TWI281182B - Electron gun of cathode ray tube with successively narrowing beam grids - Google Patents

Description

1281182 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域： 本發明係關於一種陰極射線管之電子搶，尤指一種逐 漸縮小電子束極孔尺寸之陰極射線管之電子搶，以有效減 低電子束中之球面像差（spherlcal Aberratlon)現象，並 進一步改善影像解析度（Video image res〇iution)之構 造。 先前技術：

按，傳統上使用於單色或彩色陰極射線管（CRT)中之 電子搶，其帶能量之電子、（electron)係由一陰極 (cathode)發射出，並射向該電子搶之電子束形成區（Beam Forming Region)，該電子束形成區係由—G1控制極 (control grid)、一G2 屏極（screen grid)及一G3 焦聚柵

極上面向該G 2屏極之一部份等所組成，俾該陰極射線管中 陰極（cathode)所產生之帶能量電子，可直接射向並穿過 该等柵極上所開設成直線排列之極孔，以於該電子形成區 内’形成具有較小且呈圓形斷面之電子束，俟該電子束通 過3笔子形成區後’將被射向一電子會聚透鏡（丨〇 c u s lens) ’該電子透鏡（f〇cus iens)可區分成一預會聚透鏡 (pre-f0CUS iens)及一主會聚透鏡（malI1 f〇cus lens)， 以令該等電子束分別被會聚至陰極射線管之顯示屏幕之螢 光層上’形成一極小之會聚點，如此，當該等電子束係以 南速掃描至陰極射線管之整個屏幕上時，該顯示屏幕上即 產生欲播放之視訊影像。

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般言，該等柵極上之電子束極孔之尺寸均非常小， 五、發明說明（2) 以 G1 控制極（control grid)及 G2 屏極（screen grid)為 例，其上極孔之直徑，一般僅約〇 · 3公釐至〇 · 8公釐，而G 3 焦聚栅極上面向該G2屏極之部份所開設之電子束極孔則較 大’其直經一般約在1公釐至2公釐間，至於，G3焦聚柵極 上其餘部份及G4等後續柵極上所開設之電子束極孔，其直 徑則更大，以彩色陰極射線管中之電子槍為例，該等後續 栅極上所開設之電子束極孔直徑，一般約在4· 5公釐至7· 5 公釐間。由以上所述可知，在彩色陰極射線管之電子槍 中’位於主會聚透鏡形成區（main f〇cus iens regi〇n)内 之柵極上所開設之電子束極孔，基於設計電子搶上共同透 鏡（common lens)時之考量，愈靠近顯示屏幕者，其直徑 ,¾大在單色陰極射線管之電子搶中，主會聚透鏡形成區 (main focus lens region)内栅極上所開設之電子束極孔 直徑愈大，則可能更大。 曰此外，當電子束通過該電子形成區後，將因其中帶能 量電子之徑向速度，及各電子間相互衝擊所產生之空間電 場，而令電子束之直徑沿著射向顯示屏幕之方向，逐漸變 傳統上’一電子搶之各柵極上所開設之電子束極孔大 小，均具有相同之孔徑，該等孔徑相同之原因，係可供一 心軸（mandrel)貫穿其中，俾在組裝該等柵極時，令該等 柵極能被準確定位在同一直線上。 因此，當電子束通過該電子形成區，且其直徑沿著射

