专利名称：装有电子枪的阴极射线管和静电透镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阴极射线管，该阴极射线管包括一个电子枪，电子枪具有束成形部分和预聚焦电极系统，束成形部分具有至少一个用于产生电子束的电子源，预聚焦电极系统在工作时加有预聚焦电压，以形成一个电子光学预聚焦透镜，电子枪还包括主透镜电极系统，此系统的外电极设有用于至少在工作时在所述电极间提供主聚焦电压的装置，以形成一个电子光学主聚焦透镜，所述电极设有至少一个电子束通过孔以及用于将电极固定至绝缘支撑架上的固定装置。
本发明还涉及静电透镜系统，该静电透镜系统包括预聚焦电极系统和主透镜电极系统，预聚焦电极系统在工作时加有预聚焦电压，以形成一个电子光学预聚焦透镜，主透镜电极系统的外电极设有用于至少在工作时提供一个主聚焦透镜的装置，所述电极设有至少一个电子束通过孔以及用于将电极固定至绝缘支撑架上的固定装置。
这种类型的设备(阴极射线管)可从美国专利4168452中得知。在此设备中采用的电子枪是三电位型的，其中，主透镜系统的外电极设有电连接装置，用于在其间至少在工作时提供15-20KV量级的较大主聚焦电压。正如在主透镜系统的外电极之间施加较大主聚焦电压的其它类型的电子枪中那样，例如象在最常用的双电位电子枪中那样，通常会产生这样的结果在工作时，主透镜系统的第一电极上仅为中等电位，这与单电位电子枪不同，在单电位电子枪中主透镜系统的外电极均处于相同高电位。由于主透镜系统的第一电极通常还构成预聚焦系统的最末电极，这便会导致电子枪的中度预聚焦作用，并从而导致在开头段落描述的类型的设备中的不良束分离率。
为防止产生后一现象，在现有设备的电子枪的预聚焦系统中采用了一个附加电极，此电极在工作时具有比主透镜系统的第一电极更高的电位。因此，在预聚焦系统中实现了较强的电场，于是得到了更好的预聚焦，这会导致更细的电子束。
但是，现有设备的缺点是，为实现束分辨率的改善需要一个附加电极，这不仅提高了造价，而且还要求在电子枪中有更大的空间以及必然增设的电连接。
本发明的目的是要提供一种开头段描述的类型的设备，在此设备中，预聚焦得到了改善，且不用增设附加电极。
根据本发明，开头段落中所述类型的设备的特征在于，预聚焦电极系统包括一对相邻电极，其中至少一个电极以如此方式向另一电极突出，即，在孔的位置处这两个电极之间距小于其在相应固定位置处的间距，在孔的位置处电极之间的分隔距离由静电击穿特性限定。在本发明的范围内，在孔的位置处两电极间维持这样的距离，即，此距离与静电击穿特性相应并在常规的定位和其它工艺容差之内。
本发明是基于这样的认识相邻电极的最小间距主要由固定装置在绝缘支撑架上的间距决定。通常，沿支撑架之绝缘材料的静电击穿电压明显小于常规真空度中的击穿电压。因此，对于与电极对齐的固定装置而言，电极之间的最大电场强度受限于所述的沿绝缘支撑架的击穿电压。若根据本发明将相关的对电极的固定装置进一步分开，而不是与电极对齐，也就实现了这样的情况两电极可以放置得更近，并且它们在孔的位置处的最小间距仅由常规真空中的静电击穿电压限制。实际上，这意味着，在孔的位置处两电极之间距接近预聚焦电压和外壳中常规真空度下最大电场强度之商的理论最小值，同时容许设备中的电极的不可避免的定位误差和环境条件变化。要施加于电极间的电子束并由此而使之预聚焦的场强可因此而增大，且为此而不需要带附加(高)电压的附加电极。所以，实际上，束均匀度和束点质量可实现显著的改善。
在大多数常规情况下，沿支撑架的最大电场强度约为常规真空中的三分之一。因此，根据本发明的一特定实施例的特征在于，在孔的位置处两电极之间距约为在相应固定装置处的间距的三分之一。
一般情况下，在开头段落中所述类型的设备的抽真空的外壳中的常规真空度下，可实现的最大场强为7-12KV/mm，而沿绝缘支撑架的最大场强通常限制于约3KV/mm。因此，根据本发明的设备的另一实施例的特征在于，两电极之间距为预聚焦电压的七分之一至二十分之一，同时固定装置之间距大于预聚焦电压的三分之一，这里所说的距离以毫米为单位，据说的预聚焦电压以千伏为单位。在这种情况下，可使用电子枪，而并不存在开头段落中所述类型的任何常规设备中可能发生的任何问题。
本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例中得以清楚说明。在附图中
图1示出装有根据本发明的阴极射线管的图像显示设备的一个实施例；图2是图1中所示的图像显示设备的电子枪的详细透视图；图3是图2的电子枪的剖视图4是图2的电子枪的另一实施例的剖视图。
