本发明涉及一种彩色显像管的电子枪，尤其是一种可产生多组电子束的彩色显像管的电子枪，其中可产生每一组三束不同色电子束的阴极，在沿垂直方向亦可产生多束彼此极为邻近的同色电子束，此种电子枪极适用于高性能及高解像度的电视或计算机终端彩色显示管的电子枪设计。 图1所示为典型旧式彩色显像管的电子枪的零件配置示意图，图2所示为该旧式彩色显像管的电子枪沿纵切面所形成的剖面示意图，其中该电子枪10包含一组（三只，即分别产生红、绿、蓝等电子束的三只阴极）呈水平线形排列的阴极12、14及16，该等阴极邻近的控制电极G1上设有三个和阴极对应排列的极孔18a、18b及18c，该等阴极邻近的控制电极G1邻近的屏极G2上则设有三个相对应排列的孔20a、20b及20c，由该阴12、14及16，控制电极G1及屏极G2所组成的一区域，称为电子束形成区（Beam Forming Region或BFR），首先，该极阴发射出的电子将于此区域内形成三束电子束22、24及26，此三束电子束再经由焦聚电极G3及阴极G4所组成之主透镜焦聚后，将被投射在屏幕40上，并经扫描后，在显示屏幕40上构成影视图像，如图3所示，此三束电子束经主透镜焦聚后，以所形成之像点44沿水平方向由左往右作点扫描，构成一条水平扫描线42，并于整个显示屏幕40画面上，由左至右，由上往下，从第一条水平扫描线至最后一条水平扫描线进行连续扫描，以完成显示屏幕40上的一个完整图面（FRAME）。
传统的彩色显像管地电子枪只有一组三束的三色电子束，此一组三色电子束在一字排列（Inline）的系统中，系沿屏幕之水平方向排列，再利用偏向设计，使两侧的电子束向中央收敛，产生静态的三色会聚效果（Static Convergence）。当此三束电子束被偏折扫描时，其三束三色电子束会焦聚在屏幕上的交会点，但该交会点的焦聚状态将会随扫描时的落点而改变，在此种情况下，传统彩色显像管除需具备上述的静态三色会聚功能外，另外尚需藉由偏转线圈来达成动态的自会聚（Dynamic Self Convergence）之性能。
由于近年来使用者对于高频且高解析度的显像需求增加，致对显像管的功能要求（包括：高亮度之要求，解析度增加之要求及显示面加大之要求等等）大辐提升，此一结果，虽使传统的彩色显像管在制造技术上有许多改良，但也令传统彩色显像管在电子枪和偏转线圈的设计上已濒临目前设计能力的极限，造成许多设计上之困扰而无法有效解决，或虽有改进方法却将导致生产成本大幅增加。此种设计及制造上的问题，均可因本发明的可产生多组电子束的彩色显像管的电子枪而获得显著改善。
本发明之主要目的，是要提供一种可产生多组电子束的彩色显像管的电子枪，使得所产生的多组彩色的水平扫描线中，同色的电子束沿垂直方向排列，且彼此间沿垂直方向的落点距离相当接近，并可在显示屏幕上同步沿水平方向完成连续的视频扫描。
本发明之另一目的，是要其电子枪所产生的多组电子束可依据显像管设计者或制造者的实际需求，设计成可产生多组的电子束，故在显像管的屏幕上可以同时有多条水平扫描线做同步扫描，如此，其水平扫描频率将可减小数倍，故本发明可有效降低各电子束的水平扫描频率，此不仅可大幅减少扫描所需之功率，同时，可减少对磁场偏转功率及阴极发射密度的要求，而无须藉加大显像管管颈或增加偏转功率，以保持电子束的高解析度，因此，可有效改善由高频电流所引起的辐射干扰及对人体的伤害。
本发明之又一目的，是使其水平扫描频率可因产生多组的电子束而降低数倍，故在相同的扫描显像状态下，进行扫描中的电子束在每一个像素（Pixel）上之停留时间（dwelltime）将会增加数倍，此可将每组电子束的发射电流减少数倍，以令其显示亮度维持不变，在不致牺牲屏幕上影像显示亮度的情形下，有效增进视频显像的解析度。
本发明之又一目的，是要将每束电子束所电的总需流较传统者显著减少，其阴极的电流负荷密度（Current loading density）亦因而可显著减少，此在高画质彩色电视的应用中，将可因避免使用昂贵之含浸式（dispenser）阴极，而大幅减低生产成本。
图式说明：
图1为传统彩色电子枪（单组三电子束）的零件组配示意图;
图2为图1所示的传统彩色电子枪的纵剖面示意图;
图3为传统彩色电子枪在显像管屏幕上的扫描轨迹示意图;
图4为本发明中的一种可产生两组三束电子束的彩色电子枪的实施例的零件组配示意图;
图5为图4所示的一种可产生两组三束电子束的彩色电子枪的纵剖面示意图;