1281182 五、發明說明（3) ' '~~ 向顯示屏幕之方向逐漸擴大時，該電子形成區中每一柵極 所產生之會聚效應（focusing effect)，將因其位置而有 所不同，其中愈接近顯示屏幕之柵極，將因電子束之直徑 逐漸變大，而對電子束產生較強之會聚效應。反之，愈^ 離顯示屏幕之柵極，將因電子束之直徑較小，僅對電子束 產生較弱之會聚效應，此一較弱之會聚效應，將令經偏掃 軛（deflection y〇ke)偏折後之電子束在其聚焦點 (deflected beam spot)尺寸上發生像散現象 (ast，lgmatlSm)，而電子束落點或投射距離（electromc beam’s landing 〇r throw distance)之增加，亦將導致 失焦現象（o't-of-focus)，針對該等像散現象及失焦現 象，了般均係透過對遠離顯示屏幕之該等柵極，施加較大 之動態會聚電壓（dynamic f0cus v〇Hage)，以對該等現 :進行修正’ $則，即必需大幅改變整個電子搶之設計條 發明内容： 有鑑於前述傳統陰極射線管之電子搶 ^，經偏縣偏折後，易在其聚焦點尺寸上 = 象，且將因電子束落點或投射距離增加，^生像政見 等缺點，*明人乃研究發明出—種逐漸縮小•致失焦現象 寸之陰極射線管之電子槍，期藉由所設計之=子束極孔尺 需施加較大動態會聚電壓之情形下，可有、兒子槍可在無 陰極射線管之顯示屏幕上發生像散及失焦^戏少電子束在 '、年1見象。

第7頁 1281182 五、發明說明（4) 本發明之一目的， 尺寸之陰極射線管之電 子束形成區（Beam Form (electrostatic lens) .量之電子；該電子束形 且與該陰極排列在同一 並將該等帶能量電子轉 複數個間隔排列之第一 一個以上呈直 該等第 幕之行 該電子 個間隔 以上呈 顯示屏 子束在 增加該 善顯示 一極孔 經路徑 束形成 排列之 直線排 幕至該 穿過該 電子透 屏幕上 線排列之 後，電子 中，增加 區與該顯 第二組充 列之第二 電子束形 等第二極 鏡區對電 之影像品 係在提供_種逐漸 子槍，嗜雷；私a 屯子束極孔 二:V“、子搶包含-陰極、-電 lnf .Regl0n)及—電子透鏡 /’其中該陰極係用以產生帶能 t:係设於顯示屏幕與該陰極間， 直線位置，以接收帶能量之電子， 變成電子束，子束形成區包括 ，充電栅極，每—柵極上至少設有 第一極孔，俾該等帶能量電子穿過 束可在該電子束形成區及該顯示屏 其斷面形狀’該電子透鏡區係設於 不屏幕間，該電子透鏡區包括複數 黾柵極，母一柵極上至少設有一個 極，，該等第二極孔之尺寸係沿該 成區之方向，逐漸縮小，俾該等電 孔後，可聚焦在該顯示屏幕上，以 子束聚焦效果之靈敏度，並有效改 質。 實施方式： 參閱第1圖所示，乃本發明之陰極射線管電子槍丨〇之 縱剖面示意圖，該電子槍1 〇係一種四極型 (quadrupole-type)電子搶，該電子搶1〇包括一陰極κ 產生可忐夏之電子’並令其射向一G1控制極（c〇ntr〇1 _____

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_grid)12及一 G2屏極（screen grid)14，且貫穿其上呈直線 對應排列之極孔。若該電子搶1 〇係一可產生多組電^束^ 電子槍（multi-beam electron gun)，則該電子搶1〇上將 包括另二個額外之陰極（為簡化圖面起見，該二額外之陰 -極並未揭露於第1圖中），該等陰極係呈水平線形排列，以 產生三組帶能量之電子，並令該等電子分別射向且貫穿Gi ‘控制極（control grid)12 及 G2 屏極（screen grid)14 上所 设之對應極孔。 在本發明中，該電子搶10之電子束形成區（bfr)36& 含該G1控制極12、該G2屏極14及一G3柵極16上面向該G2屏 極14之一部份，該電子搶10上另包括一動態聚焦透鏡 (dynamic focus lens)37，該動態聚焦透鏡37包含該㈡柵 極16之另一部份、一G4柵極18及一G5柵極2〇上面向該以柵 極1 8之一部份。以一使用於彩色陰極射線管中可產生三組 電子束之電子槍1 〇為例，該電子搶丨〇 3賴化起見，第！圖中僅顯示一組電子束，：其中U 線所不），係透過其上所設之主聚焦透鏡（main f〇cus 1 e n s ) 3 8，會聚至陰極射線管之一顯示屏幕3 〇上，該主聚 $透鏡38包含該G5栅極2〇之另一部份及一⑶柵極22。一般 呂:該G1控制極12係保持在零電位，該G2屏極“及^柵極 18係分別連接至同一電壓^之電壓源“，其電壓^係維持 在4 0 0〜75 0伏範圍間，該㈡柵極16及G5柵極20則分別連接 至同一聚焦電壓VF之電壓源28，至於該G6柵極22則係連接 至一加速電壓，或陽極（為簡化圖面起見，該陽極並未顯

