專利名稱：可產生多組電子束的單色電子槍的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子槍，特別一種不用含浸式陰極而可產生多組電子束的單色電子槍。
按，傳統(tǒng)之單色陰極射線管(CRT)，如圖1及圖2所示，其電子槍10由陰極12產生單電子束14，再藉由該CRT的偏轉線圈產生偏轉磁場，對其完成水平及垂直掃描后，始于該單色CRT的屏幕24上形成一完整的畫面。此等掃描動作，如圖3所示，將一個經(jīng)水平掃描的點狀電子束141在屏幕24上連續(xù)迅速地沿水平方向移動，以產生一水平掃描線25，再經(jīng)由垂直掃描之作用，在屏幕上完成一水平掃線25時，繼續(xù)沿垂直向進行下一條水平線之掃描，如此，周而復始，即形成連續(xù)之水平掃描線25，而構成一完整畫面，此一形成畫面的程序，是一連續(xù)之事件(Sequential event)。
近年來，由于對顯像管之顯像精密度之要求愈來愈高，例如醫(yī)療顯示用的單色CRT，其解析度相當于目前的X射線影片，須有2000×2000(水平×垂直)以上之像素(Pixel)，或用于高清晰度電視(HDTV)上作為投影顯像管(Projection CRT)用之單色映像管，亦須有極高的像素，且為完成此等高顯像精密度的單色顯像管，必需提供更高之電流及清晰度，故，若以目前的單電子束電子槍制造技術，設計及制作此種高清晰度的單色顯像管，將發(fā)生下列困難一.水平掃描速度大增，致偏轉功率大增，造成發(fā)熱、散熱問題由于此種高清晰度的單色顯像管的像素(Pixel)較傳統(tǒng)者增加頗多，甚至數(shù)以倍計，故在屏幕上，單電子束沿水平方向及垂直方向的掃描速度必須加快，否則在視覺暫態(tài)的時間內，將無法形成視覺上的整個畫面。但當水平掃描速度加快時，其所需的偏轉功率亦須同時大輻增加，致使偏轉線圈極易發(fā)熱，從而必須解決其散熱問題。
二.高頻水平掃描線圈的繞線必須改用價格昂貴的多組線型的里茲(Ritz)繞線。
三.高頻水平掃描極易輻射漏磁造成對人體的傷害或輻射干擾，必須用各種價格昂貴的磁屏蔽來防止其漏磁作用。
四.高速的視頻驅動(Video drive)電子槍的陰極電容到2pf以下，此將造成設計上的困難。
五.由于同時要達到高清晰度及高亮度的要求，用傳統(tǒng)的氧化物陰極(Oxide Cathode)不僅無法滿足上列的要求，且無法維持足夠的以小時計的陰極發(fā)射壽命。一般CRT須要有10,000小時以上的有效發(fā)射壽命，故目前一般高清晰度顯像管均須改用價格為氧化物陰極售價20倍以上的含浸式陰極(Dispenser Cathode)，致其產品成本激增。
六.又因一般投影電視之投影顯像管中所用之靜電聚焦(Electrostatic Focusing)，已無法達到HDTV所需之清晰度要求，故必須改用昂貴的磁場聚焦(Magnetic Focusing)。
由上述可知，以傳統(tǒng)的單色顯像管的制造技術，在設計及制作高清晰度的單色顯像管時，不僅將發(fā)生偏轉功率增加的過熱問題，其高頻水平掃描亦因輻射漏磁將對人體造成傷害或對其它電子產品造成輻射干擾，且在設計上更有許多技術問題亟待一一克服。倘欲維持產品之清晰度品質，則必須藉由增加生產制造的程序，加裝價格昂貴的繞線及磁屏蔽，并改用含浸式陰極(Dispenser Cathode)，始能達到所需的清晰度。顯而易見，其產品制造程序增加、構造漸趨復雜，且其零件成本激增，致產品售價高居不下，加重消費大眾的購買負擔。
