JPH08241678A - Electron gun for cathode-ray tube - Google Patents
Electron gun for cathode-ray tubeInfo
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Abstract
Description
【０００１】［産業上の利用分野］本発明は陰極線管の
電子銃に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an electron gun for a cathode ray tube.
【０００２】［従来の技術］陰極線管はブラウン管とも
呼ばれ、蛍光膜上に蛍光体の発光による光の映像を表示
できる装置であり、ＴＶ受像機やコンピュターの表示装
置として、更に、医療関係でＸ線画像の表示装置とし
て、医療、産業界、一般家庭と広範囲で利用されてい
る。特に、医療関係では、資源として貴重な銀塩を用い
た写真フィルムを使わずに、高解像力のＣＣＤカメラ
や、撮像管で撮影されたＸ線画像を表示できる高解像力
を持った陰極線管が必要になっている。更に、コンピュ
ターで画像処理された映像や、高解像力を必要とするＣ
ＡＤの画像を表示する装置も必要に成っている。これら
の高解像力を持った表示装置は、１ピクセルの大きさが
２０から５０μｍからなる高鮮細であり、しかも、明る
い部屋で観察できる輝度が必要とされる。上記した１ピ
クセルの大きさは、現在使用されているＴＶ受像機やコ
ンピュターに使われる陰極線管の１ピクセルの大きさの
十分の一以下と小さい。この要求条件を満たす表示装置
は、現在の所陰極線管以外に存在しない。更に、陰極線
管の新しい使用として、陰極線管を１インチ以下とミニ
アチャ化し、頭部に被るヘルメットや、ヘヤー・バン
ド、又は、眼鏡の縁に付けて、ＴＶ受像機やコンピュタ
ーの映像を目の前の画面に映し出す装置が開発されて来
ている。ミニアチャ陰極線管の蛍光膜に映し出される映
像の解像力に対する要求は非常に高く、１ピクセルの大
きさが１０から２０μｍとなる。例えば、１インチの蛍
光膜に６００Ｘ４８０個のピクセルからなるコンピュー
ターのＶＧＡ画像を映し出そうとすると、１ピクセルの
大きさは、３３μｍ以下でなければ成らない。蛍光膜の
大きさが、０．５インチであると、１３μｍ以下とな
る。ミニアチア陰極線管の１ピクセルの大きさは、医療
用の陰極線管の場合と同じで、通常の陰極線管の１ピク
セルの大きさの十分の一以下である。このように、高鮮
細な映像を明るく映し出す陰極線管の需要が急増してい
る。[Prior Art] A cathode ray tube is also called a cathode ray tube and is a device capable of displaying an image of light generated by the emission of a fluorescent substance on a fluorescent film. As an X-ray image display device, it is widely used in medical treatment, industry, general households. Especially in the medical field, a CCD camera with high resolution and a cathode ray tube with high resolution capable of displaying X-ray images taken by an image pickup tube are required without using photographic film that uses precious silver salt as a resource. It has become. Furthermore, images processed by a computer and C that requires high resolution
There is also a need for a device for displaying AD images. These display devices having a high resolution are required to have a high resolution such that the size of one pixel is 20 to 50 μm, and yet to have a brightness that can be observed in a bright room. The above-mentioned size of 1 pixel is as small as one tenth or less of the size of 1 pixel of the cathode ray tube used in the currently used TV receivers and computers. There is no display device satisfying this requirement except the present cathode ray tube. In addition, as a new use of the cathode ray tube, the cathode ray tube is miniaturized to 1 inch or less and attached to a helmet worn on the head, a hair band, or the edge of glasses, and a video image of a TV receiver or a computer is displayed in front of the eyes. A device for displaying on the screen has been developed. The demand for the resolution of the image displayed on the fluorescent film of the miniature cathode ray tube is very high, and the size of one pixel is 10 to 20 μm. For example, if a VGA image of a computer consisting of 600 × 480 pixels is projected on a 1-inch phosphor screen, the size of one pixel must be 33 μm or less. When the size of the fluorescent film is 0.5 inch, it becomes 13 μm or less. The size of 1 pixel of the miniature cathode ray tube is the same as that of a medical cathode ray tube, and is 1/10 or less of the size of 1 pixel of a normal cathode ray tube. As described above, there is a rapid increase in demand for cathode ray tubes capable of brightly displaying high-definition images.
