專利名稱：制造減小會聚漂移的彩色顯像管電子槍的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有多電子束電子槍的彩色顯象管，更準確地說，涉及這種在顯象管升溫期間具有較小電子束會聚漂移的電子槍的改進方法。
目前在彩色顯象管中使用的最普通的多電子束電子槍是一字排列式電子槍。一字排列式電子槍是設計用來在一公共平面上產生或最好是激發(fā)三束電子束，并將這些電子束沿該平面內會聚路徑導引至顯象管熒光屏上某一會聚點或某一小會聚區(qū)。
大多數一字排列式電子槍通過使外部電子束的聚焦場輕度失真來獲得未偏轉電子束的靜態(tài)會聚，以使外部電子束偏轉至中央電子束，從而實現熒光屏上電子束的會聚。使聚焦場失真的一種措施是將聚焦電極上一個孔徑偏離其對面聚焦電極上的有關孔徑。通過將主透鏡中遍及電子槍和電子束位置的孔徑偏移作特定組合，在顯象管熒光屏上形成一給定靜態(tài)會聚。在具有管內靜態(tài)會聚的彩色顯象管中所遇到的一個問題是顯象管升溫期間的會聚漂移。由于遍及電子槍的所有電極的水平孔徑位置的相對變化，使得主透鏡中電子束位置發(fā)生變化，從而導致會聚漂移。有關孔徑移動是由于從陰極至主透鏡的溫度梯度使不同柵極有不同熱膨脹而引起的。以前，一直是通過修整每個電極的膨脹系數使之與溫度梯度相符并使遍及電子槍的所有孔徑的有關水平位置保持恒定而加以解決該會聚漂移問題。這種經改良的電子槍公開在1986年12月23日頒布給Reule等人的美國專利第4，631，422中。
但是，本發(fā)明人已確認在電子槍中簡單地使電極的膨脹系數與溫度梯度相符未必總是使會聚漂移產生要求的縮減。
本發(fā)明提出一種制造彩色顯象管電子槍的改進方法，該方法包括選擇及組合多個陰極和多個與各陰極縱向間隔開的電極。這種改進方法至少包括三個附加步驟。第一，確定在電子槍升溫期間由每一電極受熱膨脹所引起的顯象管熒光屏上電子束失會聚的量和方向。第一組電極導致電子束在第一個方向失會聚，第二組電極導致電子束在第二個方向會會聚。第二，綜合各個電極在顯象管升溫期間對電子束失會聚的影響，整個電子槍的基本熱膨脹效應是在第一個方向的失會聚。第三，第一組電極中至少有一個電極是以一種熱膨脹系數低于第一步驟中為確定每一電極熱膨脹效應所引起失會聚各電極所使用材料的熱膨脹系數的材料制成。
對電子槍結構進行更詳細的分析可用以獲得在會聚漂移上更大的縮減。
附圖中

圖1是實施本發(fā)明的蔭罩板彩色顯象管的部分軸向截取平面圖。
圖2是圖1中虛線所示電子槍的側面圖。
圖3是圖2所示電子槍簡化形式軸向截面圖。
圖4是表示標準的圖2所示類型未經修改的電子槍的會聚漂移與時間的關系曲線圖。
圖5是顯象管升溫期間電極溫度與時間的關系曲線圖。
圖6是圖2所示電子槍的每個電極的電子束運動對時間的關系曲線圖。
圖7是類似于圖6的曲線圖，該圖中在顯象管升溫時間周期終止使曲線歸一化為會聚。
圖8是類似于圖7的曲線圖，表示兩外電子束(紅色和藍色)之間的會聚漂移。
圖9是表示所有電子槍電極的外電子束(紅色和藍色)之間的組合會聚漂移的圖形。
圖10是對應一個標準的未經修改電子槍、一個具有低膨G2電極的電子槍，一個具有低膨脹G4電極的電子槍和一個具有組合低膨脹G2和G4電極的電子槍中的外電子束之間組合會聚漂移的曲線圖。
圖11a、11b和11c是具有低膨脹G2電極的三個不同顯象管的會聚漂移曲線圖。
圖12a，12b和12c是具有低膨脹G4電極的三個不同顯象管的會聚漂移曲線圖。
圖13a，13b和13c是具有組合低膨脹G2和G4電極的三個不同顯象管的會聚漂移曲線圖。
