彩色显象管 本发明涉及具有全荧光屏高分辨率的显象管。
通过减小电子束的斑点直径可以改进显象管的分辨率。这可以通过增大由聚焦栅极和最后加速极的主透镜直径实现。
如美国专利5,142,189揭示的普通一字形电子枪采用通过叠加用于焦距R、G、B三束的透镜电场来增大主透镜直径的方法。
但是在上述普通方法中，主透镜的水平直径小于垂直直径。由于荧光屏面板趋向于平面化和偏转角趋于更大，所以在边沿斑点剖面形状沿水平方向伸长的情况下水平伸长失真将更为明显，这不利于在上述普通方法中为减小水平伸长失真而减小彩色显象管边沿斑点(以下称为边沿斑点)的水平直径。
通过延长聚焦栅极和最后加速极上放置的场校正电极到各开孔端部的距离并由此提高透镜电场的叠加度可以增大主透镜的直径。但是这导致中央透镜与边透镜之间的中心距离极小，从而需要增大荫罩与荧光屏之间的距离。彩色显象管因此易受地磁的影响。这样，当电子束未能正确入射到荧光屏上时就容易产生颜色偏移。长期以来人们一直在寻求解决这个问题的办法。
为了解决这个问题，本发明的目标是提供一种彩色显象管，其中随着水平透镜直径的增大，中央透镜与边透镜之间的中心距离不会象现有技术的那样减小很多。
本发明地一字形彩色显象管包含多个聚焦栅极，每个栅网带有长轴沿水平方向的椭圆开孔，其特征在于聚焦栅极的构造使得在施加低压的低压聚焦栅极透镜作用下水平聚焦力弱于垂直聚焦力并且在施加高压的高压栅网透镜作用下水平发散力弱于垂直发散力。
通过以上述方式构造聚焦栅极，可以在增大水平透镜直径的同时使中央透镜与边透镜之间的中心距离不会减小很多。因此即使因为荧光屏面板变平或者偏转角增大而使边沿斑点的水平伸长失真变得明显起来，也可以通过减小边沿斑点的水平直径进行抑制。
按照本发明，所提供的主透镜电场的四极分量与现有技术的不同。会聚栅网的构造使得在低压侧透镜的作用下水平会聚力弱于垂直会聚力并且在高压侧的透镜作用下水平发散力弱于垂直发散力。在这种方式下，随着水平透镜直径的增大，中央透镜与边透镜之间的中心距离不会增大太多。因此即使在水平伸长失真因为彩色显象管面板变平和偏转角增大而变得明显起来时，也可以减小边沿斑点的水平直径从而在避免颜色偏离的前提下提高荧光屏边沿的分辨率。
图1为按照本发明的彩色显象管聚焦栅极的前视图；
图2为沿图1中Ⅱ-Ⅱ直线剖取的剖面图；
图3为一曲线图，它示出了按照本发明的聚焦栅极形成的四极分量Q和旋转对称分量R沿Z轴的变化；
图4为一曲线图，它示出了本发明与现有技术下Z轴位置与电子束轨迹水平偏转之间的关系；
图5为一曲线图，它示出了本发明与现有技术下Z轴位置与电子束轨迹垂直偏转之间的关系；
图6为一曲线图，它示出了按照本发明另一实施例的聚焦栅极形成的四极分量Q和旋转对称分量R沿Z轴的变化；
图7为一曲线图，它示出了按照本发明另一实施例的聚焦栅极形成的四极分量Q和旋转对称分量R沿Z轴的变化；
图8为一曲线图，它示出了水平直径和垂直直径与垂直直径φv相对水平直径Ls之比φv/Ls的关系；
图9A是按照本发明另一实施例的最后加速极2A的前视图，栅网包含产生四极透镜作用的栅网22；
图9B为沿直线b-b剖取的剖面图；
图10为按照本发明另一实施例的带屏状栅网的聚焦栅极透视图；
图11为一曲线图，它示出了现有技术的聚焦栅极形成的四极分量Q和旋转对称分量R沿Z轴的变化。
