具多层共同透镜的电子枪 【技术领域】
本发明属于显示器部件，特别是一种具多层共同透镜的电子枪。
背景技术
如图1所示，习知的用于彩色阴极射线管(CRT)中的电子枪1，其带能量的电子(electron)系由阴极(cathode)1KR、1KG、1KB发射出，并射向电子枪1的电子束形成区(Beam Forming Region)，电子束形成区系由控制极(control grid)1G1、屏极(screen grid)1G2、焦聚栅极1G3及栅极1G4组成。
阴极射线管中阴极(cathode)1KR、1KG、1KB所能产生的带能量电子可直接射向并穿过控制极1G1、屏极1G2、聚焦栅极1G3上所开设呈直线排列的极孔12a、12b、12c、14a、14b、14c、16a、16b、16c，并于电子束形成区内，形成具有较小且呈圆形断面的电子束。待电子束通过电子束形成区后，将被射向电子会聚透镜(focus lens)，聚透镜(focus lens)可区分成由控制极1G1与屏极1G2形成的预会聚透镜(pre-focus lens)及由焦聚栅极1G3与栅极1G4形成的主会聚透镜(main-focus lens)，以令电子束分别被会聚至阴极射线管显示屏幕42’的荧光层40’上，形成极小的会聚点。如此，当电子束以高速扫描至阴极射线管地整个显示屏幕42’上时，显示屏幕42’上即产生欲播放的视讯影像。
阴极射线管的电子枪沿其X轴及Y轴的尺寸愈大，阴极射线管的显示屏幕42’上所呈现的视讯影像解析度愈佳。因此，多年来，高解析度彩色阴极射线管的设计方向，已由过去注重在各别电子束的主透镜设计转变成注重共同透镜的设计，其目的即在增加电子枪的有效尺寸。传统上，在设计各别电子束的主透镜时，系令各电子束分别通过各自定义的透镜空间，而不与其它电子束共用其所属的透镜空间。在设计共用透镜时，则系令各电子束不仅可分别通过各自定义的透镜空间，亦可与其它电子束共用其所属的透镜空间。
焦聚栅极1G3中设有另一组供阴极1KR、1KG、1KB所产生电子束通过的极孔20a、20b、20c，焦聚栅极1G3面向栅极1G4一侧设有链条状(chain linkshape)的共同电子束贯穿孔(common beam passing aperture)18，而栅极1G4面向焦聚栅极1G3的一侧亦设有链条状(chain link shape)的共同电子束贯穿孔(common beam passing aperture)22，栅极1G4中并设有另一组供阴极1KR、1KG、1KB所产生电子束通过的极孔24a、24b、24c。
为令阴极1KR、1KG、1KB所产生电子束通过均能顺利通过共同电子束贯穿孔18、22，电子枪沿其X轴及Y轴的尺寸必须加大，或加大直径，以改善显示屏幕42’上所呈现的视讯影像的解析度，因此，电子枪沿Z轴的尺寸亦必须加大。然而，由于加大电子枪沿Z轴的尺寸，将造成通过的电子束产生非对称的像散(asymmetric astigmatism)现象，降低了视讯影像的解析度。像散现象可由可由水平聚焦电压(horizontal focus voltage)VFH与垂直聚焦电压(vertical focus voltage)VFV间的差异值定义，即像散值＝VFH-VFV。
栅级上的电子束极孔尺寸均非常小，以控制极(control grid)1G1及屏极(screen grid)1G2为例，其上极孔的直径一般仅约0.3mm至0.8mm；而焦聚栅极1G3面向屏极1G2部分所开设的电子束极孔则较大，其直径一般约在1mm至2mm，至于焦聚栅极1G3上其余部分及栅极1G4等后续栅级上所开设的电子束极孔，其直径则更大，以彩色阴极射线管中电子枪为例，该等后续栅极上所开设的电子束极孔直径一般约在4.5mm至7.5mm间。由以上所述可知，在彩色阴极射线管的电子枪中，位于主会聚透镜形成区(main focus lens region)内的栅极上所开设的电子束极孔，基于设计电子枪上共同透镜(common lens)时考虑，愈靠近显示屏幕42’，其直径愈大。此外，当电子束通过电子束形成区后，将因其中带能量电子的径向速度及各电子间相互冲击所产生的空间电场，从而令电子束的直径沿着射向显示屏幕42’方向逐渐变大。