有鑒于前述傳統(tǒng)的單色顯像管的制造技術，在設計及制作高清晰度的單色顯像管時，所衍生出之諸多缺憾，發(fā)明人乃研究發(fā)明出一種多組電子束的單色電子槍，期藉由使用可產生多組電子束的單色顯像管來達成高清晰度的顯示，以便有效地解決所有上述問題及困難，并使單色顯像管具有更佳的性能及較廉價的生產成本。
本發(fā)明之主要目的，在于其電子槍可產生多組(兩組或兩組以上)沿垂直方向相鄰的電子束，并令該多組電子束同時且同步地在屏幕上掃描出對應條數(shù)(兩條或兩條以上)的水平掃描線。由于沿垂直方向相鄰電子束中心至中心的間距遠較彩色的一字排列式(Inline)電子槍所產生的多組電子束間的水平間距小，故在掃描過程中，該多組電子束彼此之間的距離可被精確地保持。又，由于本發(fā)明中相鄰之電子束和電子束間的距可能小至0.5mm，故在本發(fā)明的單色電子槍的設計中，此多組電子束可使用一共同陰極，而用分開的控制極來驅動各單獨電子束的電流大小，由于其相鄰電子束間的距離極小，且其掃描頻率可大輻降低，故極適合應用于高清晰度的顯像管中，以大輻度提高屏幕的清晰度。
本發(fā)明另一目的是在其電子槍所產生的多組電子束可依據(jù)顯像管設計者或制造者之實際需求，設計成可產生N組電子束，其中N等于或大于2故于顯像管的屏幕上可以同時有N條水平掃描線做同步掃描，如此，其水平掃描頻率將可減小N倍，故本發(fā)明可有效地降低各電子束的水平掃描頻率，不僅可大輻減少掃描所需功率，亦可有效地改善由高頻電流所引起的輻射干擾及對人體的傷害。
本發(fā)明還有另一個目的，是其水平掃描頻率可因產生N組電子束而降低N倍。故在相同的掃描顯像狀態(tài)下，掃描中的電子束在每一個像素(Pixel)上的停留時間(dwell time)將會增加N倍，此可將每組電子束的發(fā)射電流減小為原來的1/N倍，以令其顯示亮度維持不變。由于本發(fā)明中每束電子束所需的總電流可較傳統(tǒng)者減少許多，其陰極的單位面積的電流負荷密度(Current loading density)亦因而可大量減少，這在高清晰度電視的投影顯像管的應用中，將可因避免使用昂貴的含浸式(dispenser)陰極，而大輻度降低生產成本。


如下圖1為傳統(tǒng)的單色顯像管系統(tǒng)的電子槍的零件配置示意圖；圖2為傳統(tǒng)的單色顯像管系統(tǒng)的電子槍的剖面示意圖；圖3為傳統(tǒng)的單色顯像管系統(tǒng)的屏幕上電子束的掃描示意圖；圖4為本發(fā)明的一個可產生二組電子束之單色電子槍的零件示意圖；圖5為本發(fā)明的一個可產生二組電子束之單色電子槍的剖面示意圖；圖6為本發(fā)明的一個可產生二組電子束之單色電子槍在屏幕上電子束的掃描示意圖；圖7為本發(fā)明的一個可產生三組電子束的單色電子槍的元件配置示意圖；圖8為本發(fā)明的一個可產生三組電子束的單色電子槍的剖面示意圖；圖9為本發(fā)明的一個可產生三組電子束的單色電子槍的屏幕上電子束的掃描示意圖；圖10為本發(fā)明設有兩極、四極或六極磁環(huán)的電子槍的剖面示意圖；圖11(A)為本發(fā)明中所使用的兩極磁環(huán)的向下校正作用示意圖；圖11(B)為本發(fā)明中所使用的兩極磁環(huán)的向上校正作用示意圖；圖11(C)為本發(fā)明中所使用的四極磁環(huán)的向中校正作用示意圖；圖11(D)為本發(fā)明中所使用的四極磁環(huán)的向外校正作用示意圖；圖11(E)為本發(fā)明中所使用的六極磁環(huán)的向上校正作用示意圖；圖11(F)為本發(fā)明中所使用的六極磁環(huán)的向下校正作用示意圖；