【０００３】陰極線管の蛍光膜上に映し出される映像の
１ピクセルの大きさを決めている主因子は、蛍光膜上に
照射される電子ビーム径である。電子ビーム径の大きさ
を決定するのは、電子銃の設計である。特に、陰極線管
のように高電子ビーム流量を使用する場合、電子銃の設
計で困難に直面する。困難は、陰極から取り出す電子ビ
ーム量に依存して電子ビーム径が大きく変わる点であ
る。従来の陰極線管に使われている電子銃を用いると、
電子ビーム径は、電子ビーム量の増加に従って指数関数
的に太くなる。鋭い電子ビーム径を得るには、陰極から
取り出す電子ビーム量を可能な限り少なくする必要があ
った。電子ビーム量の減少は、蛍光膜を構成する蛍光体
粒子に与えるエネルギーの減少になり、蛍光膜から取り
出す発光光量の減少となる。これに原因して、明るい蛍
光膜の輝度が得られていない。暗い蛍光膜の映像は、実
用面で受け入れ難い。明るい映像を得るには、蛍光膜に
与えるエネルギーを多くしなければならない。それに
は、電子ビーム流量を大きくしなければ成らず、電子ビ
ーム径の拡大は避けられないとされてきた。この問題の
解決は、従来の電子レンズ理論に基づいた電子銃の設計
では実現できない。高電子ビーム流量で、発光光点の小
さな電子ビームが得られる電子銃の開発が高鮮細陰極線
管の製造で待たれていた。The main factor that determines the size of one pixel of the image displayed on the fluorescent film of the cathode ray tube is the electron beam diameter with which the fluorescent film is irradiated. It is the design of the electron gun that determines the size of the electron beam diameter. Especially when using a high electron beam flow rate such as a cathode ray tube, difficulties are encountered in the design of the electron gun. The difficulty is that the electron beam diameter changes greatly depending on the amount of electron beams extracted from the cathode. Using the electron gun used in conventional cathode ray tubes,
The electron beam diameter increases exponentially as the electron beam amount increases. In order to obtain a sharp electron beam diameter, it was necessary to reduce the amount of electron beams extracted from the cathode as much as possible. The decrease in the amount of electron beams results in a decrease in the energy given to the phosphor particles forming the fluorescent film, and a decrease in the amount of light emitted from the fluorescent film. Due to this, the brightness of the bright fluorescent film is not obtained. The image of the dark fluorescent film is unacceptable in practical use. In order to obtain a bright image, the energy given to the fluorescent film must be increased. For that purpose, it is necessary to increase the electron beam flow rate, and it has been inevitable that the electron beam diameter is increased. The solution of this problem cannot be realized by the design of the electron gun based on the conventional electron lens theory. The development of an electron gun that can obtain an electron beam with a small light emission point at a high electron beam flow rate has been awaited in the manufacture of a high-resolution thin cathode ray tube.
【０００４】陰極線管の電子銃の設計の基本は、電子顕
微鏡で関発された電子レンズ理論に基づいている。電子
レンズ理論によると、真空中にある電子ビームを集束す
るには、予備集束を受け持つ予備集束電子レンズと、主
集束を受け持つ主集束電子レンズに分けて考える。この
確立された理論に従って、陰極線管に使われる電子銃は
設計される。電子銃は、電子ビーム径の大きさをある程
度まで小さくするように制御する予備集束電子レンズを
受け持つ電極群と、予備集束された電子ビームを更に鋭
く集束する主集束電子レンズの電極群の二つの電極群か
ら構成される。一般に、予備集束電子レンズの電極群
は、図１に図解するように、陰極線管のネック管１の中
の先端に収められ、陰極を加熱するヒーター２、熱電子
を放出する陰極３、陰極から取り出す電子ビーム量を制
御する第一格子４、陰極３と第一格子４の間隔を決める
スペサー５、取り出した電子ビームを加速する第二格子
６から構成されている。陰極３は、７００°Ｃ前後に加
熱された時に熱電子を放出する。第一格子４は、スペサ
ー５を介して、陰極面上０．１５ｍｍ前後の位置に置か
れた筒電極で、筒の先端の中心に直径が０．２から０．
３ｍｍにある微小な穴が開けられている。第一格子４
は、陰極に対して常に負のバイアス電位が与えられてい
る。陰極から電子銃内に取り出す電子ビームは、この微
小な穴を通して行われる。取り出す電子ビーム流量は、
第一格子４の負のバイアス電位の大きさを陰極に対して
零電位からカット・オフ電位の間で変えるとき、可逆的
に増減する。この特性を使って、電子銃から取り出す電
子ビーム流量を、第一格子４の負のバイアス電位の大き
さを変えて制御する。第二格子６には、陰極に対して、
通常３００から５００ボルトの正電位を与え、第一格子
４の細穴から出てきた電子ビームを必要な速度に加速す
る役目と、電子ビームを予備的に集束する役目を果たし
ている。これらの電極の各個を最適化し、現在使用され
ている予備電子レンズが構成される。The basic design of cathode ray tube electron guns is based on the electron lens theory developed in electron microscopes. According to the electron lens theory, in order to focus an electron beam in a vacuum, a prefocusing electron lens responsible for prefocusing and a main focusing electron lens responsible for main focusing are considered separately. According to this established theory, the electron gun used in the cathode ray tube is designed. The electron gun is composed of two groups of electrodes: a group of electrodes for pre-focusing electron lenses that controls the electron beam diameter to a certain extent, and a group of electrodes for the main focusing electron lens that sharply focuses the pre-focused electron beam. It is composed of an electrode group. In general, the electrode group of the prefocusing electron lens is housed in the tip of the neck tube 1 of the cathode ray tube, as illustrated in FIG. 1, and includes a heater 2 for heating the cathode, a cathode 3 for emitting thermoelectrons, and a cathode. It comprises a first grating 4 for controlling the amount of extracted electron beams, a spacer 5 for determining the distance between the cathode 3 and the first grating 4, and a second grating 6 for accelerating the extracted electron beams. The cathode 3 emits thermoelectrons when heated to around 700 ° C. The first grid 4 is a cylindrical electrode placed at a position of about 0.15 mm on the cathode surface via a spacer 5, and has a diameter of 0.2 to 0.
