（G7）により
形成されるユニポテンシャル形の４極子レンズ（第２の
レンズ）L2の作用を受け、その後、第７、第８グリッド
（G7），（G8）により形成される大口径レンズ（第３の
レンズ）L3により蛍光体スクリーン（６）上に集束、集
中される。

上記電子銃（22）の集束、集中作用を第７図に等価光
学モデルで示す。偏向装置（５）により電子ビーム（4
B），（4G），（4R）を偏向しない場合は、垂直方向に
は、同（ａ）図に示すように、カソード（Ｋ）から放出
され、第２、第３グリッドの形成するプリフォーカスレ
ンズP1により弱く集束された電子ビーム（4B），（4
G），（4R）は、平行平板レンズL1を構成する第４グリ
ッド（G4）および４極子レンズL2を構成する第６グリッ
ド（G6）に印加するダイナミック電圧ＶD（第６図参
照）によりこれら平行平板レンズL1および４極子レンズ
L2の強度が弱められるため、第３グリッド（G3）に入る
ときの軌道とあまり変わらない軌道で大口径レンズL3に
入射し、この大口径レンズL3により蛍光体スクリーン
（６）上に集束され、かつ一対のサイドビーム（4B），
（4R）は集中作用を受け、良好なビームスポットが得ら
れる。

これに対し、偏向装置（５）により電子ビーム（4
B），（4G），（4R）が偏向される場合は、垂直方向に
は、同（ｂ）図に示すように、その偏向量に応じて平行
平板レンズL1を構成する第４グリッド（G4）および４極
子レンズL2を構成する第６グリッド（G6）に印加するダ
イナミック電圧ＶDにより平行平板レンズL1および４極
子レンズL2の強度が強められ、プリフォーカスレンズP1
により弱く集束されて第３グリッド（G3）に入る電子ビ
ーム（4B），（4G），（4R）は、上記平行平板レンズL1
により一旦集束されたのち、４極子レンズL2により発散
して大口径レンズL3に入射する。そのため、この大口径
レンズL3による仮想物点位置が蛍光体スクリーン（６）
側に移動するとともに、比較的集中力の弱いレンズ中央
部のみにより集束することになり、上記電子ビーム（4
B），（4G），（4R）を偏向しない場合よりもアンダー
フォーカスとなる。しかし、実際には偏向装置（５）に
よりオーバーフォーカス方向の力を受けるため、蛍光体
スクリーン（６）上では、最適に集束され、良好なビー
ムスポットが得られる。さらに、この偏向される場合
は、偏向されない場合よりも偏向磁界内における電子ビ
ーム（4B），（4G），（4R）の垂直方向の径が小さくな
るため、偏向量の増大しても電子ビーム（4B），（4
G），（4R）の受ける偏向収差が小さくなる。したがっ
て、かなり大きな偏向角で偏向する場合でも、蛍光体ス
クリーン（６）上に最適に集束され、良好なビームスポ
ットが得られる。

一方、水平方向については、電子ビーム（4B），（4
G），（4R）を偏向しない場合は、同（ｃ）図に示すよ
うに、プリフォーカスレンズP1により弱く集束されて第
３グリッド（G3）に入る電子ビーム（4B），（4G），
（4R）は、平行平板レンズL1を構成する第４グリッドお
よび４極子レンズL2を構成する第６グリッドに印加する
ダイナミック電圧ＶBによりそれら平行平板レンズL1お
よび４極子レンズL2の強度が大幅に弱められ、それによ
り、第３グリッド（G3）に入るときの軌道とほぼ同じ軌
道で大口径レンズL3に入射する。

また、電子ビーム（4B），（4G），（4R）を偏向する
場合は、同（ｄ）図に示すように、平行平板レンズL1を
構成する第４グリッドおよび４極子レンズL2を構成する
第６グリッドに印加するダイナミック電圧ＶBにより平
行平板レンズL1の強度が弱められ、一方、４極子レンズ
L2の強度が若干強められ、それにより、プリフォーカス
レンズP1により弱く集束されて第３グリッド（G3）に入
る電子ビーム（4B），（4G），（4R）は、平行平板レン
ズL1の作用をほとんど受けることなく４極子レンズL2に
入射し、この４極子レンズL2により集束されて大口径レ
ンズL3に入射する。この場合、電子ビーム（4B），（4
G），（4R）は、大口径レンズL3の比較的集束力の弱い
レンズ中心部付近で集束され、大口径レンズL3における
仮想物点が電子ビーム（4B），（4G），（4R）を偏向し
ない場合よりもカソード（Ｋ）側に移動するため、結果
として、偏向しない場合よりも若干オーバーフォーカス
となる。しかし、電子ビーム（4B），（4G），（4R）
は、偏向磁界により多少アンダーフォーカス方向の力を
受けるため、蛍光体スクリーン（６）上では、最適集束
からややオーバーフォーカス気味の良好なビームスポッ
トが得られる。