圖12為傳統(tǒng)的彩色顯像管系統(tǒng)的彩色電子槍的元件配置示意圖；現(xiàn)配合附圖詳細說明如下本發(fā)明為一種可產生多組電子束的單色電子槍，尤指一種電子槍用以產生多組(兩組或兩組以上)沿垂直方向的相鄰的電子束，如圖4與圖5所示的可產生兩組電子束42、44的電子槍36，及如圖7與圖8所示的可產生三組電子束74、76、78的電子槍70，并令該多組電子束同時且同步地在屏幕上掃描出對應條數(shù)(兩條或兩條以上)之水平掃描線，如圖6所示的由兩組電子束42、44在屏幕57上所構成的兩條掃描線421、431，及如圖9所示的由三組電子束74、76、78在屏幕120上所構成的三條掃描線741、761、781。
本發(fā)明之可產生多組電子束的電子槍的設計原理，與目前彩色的一字排列式(Inline)電子槍240(如圖12所示)全然不同，二者間主要不同點如下a)如圖12所示目前彩色的一字排列式(Inline)電子槍的三個槍(即R.G.B.三槍)242、244及245所產生之三支電子束252、254、256沿水平方向排列，在經(jīng)過三色會聚(Convergence)后，僅以一個像素(Pixel)在屏幕上形成一條條之水平掃描線。而本發(fā)明的多組電子束的單色槍則系產生多組沿垂直方向排列的電子束，并分別以多個像素(Pixel)同時且同步地屏幕上掃描出對應條數(shù)之水平掃描線，如圖6及圖9所示。
b)在目前之彩色的一字排列(Inline)電子槍中，其三支電子束間的相鄰電子束中心至中心之距離Dx，如圖12所示，一般須在4mm至7mm間，其原因系各電子束在透過陰罩(Mask)的選色孔(Aperture)后，其落點的容差(tolerance)與電子束間之距離Dx有關，如間距太靠近，則容易造成電子束的彩色落點不準確，而產生彩色純度(Purity)之誤差。而本發(fā)明的多組電子束的單色電子槍，其沿垂直方向的相鄰電子束的中心至中心的間距Dy，如圖5與8所示，遠較彩色的一字排列式(Inline)電子槍所產生的多組電子束間的水平間距Dx小，本發(fā)明的多組電子束的垂直間距Dy應在0.5mm到2.5mm之間，由于此一間距甚為微小，故在掃描過程中，該多組電子束延續(xù)此之間的距離可被精確地保持。
c)由于本發(fā)明中相鄰電子束間之距離Dy，可能小至0.5mm，故在本發(fā)明的多組電子束的單色電子槍的設計中，此多組電子束可使用一共同陰極，如圖4所示的陰極38及圖7所示陰極72，而用分開之控制電極G1來驅動各單獨電子束的電流大小，如圖4所示的控制電極G11、G12及圖7所示的控制電極G11、G12、G13。
本發(fā)明多組電子束的單色電子槍最適合應用于高性能的單色顯像管中，此所謂之高性能之單色顯像管包括醫(yī)療上用的高清晰度單色顯示管、高清晰度電視(HDTV)用的投影顯像管(一般均系利用紅、藍、綠等三只彩爭管藉由光學透鏡重合投影在銀幕上)及其它、特殊用途的高清晰度的顯示管。
本發(fā)明的多組電子束的電子槍可應用于高性能的單色顯像管中，以作為其顯像之用，由于該電子槍所產生的多組電子束可依據(jù)顯像管設計者或制造者之實際需求，可設計成產生N組電子束，其中N為等于或大于2，故于顯像管的屏幕上可以同時有N條水平掃描線做同步掃描，如此，其水平掃描頻率將可減小N倍。
同時，由于在本發(fā)明中水平掃描頻率降低，亦即在相同的掃描顯像狀態(tài)下，進行掃描中的電子束在每一個像素(Pixel)上之停留時間(dwell time)將會增加N倍，其電子束在每一個像素上的停留時間的增加將令該像素的亮度大幅增加，但這種亮度的增加，可能并非設計者所需要的性能，在設計上可藉由減少每組電子束之發(fā)射電流為原來的1/N倍而使其顯示的亮度維持不變。
