專利名稱：裝有電子槍的陰極射線管和靜電透鏡系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種陰極射線管，該陰極射線管包括一個電子槍，電子槍具有束成形部分和預聚焦電極系統，束成形部分具有至少一個用于產生電子束的電子源，預聚焦電極系統在工作時加有預聚焦電壓，以形成一個電子光學預聚焦透鏡，電子槍還包括主透鏡電極系統，此系統的外電極設有用于至少在工作時在所述電極間提供主聚焦電壓的裝置，以形成一個電子光學主聚焦透鏡，所述電極設有至少一個電子束通過孔以及用于將電極固定至絕緣支撐架上的固定裝置。
本發明還涉及靜電透鏡系統，該靜電透鏡系統包括預聚焦電極系統和主透鏡電極系統，預聚焦電極系統在工作時加有預聚焦電壓，以形成一個電子光學預聚焦透鏡，主透鏡電極系統的外電極設有用于至少在工作時提供一個主聚焦透鏡的裝置，所述電極設有至少一個電子束通過孔以及用于將電極固定至絕緣支撐架上的固定裝置。
這種類型的設備(陰極射線管)可從美國專利4168452中得知。在此設備中采用的電子槍是三電位型的，其中，主透鏡系統的外電極設有電連接裝置，用于在其間至少在工作時提供15-20KV量級的較大主聚焦電壓。正如在主透鏡系統的外電極之間施加較大主聚焦電壓的其它類型的電子槍中那樣，例如象在最常用的雙電位電子槍中那樣，通常會產生這樣的結果在工作時，主透鏡系統的第一電極上僅為中等電位，這與單電位電子槍不同，在單電位電子槍中主透鏡系統的外電極均處于相同高電位。由于主透鏡系統的第一電極通常還構成預聚焦系統的最末電極，這便會導致電子槍的中度預聚焦作用，并從而導致在開頭段落描述的類型的設備中的不良束分離率。
為防止產生后一現象，在現有設備的電子槍的預聚焦系統中采用了一個附加電極，此電極在工作時具有比主透鏡系統的第一電極更高的電位。因此，在預聚焦系統中實現了較強的電場，于是得到了更好的預聚焦，這會導致更細的電子束。
但是，現有設備的缺點是，為實現束分辨率的改善需要一個附加電極，這不僅提高了造價，而且還要求在電子槍中有更大的空間以及必然增設的電連接。
本發明的目的是要提供一種開頭段描述的類型的設備，在此設備中，預聚焦得到了改善，且不用增設附加電極。
根據本發明，開頭段落中所述類型的設備的特征在于，預聚焦電極系統包括一對相鄰電極，其中至少一個電極以如此方式向另一電極突出，即，在孔的位置處這兩個電極之間距小于其在相應固定位置處的間距，在孔的位置處電極之間的分隔距離由靜電擊穿特性限定。在本發明的范圍內，在孔的位置處兩電極間維持這樣的距離，即，此距離與靜電擊穿特性相應并在常規的定位和其它工藝容差之內。
本發明是基于這樣的認識相鄰電極的最小間距主要由固定裝置在絕緣支撐架上的間距決定。通常，沿支撐架之絕緣材料的靜電擊穿電壓明顯小于常規真空度中的擊穿電壓。因此，對于與電極對齊的固定裝置而言，電極之間的最大電場強度受限于所述的沿絕緣支撐架的擊穿電壓。若根據本發明將相關的對電極的固定裝置進一步分開，而不是與電極對齊，也就實現了這樣的情況兩電極可以放置得更近，并且它們在孔的位置處的最小間距僅由常規真空中的靜電擊穿電壓限制。實際上，這意味著，在孔的位置處兩電極之間距接近預聚焦電壓和外殼中常規真空度下最大電場強度之商的理論最小值，同時容許設備中的電極的不可避免的定位誤差和環境條件變化。要施加于電極間的電子束并由此而使之預聚焦的場強可因此而增大，且為此而不需要帶附加(高)電壓的附加電極。所以，實際上，束均勻度和束點質量可實現顯著的改善。