以下借助图1-11详细描述本发明的较佳实施例。
图1为聚焦栅极1的前视图，而图2为沿图1中直线Ⅱ-Ⅱ剖取的剖面图。在图2中，施加低压的低压聚焦栅极1和施加高压的高压最后加速极2相向放置并且分别包含椭圆开孔1a、2a，椭圆的长轴沿水平方向H。聚焦栅极1在开孔1a内部包含场校正栅网3。场校正栅网3包含三个直线上排列形成、电子束通过其中的孔径4、5、6。
最后加速极2在开孔2a内部包含场校正栅网7。场校正栅网7包含三个直线排列形成、电子束通过其中的孔径8、9、10。图1和2所示本发明实施例的聚焦栅极1和最后加速极2的各自结构与上面美国专利5,142,189揭示的现有技术中图1和2所示聚焦栅极1和终级加速栅网2的结构相似。但是按照本发明，如下所述，聚焦栅极1和最后加速极2各部分的尺寸与现有技术的不同。
在图1和2所示按照本发明实施例的颈部直径为φ24.3mm的彩色显象管的聚焦栅极1和最后加速极2中，开孔1a、2a的水平直径Ls为14.0mm而垂直直径φv为6.7mm。垂直直径φv与水平直径Ls之比φv/Ls为0.48。在现有技术中示出了颈部直径φ为32.5mm的彩色显象管，其中Ls为21.0mm而φv为10.5mm。为与本发明比较起见，假定将现有技术应用于颈部直径φ为24.3mm的彩色显象管，得到水平直径Ls为14.0mm，垂直直径φv为7.5mm并且φv/Ls之比为0.54。
在上述结构的彩色显象管中，场校正栅网3的三个孔径4、5和6产生的电场叠加在场校正栅网7的三个孔径8、9和10产生的电场上。发明人从下述模拟中进一步确认，这些电场与开孔1a和2a的电场叠加在一起使得在聚焦栅极1与最后加速极2之间形成直径较大的三个主透镜。假定聚焦栅极1上施加了6.5kV的电压而最后加速极2上施加了25kV的电压，并且具有中轴Z(以下称为Z轴)的中央主透镜中心C1到屏幕(未画出)的距离为265mm，主透镜的性能通过下面的模拟计算得到。在模拟中，主透镜Z轴附近的电势V(x,y,z)可以分解为Z轴上的电势Vo(z)、旋转对称分量R(z)和四极分量Q(z)，并且可以用方程式(1)表示：
V(x,y,z)=Vo(z)+R(z)(x2+y2)+Q(z)(x2-y2) (1)
方程式(1)对x、y取微分。这样可以分别由方程式(2)和(3)确定水平场强Ex和垂直场强Ey：
Ex=v(x,y,z)/x=2x(R(z)+Q(z)) (2)
Ey=v(x,y,z)/y=2y(R(z)-Q(z)) (3)
在上述方程中，R为旋转对称分量，而Q为水平四极分量(垂直四极分量为-Q)。四极分量定义为一种场分布分量，其中的水平和垂直透镜作用是相反的。这种场分布被称为四极电场。反向的透镜作用如下：例如当水平透镜作用是聚焦而垂直透镜作用是发散时，这样一种透镜作用被称为四极透镜作用。场强Ex和Ey正比于旋转对称分量R与四极分量Q的叠加。具体地说，透镜作用可以通过检测旋转对称分量R和四极分量Q的分布确定。