There is a small hole at 3 mm. First grid 4
Is always provided with a negative bias potential with respect to the cathode. An electron beam extracted from the cathode into the electron gun is emitted through the minute hole. The flow rate of the electron beam to be extracted is
When the magnitude of the negative bias potential of the first grid 4 is changed from zero potential to the cut-off potential with respect to the cathode, it reversibly increases and decreases. By using this characteristic, the flow rate of the electron beam extracted from the electron gun is controlled by changing the magnitude of the negative bias potential of the first grating 4. In the second grid 6, for the cathode,
Normally, a positive potential of 300 to 500 V is applied to serve to accelerate the electron beam emitted from the small holes of the first grating 4 to a required speed and to pre-focus the electron beam. Each of these electrodes is optimized to form the currently used backup electron lens.
【０００５】予備集束電子レンズを構成する電極群によ
り取り出され、適度の速度に加速された電子ビームは、
主集束電子レンズに入って、陽極電位により加速されと
同時に、主集束電子レンズを受け持つ電極群で更に鋭く
集束される。主集束電子レンズで電子ビームを集束する
のに２つの方法が知られている。第一の方法は、通常の
陰極線管に使われている静電界を用いた集束方式であ
る。この方式は、カラー陰極線管のように、一本のネッ
ク管内に複数個の電子銃を収納する場合に有利になる。
他の方法は、ネック管外に置かれた磁石による磁界を利
用する方法である。磁界を用いる方が、静電界を用いた
場合に比して、蛍光膜面上で収差の少ない電子ビームが
得られるので、収差を問題にする電子顕微鏡では、磁気
集束が使われている。収差よりも製造コストを問題とす
る陰極線管では、磁気集束は殆ど使われていない。The electron beam extracted by the electrode group forming the prefocusing electron lens and accelerated to an appropriate speed is
After entering the main focusing electron lens and being accelerated by the anode potential, at the same time, it is more sharply focused by the electrode group which is in charge of the main focusing electron lens. Two methods are known for focusing an electron beam with a main focusing electron lens. The first method is a focusing method using an electrostatic field, which is used in ordinary cathode ray tubes. This method is advantageous when accommodating a plurality of electron guns in one neck tube such as a color cathode ray tube.
Another method is to use a magnetic field from a magnet placed outside the neck tube. An electron beam with less aberration can be obtained on the fluorescent film surface by using a magnetic field as compared with the case of using an electrostatic field. Therefore, magnetic focusing is used in an electron microscope in which aberration is a problem. Magnetic focusing is rarely used in cathode ray tubes where manufacturing cost is more important than aberrations.
【０００６】電子銃の設計で問題となるのは、集束した
電子ビーム径の大きさが、電子ビーム流量により大きく
変化する事にある。いずれの主集束電子レンズを用いて
も、電子ビーム径は、電子ビーム流量の増加に従って指
数関数的に増加する。陰極線管の蛍光膜で階調の高い映
像を得るには、一画面内で電子ビーム流量を大きく変え
る必要がある。電子ビーム流量により電子ビーム径が変
わると、映像のピクセルの大きさが明るさにより変わる
ので、映像が見苦しくなる。高電子ビーム流量でも、低
電子ビーム流量と同じ鋭い電子ビーム径であることが必
要である。この解決の試みとして、電子ビームを取り出
す第一格子に開けられた微小穴径を、０．２ｍｍ以下と
小さくしても、得られる電子ビーム径は、０．２ｍｍの
場合とあまり変わらないか、かえって広がった電子ビー
ムが得られる。陰極線管の電子銃で、予備集束電子レン
ズと主集束電子レンズの電極群の変えられる因子を最適
化して出来ているのが現在使用されている電子銃であ
る。が、その電子銃を高鮮細な陰極線管に適用しても、
満足できる大きさの電子ビーム径は得られない。更なる
電子銃の改良が高鮮細な陰極線管の電子銃の製造で待た
れていた。A problem in the design of the electron gun is that the size of the focused electron beam diameter greatly changes depending on the electron beam flow rate. With any of the main focusing electron lenses, the electron beam diameter increases exponentially as the electron beam flow rate increases. In order to obtain a high gradation image with the fluorescent film of the cathode ray tube, it is necessary to greatly change the electron beam flow rate within one screen. When the diameter of the electron beam changes depending on the flow rate of the electron beam, the pixel size of the image changes depending on the brightness, which makes the image unsightly. Even with a high electron beam flow rate, it is necessary to have the same sharp electron beam diameter as the low electron beam flow rate. As an attempt to solve this problem, even if the diameter of the small holes made in the first grating for extracting the electron beam is reduced to 0.2 mm or less, the obtained electron beam diameter does not change much from the case of 0.2 mm. On the contrary, a broadened electron beam can be obtained. In the electron gun of the cathode ray tube, the electron gun which is currently used is made by optimizing the variable factors of the electrode groups of the prefocusing electron lens and the main focusing electron lens. However, even if the electron gun is applied to a high-definition cathode ray tube,
A satisfactory electron beam diameter cannot be obtained. Further improvements in the electron gun have been awaited in the manufacture of electron guns with high-definition cathode ray tubes.