在大多數常規情況下，沿支撐架的最大電場強度約為常規真空中的三分之一。因此，根據本發明的一特定實施例的特征在于，在孔的位置處兩電極之間距約為在相應固定裝置處的間距的三分之一。
一般情況下，在開頭段落中所述類型的設備的抽真空的外殼中的常規真空度下，可實現的最大場強為7-12KV/mm，而沿絕緣支撐架的最大場強通常限制于約3KV/mm。因此，根據本發明的設備的另一實施例的特征在于，兩電極之間距為預聚焦電壓的七分之一至二十分之一，同時固定裝置之間距大于預聚焦電壓的三分之一，這里所說的距離以毫米為單位，據說的預聚焦電壓以千伏為單位。在這種情況下，可使用電子槍，而并不存在開頭段落中所述類型的任何常規設備中可能發生的任何問題。
本發明的這些和其它方面將從以下描述的實施例中得以清楚說明。在附圖中

圖1示出裝有根據本發明的陰極射線管的圖像顯示設備的一個實施例；圖2是圖1中所示的圖像顯示設備的電子槍的詳細透視圖；圖3是圖2的電子槍的剖視圖4是圖2的電子槍的另一實施例的剖視圖。
這些圖是純示意性的，不是按實際比例畫出的。為清楚起見，有些尺寸是放大的。各圖中相對應的元件盡可能采用相同參考數字。
圖1所示的圖像顯示設備的實施例設有根據本發明的陰極射線管1，此陰極射線管具有抽真空的殼體2，殼體2設有顯示窗3、錐部4和頸部5。頸部5容納電子槍6，在此實施例中，電子槍6用于產生三根電子束7-9。應指出的是，在本發明的范圍內、術語“電子槍”應認為具有更廣的含義，它不僅包括適于產生單電子束的單槍，還應包括例如本發明中所述的通常由三電子槍組成的集成或非集成系統。
在此實施例中，包含紅、綠和藍色熒光粉單元的電子熒光顯示屏10設置在顯示窗3的內側。殼體2的外側裝有偏轉裝置11，圖中僅示意性地畫出此偏轉裝置，它通常包括以磁線圈系統的形式設置的偏轉單元。在電子束到達顯示屏10的路徑上，電子束7-9可借助偏轉單元偏轉，以便能掃描整個顯示屏10，電子束通過選色裝置13，在此實施例中，選色裝置12包括一個具有孔13的板形式的蔭罩。電子束7-9以小的相互夾角通過孔13，由此僅撞擊與束7-9相配合的顏色的熒光粉單元。該圖像顯示設備還包括用于向電子槍的電極上施加電壓的裝置14，此裝置在圖中為示意性的，在最終的產品中此裝置借助引線電極15連至電子槍6。該設備還包括外殼(未示出)。
圖1的設備的電子槍6在圖2中以透視圖方式更詳細地示出。此電子槍6包括電子束產生部分20，它被稱作三極管，其中裝有三個并置的電子源，這三個電子槍設有公共電極21，此電極21常被稱作G1，工作時它接地。與電子槍6的所有其它電極相似，電極21具有排成一排的三個孔16，孔16具有約5.5mm的直徑，用于讓電子束穿過。
電子槍6還包括預聚焦系統30，此系統30由工作電位分別為約500V和約5.5KV的兩相鄰電極31、32構成。由這個系統的電極31、32構成的電子光學預聚焦透鏡保證由電子源21形成虛擬圖像，此圖像用作由電子槍中的主透鏡電極系統40構成的主聚焦透鏡的目標。
主透鏡系統40的第一電極由預聚焦系統30的最末電極32構成。另外，主透鏡系統包括最后電極41，此電極通常稱為陽極，并在工作時一般具有約25-30KV的電位。在工作時，主透鏡系統構成電級光學主透鏡，并完成三電子束的充分聚焦及其在顯示屏11上的會聚。在主透鏡系統中可使用多個電極，以修正主透鏡系統中的電位變化和/或減輕電位躍變。