したがって、上記のように電子銃（22）を構成する
と、３電子ビーム（4B），（4G），（4R）をかなり大き
な偏向角で偏向する場合でも、良好なビームスポットが
得られ、画面全域を最適なフォーカス状態とすることが
できる。

なお、上記実施例では、第４グリッドおよび第６グリ
ッドに電子ビームの偏向に同期した電圧を各別に印加し
たが、これら第４および第６グリッドは、同電位でも使
用可能であるため、ダイナミック電圧の印加を１端子で
おこなうことができる。

また、第４および第６グリッドに与えるダイナミック
電圧の波形は、第５、第６、第７グリッドにより構成さ
れる４極子レンズの極性が逆になる構成とし、第８図に
曲線（31）で示すように、偏向量の増大にしたがって上
昇するパラボラ波形としてもよい。

［発明の効果］ 電子ビームを集束する電子銃の主レンズ部を、電子ビ
ームの偏向量の増大にともなって垂直方向の集束力を強
める第１レンズと、偏向量の増大にともなって垂直方向
に電子ビームを発散させる第２レンズとを有する少なく
とも３個の電子レンズにより構成すると、電子ビームの
偏向の有無にかかわらず、蛍光体スクリーン上に正しく
集束することができ、かつ電子ビームが偏向磁界を通過
するとき、偏向量の増大にともなってその垂直方向径を
減少させることができ、それによりかなり大きな偏向角
で偏向する場合でも、偏向収差を小さくして、画面周辺
部のビームスポット形状を良好にすることができ、画像
性能の良好なカラー受像管装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図はこの発明の実施例の説明図で、第
１図はその一実施例であるカラー受像管装置の要部構成
を示す断面図、第２図はその電子銃の第３グリッドの第
２グリッド側の電子ビーム通過孔の形状を示す図、第３
図は同じく第３グリッドの第４グリッド側、第４グリッ
ド、第５グリッドおよび第７グリッドの第６グリッド側
の電子ビーム通過孔の形状を示す図、第４図は同じく第
６グリッドの電子ビーム通過孔の形状を示す図、第５図
は同じく第７グリッドの内側に設けられる電極の電子ビ
ーム通過孔の形状を示す図、第６図は第４および第６グ
リッドに印加するダイナミック電圧の波形図、第７図
（ａ）ないし（ｄ）はそれぞれ上記電子銃の作用を説明
するための等価光学モデル図、第８図は第４および第６
グリッドに印加する異なるダイナミック電圧の波形図、
第９図は従来のカラー受像管装置の構成を示す図、第10
図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来のカラー受像管装
置の偏向磁界がビームスポットに与える影響を説明する
ための図、第11図は画面上のビームスポットの歪みを示
す図、第12図（ａ）および（ｂ）はそれぞれアスペクト
比が4:3および16:9の蛍光体スクリーン上におけるダイ
ナミック・フォーカス効果の小さくなる領域を示す図で
ある。 4B,4R……一対のサイドビーム 4G……センタービーム、５……偏向装置 ６……蛍光体スクリーン 22……電子銃 24,25,26,27……電子ビーム通過孔 28……電極、G1……第１グリッド G2……第２グリッド、G3……第３グリッド G4……第４グリッド、G5……第５グリッド G6……第６グリッド、G7……第７グリッド G8……第８グリッド、Ｋ……カソード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下河辺 慈郎 埼玉県深谷市幡羅町１―９―２ 株式会 社東芝深谷ブラウン管工場内 (56)参考文献 特開 昭61−42841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−31333（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−102836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−67847（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 29/00 - 29/98

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カソードおよびこのカソードからの電子放
   出を制御して電子ビームを形成する複数個のグリッドお
   よび上記電子ビームを集束する主レンズ部を構成する複
   数個のグリッドからなる電子銃を有し、この電子銃から
   放出される電子ビームを偏向装置の形成する偏向磁界に
   より偏向して、蛍光体スクリーンを水平、垂直走査させ
   るカラー受像管装置において、 上記電子銃の主レンズ部は電子ビームの偏向量の増大に
   ともなって垂直方向の集束力を強める第１レンズと、上
   記偏向量の増大にともなって垂直方向に電子ビームを発
   散させる第２レンズとを含む少なくとも３個の電子レン
   ズにより構成されていることを特徴とするカラー受像管
   装置。