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五、發明說明（6) 示於第1圖中）。 復參閱第1圖所示，該彩色陰極射線管之電子搶丨〇之 三個陰極K所產生之帶能量電子’在穿過該電子束形成區 3 6後，形成三組電子束34，各該電子束34將因電子束之電 場效應（beam’s space-charge effect)及該等電子之徑向 速度（其方向垂直於該電子搶10之縱向軸2 — 2，）之作用，在 依序穿過該動態聚焦透鏡37及主聚焦透鏡38，並撞擊至該 顯示屏幕3 0之期間内，將沿其徑向逐漸擴大，此一現象， 令該電子束3 4之斷面積’沿其投射方向，逐漸增加。 在本發明中’為增加該電子搶10對電子束34聚焦效果 之靈敏度（focus, sensitivity)，可將該動態聚焦透鏡37 上令電子束通過之各該極孔之孔徑，朝該陰極K方向逐漸 減小。如此，當該G 3柵極1 6之另一部份之極孔丨6 a孔徑為 dl時，該G4栅極18之極孔18a孔徑將為d2，該G5柵極20上 面向該G 4栅極1 8之一部份之極孔2 〇 a孔徑將為d 3，且d 3 > d 2 > d 1，以配合電子束朝該陰極κ方向逐漸減小直徑之現 象，達到增加該電子搶1 0對電子束34聚焦效果之靈敏度 (focus sensitivity)，並校正電子束之像散現象 (astigmatism)，令其維持在最小球面像散（ minimum spherical aberrat i on) 〇 在製作本發明之電子搶1 0時，復參閱第1圖所示，係 利用一心軸3 2 (如第1圖虛線所示）貫穿該g 1、G 2、G 3、 G 4、G 5及G 6等栅極上排列在同一直線上之該等極孔，該心 軸3 2係一呈階梯狀漸縮之軸體，每一階段之軸體直徑，恰

第10頁 1281182 五、發明說明（7) 可分別令各该拇極夕托了丨山士 u 定位於兮心轴32 〇肷套其上，俾該等柵極被間隔地 ，俟組裝完成後，再將該心軸3 2抽出， 即形成本發明之電子搶。 二閱第2圖所不’乃本發明之-較佳實施例中陰極射 7:官電子槍40之縱剖面示意圖，該電子搶40係一種雙電位 (bi-P〇tential)電子搶，該電子槍4〇包括一陰極κ ,以產 生▼能量之電子，射向—G1控制極（c〇ntr〇1 grid)42及一 —G2屏極（screen grid)44 ’且貫穿其上呈直線對應排列之 極孔，嗣所形成之電子束（為簡化起見，第2圖中僅顯示一 組电子束，如其中之虛線所示），將依序穿過一 G 3丄栅極 46、一 G32栅極48、一 G33栅極50及一 G4柵極52上呈直線對 應排列之極孔。若該電子搶4〇係一可產生多組電子束之電 子搶，則該電子搶1 〇上將包括另二個額外之陰極（為簡化 圖面起見，該二額外之陰極並未揭露於第2圖中），該等陰 極係呈水平線形排列，以產生三組帶能量之電子，並令該 等電子分別射向且貫穿各該栅極上所設之對應極孔。 在該較佳實施例中，該電子槍之電子束形成區（β F R ) 6 4包含該G 1控制極4 2、該G 2屏極4 4及該G 3 1柵極4 6上面向 該G2屏極44之一部份，該電子槍40尚包括一動態聚焦透鏡 (dynamic focus lens)66及一主聚焦透鏡（main focus lens) 68，其中該動態聚焦透鏡66包含該G31柵極46之另一 部份、一G32柵極48及一 G33柵極50上面向該G32柵極48之 一部份，該主聚焦透鏡68則包含該G33栅極50之另一部份 及一 G4柵極52，其中該G4柵極52係連接至一聚焦電壓Eb之