圖14是用于比較具有標準未修改電子槍、帶低膨脹G2電極的電子槍、帶低膨脹G4電極的電子槍以及帶組合低膨脹G2和G4電極電子槍的顯象管的外部至外部電子束會聚漂移的合成曲線圖。
圖1是其玻殼包括矩形面板或面罩12以及由矩形玻錐16連接的管頸14的矩形彩色顯象管10的平面圖。面板包括觀看面板18和與玻錐16封接的外圍邊緣或側壁20。面板18的內表面裝載三色熒光屏22。該熒光屏最好是線條網屏，其延伸的熒光線條基本上垂直于顯象管的高頻光柵行掃描(與圖1的平面垂直)。多孔徑彩色選擇電極或蔭罩板24可移動地安裝在相對于熒光屏22預定的間隔。圖1中示意性地以虛線表示的一種改進的一字排列式電子槍26安裝在管頸14內中央位置，以產生和導引三束電子束28沿共面會聚路徑穿過蔭罩板24到達熒光屏22。
圖1的顯象管設計與一外部磁偏轉線圈(例如所示環(huán)繞在管頸14和玻錐16的接點附近的自會聚偏轉線圈30)一起使用。當激發(fā)時，偏轉線圈30使三電子束28在熒光屏22上的矩形光柵中承受導致電子束分別進行垂直和水平掃描的垂直和水平磁通量。偏轉的初始平面(在零偏轉處)在圖1轉線圈30的中間以直線P-P表示。由于條紋光場，顯象管的偏轉區(qū)域軸向延伸，從偏轉線圈30進入電子槍26的區(qū)域。為簡化起見，在偏轉區(qū)域中偏轉電子束路徑的實際曲線未在圖1中表示。
圖2和圖3中示出電子槍26的細節(jié)。該電子槍包括兩個玻璃支撐棒32，其上安裝有各種電極。這些電極包括三個等間隔的共面陰極34(每電子束一個)，一個G1柵極36，一個G2柵極38，一個G3電極40，一個G4電極42，一個G5電極44，和一個G6電極46，沿著玻璃棒32以標號順序相隔。跟隨陰極的每個電極其中具有三個一字排列式孔徑，以便允許三個共面電子束通過。G1柵極36和G2柵極38是其上可包括增加強度的壓紋的平行平板。三個一字排列式孔徑48(示出一個)位于G1柵極36之上，三個孔徑54(示出一個)位于G2柵極38之上。G3電極40由兩個杯形部件60和62構成，每個杯形部件具有多孔底部。部件60的多孔底部面向G2柵極38，部件60的開口端與部件62的開口端連接。G4電極42是具有三個孔徑61(示出一個)的平板。G5電極44由兩個杯形部件68和70構成。部件68和70的每一封閉端包括三個孔徑，而部件68和70的開口端相連接。G6電極46也包括具有多孔底部的兩個杯形部件72和73。一個屏蔽杯75與部件73的外底部相連接。
如圖3所示，G5電極44和G6電極46的表面封閉端分別具有凹口76和78。凹口76和78使包含三孔徑82的G5電極44密封端的一部分與包含三孔徑88的G6電極46密封端的一部分隔開。G5電極44和G6電極46的密封端的剩余部分分別形成環(huán)繞凹口76和78在外圍延伸的邊緣92和94。邊緣92和94是兩電極44和46彼此最近的部分。G6電極46中凹口78的結構與G5電極44中凹口76的結構不同。凹口78在中心孔徑處比在邊側孔徑處更窄，而凹口76在其中的三個孔徑處寬度是一樣的。
如圖3所示，G4電極42由引線96與G2電極38電氣連接，G3電極40由引線98與G5電極44電氣連接。各引線(未示出)將G3電極40，G2電極38，G1電極36，陰極34和陰極加熱器連接到顯象管10的基座100(如圖1所示)，由此這些部分能夠通電激活。G6電極46的電激活是通過屏蔽杯75與貫穿玻錐16電連接到陽極鈕的顯象管內導電涂層之間的接觸獲得的。(涂層和陽極鈕未示出)。