【０００７】［発明が解決しようとする課題］解決しよ
うとする課題は、電子ビーム流量の増加による電子ビー
ム径の広がりを極度に抑えることができる、高鮮細陰極
線管に使える電子銃の提供である。[Problem to be Solved by the Invention] The problem to be solved is to provide an electron gun that can be used for a high-resolution fine cathode ray tube, in which the spread of the electron beam diameter due to an increase in the electron beam flow rate can be extremely suppressed. is there.
【０００８】［課題を解決するための手段］広い面積を
持った陰極を加熱すると、陰極面上には熱電子がボルツ
マン分布則で分布する。加熱された陰極面上でボルツマ
ン分布則で分布している熱電子を、第一格子４の細穴か
ら取り出すと、取り出された電子には、電子銃の軸に揃
った成分だけでなく、軸上から外れた運動成分の電子が
多分に含まれる。軸から外れた運動成分を持った電子量
は、取り出す電子ビーム量の増加に従って増加する。そ
の結果、電子ビーム径が電子ビーム流量により指数関数
的に広がる。電子ビーム流量が増加した時に、軸から外
れた運動成分を持った電子量が増加するのは、電子ビー
ムを取り出す陰極面の大きさが、電子ビーム流量により
変わる事により説明できる。とすれば、現在の広い面積
の陰極と小さな穴を持った第一格子の組み合わせでは、
電子ビーム流量により、軸上から外れた運動成分を持っ
た電子量の量が変わるのは、必然となる。この理解の上
で、広い面積の陰極と大きな穴を持った第一格子の組み
合わせると、電子ビームを取り出す制御が難しくなる。
この問題を解決する目的で、第一格子の穴をメッシュ状
にして、多数の微小穴にすると、電子ビームの広がりの
問題はかなり解決するが、電子ビーム流量も少なくなり
完全な解決策に成らない。だがメッシュ状穴の採用は、
取り出した電子ビームで、軸上から外れた運動成分を持
った電子量を減少させるか、または、電子ビーム流量に
無関係に一定の運動分布を持った電子ビームとする事が
できる方法を考えれば、電子ビーム流量の多少に関係な
く、電子ビーム径の広がりの変化を防げる事を示唆して
いる。予備集束電子レンズの段階で、電子銃の軸からの
離反が同じ電子ビームを作り、その電子ビームを主集束
電子レンズに入射すれば、主集束電子レンズでは、電子
ビーム流量に関係なく電子ビームを鋭く集束できる事を
見いだした。[Means for Solving the Problem] When a cathode having a large area is heated, thermoelectrons are distributed according to the Boltzmann distribution law on the cathode surface. When the thermoelectrons distributed according to the Boltzmann distribution law on the heated cathode surface are taken out from the fine holes of the first lattice 4, not only the components aligned with the axis of the electron gun but also the axes are extracted. Electrons of motion components that are off the top are mostly included. The amount of electrons with off-axis motion components increases as the amount of extracted electron beams increases. As a result, the electron beam diameter expands exponentially with the electron beam flow rate. The increase in the amount of electrons having an off-axis motion component when the electron beam flow rate increases can be explained by the fact that the size of the cathode surface for extracting the electron beam changes depending on the electron beam flow rate. Then, in the current combination of large area cathode and the first grid with small holes,
It is inevitable that the amount of electrons having off-axis motion components changes depending on the electron beam flow rate. Based on this understanding, if a cathode having a large area and a first lattice having a large hole are combined, it becomes difficult to control the electron beam extraction.