電子槍的多個電極中的每一個包括三個排成一排的電子束通過孔16，并在兩側借助于固定裝置48固定至絕緣支撐架47上，支撐架47具有常規的玻璃組分。這種材料可承受最大為3KV/mm的靜電場強。在預聚焦系統中存在5KV的電位差時，這會在支撐架47的位置處造成電極31、32之間的最小1.7mm的間距，再加上考慮到定位容差和其它工藝波動性而必然需要的余量。
本發明基于這樣的認識，在柵極中的孔16的位置處容許相當高的電場強度。在這里最大場強僅受常規真空中擊穿電壓的限制，在所述類型的設備中最大場強約10KV/mm。根據本發明，兩電極31、32中的至少一個在孔16的位置處朝另一電極突出，這樣，孔16位置處的電極之間距l2明顯小于固定裝置48位置處的電極間距l1。在孔16位置處電極31、32相互隔開，其間隔由靜電擊穿特性制約，在這種情況下，它包括約0.5mm的間距l2再加上考慮到定位容差和其它工藝波動性而必需的余量。在此情況下，電子束在預聚焦系統30中承受的電場基本上是最大的，并且大于沿支撐架47的最大電場值的三倍，這使電子槍的預聚焦作用顯著改善，因此顯著地改善了顯示屏上的最終束點的質量和均勻性。
在相關實施例中，這是如此實現的，即，第二電極32由分離的部分321、322、323構成，其中第一部分321包括固定裝置48，第二部分322通過或不通過中間部分323安裝在第一部分321的面對另一電極31的一側上，并包括電子束通過孔16。電極32的各分離部分采用約0.8mm的片材。因此，第二部分322和第一電極之間的距離l2比第一部分321和第一電極31之間的距離l1約小1.6mm。分離部分可通過例如沖壓制成并隨后焊在一起。
圖3示出預聚焦系統30的電極31、32的另一實施例。圖3示意性地示出電子槍的預聚焦系統，其中第一電極31由約0.4mm厚的片材深沖而成或者如此彎曲，即，具有電子束通過孔16的中央部分312相對于形成固定裝置48的邊緣部分311突出約1.5mm。因此，在這種情況下，在孔16位置處預聚焦系統30的兩電極31、32之間的距離l2減小至極限值再加上考慮到定位容差和其它工藝波動性所必需的余量，所說的極限值由靜電擊穿特性決定，此極限值為在兩電極31、32之間約每KV電位差0.1mm。但是，在固定裝置48和支撐架47的位置處的間距l1則充分地維持在每KV電位差0.33mm的相關極限值之上。
雖然已參照兩個實施例描述了本發明，但很明顯，本發明不局限于這些實施例，本領域的技術人員在不脫離本發明的范圍的情況下能夠想到許多變化。例如，為限制每一電極的凸起程度，預聚焦系統的兩電極可相對突出。另外，為進一步修正束形狀并使之適應特定需要，在預聚焦系統和主透鏡系統中均可采用兩個以上的電極和電位。本發明還特別有益地適用于三電位電子槍，其中，至少另一電極位于主透鏡系統的第一和最末電極之間，這另一電極在工作時具有獨立的電位，此電位低于第一電極的電位，本發明也可用于DML型(分布式主透鏡)或MSFL(多級聚焦透鏡)型電子槍中，在這些電子槍中，主透鏡系統包括多個電極，主透鏡電壓在多個電極上逐極分布，以減輕主透鏡中的電位躍變。
另外，本發明不僅對于集成式彩色電子槍是重要的，而且可有益地用于分離式彩色電子槍和單色電子槍。再者，靜電透鏡系統可用于透射式電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)或圖像增強器。