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電壓源62，該電壓源62係提供令電子束聚焦之電壓，該 G31柵極4 6及G33柵極5 0係分別連接至相同之一動態電壓 (dynamic v〇ltage)Vd之電壓源58，該G32柵極48則係連接 至一固定電壓（fixed voltage)Vs之電壓源60，當供應至 该G 3 2柵極4 8之該固定電壓V s，與供應至該G 3 1柵極4 6及 G33栅極50之動態電壓Vd (隨時間改變）結合後，可產生第 一及第二動態四極（dynamic quadrup〇les)54及56(參閱第 2圖中虛線所示）。該第一及第二動態四極（dynamic quadrupoles)54及56將分別形成一隨時間變化（t ime var i ab 1 e )之透鏡，俾用以補償偏掃輛所造成之像散影響 (astigmatism effect)，其中該第一動態四極54係形成於 該G32柵極48之另一部份及G33柵極50上面向該G32柵極48 之一部份，該第二動態四極56係形成於該G31柵極46之另 一部份及G 3 2柵極4 8上面向該G 3 1柵極4 6之一部份。 復參閱第2圖所示，由於該彩色陰極射線管之電子搶 40之陰極K所產生之帶能量電子，在穿過該電子束形成區 6 4後，將形成電子束6 5，並令該電子束6 5依序穿過該動態 聚焦透鏡66及主聚焦透鏡68，撞擊至該顯示屏幕，在此一 過程中，電子束6 5將沿其徑向逐漸擴大。因此，在本發明 中，為增加該電子搶40對電子束65聚焦效果之靈敏度 (focus sensitivity)，可令該動態聚焦透鏡66上令電子 束通過之各該極孔之孔徑，朝該陰極K方向逐漸減小，即 當該G31栅極46上另一部份之極孔4 6a孔徑為dl時，該G32 柵極48上面向該G31柵極46之一部份上之極孔48a孔徑將為

第12頁 1281182 五、發明說明（9) d 2，該G 3 2柵極4 8上另一部份之極孔4 8 b孔徑將為d 3，該 G 3 3柵極5 0上面向該G 3 2柵極4 8之一部份上之極孔5 0 a孔徑 將為d4，且令該動態聚焦透鏡6 6内各柵極上所設之極孔直 徑大小，參閱第2a〜2d圖所示，依序為d4>d3>d2>dl ，以配 合電子束6 5朝該陰極K方向逐漸減小直徑之現象，對電子 束之像散現象（as tigmat ism) 進行校正，令其維持在最小 球面像散（minimum spherical aberration)。 參閱第3圖所示，乃本發明之另一較佳實施例中陰極 射線管電子搶7 0之縱剖面示意圖，該電子槍7 〇亦係一種雙 電位電子搶、，該電子搶70包括一陰極K，以產生帶能量之 電子’並令其射向一G1控制極（contr〇i grid)72及一G2屏 極（s c r e e π g r i d ) 7 4 ’且貫穿其上呈直線對應排列之極 孔’形成電子束6 5 (為簡化起見，第3圖中僅顯示一組電子 束，如其中之虛線所示），並令該電子束65依序穿過一631 柵極76、一 G32柵極78、一 G33柵極80、一 G34柵極82及一 G4栅極84上壬直線對應排列之極孔。若該電子搶7〇係一可 產生多組電子束之電子搶，則該電子搶7〇上將包括另二個 額匕卜之陰@ (為簡化圖面起見，該二額外之陰極並未揭露 =3圖+中）’料陰極係呈水平線形排列，以產生三組帶 設之對應極孔。寻-子刀別射向且貫穿各該柵極上所 (BFR)在SI 々二1:例中’該電子搶之電子束形成區 ^^G3H,#76 1 1刀°亥電子搶70尚包括一動態聚