For the purpose of solving this problem, if the holes of the first grid are made into a mesh shape and a large number of micro holes are formed, the problem of the spread of the electron beam is solved considerably, but the electron beam flow rate is also reduced and a complete solution cannot be obtained. Absent. However, the adoption of mesh holes
Considering a method that can reduce the amount of electrons with off-axis motion components in the extracted electron beam or make it an electron beam with a constant motion distribution regardless of the electron beam flow rate, This suggests that the change in the spread of the electron beam diameter can be prevented regardless of the electron beam flow rate. At the stage of pre-focusing electron lens, if the electron beam is made to have the same departure from the axis of the electron gun and the electron beam is incident on the main focusing electron lens, the main focusing electron lens will generate the electron beam regardless of the electron beam flow rate. I found that I could focus sharply.
【０００９】広面積の陰極と第一格子の微小な穴を通し
て、陰極から電子ビームを取り出すと、上記したよう
に、電子ビーム量を増加させた時、電子ビーム径の広が
りは不可避である。とすれば、予備集束電子レンズで鋭
く集束した電子ビームを得るには、陰極から取り出す電
子ビーム量を少なくするのが最良の解決策となる。だ
が、電子ビーム量の減小は、蛍光膜面の発光の減少とな
り、蛍光膜面の輝度が低下し、実用の点から受け入れら
れない。この問題を解決するには、陰極から取り出す電
子ビーム量を可能な限り少なくし、その電子ビームが主
集束電子レンズに入れる前に、電子ビーム量を増化させ
る方法を考えれば良い。真空中にある電子の増幅方法と
して、電子を二次電子放出比の大きな材料に当て、電子
を増倍する方法がある。この方法の１応用例として、図
２に図解したチャンネル・プレート１１がある。チャン
ネル・プレート１１は、非常に細い中が空洞であるパイ
プを多数束ねて作られた板から構成されている。各パイ
プの内壁面には、二次電子増倍率が高く、適度の電気抵
抗を持った電導膜を形成して置く。チャンネル・プレー
ト板の両端に電極１２と１３を付け、この両端の電極に
１ｋＶ前後の電圧を加えると、パイプ内部に電位の勾配
ができる。チャンネル・プレート板の入力側から電子を
導入すると、入射電子はパイプの電位勾配に従って、パ
イプの内壁面と衝突しながら二次電子のナダレ現象を起
こし、増倍してパイプの出口に向かう。チャンネル・プ
レートから出てくる電子の数は、チャンネル・プレート
板に印加する電位の大きさにより変わるが、入射時の
１、０００倍から１０、０００倍にも増幅できる。増倍
されてチャンネル・プレートから出てくる電子の多く
は、細いパイプの中での衝突と加速を繰り返しているの
で、運動方向がチャンネル・プレートのパイプ軸に沿っ
た小さな広がりを持った電子から成る。チャンネル・プ
レートの軸方向を、電子銃の中心軸と一致させて置け
ば、チャンネル・プレートからは、電子銃の中心軸に沿
って小さな広がりを持った分布の電子ビームが、電子ビ
ーム量に無関係に出てくる。この電子ビームを、直ちに
主集束電子レンズで集束すると、電子ビーム流量に無関
係に、同一の電子ビーム径の電子ビームが得られる。When the electron beam is taken out from the cathode through the cathode having a large area and the minute holes of the first lattice, the spread of the electron beam diameter is inevitable when the electron beam amount is increased as described above. Then, in order to obtain an electron beam that is sharply focused by the prefocusing electron lens, the best solution is to reduce the amount of electron beam extracted from the cathode. However, a reduction in the amount of electron beam results in a decrease in light emission on the phosphor film surface and a decrease in brightness on the phosphor film surface, which is not acceptable from a practical point of view. To solve this problem, a method of reducing the electron beam amount taken out from the cathode as much as possible and increasing the electron beam amount before the electron beam enters the main focusing electron lens may be considered. As a method of amplifying electrons in a vacuum, there is a method of multiplying the electrons by applying the electrons to a material having a large secondary electron emission ratio. One application of this method is the channel plate 11 illustrated in FIG. The channel plate 11 is composed of a plate made by bundling a number of pipes each having a very thin hollow inside. A conductive film having a high secondary electron multiplication factor and a suitable electric resistance is formed and placed on the inner wall surface of each pipe. Electrodes 12 and 13 are attached to both ends of the channel plate plate, and a voltage of about 1 kV is applied to the electrodes on both ends to create a potential gradient inside the pipe. When electrons are introduced from the input side of the channel plate, incident electrons collide with the inner wall surface of the pipe according to the potential gradient of the pipe, causing secondary electrons to sag, multiplying, and heading for the exit of the pipe. The number of electrons emitted from the channel plate varies depending on the magnitude of the electric potential applied to the channel plate plate, but can be amplified 1,000 times to 10,000 times that at the time of incidence. Most of the electrons that are multiplied and come out of the channel plate repeat collision and acceleration in a thin pipe, so the direction of motion is from an electron with a small spread along the pipe axis of the channel plate. Become. If the axial direction of the channel plate is aligned with the central axis of the electron gun, an electron beam with a small spread along the central axis of the electron gun will be distributed from the channel plate regardless of the electron beam amount. Come out to. If this electron beam is immediately focused by the main focusing electron lens, an electron beam having the same electron beam diameter can be obtained regardless of the electron beam flow rate.