图3和11示出了上述模拟结果。在图3和11中，纵坐标表示电势的二阶微分值指明的旋转对称分量R和四极分量Q，而横坐标表示沿Z轴的距离。本发明示于图3的曲线中，现有技术示于图11的曲线中。Z轴上的零点表示中央主透镜的中心C1。负值表示向最后加速极2(高压侧)的距离，而正值表示向聚焦栅极1(低压侧)的距离。在这些曲线中，四极分量Q表示水平分量。垂直四极分量用沿Z轴对称的曲线Q’表示。在图3和11的曲线中，Z轴以下曲线部分与Z轴之间的区域是聚焦力对电子束起作用的区域，而Z轴以上曲线部分与Z轴之间的区域是发散力对电子束起作用的区域。这两种区域的大小代表了作用在电子束上透镜作用力的大小。
旋转对称分量R在垂直和水平方向上具有相同的透镜作用。但是四极分量在水平和垂直方向上具有相反的透镜作用，一种是聚焦作用，另一种是发散作用。
整个透镜作用可以视为旋转对称分量R(以下简称为R)与四极分量Q(以下简称为Q)的合成。根据Q作用的不同，水平方向的透镜作用与垂直方向上的透镜作用不同。按照本发明，通过采取与现有技术不同的Q分布可以增大水平透镜直径。
如图3所示，本发明的特征在于Q分布与图11所示现有技术的差别。在图11所示现有技术的Q曲线中，区域a和b在低压侧的大小基本相同。而且在高压侧，Z轴上方的区域d与Z轴下方的区域c略微不同，从而使低压区域a和b的四极透镜作用力和高压区域c和d的四极透镜作用基本为零。因此水平和垂直方向上的透镜作用基本相同。
相反，按照本发明，如图3所示，在Q曲线中Z轴上方区域B(发散)面积大于Z轴下方区域(聚焦)的面积。因此水平方向的四极透镜作用是发散的，而与水平方向相对的垂直方向的四极透镜作用是聚焦的。由于低压侧的透镜作用是聚焦作用，所以低压侧R和Q合成的透镜作用使得聚焦力在水平方向上弱于垂直方向。在图3中Q曲线的高压侧，Z轴下方区域C(聚焦)面积大于Z轴上方区域D(发散)的面积。即，水平方向的四极透镜作用是聚焦的，而与水平方向相对的垂直方向的四极透镜作用是发散的。由于高压侧R的透镜作用是发散的，所以高压侧R和Q合成的透镜作用使得发散力在水平方向上弱于垂直方向。
因此与现有技术相比，按照本发明的电子束轨迹在水平方向上如图4所示变化而在垂直方向上如图5所示变化。图4和5中的纵坐标表示离开Z轴的距离而横坐标表示沿Z轴的距离。在现有技术中，水平方向与垂直方向的轨道差别如此之大以致水平轨道与垂直轨道相比距Z轴更远。这意味着较小的水平透镜直径和较大的垂直透镜直径。
相反，按照本发明，水平方向与垂直方向上电子束轨迹的差异如此之小以致水平轨道与现有技术相比更为靠近Z轴。这表明主透镜在水平方向上的球面象差得到了抑制并且可以增大水平方向的透镜直径。当图1中所示中央透镜的中心C1与边透镜的中心C2或C3之间的距离基本上是常数的时候，模拟结果表明，按照本发明，在现有技术中最大为5.7mm的水平透镜直径可以增大到6.3mm，或者增大10％。
一字形彩色显象管屏幕边沿部分上斑点的剖面形状通常因为偏转失真而变形为具有横向长轴的椭圆。如果荧光屏变平和偏转角增大则这种现象更为明显。为了使边沿斑点的剖面形状尽可能地圆并且减小水平斑点的直径，电子束需要沿水平方向扩展。
但是在现有技术的水平透镜中，如果扩展过多，则电子束将受到水平透镜直径较小引起的球面象差的影响。因此斑点直径无法减小。
相反，按照本实施例，通过使垂直直径φv与水平直径Ls之比φv/Ls达到0.48可以使水平直径相对现有技术进一步增大。最终较小的球面象差可以减小边沿斑点的水平直径。