图6为本发明中的一种可产生两组三束电子束的彩色电子枪在显像管屏幕上的扫描轨迹示意图;
图7为本发明中的一种可产生两组三束电子束的彩色电子枪的视频驱动所需的额外视频储存器与分隔的控制电极间的连接关系示意图;
图8为本发明中的一种可产生两组三束电子束的彩色电子枪的显像管的剖面示意图;
图9为本发明中的一种可产生三组三束电子束的彩色电子枪的实施例的零件组配示意图;
图10为本发明中的一种可产生三组三束电子束的彩色电子枪在显像管屏幕上的扫描轨迹示意图;
图11（A）为本发明的三色电子束（R，G，B）在两极磁场的影响下都向同方向移动的示意图;（B）、（C）为本发明的三色电子束（R，G，B）在四极磁场的影响下，中间绿色电子束不动，两外侧红色及蓝色之电子束会作相反方向移动的示意图;（D）、（E）为本发明的三色电子束（R，G，B）在六极磁场的影响下，中间绿色电子束不动，两外侧红色及蓝色的电子束会作相同方向移动的示意图;
图12为本发明中的一种可产生三组三束电子束的彩色电子束枪所使用的共同控制电极G1的示意图;
图13为本发明在一种可产生两组三束电子束的彩色电子枪的电子形成区（BFR）中其电子束的水平和垂直相关距离的示电图;
图14为本发明在一种可产生三组三束电子束的彩色电子枪的电子形成区（BFR）中其电子束的水平和垂直相关距离的示意图。
本发明可产生多组电子束的彩色显像管的电子枪主要包含可产生多组三色电子束的阴极、控制电极G1、屏极G2、焦聚电极G3及阳极G4等元件，其中产生每一组的三色（红、绿、蓝）电子束的三只阴极，在水平方向的间隔方式及其彼此间呈线性排列的作法，虽与传统的三色电子枪类似，但各该阴极在沿垂直方向又具有可产生多组极为邻近的同色电子束，该等邻近之同色电子束之垂直间距Sv大约是同组不同色电子束的水平间距Sh的1/3到1/10倍。
图4及5所示，为本发明中同色电子束共同阴极的两组三束彩色电子枪的零件组配示意图及剖面示意图，其中三只阴极62、64及66系沿水平方向排列，产生每一组红、绿、蓝三色的电子束72组合，各该阴极并分别沿垂直方向产生二组同色的电子束72a、72b，在此种二组三色电子枪的组合设计中，总计产生六束之电子束，由于每一组红、绿、蓝三束的电子束72经控制电极G1、屏极G2、焦聚电极G3及阳极G4等元件之作用后，将受彩色显像管的偏向设计的影响，令红、绿、蓝三束电子束72中位于两侧的电子束向中央收敛，焦聚在屏幕上的一扫描点，故两组三色的电子束72将于显示屏幕61上形成二扫描点95、96，如图6所示，该三组电子束同时且同步地在屏幕上扫描出对应条数的垂直方向相邻的水平彩色扫描线83a、83b。
另，在本发明中，如彩色电子枪为可产生三组电子束的电子枪，则如图9及图10所示，其三只阴极192、194及196系沿水平方向排列，且可沿水平方向产生每一组红、绿、蓝三色的电子束184组合，各该阴极并分别沿垂直方向产生三组同色的电子束184a、184b及184c，故在三组三色电子枪的组合设计中，总计产生九束的电子束，它们能在屏幕上同步扫描出三条沿垂直方向相邻的水平彩色扫描线186a、186b及186c。据此类推，本发明的彩色电子枪所产生的电子束的总数必须是三的整数倍N，而此倍数N也就是同步扫描的彩色水平扫描线的条数。
由上述可知，在本发明中，其电子枪所产生的电子束呈矩阵状排列，其中沿水平方向排列的电子束，永远由不同的三色电子束并列，而沿垂直方向则有两束或两束以上数目的同争电子束排列，该等邻近的同色电子束的垂直距离Sv大约为同组不同色的电子束间的水平距离的Sh1/3到1/10。
此外，将本发明的可产生多组电子束的电子枪安装于一用以接收显示系统（例如：接收电视传播）的显像装置时，该显像装置须设有两组的行存储器M（line memory），如图7所示，在T0至T1的扫描时段内，先由一组行存储器M接收并储存可产生N条扫描线的信息，再于下一个T1至T2的扫描时段内，自该组的行存储器M中，同步释出N条扫描线的驱动信号，以产生第一组N条相邻的水平扫描线，在此同一T1至T2的时段内，另一组行存储器M将接收并储存可产生N条水平扫描线的信息，再于T2至T3的扫描时段内，自该另一组的行存储器M中同步释出N条扫描线的驱动信号，并产生第二组的N条相邻的水平扫描线，此外，在第二组的N条水平扫描线扫描的同时，即T2至T3时段内，原先一组的行存储器M将再接收并储存第三组的N条水平扫描线的信息，如此，周而复始，完成整个画面（FRAME）的扫描。由于该等水平扫描线沿垂直方向扫描的过程中，任一组的N条水平扫描线的最上方一条线恰落在其前一组N条水平扫描线的最后一条线的下方，故可有效控制其画面，令其具有连续感。