这些图是纯示意性的，不是按实际比例画出的。为清楚起见，有些尺寸是放大的。各图中相对应的元件尽可能采用相同参考数字。
图1所示的图像显示设备的实施例设有根据本发明的阴极射线管1，此阴极射线管具有抽真空的壳体2，壳体2设有显示窗3、锥部4和颈部5。颈部5容纳电子枪6，在此实施例中，电子枪6用于产生三根电子束7-9。应指出的是，在本发明的范围内、术语“电子枪”应认为具有更广的含义，它不仅包括适于产生单电子束的单枪，还应包括例如本发明中所述的通常由三电子枪组成的集成或非集成系统。
在此实施例中，包含红、绿和蓝色荧光粉单元的电子荧光显示屏10设置在显示窗3的内侧。壳体2的外侧装有偏转装置11，图中仅示意性地画出此偏转装置，它通常包括以磁线圈系统的形式设置的偏转单元。在电子束到达显示屏10的路径上，电子束7-9可借助偏转单元偏转，以便能扫描整个显示屏10，电子束通过选色装置13，在此实施例中，选色装置12包括一个具有孔13的板形式的荫罩。电子束7-9以小的相互夹角通过孔13，由此仅撞击与束7-9相配合的颜色的荧光粉单元。该图像显示设备还包括用于向电子枪的电极上施加电压的装置14，此装置在图中为示意性的，在最终的产品中此装置借助引线电极15连至电子枪6。该设备还包括外壳(未示出)。
图1的设备的电子枪6在图2中以透视图方式更详细地示出。此电子枪6包括电子束产生部分20，它被称作三极管，其中装有三个并置的电子源，这三个电子枪设有公共电极21，此电极21常被称作G1，工作时它接地。与电子枪6的所有其它电极相似，电极21具有排成一排的三个孔16，孔16具有约5.5mm的直径，用于让电子束穿过。
电子枪6还包括预聚焦系统30，此系统30由工作电位分别为约500V和约5.5KV的两相邻电极31、32构成。由这个系统的电极31、32构成的电子光学预聚焦透镜保证由电子源21形成虚拟图像，此图像用作由电子枪中的主透镜电极系统40构成的主聚焦透镜的目标。
主透镜系统40的第一电极由预聚焦系统30的最末电极32构成。另外，主透镜系统包括最后电极41，此电极通常称为阳极，并在工作时一般具有约25-30KV的电位。在工作时，主透镜系统构成电级光学主透镜，并完成三电子束的充分聚焦及其在显示屏11上的会聚。在主透镜系统中可使用多个电极，以修正主透镜系统中的电位变化和/或减轻电位跃变。
电子枪的多个电极中的每一个包括三个排成一排的电子束通过孔16，并在两侧借助于固定装置48固定至绝缘支撑架47上，支撑架47具有常规的玻璃组分。这种材料可承受最大为3KV/mm的静电场强。在预聚焦系统中存在5KV的电位差时，这会在支撑架47的位置处造成电极31、32之间的最小1.7mm的间距，再加上考虑到定位容差和其它工艺波动性而必然需要的余量。
本发明基于这样的认识，在栅极中的孔16的位置处容许相当高的电场强度。在这里最大场强仅受常规真空中击穿电压的限制，在所述类型的设备中最大场强约10KV/mm。根据本发明，两电极31、32中的至少一个在孔16的位置处朝另一电极突出，这样，孔16位置处的电极之间距l2明显小于固定装置48位置处的电极间距l1。在孔16位置处电极31、32相互隔开，其间隔由静电击穿特性制约，在这种情况下，它包括约0.5mm的间距l2再加上考虑到定位容差和其它工艺波动性而必需的余量。在此情况下，电子束在预聚焦系统30中承受的电场基本上是最大的，并且大于沿支撑架47的最大电场值的三倍，这使电子枪的预聚焦作用显著改善，因此显著地改善了显示屏上的最终束点的质量和均匀性。
在相关实施例中，这是如此实现的，即，第二电极32由分离的部分321、322、323构成，其中第一部分321包括固定装置48，第二部分322通过或不通过中间部分323安装在第一部分321的面对另一电极31的一侧上，并包括电子束通过孔16。电极32的各分离部分采用约0.8mm的片材。因此，第二部分322和第一电极之间的距离l2比第一部分321和第一电极31之间的距离l1约小1.6mm。分离部分可通过例如冲压制成并随后焊在一起。
图3示出预聚焦系统30的电极31、32的另一实施例。图3示意性地示出电子枪的预聚焦系统，其中第一电极31由约0.4mm厚的片材深冲而成或者如此弯曲，即，具有电子束通过孔16的中央部分312相对于形成固定装置48的边缘部分311突出约1.5mm。因此，在这种情况下，在孔16位置处预聚焦系统30的两电极31、32之间的距离l2减小至极限值再加上考虑到定位容差和其它工艺波动性所必需的余量，所说的极限值由静电击穿特性决定，此极限值为在两电极31、32之间约每KV电位差0.1mm。但是，在固定装置48和支撑架47的位置处的间距l1则充分地维持在每KV电位差0.33mm的相关极限值之上。