传统上，电子枪各栅极上所开设的电子束极孔大小，均具有相同的孔径，孔径相同的原因系可供心轴(mandrel)贯穿其中，以待组装栅极时，可令栅级能被准确定位在同一直线上。因此，当电子束通过电子束形成区且其直径沿着射向显示屏幕42’的方向逐渐扩大时，电子束形成区中每一栅极所产生的会聚效应(focusing effect)，将因其位置而有所不同，其中愈接近显示屏幕42’的栅极，将因电子束的直径逐渐变大，而对电子束产生较强的会聚效应。反之，愈远离显示屏幕42’的栅极，将因电子束的直径较小，仅对电子束产生较弱的会聚效应，此一较弱的会聚效应将令经偏扫轭(deflection yoke)偏折后的电子束在其聚焦点(deflected beam spot)尺寸上发生像散现象(astigmatism)，而电子束落点或投射距离(electronic beam’s landing orthrow distance)的增加，亦将导致失焦现象(out-of-focus)，针对上述像散现象及失焦现象，一般均系透过对远离显示屏幕42’的栅极施加较大的动态会聚电压(dynamic focus voltage)，以对上述像散现象及失焦现象进行修正，否则，则必须改变整个电子枪的设计条件。
如图10、图11所示，习知的单层共同透镜的电子枪1的内侧等电位线32表示由焦聚栅极1G3及栅极1G4施加在电子束上静态电子聚焦电场(electrostatic focus field)，等电位线则会随焦聚栅极1G3及栅极1G4上各极孔24a、24b、24c的金属内侧表面变化，焦聚栅极1G3与栅极1G4间的等电位线密度最高，故静态电子聚焦电场的强度将以焦聚栅极1G3与栅极1G4最强。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种改善视讯影像的解析度、避免产生电子束像散现象的具多层共同透镜的电子枪。
本发明包括复数个产生复数组带能量电子的阴极、设置于阴极与显示屏幕之间的电子束形成区及电子透镜区；并令电子透镜区位于电子束形成区与显示屏幕之间；电子束形成区与复数阴极位于同一直线位置，其包括复数间隔排列的第一组电极，每一电极上至少设一个以上呈直线排列供带能量电子穿过转变成增加断面形成电子束的第一极孔；电子透镜区包括复数间隔排列的第二组电极，每一电极上至少设有两组以上沿纵向轴排列供电子束通过的共同极孔以形成多层共同透镜。
其中：
由于本发明包括复数个产生复数组带能量电子的阴极、设置于阴极与显示屏幕之间的电子束形成区及电子透镜区；并令电子透镜区位于电子束形成区与显示屏幕之间；电子束形成区与复数阴极位于同一直线位置，其包括复数间隔排列的第一组电极，每一电极上至少设一个以上呈直线排列供带能量电子穿过转变成增加断面形成电子束的第一极孔；电子透镜区包括复数间隔排列的第二组电极，每一电极上至少设有两组以上沿纵向轴排列供电子束通过的共同极孔以形成多层共同透镜。藉由在电子透区至少一个以上沿纵向轴呈间隔状排列的电极上，开设至少两组以上沿纵向轴排列的共同极孔，以形成多层共同透镜，藉以增加电子枪的长度，并增加电子枪主聚焦透镜的有效直径，以在无须施加较大动态会聚电压的情形下，有效改善视讯影像解析度，从而不致令电子束在阴极射线管的显示屏幕上发生像散及失焦现象。不仅改善视讯影像的解析度，而且避免产生电子束像散现象，从而达到本发明的目的。
【附图说明】