在電子槍26中，陰極34，G1電極36和G2電極38包含電子槍的電子束形成區(qū)域。在顯象管工作期間，將已調制控制電壓加到陰極34，G1電極36接地，一個相當低的正電壓(例如，800至1000伏特)加至G2電極38。G3電極40，G4電極42，以及G5電極44的表面部分包括電子槍26的預聚焦透鏡部分。在顯象管工作期間，聚焦電壓加到G3電極40和G5電極44上。G5電極44和G6電極46的表面部分包括電子槍26的主聚焦透鏡。在顯象管工作期間，陽極電壓加到G6電極46，因此在G5和G6電極之間形成雙電位聚焦透鏡。
下表列出了圖2所示電子槍26的某些典型尺寸。
表管頸外直徑 29.00毫米管頸內直徑 24.00毫米G1電極和G2電極間的間隔 0.18毫米G2電極和G3電極間的間隔 1.19毫米G3電極和G4電極間的間隔 1.27毫米G4電極和G5電極間的間隔 1.27毫米G5電極和G6電極間的間隔 1.27毫米G5電極中相鄰孔徑間中心至中心的間隔 5.08毫米G5和G6電極中孔徑的直徑 4.06毫米G5電極中凹口的深度 2.03毫米G1電極的厚度 0.10毫米
G2電極的厚度 0.25至0.50毫米G3電極的厚度 7毫米G4電極的長度 0.51至1.78毫米G5電極的長度 17.22毫米聚焦電壓 7.8至9.5千伏陽極電壓 25千伏在上述電子槍26中，G1電極36，G2電極38以及G4電極42是用比構成其他電極的材料具有更低熱膨脹系數的材料構成的。G1電極36，G2電極38和G4電極42最好由430不銹鋼制作，430不銹鋼是透磁材料。G3電極40的底部或面向G2一側由52%鎳合金制成，它也是透磁性的。G3電極40，G5電極44和G6電極46的頂部由305不銹鋼制作，它是無磁性的。使用這些不同熱膨脹系數的材料的目的和結果討論如下設計方法與圖2所公開相同類型的標準未修改電子槍的會聚漂移如圖4所示。大約20分鐘內藍色和紅色電子束之間的漂移不會降低到0.1毫米以下。首先，需要減少使該會聚漂移降低到0.1毫米之下所花費的時間，但是，更可取的是，有必要設計一種其中會聚漂移從不超過0.1毫米的電子槍。
通過在顯象管升溫期間分析電子槍中每個電極的移動，再通過確定電子束移動對每個電極中孔徑水平移動的靈敏度從而設計出一種改進型電子槍。一旦建立了這種靈敏度，便可確定如何改變所選電極的孔徑移動以通過使用不同熱膨脹材料降低會聚漂移。
在進行這種分析時，使用計算機程序模擬電子束軌跡。經過分析之后，構造實際顯象管并進行實驗以證實分析結果。
電子槍分析應用計算機程序，每個電極中各外孔徑的水平位置以0.002英寸(0.05毫米)的增量獨立變化。由此，對每個電極確定了在熒光屏上電子束移動對孔徑移動的靈敏度。然后，根據電極材料的熱膨脹系數，通過將每電極的溫升(作為時間的函數)轉換為孔徑移動來確定由每個電極在顯象管升溫期間的膨脹引起的熒光屏上的電子束運動。利用圖5所示每個電極在升溫期間的瞬態(tài)溫升，和歸因于每電極在水平孔徑位置上的0.002英寸(0.05毫米)變化的熒光屏上電子束運動的靈敏度，可如圖6所示確定在升溫期間對應每個電極的熒光屏上的電子束運動。如圖7所示，通過將這些曲線歸-化為穩(wěn)態(tài)會聚電子束，可以看到每個電極對會聚漂移的貢獻。由于兩個外電子束(紅/藍)在升溫期間存在相等而相反的運動，因此紅至藍的會聚漂移是電子束漂移的兩倍，如圖8所示。綜合每個柵極在特定時間的貢獻得到理論上的紅至藍會聚漂移，如圖9所示。