由上述可知，在本發(fā)明中，由于其相鄰電子束間的距離Dy極小，且其掃描頻率可大輻降低，故極適合應用于高清晰度的顯像管中，以大輻提升屏幕的清晰度。此外，在本發(fā)明中，每束電子束所需的總電流將較傳統(tǒng)者減少，其陰極的單位面積的電流負荷密度(Currentloading density)亦因而可大量減少，此在高清晰度電視的投影顯像管之應用中，將可因避免使用昂貴的含浸式(dispenser)陰極，而大輻減少掃描所需功率，并有效改善由高頻電流所引起的輻射干擾及對人體的傷害。
此外，將本發(fā)明的多組電子束的電子槍安裝于一用以接收顯示系統(tǒng)(例如接收電視傳播視頻)的顯像裝置時，該顯像裝置須設有兩組的行存儲器M(line memory)，如圖5及8所示，在T0至T1之掃描時段內，先由一組之行存儲器M接收并儲存可產生N條掃描線的信息，再于下一個T1至T2之掃描時段內，自該組之行存儲器M中，同步釋出N條掃描線的驅動信號，以產生第一組N條相鄰的水平掃描線，在此同一T1至T2之時段內，另一組之行存儲器M將接收并儲存可產生N條水平掃描線的信息，再于T2至T3之掃描時段內，自該另一組的行存儲器M中同步釋出N條掃描線的驅動信號，并產生第二組的N條相鄰的水平掃描線。此外，在第二組的N條水平掃描線掃描之同時，即T2至T3時段內，原先一組的行存儲器M將再接收并儲存第三組的N條水平掃描線的信息，如此周而復始，完成整個畫面(FRAME)之掃描。由于該等水平掃描線沿垂直方向掃描的過程中，任一組的N條水平掃描線之最上方一條線恰落在其前一組N條水平掃描線之最后一條線的下方，故可有效控制其畫面，令其具有連續(xù)感。
本發(fā)明的電子槍70必須通過在顯像管的管頸位置處分別裝設兩極、四極或六極磁環(huán)130、132或134，并由調整該等磁環(huán)130、132或134以校正或控制所產生的多組電子束74、76、78在顯像管的屏幕122上的相對位置，如圖10所示。但由于在本發(fā)明中，相鄰電子束74、76、78的中心至中心的垂直距離Dy遠小于一般彩色電子槍的相鄰電子束的中心至中心的距離，故其磁環(huán)130、132或134的充磁強度將較一般彩色顯像管所用者微弱，始能比較精確地進行微調工作。
本發(fā)明中所使用的兩極磁環(huán)130，其作用是使全部的多組電子束74、76、78往同一方向移動，如圖11(A)及11(B)所示，其四極環(huán)132使上、下外側的多組電子束74、78做相反方向的移動，但中心之電子束76不受影響，如圖11(C)及11(D)所示，而六極磁環(huán)134則使在上、下外側的多組電子束74、78做相同方向的移動，但位于中心的電子束76不受影響，如圖11(E)及11(F)所示；故藉由調整該等磁環(huán)130、132或134的關系位置即可精確地校正或控制電子束74、76、78在屏幕122上的相對位置。
本發(fā)明藉由前述三種磁環(huán)的調整，可以順利取得多組電子束在屏幕上落點中心至中心的距離及方向排列的準確性，而此多組電子束在掃描時，要維持其相對距離及方向排列，則系藉由傳統(tǒng)之一字式自會聚偏轉線圈(Inline Self Convergence Yoke)124來達成，如圖10所示，由于本發(fā)明的電子束中心至中心的距離遠小于傳統(tǒng)彩色槍電子束中心至中心的距離，其偏轉線圈124所需之動態(tài)四極磁場分量(作為自會聚之用)將遠小于傳統(tǒng)偏轉線圈(該偏轉線圈124不在本發(fā)明所欲保護之范圍內，故于此不予贅述)。同時，在整個畫面的掃描過程中，本發(fā)明中各電子束中心至中心的距離，亦比較容易維持在較精確的誤差控制。