本發明總體上講提供了開頭段落所述類型的陰極射線管，此陰極射線管具有更強的預聚焦功能，且不需要電子槍的電氣修正。
權利要求
1.一種陰極射線管，包括一個電子槍，此電子槍具有束成形部分和預聚焦電極系統，束成形部分具有至少一個用于產生電子束的電子源，預聚焦電極系統在工作時加有預聚焦電壓，以形成一個電子光學預聚焦透鏡，此電子槍還包括主透鏡電極系統，此系統的外電極設有至少在工作時在所述電極間提供主聚焦電壓的裝置，以形成一個電子光學主聚焦透鏡，所述電極設有至少一個電子束通過孔以及用于將電極固定至絕緣支撐架上的固定裝置，該陰極射線管的特征在于，預聚焦電極系統包括一對相鄰電極，這對電極中的至少一個以如此方式朝向另一電極突出，即，以孔的位置處兩電極之間距小于相應固定位置處的間距，在孔的位置處電極的分隔距離受靜電擊穿特性限制。
2.根據權利要求1的陰極射線管，其特征在于，在孔的位置處，兩電極之間距約為相應固定裝置處間距的三分之一。
3.根據權利要求1或2的陰極射線管，其特征在于，在孔的位置處所述兩電極之間距約等于預聚焦電壓和外殼內額定真空中最大電場強度之比值，所述固定裝置之間距大于預聚焦電壓和沿支撐架的最大電場強度之比值。
4.根據權利要求1、2或3的陰極射線管，其特征在于，若以毫米表示距離，以千伏表示預聚焦電壓，在固定裝置之間距大于預聚焦電壓的三分之一時，兩電極之間距為預聚焦電壓的七分之一至二十分之一。
5.根據前述任一權利要求的陰極射線管，其特征在于，預聚焦系統的兩電極中的至少一個由至少兩部分組成，第一部分包括固定裝置，第二部分設有至少一個電子束通過孔，并設在第一部分的面對此系統另一電極的一側。
6.根據權利要求1-4中任一權利要求的陰極射線管，其特征在于，兩個柵極中的至少一個包括一個深沖或彎曲部分，至少一個電子束通過孔設在此部分中，此部分朝向此系統的另一電極延伸。
7.一種靜電透鏡系統，包括預聚焦電極系統和主透鏡電極系統，預聚焦電極系統在工作時施加預聚焦電壓，以形成一個電子光學預聚焦透鏡，主透鏡電極系統的外電極設有至少在工作時向主透鏡系統提供主聚焦電壓的裝置，所述電極設有至少一個電子束通過孔并設有用于將電極固定至絕緣支撐架的固定裝置，其特征在于，預聚焦電極系統包括一對相鄰電極，其中至少一個以如此方式朝向另一個突出，即，在孔的位置處兩電極之間距小于相應固定裝置位置處的間距，而且在孔的位置處電極相互間隔開的距離由靜電擊穿特性限制。
全文摘要
一種陰極射線管包括電子槍，電子槍具有束成型部分(20)、預聚焦電極(31、32)系統(30)和主透鏡電極(41、42)系統(40)，束成型部分具有至少一個用于產生電子束的電子源(21)，預聚焦系統在工作時施加預聚焦電壓，以形成電子光學預聚焦透鏡，主透鏡系統在工作時施加主透鏡電壓，以形成電子光學主透鏡。電極(31、32、41、42)設有用于連至支撐架(47)的固定裝置(48)和電子束(7-9)的通過孔(16)。預聚焦系統(30)包括一對相鄰電極(31、32)，其中至少一個電極(32)以如此方式朝向另一電極(31)突出，即，在孔(16)的位置處兩電極(31、32)之間距(l
文檔編號H01J29/48GK1136363SQ95190996
公開日1996年11月20日 申請日期1995年8月17日 優先權日1994年8月25日
發明者E·A·蒙蒂, J·范恩格索芬, R·范德韋爾克 申請人:菲利浦電子有限公司