虽然已参照两个实施例描述了本发明，但很明显，本发明不局限于这些实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的范围的情况下能够想到许多变化。例如，为限制每一电极的凸起程度，预聚焦系统的两电极可相对突出。另外，为进一步修正束形状并使之适应特定需要，在预聚焦系统和主透镜系统中均可采用两个以上的电极和电位。本发明还特别有益地适用于三电位电子枪，其中，至少另一电极位于主透镜系统的第一和最末电极之间，这另一电极在工作时具有独立的电位，此电位低于第一电极的电位，本发明也可用于DML型(分布式主透镜)或MSFL(多级聚焦透镜)型电子枪中，在这些电子枪中，主透镜系统包括多个电极，主透镜电压在多个电极上逐极分布，以减轻主透镜中的电位跃变。
另外，本发明不仅对于集成式彩色电子枪是重要的，而且可有益地用于分离式彩色电子枪和单色电子枪。再者，静电透镜系统可用于透射式电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)或图像增强器。
本发明总体上讲提供了开头段落所述类型的阴极射线管，此阴极射线管具有更强的预聚焦功能，且不需要电子枪的电气修正。
权利要求
1.一种阴极射线管，包括一个电子枪，此电子枪具有束成形部分和预聚焦电极系统，束成形部分具有至少一个用于产生电子束的电子源，预聚焦电极系统在工作时加有预聚焦电压，以形成一个电子光学预聚焦透镜，此电子枪还包括主透镜电极系统，此系统的外电极设有至少在工作时在所述电极间提供主聚焦电压的装置，以形成一个电子光学主聚焦透镜，所述电极设有至少一个电子束通过孔以及用于将电极固定至绝缘支撑架上的固定装置，该阴极射线管的特征在于，预聚焦电极系统包括一对相邻电极，这对电极中的至少一个以如此方式朝向另一电极突出，即，以孔的位置处两电极之间距小于相应固定位置处的间距，在孔的位置处电极的分隔距离受静电击穿特性限制。
2.根据权利要求1的阴极射线管，其特征在于，在孔的位置处，两电极之间距约为相应固定装置处间距的三分之一。
3.根据权利要求1或2的阴极射线管，其特征在于，在孔的位置处所述两电极之间距约等于预聚焦电压和外壳内额定真空中最大电场强度之比值，所述固定装置之间距大于预聚焦电压和沿支撑架的最大电场强度之比值。
4.根据权利要求1、2或3的阴极射线管，其特征在于，若以毫米表示距离，以千伏表示预聚焦电压，在固定装置之间距大于预聚焦电压的三分之一时，两电极之间距为预聚焦电压的七分之一至二十分之一。
5.根据前述任一权利要求的阴极射线管，其特征在于，预聚焦系统的两电极中的至少一个由至少两部分组成，第一部分包括固定装置，第二部分设有至少一个电子束通过孔，并设在第一部分的面对此系统另一电极的一侧。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求的阴极射线管，其特征在于，两个栅极中的至少一个包括一个深冲或弯曲部分，至少一个电子束通过孔设在此部分中，此部分朝向此系统的另一电极延伸。
7.一种静电透镜系统，包括预聚焦电极系统和主透镜电极系统，预聚焦电极系统在工作时施加预聚焦电压，以形成一个电子光学预聚焦透镜，主透镜电极系统的外电极设有至少在工作时向主透镜系统提供主聚焦电压的装置，所述电极设有至少一个电子束通过孔并设有用于将电极固定至绝缘支撑架的固定装置，其特征在于，预聚焦电极系统包括一对相邻电极，其中至少一个以如此方式朝向另一个突出，即，在孔的位置处两电极之间距小于相应固定装置位置处的间距，而且在孔的位置处电极相互间隔开的距离由静电击穿特性限制。
全文摘要
一种阴极射线管包括电子枪，电子枪具有束成型部分(20)、预聚焦电极(31、32)系统(30)和主透镜电极(41、42)系统(40)，束成型部分具有至少一个用于产生电子束的电子源(21)，预聚焦系统在工作时施加预聚焦电压，以形成电子光学预聚焦透镜，主透镜系统在工作时施加主透镜电压，以形成电子光学主透镜。电极(31、32、41、42)设有用于连至支撑架(47)的固定装置(48)和电子束(7-9)的通过孔(16)。预聚焦系统(30)包括一对相邻电极(31、32)，其中至少一个电极(32)以如此方式朝向另一电极(31)突出，即，在孔(16)的位置处两电极(31、32)之间距(l
文档编号H01J29/48GK1136363SQ95190996
公开日1996年11月20日 申请日期1995年8月17日 优先权日1994年8月25日
发明者E·A·蒙蒂, J·范恩格索芬, R·范德韦尔克 申请人:菲利浦电子有限公司