本發(fā)明的電子槍在垂直方向采用沿垂直方向延伸的共同電子透鏡，以減少透鏡之球面像差(Spherical Aberation)，而增加清晰度，如圖4及圖7所示，在圖4中之50a、50b及52a，圖7中之96a、96b及98a所示，均為在垂直方向延伸的共同電子透鏡結構圖，在該共同電子透鏡組合中，所有電子束都通過一共同的透鏡空間。由此可知，各電子束只有在電子形成區(qū)時，各自具有獨立的透鏡空間，即由陰極發(fā)射出，經(jīng)控制電極G1及屏極G2時，各電子束均各自具有互不干擾的電子透鏡空間，而在進入焦聚電極G3底部后，各電子束始具有共同的電子透鏡(CommonLens)。
以上所述，僅系本發(fā)明之較佳實施例。本發(fā)明所要求保護的權利范圍，并不局限于此，凡熟悉本領域的技術人員，依據(jù)本發(fā)明所揭露之技術內容，可輕易涉及的等效變化，均應不脫離本發(fā)明的保護范疇。
權利要求
1.一種可產生多組電子束的單色電子槍，該電子槍系包含陰極、控制電極、屏極、焦聚電極及陽極等構成元件，且安裝于顯像管的管頸尾部，其特征在于，該電子槍藉由陰極產生兩組或兩組以上沿垂直方向相鄰的電子束，并令該多組電子束同時同步地在屏幕上掃描出對應的多條水平掃描線。
2.如權利要求1所述的一種可產生多組電子束的單色電子槍，其特征在于，該電子槍在安裝于接收顯示系統(tǒng)的顯像裝置時，該顯像裝置可設有兩組或兩組以上之行存儲器，在掃描時段內，先由一組的行存儲器接收并儲存可產生該多條水平掃描線的信息，再于下一掃描時段內，自該組的行存儲器中同步釋出該多條水平掃描線的驅動信號，于顯像管的屏幕上產生一組多條相鄰的水平掃描線，在此同一時段內，另一組的行存儲器將接收并儲存另一可產生多條水平掃描線的信息，再于其后之下一掃描時段內，自該另一組的行存儲器中同步釋出可產生多條水平掃描線的驅動信號，并于顯像管的屏幕上產生另一組多條相鄰的水平掃描線，如此周而復始，完成整個畫面的掃描。
3.如權利要求1所述的一種可產生多組電子束的單色電子槍，其特征在于，該等水平掃描線沿垂直方向掃描的過程中，任一組的多條水平掃描線之最上方一條線恰落在前一組的多條水平掃描線之最后一條線的下方。
4.如權利要求1所述的一種可產生多組電子束的單色電子槍，其特征在于，該電子槍可藉于顯像管頸的適當位置處裝設兩極、四極及六極磁環(huán)來校正或控制所產生的多組電子束在屏幕上的相對位置。
5.如權利要求1所述的一種可產生多組電子束的單色電子槍，其特征在于，該電子槍可使用一共同陰極產生的多組電子束。
6.如權利要求1所述的一種可產生多組電子束的單色電子槍，其特征在于，該電子槍藉分開的控制電極來驅動通過各該控制電極的單獨電子束的電流大小。
7.如權利要求1、5或6所述的一種可產生多組電子束的單色電子槍，其特征在于，該電子槍在垂直方向采用沿垂直方向延伸的共同電子透鏡，以減少透鏡的球面像差，而增加清晰度，各電子束僅在由陰極發(fā)射且經(jīng)控制電極及屏極時所經(jīng)過之電子形成區(qū)域內，各自具有獨立且互不干擾的電子透鏡空間，在電子束進入焦聚電極底部后，各電子束則開始有共同的電子透鏡。
全文摘要
本發(fā)明為一種可產生多組電子束的單色電子槍，由其陰極產生兩組或兩線以上沿垂直方向相鄰的電子束，該多組電子束同時且同步地在屏幕上掃描出對應條數(shù)的水平掃描線，其沿垂直方向相鄰電子束中心至中心的間距遠較彩色的一字排式電子槍所產生的多組電子束間的水平間距小，可以大幅提升屏幕的清晰度，本發(fā)明也可有效降低各電子束的水平掃描頻率，減少掃描所需之功率、輻射干擾及對人體的傷害，避免使用含浸式陰極而大幅減低生產成本。
文檔編號H01J31/20GK1114464SQ9410715
公開日1996年1月3日 申請日期1994年6月2日 優(yōu)先權日1994年6月2日
發(fā)明者陳興耀 申請人:中華映管股份有限公司