第13頁 1281182 五、發明說明（10) 焦透鏡（dynamic focus lens)77及一主聚焦透鏡（main focus lens)79，其中該動態聚焦透鏡77包含該G31柵極76 之另一部份、一〇32柵極78、該633柵極80及該034柵極82 上面向該G33柵極80之一部份，該主聚焦透鏡79則包含該 G34柵極82之另一部份及該G4柵極84，其中該G32栅極78及 G 3 4拇極8 2係分別連接至相同之一動態電壓（^ y n a m丄c v〇ltage)Vd之電壓源90，該動態電壓Vd係隨電子束掃描顯 示屏幕之時間而改變，該G31栅極76及〇33柵極8〇則係連接 至一固定電壓（fixed v〇ltage)Vs之電壓源92，該G4柵極 84則係連接至一陽極電壓（an〇de v〇ltage)Eb之電壓源 9 4，以提供電子束聚焦及加速至該顯示屏幕所需之電壓。 當供應至該G32栅極78及G34柵極82之動態電壓Vd，與供應 至該G31柵極76及G33柵極80之固定電壓（fixed v〇ltage)Vs結合後’將在其動態聚焦透鏡（dynamic f〇cus lens)77中產生第一、第二、第三動態四極（dynamic quadrup〇les)86、87及88(參閱第3圖中虛線所示），其中 該第一動態四極8 6係形成於G 3 3栅極8 0之另一部份及該G 3 4 栅極82上面向該G3 3柵極80之一部份，該第二動態四極87 係形成於該G 3 2柵極7 8之另一部份及G 3 3栅極8 0上面向該 G32柵極78之一部份，該第三動態四極88係形成於該G31柵 極76之另一部份及該G32柵極78上面向該G31柵極76之一 口P伤。5亥弟一、弟^一及弟二動態四極（dynamic quadrupoles) 86、87及88所形成之可隨時間變化之動態 聚焦透鏡7 7 ’主要係用以補償偏掃|厄所造成之像散影響

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• (astigmatism effect) o

復蒼閱第3圖所示，該彩色陰極射線管之電子搶m之 陰極K所產生之帶能量電子，在穿過該電子束形成區乃 後將升y成弘子束6 5，该等電子束6 5在依序穿過該動態聚 _焦透鏡77及主聚焦透鏡79後，將撞擊至該顯示屏幕，由於 在此過程中，該等電子束65將沿徑向逐漸擴大。本發明為 •增加該電子搶70對電子束65聚焦效果之靈敏度（f〇cuXs sensitivity)，可令該動態聚焦透鏡77上令電子束通過之 各5亥極孔之孔徑’朝該陰極κ方向逐漸減小，即當該Q 3 1栅 極76上另一部份之極孔76a孔徑為dl時，該G3 2柵極78上面 向該G 3 1栅極7 6之一部份上之極孔7 8 a孔徑將為d 2，該G 3 2 柵極78上另一部份之極孔78b孔徑將為d3，該G33柵極80上 面向該G 3 2栅極7 8之一部份上之極孔8 〇 a孔徑將為d 4，該 G 3 3栅極8 0上另一部份之極孔8 〇 b孔徑將為d 5，且該動態聚 焦透鏡77内各柵極上所設之極孔直徑大小，參閱第3a〜3f 圖所示，依序為d6>d5>d4>d3>d2>dl，以配合電子束65朝 該陰極K方向逐漸減小直徑之現象，校正其像散現象 (astigmatism) °

以上所述，僅係本發明之較佳實施例，惟，本發明所 主張之權利範圍，並不局限於此，按凡熟悉該項技藝人 士，依據本發明所揭露之技術内容，可輕易思及之等效變 化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