通过将比率φv/Ls设定在0.48以下也可以实现作为构成本发明特征部分的图3所示的四极场。在这种情况下，场校正栅网3和7分别从开孔1a和2a起算的距离L3和L4与开孔水平直径Ls之比L3/Ls和L4/Ls需要不小于0.15。图6示出了场分布Q和R的各个实例，其中水平直径Ls为14.0mm，垂直直径φv为6.7mm，比率φv/Ls固定在0.48左右，并且比率L3/Ls和L4/Ls都小于0.15。如图6所示，即使φv/Ls小于0.48，只要比率L3/Ls和L4/Ls小于0.15，则Q曲线使得低压侧Z轴上方的区域B小于Z轴下方的区域A。Q曲线还使得高压侧Z轴下方的区域C小于Z轴上方的区域D。因此不可能产生如图3所示的四极场。
相反，过大的比率L3/Ls和L4/Ls将产生如下的问题。具体而言，水平聚焦电压与垂直聚焦电压之间的聚焦电压差将上升过多，并且中央透镜中心C1与边透镜中心C2或C3之间的距离S将下降过多。因此比较好的是比率L3/Ls和L4/Ls不超过0.25。
过小的比率φv/Ls将导致以下问题。例如垂直透镜直径将变得很小。图8示出了比率φv/Ls与水平和垂直透镜直径之间的关系。如图8所示，0.40以下的比率φv/Ls将使得垂直透镜直径随垂直斑点直径增大而变得很小。因此比率φv/Ls比较好的是0.40以上。
以下描述本发明另一实施例。在该实施例中，聚焦栅极1和最后加速极2的结构与图2的相似，但是比率φv/Ls和尺寸与前面实施例不同。按照本实施例，即使在比率φv/Ls大于0.48的情况下，通过横向延伸场校正栅网3和7的孔径获得了与前述实施例相同的效果。
例如聚焦栅极1和最后加速极2的开孔1a和2a的水平直径Ls被设定为14.0mm，而开孔1a和2a的垂直直径φv被设定为7.5mm，比率φv/Ls大约为0.54。孔径5和9的水平和垂直半径分别设定为1.71mm和2.27mm，水平半径与垂直半径之比为0.75。孔径4、6、8和10的水平和垂直半径分别设定为2.47mm和2.27mm。而且如图7中区域E所示，在最后加速极2A上提供栅网22以产生使Q曲线在高压侧为负的四极透镜作用。栅网22具有三个能使电子束通过的矩形孔径25、26、27。
现有技术的如图11所示用来生成四极分量Q和旋转对称分量R的聚焦栅极和最后加速极在结构上与图2所示的相似。在具有现有技术这种结构的彩色显象管中，颈部直径φ为32.5mm，开孔水平半径为2.4mm而垂直半径为3.2mm。为与实施例进行比较，采用现有技术的彩色显象管的颈部直径φ为24.3mm。其结果是孔径5和9的水平半径为1.71mm而垂直半径为2.47mm。而且孔径4、6、8和10的水平和垂直半径都为2.47mm。
按照实施例的R和Q曲线示于图7。图7与图11现有技术的比较表明，按照图7的实施例，低压侧Z轴上方的区域B略大于Z轴下方的区域A并且高压侧Z轴下方的区域C和E之和略大于Z轴上方区域D。因此，按照实施例可以将现有技术中为5.7mm的水平透镜直径增大到6.1mm。如上所述，按照实施例，即使在比率φv/Ls大于0.4的情况下，通过提供在高压侧产生四极透镜作用的栅网22可以增大水平透镜直径。
而且按照实施例横向延伸的场校正栅网3和7的孔径4、6、8、10可以设计为纵向延伸的孔径，也可以达到同样的效果。而且场校正栅网3、7可以用图10所示屏状栅网20、21代替。
本发明的精神和范围由后面所附权利要求所限定。