【００１０】チャンネル・プレートから出てくる電子ビ
ーム径を細くし、しかも、電子の運動を軸上に揃えるに
は、チャンネル・プレートの出力側の直径を入射側の直
径よりも細くすると良い。図３にそのように形状を変え
たチャンネル・プレートの一例を示す。この形状のチャ
ンネル・プレートから出てきた電子ビームを、電子銃の
軸に揃えるには、チャンネル・プレートの出力側のプレ
ートの所を少し長くして置くと良い。このように形状を
変えると、パイプの中で増幅された電子の多くの運動方
向が軸に揃うし、また、電子ビームも軸方向に集束され
るので、その効果は大きい。この出力を主集束電子レン
ズで集束すれば、鋭い電子ビームが得られる。In order to reduce the diameter of the electron beam emitted from the channel plate and to align the movement of the electrons on the axis, the diameter of the output side of the channel plate may be made smaller than the diameter of the incident side. FIG. 3 shows an example of the channel plate having such a changed shape. In order to align the electron beam emitted from the channel plate of this shape with the axis of the electron gun, it is advisable to place the plate on the output side of the channel plate slightly longer. When the shape is changed in this way, many movement directions of the amplified electrons in the pipe are aligned with the axis, and the electron beam is also focused in the axial direction, so that the effect is great. A sharp electron beam can be obtained by focusing this output by the main focusing electron lens.
【００１１】一本のネック管内に複数個の電子銃を収納
する陰極線管で、各電子銃の予備収束電子レンズに、上
記した方法でチャンネル・プレートを適用出来る。この
場合、各チャンネル・プレートから出てくる電子ビーム
を、各電子銃内で個別に収束することが必要となる。そ
れには、ネック管外に付けた電磁石は使えないので、静
電収束電極を使用する。チャンネル・プレートから出て
くる電子の軸方向に対する分散が、従来の電子銃を採用
した場合よりも少なくなるので、静電収束電極の数を大
幅に減少できる。その結果として、電子銃の組み立てが
容易に成るだけでなく、電子銃の全長を大幅に短縮でき
るので、チャンネル・プレートの採用の効果は大きい。In a cathode ray tube in which a plurality of electron guns are housed in one neck tube, the channel plate can be applied to the pre-focusing electron lens of each electron gun by the method described above. In this case, it is necessary to individually focus the electron beam emitted from each channel plate in each electron gun. An electrostatic focusing electrode is used because an electromagnet attached outside the neck tube cannot be used. Since the dispersion of electrons emitted from the channel plate in the axial direction is smaller than that in the case where a conventional electron gun is adopted, the number of electrostatic focusing electrodes can be significantly reduced. As a result, not only the assembly of the electron gun is facilitated, but also the total length of the electron gun can be greatly shortened, so that the adoption of the channel plate has a great effect.
【００１２】単電子銃で、しかも、固定された陰極電圧
の印加で稼働している陰極線管は、主集束電子レンズに
永久磁石が使用できる。現在のエレクトロニクス技術に
よれば、陽極電圧は厳しく制御できるので、陽極電圧の
変動は非常に小さい。このように陽極電圧が厳しく制御
されている場合、主集束電子レンズに永久磁石を使用し
ても、陰極線管の稼働上で問題となる映像の乱れは発生
しない。陽極電圧が可変である電子顕徴鏡では、収差の
少ない電子ビームを得るに２個の電磁石を使っている。
陽極電圧が固定された陰極線管で、蛍光膜面での収差の
少ない映像を得るには、電磁石の代わりに、２個のリン
グ状にある永久磁石を使用できる。永久磁石には、小型
で強力なサマリウム・コバルト系の磁石等が使える。蛍
光膜面の収差があまり気にならない映像の場合、例え
ば、通常のＴＶの映像の場合には、１個のリング状永久
磁石の使用でも、用が足りるのは勿論である。In a cathode ray tube operating with a single electron gun and applying a fixed cathode voltage, a permanent magnet can be used for the main focusing electron lens. According to current electronics technology, the anode voltage can be tightly controlled, so that the variation of the anode voltage is very small. When the anode voltage is strictly controlled in this way, even if a permanent magnet is used for the main focusing electron lens, there is no image distortion that is a problem in the operation of the cathode ray tube. An electron microscope with a variable anode voltage uses two electromagnets to obtain an electron beam with little aberration.
With a cathode ray tube with a fixed anode voltage, two ring-shaped permanent magnets can be used instead of the electromagnets in order to obtain an image with less aberration on the fluorescent film surface. For the permanent magnet, small and powerful samarium / cobalt magnets can be used. In the case of an image in which the aberration of the fluorescent film surface is not very noticeable, for example, in the case of a normal TV image, it is needless to say that the use of one ring-shaped permanent magnet is sufficient.