图1、为习知的阴极射线管电子枪纵向结构示意剖视图。
图2、为本发明实施例一结构示意剖视图。
图3、为本发明实施例一焦聚栅极2G3结构示意立体图。
图4、为本发明实施例一栅极2G4结构示意立体图。
图5、为本发明实施例一控制极2G1、屏极2G2、焦聚栅极2G3及栅极2G4分解结构示意立体图。
图6、为本发明实施例二结构示意剖视图。
图7、为本发明实施例二第二栅极3G5结构示意立体图。
图8、为本发明实施例二第三栅极3G6结构示意立体图。
图9、为本发明实施例二控制极3G1、屏极3G2、焦聚栅极3G3、第一栅极3G4、第二栅极3G5、第三栅极3G6分解结构示意立体图。
图10、为习知的阴极射线管电子枪焦聚栅极1G3及栅极1G4等电位线分布图。
图11、为图1中A-A部位焦聚栅极1G3及栅极1G4等电位线分布图。
图12、为本发明焦聚栅极2G3及栅极2G4等电位线分布图。
图13、为图2中B-B部位焦聚栅极2G3及栅极2G4等电位线分布图。
【具体实施方式】
实施例一
如图2、图3、图4、图5所示，本发明具多层共同透镜的电子枪2为同轴双电位(Inline bipotential)电子枪，其包括复数个产生复数组带能量电子的阴极2KR、2KG、2KB、设置于阴极2KR、2KG、2KB与显示屏幕42之间的电子束形成区及电子透镜区；并令电子透镜区位于电子束形成区与显示屏幕42之间；电子束形成区与复数阴极位于同一直线位置，其包括复数间隔排列的控制极2G1、屏极2G2及部分聚焦栅极2G3构成的第一组电极；电子透镜区包括复数间隔排列另一部分聚焦栅极2G3及栅极2G4构成的第二组电极，每一电极上至少设有两组以上沿纵向轴排列供电子束通过的共同极孔以形成多层共同透镜，以使主聚焦透镜(main focus lens)内配置有多层共同透镜(multi-layercommon lens)。
三个阴极2KR、2KG、2KB分别产生三组不同颜色的带能量电子，并令其射向控制极(control grid)2G1及屏极(screen grid)2G2，且贯穿控制极2G1及屏极2G2上呈直线对应排列的极孔52a、52b、52c及54a、54b、54c。
聚焦栅极2G3面向屏极2G2一侧设有一组彼此间隔开的极孔56a、56b、56c，聚焦栅极2G3内邻近中段部分设有一组彼此间隔开的极孔60a、60b、60c；极孔56a、56b、56c及极孔60a、60b、60c系分别与各电子束位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过极孔56a、56b、56c、60a、60b、60c。
屏极2G2系与电压源VG相连接；聚焦栅极2G3则与电压源VF相连接，控制极2G1、屏极2G2及聚焦栅极2G3面向屏极2G2的一部分即形成本发明电子束形成区(Beam Forming Region；BFR)。
如图3、图5所示，聚焦栅极2G3上远离屏极2G2的一侧设有端壁(endwall)57，端壁57上开设有共同电子束第一长形贯穿孔58，其内壁(Innerwall)63则增设与第一长形贯穿孔58位于同一直线位置上的共同电子束第二长形贯穿孔59。
第一长形贯穿孔58系由三个间隔圆孔经放大并相互交集形成的链条状贯穿孔，其中各圆孔分别与聚焦栅极2G3内的极孔60a、60b、60c位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过；第二长形贯穿孔59的大小及形状与第一长形贯穿孔58相同。
如图4、图5所示，栅极2G4系与电压源VA相连接，聚焦栅极2G3的另一部分与栅极2G4共同形成本发明的主聚焦透镜；栅极2G4上邻近聚焦栅极2G3一侧设有端壁(end wall)65，端壁65上开设有共同电子束第一长形贯穿孔61，其内壁(Inner wall)67则增设与第一长形贯穿孔61位于同一直线位置上的共同电子束第二长形贯穿孔62。