再参阅图7所示，在本发明的二组三色彩色电子枪的控制电极G1的视频信号驱动极片中，该两组三色电子枪的控制电极G1的电子视频信号驱动极片，分别为92、94、96、98、100及102等六个，该等极片系各自独立对应于该等电子束通过之极孔88B、88G、88R、90B、90G及90R，其中该控制电极G1的各电子视频信号驱动极片均系相互绝缘，每一个视频信号电压V1B、V1G、V1R、V2B、V2G及V2R仅能控制通过各电子视频信号驱动极片上的极孔的一电子束（B代表蓝色，G代表绿色，R代表红色），其中V1B代表控制电极G1上第一组三色电子束中蓝色枪的信号电压，V2R则代表控制电极G1上第二组三色电子束中红色枪的信号电压，其余类推。
本发明之可产生二组三色电子束的显像管118，如图8所示，必须藉于显像管的管颈位置处分别装设两组多极磁环132及134，并藉由调整该等磁环132及/或134以校正或控制所产生的多组电子束72a、72b在显像管的屏幕61上的相对位置。
在本发明的一种可产生两组或三组三束电子束的彩色电子枪的实施例中，每一组三色（红、绿、蓝）的电子束彼此间的三色会聚，系使用两极、四极及六极的磁环组来达成，各磁环对三色电子束的相对位置的影响，如图11所示，两极磁环的磁场造成（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三电子束作相同方向的移动，如图11（A）所示;四极磁环所产生的磁场会造成两外侧电子束（红、蓝）作反方向的移动，如图11（B）及11（C）所示;而由六极磁环所产生的磁场会造成两外侧电子束（红、蓝）作相同方向的移动，如图11（D）、11（E）所示，由此三种磁环所产生的合成移动，可使三色电子束达成三色会聚的效果，每一个磁环的磁场强度及其磁场方向，都可视需要分别单独调整。而各组同色的电子束在垂直方向的静态会聚则藉由另一套两极、四极及六极磁环来调制达成。
如图8所示，在本发明所使用之两组多极磁环132及134中，其中一组磁环132之一的两极磁环132a使三色电子束（R，G，B）在两极磁场的影响下都向同方向移动，另一个四极磁环132b使三色电子束（R，G，B）在四极磁场的影响下，令中间绿色电子束不动，两外侧红色及蓝色的电子束会作相反方向的移动，又另一个六极磁环132c则使三色电子束（R，G，B）在六极磁场的影响下，中间绿色电子束不动，两外侧红色及蓝色的电子束会作相同方向的移动;而另一组多极磁环134，则由一个四极磁环134a及一个六极磁环134b所组成，当沿水平方向排列的二组三色电子束藉由第一组多极磁环132被调整妥当后，该组多极磁环134即可用以调校每一组电子束间的垂直方向的距离。
因此，调整该两组多极磁环132及134的关系位置即可精确地校正或控制电子束在屏幕63上的相对位置。本发明藉由前述两组多极磁环132及134的调整，可令多组电子束在屏幕上落点中心至中心的距离及方向排列的准确性均可顺利达成，而此多组电子束在扫描时，其相对距离及方向排列之维持，则系藉由传统之轴向自会聚偏转线圈（Inline Self-Convergence Yoke）124来达成，如图8所示，由于本发明之同色电子束中心至中心的距离远小于传统彩色枪三色电子束中心至中心的距离，其偏转线圈124所需之动态四极磁场分量（作为自会聚之用）将远小于传统偏转线圈（该偏转线圈124不在本发明所要求保护的范围内，故于此不予赘述）。同时，在整个画面之扫描过程中，本发明中各电子束中心至中心的距离，亦比较容易精确控制。
图12所示，为本发明的可产生三组三色电子束的彩色电子枪所使用的共同控制电极G1，即该共同控制电极G1上开设有九个成矩陈状排列的极孔280b、282b、284b、280g、282g、284g、280r、282r及284r，其中该控制电极G1之各电子视频信号驱动极片均相互绝缘，每一个视频信号电压V1B、V1G、V1R、V2B、V2G、V2R、V3B、V3G或V3R仅能控制通过各电子视频信号驱动极片上之极孔之一电子束（B代表蓝色，G代表绿色，R代表红色），其中V1B代表控制电极G1上第一组三色电子束中蓝色枪的信号电压，V2R则代表控制极电G1上第二组三色电子束中红色枪的信号电压，V3G则代表控制电极G1上第三组三色电子束中绿色枪的信号电压，其余类推。在此可产生三组三色电子束的彩色电子枪的视频信号驱动系统中，亦须设有额外的行存储器M，以达成视频信号的储存能力。