【００１３】陰極線管のネック管外に付ける磁石は、偏
向ヨークも含めて、小さくて軽量である事が要求され
る。ネック管外に付ける磁石による磁界が、ネック管内
を運行する電子ビームに作用する大きさは、磁石と電子
ビームの距離に逆比例する。磁石と電子ビームの距離が
小さく成れば、ネック管外に同じ強度を持った磁石を使
用した場合、電子ビームに作用する外部磁石の強度が大
きくなる。陰極線管では、ネック管径と蛍光膜面の大き
さが固定されているので、電子ビームが受ける作用の大
きさは決められている。磁石と電子ビームの距離を小さ
くすれば、ネック管外に使用する磁石の強度を弱くでき
る。即ち、磁石と偏向ヨークを小型化し、軽量化が実現
できる。磁石と電子ビームの距離を小さくするには、ネ
ック管径を可能な限り細くすれば良い。細くする限界
は、ネック管内に収納する電子銃の直径で決まる。主集
束電子レンズに上記した永久磁石を適用すると、静電解
を作る主集束電子レンズの電極群をネック管に収納する
必要が無くなるので、主集束電子レンズによるネック管
径の短縮規制は無くなる。電子銃の直径は、予備集束電
子レンズを構成する電極群の構成要素の組み立て精度の
限界で決まってくる。直径の細いチャンネル・プレート
の使用は、単電子銃で作動する陰極線管の陰極の面積を
小型化でき、従って、第一格子の直径も小さく出来る。
従って、予備集束電子レンズをこれを収めるネック管の
直径を細くできる。それ故、チャンネル・プレートと永
久磁石を組み合わせて、電子銃を設計すると、単電子銃
の陰極線管のネック管の直径を細くできるので、ネック
管外に設置する磁石と偏向ヨークの小型化と、軽量化を
実現化できる。The magnet attached to the outside of the neck tube of the cathode ray tube, including the deflection yoke, is required to be small and lightweight. The magnitude of the magnetic field generated by the magnet provided outside the neck tube acting on the electron beam traveling inside the neck tube is inversely proportional to the distance between the magnet and the electron beam. If the distance between the magnet and the electron beam is reduced, the strength of the external magnet that acts on the electron beam is increased when a magnet having the same strength is used outside the neck tube. In a cathode ray tube, since the diameter of the neck tube and the size of the fluorescent film surface are fixed, the magnitude of the action of the electron beam is determined. If the distance between the magnet and the electron beam is reduced, the strength of the magnet used outside the neck tube can be weakened. That is, the magnet and the deflection yoke can be downsized and the weight can be reduced. In order to reduce the distance between the magnet and the electron beam, the neck tube diameter should be made as thin as possible. The limit of thinning is determined by the diameter of the electron gun housed in the neck tube. When the above-mentioned permanent magnet is applied to the main-focus electron lens, it is not necessary to house the electrode group of the main-focus electron lens that creates an electrostatic solution in the neck tube, so that the restriction of the neck tube diameter by the main-focus electron lens is eliminated. The diameter of the electron gun is determined by the limit of the assembling accuracy of the components of the electrode group constituting the prefocusing electron lens. The use of a narrow diameter channel plate allows the cathode area of a cathode ray tube operating with a single electron gun to be miniaturized, and thus the diameter of the first grid to be small.
Therefore, the diameter of the neck tube for accommodating the prefocusing electron lens can be reduced. Therefore, by designing an electron gun by combining a channel plate and a permanent magnet, the diameter of the neck tube of the cathode ray tube of a single electron gun can be made smaller, so that the magnet and deflection yoke to be installed outside the neck tube can be downsized. Weight reduction can be realized.