第一长形贯穿孔61系由三个间隔圆孔经放大并相互交集形成的链条状贯穿孔，其中各圆孔分别与聚焦栅极2G3内的极孔60a、60b、60c位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过；第二长形贯穿孔62的大小及形状与第一长形贯穿孔61相同。栅极2G4上邻近显示屏幕42的位置设有一组彼此间隔开的极孔64a、64b、64c，极孔64a、64b、64c系分别与第一、二长形贯穿孔61、62上对应圆孔位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过极孔64a、64b、64c。
如图12、图13所示，本发明具多层共同透镜的电子枪2的内侧等电位线66表示由焦聚栅极2G3及栅极2G4施加在电子束上静态电子聚焦电场(electrostatic focus field)，外侧等电位线则会随焦聚栅极2G3及栅极2G4上各极孔60a、60b、60c、64a、64b、64c的金属内侧表面变化，焦聚栅极2G3与栅极2G4间的等电位线密度最高，故静态电子聚焦电场的强度将以焦聚栅极2G3与栅极2G4最强；此外，设置于焦聚栅极2G3内壁63的共同电子束第二长形贯穿孔59及设置于栅极2G4内壁67的共同电子束第二长形贯穿孔62将令电子束聚焦范围(focus field)的长度沿本发明X轴方向增加。比较图10、图11与图12、图13的差异可清楚发现，本发明具多层共同透镜的电子枪2上由焦聚栅极2G3及栅极2G4形成的等电位线沿电子束行进方向较习知的单层共同透镜的电子枪1上由焦聚栅极1G3及栅极1G4形成的等电位线长，此一现象，不仅具有增加本发明具多层共同透镜的电子枪2上主聚焦透镜沿其纵轴长度的效果，且可令等电位线较习知的单层共同透镜的电子枪1上的等电位线更靠近焦聚栅极2G3及栅极2G4的内壁表面，如此，将有效增加主聚焦透镜的有效直径。另本发明具多层共同透镜的电子枪2中沿Z轴方向的静态电子聚焦范围亦加长，令本发明具多层共同透镜的电子枪2上沿XY平面静态电子聚焦透镜有效直径增加，使所造成的像散现象因此得到适当补偿、抵销，并令本发明在无需施加较大动态会聚电压的情形下，有效改善视讯影像的解析度。
实施例二
如图6、图7、图8、图9所示，本发明具多层共同透镜的电子枪3为四极聚焦(quadrupole focusing；QPF)电子枪，其包括复数个产生复数组带能量电子的阴极3KR、3KG、3KB、设置于阴极3KR、3KG、3KB与显示屏幕42之间的电子束形成区及电子透镜区；并令电子透镜区位于电子束形成区与显示屏幕42之间；电子束形成区与复数阴极位于同一直线位置，其包括复数间隔排列的控制极3G1、屏极3G2及部分聚焦栅极3G3构成的第一组电极；电子透镜区包括复数间隔排列另一部分聚焦栅极3G3、第一栅极3G4、第二栅极3G5、第三栅极3G6构成的三组电极，每一电极上至少设有两组以上沿纵向轴排列供电子束通过的共同极孔以形成多层共同透镜，以使预、主聚焦透镜(main focus lens)内配置有多层共同透镜(multi-layer common lens)。
第一栅极3G4与聚焦栅极3G3面向第一栅极3G4部分形成预聚焦透镜(prefocus lens)。
第二栅极3G5的另一部分与第三栅极3G6共同形成本发明的主聚焦透镜；
三个阴极3KR、3KG、3KB分别产生三组不同颜色的带能量电子，并令其射向控制极(control grid)3G1及屏极(screen grid)3G2，且贯穿控制极3G1及屏极3G2上呈直线对应排列的极孔72a、72b、72c及74a、74b、74c。