第15頁 1281182 圖式簡單說明 •圖式簡單說明： 第1圖乃本發明之一種逐漸縮小電子束極孔尺寸之陰 極射線管之電子搶之縱剖面示意圖； 第2圖乃本發明之一較佳實施例中電子搶之縱剖面示 _意圖； 第2a〜2d圖乃在第2圖所示本發明之較佳實施例中，分 別沿2&-23、213-21)、2(：-2(：及24-2(1剖面線，所呈現之該電 子槍之橫剖面示意圖； 第3圖乃本發明之另一較佳實施例中電子搶之縱剖面 不意圖， 第3 a〜3 f圖乃在第3圖所示本發明之較佳實施例中，分 別沿3a-3a、3b-3b、3c-3c、3d-3d、3e-3e 及3f-3f 橫剖面 線，所呈現之該電子槍之橫剖面示意圖。 主要部份之代表符號： 電子搶...............· 1 0、4 0、7 0 G1 控制極...............· 1 2、4 2、7 2 G2 屏極...............14、44、74 G 3撕極...............16 G31 栅極...............46、76 G32 撕極...............48、78 G33才冊極...............50、80 G 3 4樹極...............8 2

第16頁 1281182 圖式簡單說明 ' G4 拇極................18 λ 84 λ 5 2 G 5拇極 ................2 Ο G 6拇極................2 2 電子束形成區................36、64、75

_ 陰極 ...............K 動態聚焦透鏡................3 7、6 6、7 7 . 主聚焦透鏡...............38^68^ 79 顯示屏幕...............30 電子束...............· 34、65 電壓源...............26、2 8、6 2、5 8、6 0、9 0、9 2、9 4 極孔...............16a、18a、20a、46a、48a、48b、 50a 、76a 、78a 、78b 、80a 、80b 心車由...............3 2 第一動態四極...............5 4、8 6 第二動態四極...............5 6、8 7 第三動態四極…、............8 8

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Claims (1)

1281182 六、申請專" -- 1 N ία 一種逐漸縮小電子束極孔尺寸之陰極射線管之電 子’該電子搶包括： ^極’該陰極係用以產生帶能量之電子； 其之—，子束形成區，該電子束形成區係設於該陰極射線 -吕之絲員不屏幕與該陰極間，且與該陰極排列在同一直線 •位置’以接收帶能量之電子，並將該等帶能量電子轉變成 $子束’該電子束形成區包括複數個間隔排列之第一組充 包柵極，每一柵極上至少設有一個以上呈直線排列之第一 極孔丄俾該等帶能量電子穿過該等第一極孔後，電子束可 在/笔子束形成區及該顯示屏幕之行經路徑中， 苴 面形狀； 《 啤 二一電子透鏡區，該電子透鏡區係設於該電子束形成區 與該顯示屏幕間，該電子透鏡區包括複數個間隔排列之第 二，充電柵極，每一栅極上至少設有一個以上呈直線排列 之第一極孔，該等第二極孔之尺寸係沿該顯示屏幕至該電 =束形成區之方向，逐漸縮小，俾該等電子束在穿過^ = 第二極孔後，可聚焦在該顯示屏幕上。 、 2、 如申請專利範圍第丨項所述之電子搶，其中該帝 搶上尚包括二陰極，該等陰極係呈水平線形排列，以產 三組帶能量之電子，並令該等電子分別射向且貫穿該μ ^ 電栅極上所設之對應極孔。 ~寺充 3、 如申請專利範圍第1項所述之電子搶，其中兮兩 束形成區包含一 G1控制極、一 G 2屏極及一 g 3柵極上面:， G 2屏極之一部份。 。亥

第18頁 1281182 六、申請專利範圍 4、 如申請專利範圍第3項所述之電子搶，其中該電子 透鏡區包含該G3柵極之另一部份及複數個介於該G3柵極及 5亥顯示屏幕間且呈直線排列相互間隔之柵極。 5、 如申請專利範圍第2項所述之電子槍，其中該電子 透鏡，包含至少一個以上之動態四極透鏡，以校正電子束 在該顯示屏幕上之像散現象。 如申請專利範圍第5項所述之電子搶，其中各該動 態四極透鏡包括至少二個以上之克電柵極。 如申睛專利範圍第2項戶斤达之電子槍，其中該電子 透鏡區包含至少一個以上之動態二極透鏡，以校正電子束 在°亥顯不屏幕上之像散現象。 &一 8、、如申請專利範圍第7項所述之電子槍，其中各該動 ^ 極透鏡包括至少二個以上之克電拇極。