由于在本发明中不同水平位置所发出的三组电子束，会透过荫罩（Shadow Mask）之选色作用，而在屏幕上荧光粉层激发不同颜色之荧光粉，以产生出红、绿、蓝三原色之显示。一般为了保证荫罩能有适当的选色误差容差（tolerance），均亟尽可能地将三原色电子束中心的水平距离，保持在4.5mm到7.5mm之间，但同色电子束中心的垂直距离，则无选色误差的考虑，其距离仅由电子形成区（BFR）的极孔距离差或阴极之大小等机械性限制来决定。在本发明中，除对于极孔距离差的限制必需考虑外，也得考虑同色电子束在屏幕上的自由落点沿垂直方向的差距。所以，在本发明中，其同色电子束在垂直方向的中心差距Sv，应维持在三原色电子束在水平方向的中心差距Sh的1/10到1/3倍，如图13及14所示，本发明在一可产生两组及三组三束电子束的彩色电子枪的电子形成区（BFR）中，其相邻之同色电子束在垂直方向的距离为Sv，其相邻三色电子束在水平方向的距离为Sv，故依前理，其关系可用下式表示：
1/10Sh＜Sv＜1/3Sh （1）
本发明可产生多组电子束的彩色显像管（Color CRT）的电子枪中，具有两种可能的不同电子形成区（BFR）的设计：
第一种系利用控制电极G1来驱动每束电流的大小，即视频信号驱动电压是加在每一支电子束的隔离控制电极G1上，藉调变其控制电极G1和阴极间的电压差，以控制改变每一束电子束的瞬间电流输出，在此种利用控制电极G1的驱动设计中，可令其同色的电子束（如：同是红色、绿色或蓝色）共用一个阴极。故三色共有三只阴极，而这三只阴极又可以联接在一个共同的电位点上，意即可以是接地或联接在一个共同的直流电压源上。
第二种系利用阴极来驱动每束电流的大小，即视频信号驱动电压加在每一支电子束的彼此隔离的单独的阴极上，以藉调变其阴极和控制电极G1间的电压差，控制每一电子束的瞬间电流输出，在此种阴极的驱动设计中，所有电子束（不分色彩）全部共用一个控制电极G1，此控制电极G1可以是接地或联接在一个固定的直流电压源上。
本发明在电子形成区（BFR）中，各单独的电子束仍有其各自独立的控制电极G1及屏极G2的极孔，在由焦聚电极G3的底部（靠近屏极G2的部份）开始，沿垂直方向的同色电子束则在垂直方向有一共同的透镜空间，即多束的同色电子束将通过一个在垂直方向开放的交切圆空间，如图4及图9所示。图4所示为两组三色枪的设计中标号78a、78b及78c的交切圆空间，图9所示为三组三色枪的设计中标号202a、202b及202c的交切圆空间。
此等多组电子束，在经过电子形成区（BFR）及预焦聚区（Prefocusregion）后，将进入主透镜。当在电子形成区时，各电子束在其在电子光学上独立而互不干扰的路径。在预焦聚区时，在垂直方向其同色的电子束间开始有共同透镜，但在水平方向各色的电子束间，仍是互不干扰的电子光学路径，在最后进入主透镜区（Main Lens）时，则各电子束共同使用一个在水平及垂直方向都是开放的电子透镜。
本发明之电子束经过上述电子形成及焦聚过程后，形成多组（两组、三组……或更多组）的三色电子光束，此等多组电子光束再经由静电场及静磁场的三色会聚作用，形成及焦聚过程后，形成多组（两组、三组……或更多组）的三色会聚点，再经偏转线圈之扫描后，形成多条（两条、三条……或更多条）同步扫描的彩色水平扫描线。
本发明中，由于有多条水平扫描线是同步扫描的，故同一解析度的画面水平扫描速度可减至原扫描速度的1/N倍，其中N是代表三色电子束的组数（两组、三组……或更多组）。另，由于本发明可以用较慢的扫描速度扫描，其电子束在每个像素（Pixel）上的停留时间较长，而使亮度增加，故可利用本发明的此项优点，减少每束电子束的单独视频信号的电流，因而增加显像管的解像度。同时，本发明亦使显像管的水平扫描线圈因扫描速度减小，而降低扫描功率，节省能量及减少发热问题。
以上所述，仅系本发明的较佳实施例，惟本发明权利要求范围，并不局限于此，按凡熟悉本领域的技术人员，依据本发明所揭露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应不脱离本发明的保护范畴。