由于凈峰值會聚漂移為+0.32毫米(圖9)，通過減少正電子束運動分量可降低會聚漂移。參照圖8，通過用具有比其他那些電極材料的熱膨脹系數更低的熱膨脹系數的材料來制造G2和G4電極可以達到這點。僅用一個低膨脹G2，僅用一個低膨脹G4，以及同時用低膨脹G2和G4(與具有305不銹鋼G2和G4電極的標準電子槍比較)的理論結果如圖10所示。由該圖，可以看到改進的增大順序如所期望的為用低膨脹G2時，然后是低膨脹G4，再后是組合低膨脹G2和G4。對于組合低膨脹G2和G4，將會在1.5分鐘之內使會聚漂移穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)會聚值的0.1毫米內，而對標準電子槍要13分鐘。
應注意到也可通過使用低膨脹的G5頂部代替低膨脹G4(見圖8)來改善會聚漂移。但是，這是不必要的，因為低膨脹材料通常是磁性的。G5配置在顯象管中，因此如果它為磁性材料，它可能提供其它分量，例如管頸上的外電子束彎曲成分，降低有效性并會增加偏轉線圈驅動要求。
G3的底部或面向G2的一側是由透磁材料制成的，作為一種預防偏轉場穿透進入電子槍的電子束形成區(qū)域的屏蔽。這種透磁材料具有較低熱膨脹系數，盡管電子槍分析指出從電子束會聚的觀點來講，熱膨脹系數越高越好，但仍使用這樣的透磁材料。
類似地，盡管分析指出應該使用更高膨脹的材料，G1仍由低膨脹材料構成，因為它緊靠著陰極。因為陰極是一種簿型平板電極，所以G1的大膨脹可能使之彎翹。
實驗結果根據電子槍中紅-藍會聚漂移的理論分析，構造出有低膨脹G2電極、有低膨脹G4電極、以及同時具有低膨脹G2和G4電極的電子槍。這些電子槍結構的會聚漂移結果分別示于圖11a-c，12a-c和13a-c中。對標準電子槍與圖11a-c，12a-c和13a-c的改進電子槍的綜合比較示于圖14。由圖14可見，實驗顯象管的相應會聚漂移性能與對應低膨脹G2和G4電極的理論分析中的計算相同。穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)會聚的0.1毫米之內的時間與標準電子槍的18分鐘相比為小于2分鐘。
盡管上述確定電子槍的哪一個電極或幾個電極應該由具有較低熱膨脹材料構成的上述方法已對具有6個電極和特定電氣連線進行了描述，該方法也可用于具有不同數量電極和不同電氣接線的其它電子槍。
權利要求
1.一種制造彩色顯象管一字排列式電子槍的方法，包括選擇及組合多個陰極和多個與所述陰極縱向間隔開的電極，其特征在于由如下附加步驟組成確定在所述電子槍(26)升溫期間由每個電極(36，38，40，42，44，46)受熱膨脹引起的在顯象管熒光屏(22)上電子束(28)失會聚的量和方向，其中第一組所述電極(38，42，44)導致電子束在第一個方向失會聚，第二組所述電極(36，40，44，46)導致電子束在第二個方向失會聚，綜合在電子槍升溫期間各電極對熒光屏上電子束失會聚的影響，其中整個電子槍的基本熱膨脹效應是在第一個方向的失會聚，在所述第一組電極中至少電極(38，42)之一是以一種熱膨脹系數低于第一步驟中為確定每一電極熱膨脹效應所引起失會聚各電極所使用材料的熱膨脹系數的材料制成。
全文摘要
一種制造彩色顯像管電子槍的方法包括選擇及組合多個陰極和多個與陰極縱向分開的電極。一確定電子槍升溫時由各電極熱膨脹引起的熒光屏上電子束失會聚的量和方向。第一組電極使電子束在第一個方向失會聚，第二組電極使電子束在第二個方向失會聚。二綜合電子槍升溫時各電極對電子束失會聚的影響，整個電子槍的基本熱膨脹效應是在第一個方向失會聚。三第一組電極中至少有一個電極是以熱膨脹系數低于第一步驟中為確定每一電極熱膨脹引起失會聚各電極所用材料的熱膨脹系數的材料制成。
文檔編號H01J9/18GK1051269SQ9010880
公開日1991年5月8日 申請日期1990年10月23日 優(yōu)先權日1989年10月24日
發(fā)明者洛倫·李·曼寧格, 布魯斯·喬治·馬克斯 申請人:湯姆森消費電子有限公司