聚焦栅极3G3面向屏极3G2一侧设有一组彼此间隔开的极孔76a、76b、76c，聚焦栅极3G3面向第一栅极3G4一侧设有一组彼此间隔开的极孔78a、78b、78c；极孔76a、76b、76c及极孔78a、78b、78c系分别与各电子束位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过极孔76a、76b、76c、78a、78b、78c。
屏极3G2系与电压源VG相连接；控制极3G1、屏极3G2及聚焦栅极3G3面向屏极3G2的一部分即形成本发明电子束形成区(Beam Forming Region；BFR)。
第一栅极3G4设有一组彼此间隔开的极孔80a、80b、80c系分别与电子束位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过极孔80a、80b、80c。第一栅极3G4与聚焦栅极3G3面向第一栅极3G4部分形成预聚焦透镜(pre focus lens)。
如图6、图8所示，第二栅极3G5与电压源VF相连接，其面向第一栅极3G4一侧设有一组彼此间隔的极孔82a、82b、82c，其内邻近中段部分设有一组彼此间隔开的极孔84a、84b、84c，且令极孔82a、82b、82c、84a、84b、84c分别与控制极3G1、屏极3G2、聚焦栅极3G3及第一栅极3G4上极孔72a、72b、72c、74a、74b、74c、76a、76b、76c、78a、78b、78c、80a、80b、80c位于同一直线位置，以使三个阴极3KR、3KG、3KB产生的电子束能顺利通过极孔72a、72b、72c、74a、74b、74c、76a、76b、76c、78a、78b、78c、80a、80b、80c、82a、82b、82c。
第二栅极3G5上远离第一栅极3G4的一侧设有端壁(end wall)86，端壁85上开设有共同电子束第一长形贯穿孔86，其邻近端壁85的内壁(Innerwall)83则增设与第一长形贯穿孔86位于同一直线位置上的共同电子束第二长形贯穿孔88。
如图8所示，第一、二长形贯穿孔86、88系由三个间隔圆孔经放大并相互交集形成的链条状贯穿孔，其中各圆孔分别与第二栅极3G5内的极孔84a、84b、84c位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过。
如图7、图8所示，第三栅极3G6与与电压源VA相连接，第二栅极3G5的另一部分与第三栅极3G6共同形成本发明的主聚焦透镜；第三栅极3G6邻近第二栅极3G5一侧设有端壁(end wall)95，端壁95上开设有共同电子束第一长形贯穿孔90，其内壁(Inner wall)94则增设与第一长形贯穿孔90大小形状相同并位于同一直线位置上的共同电子束第二长形贯穿孔92。
第一、二长形贯穿孔90、92系由三个间隔圆孔经放大并相互交集形成的链条状贯穿孔，其中各圆孔分别与第二栅极3G5内中段部分一组彼此间隔开的极孔84a、84b、84c位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过；第三栅极3G6内邻近显示屏幕42的位置设有一组彼此间隔开的极孔94a、94b、94c，极孔94a、94b、94c系分别与第一、二长形贯穿孔90、92上对应圆孔位于同一直线位置，以使各电子束能顺利通过极孔94a、94b、94c，射向阴极射线管的玻璃显示屏幕42。
所上所述，本发明藉由在主聚焦透镜中至少一个以上沿本发明纵向轴呈间隔状排列的电极上，开设至少两组以上沿纵向轴排列的共同极孔，以形成多层共同透镜，藉以增加电子枪的长度，并增加电子枪主聚焦透镜的有效直径，以在无须施加较大动态会聚电压的情形下，有效改善视讯影像解析度，从而不致令电子束在阴极射线管的显示屏幕上发生像散及失焦现象。