【００１４】このようにして作られる電子銃を、ミニア
チャ陰極線管に採用してみる。０．５インチのミニアチ
ャ陰極線管の蛍光膜を、例えば、１，０００ｃｄ／ｍ２
の輝度で光らせるに必要な電子ビーム量は、１０μＡ以
下で充分である。チャンネル・プレートの出力側で１０
μＡを得るには、チャンネル・プレートへの増幅率を小
さくしても、入射電子量を非常に少なく出来る。又は、
チャンネル・プレートの電極間に印加する電位を、安全
を考慮して下げて、チャンネル・プレートでの電子の増
倍率を下げる選択も取れる。高輝度で、高解像度の映像
を得るには、陰極から取り出す電子ビーム流量を少なく
した選択を推奨できる。それには、第一格子に印加する
バイアス電位を大きくするか、バイアス電位は同じにし
て、電子を放射する陰極の温度を下げるかの選択があ
る。理想条件で操作されている陰極の寿命は、陰極から
のバリウムの蒸発量で決まる。陰極温度がバリウムの蒸
発量を決めているので、陰極の温度は、電子放射の量が
確保できる低温度した方がバリウムの蒸発を遅くでき
る。長寿命なミニアチャ陰極線管を得るには、従って、
陰極の温度を低くする事を推奨する。ミニアチャ陰極線
管の省電にもなる。チャンネル・プレートの出口側から
は、増幅された上に、入力側の電子ビーム径よりも径の
細い電子ビームが取り出される。この電子ビ−ムを永久
磁石を用いた主集束電子レンズで集束すれば、電子ビー
ム径の小さい、収差の少ない電子ビームが蛍光膜面に照
射され、鮮明な映像が蛍光膜面に映し出される。The electron gun manufactured in this manner is used in a miniature Acha cathode ray tube. For example, a fluorescent film of a 0.5-inch miniature cathode ray tube is set to 1,000 cd / m 2
The electron beam amount required to emit light with the brightness of 10 μA or less is sufficient. 10 on the output side of the channel plate
In order to obtain μA, the amount of incident electrons can be made extremely small even if the amplification factor to the channel plate is made small. Or
For safety, the potential applied between the electrodes of the channel plate may be lowered to reduce the multiplication factor of electrons in the channel plate. In order to obtain a high-luminance, high-resolution image, it is recommended to select with a small electron beam flow rate taken out from the cathode. There is a choice between increasing the bias potential applied to the first lattice or keeping the same bias potential to lower the temperature of the cathode that emits electrons. The life of a cathode operated under ideal conditions is determined by the amount of barium evaporated from the cathode. Since the cathode temperature determines the evaporation amount of barium, the evaporation temperature of the barium can be delayed if the temperature of the cathode is low enough to secure the amount of electron emission. To get a long-lived Miniacha cathode ray tube, therefore,
It is recommended to lower the temperature of the cathode. It also saves electricity in the miniature cathode ray tube. From the exit side of the channel plate, an electron beam that is amplified and has a diameter smaller than the electron beam diameter on the input side is extracted. If this electron beam is focused by a main focusing electron lens using a permanent magnet, an electron beam with a small electron beam diameter and little aberration is irradiated on the fluorescent film surface, and a clear image is projected on the fluorescent film surface.
【００１５】医療用等に使われる高鮮細な陰極線管、又
は、ＣＡＤに使われる陰極線管の電子銃で、予備集束電
子レンズ系にチャンネル・プレートを採用した場合を検
討する。この種の陰極線管の蛍光膜は、画面が大きく、
映像を明るい部屋で見る関係で、３００μＡ前後の電子
ビームを照射している。従って、チャンネル・プレート
の入力側に、１から３μＡ前後の電子ビームを入射させ
ると良い。これだけで、電子ビーム径を十分の一以下に
する事が出来る。入射した電子は、チャンネル・プレー
ト内で充分に増幅され、出力側からは３００μＡ前後の
電子ビームが得られる。出力側から出てくる電子ビーム
径は、入力側の電子ビーム径を越える事はないので、予
備集束電子レンズを出た段階で、電子ビーム径は既に充
分に集束されている。この電子ビームを静電集束、又
は、磁気集束による主集束電子レンズで更に集束すれ
ば、蛍光膜には、明るくて鮮明な映像が映し出される。An electron gun of a high-definition cathode ray tube used for medical purposes or a cathode ray tube used for CAD, and a case where a channel plate is adopted as a prefocusing electron lens system will be examined. The fluorescent screen of this type of cathode ray tube has a large screen,
Because the image is viewed in a bright room, an electron beam of around 300 μA is emitted. Therefore, an electron beam of about 1 to 3 μA should be incident on the input side of the channel plate. This alone can reduce the electron beam diameter to one tenth or less. The incident electrons are sufficiently amplified in the channel plate, and an electron beam of about 300 μA is obtained from the output side. Since the diameter of the electron beam emitted from the output side does not exceed the diameter of the electron beam on the input side, the diameter of the electron beam is already sufficiently focused at the stage of leaving the prefocusing electron lens. If this electron beam is further focused by a main focusing electron lens by electrostatic focusing or magnetic focusing, a bright and clear image is displayed on the fluorescent film.
【００１６】［実施例］図４に図解するように、入力側
の直径が第一格子のアパチャー径よりも大きく（約０．
５ｍｍ）、出力側の直径が細くなった、厚みが１から２
ｍｍ前後のチャンネル・プレート１１を、図１の電子銃
の第二格子の位置に置換して配置する。直径が第一格子
のアパチャー径よりも大きくするのは、チャンネル・プ
レートの組み立ての便宜のためで、本質的な要求ではな
い。実際に稼働するチャンネル・プレート中のパイプ
は、第一格子のアパチャー径と同じ径内に配列したパイ
プだけである。チャンネル・プレートの出力側から出て
くる電子ビーム径は、チャンネル・プレート内壁面への
衝突と加速を繰り返しているので、入力側よりも僅かに
広い直径の電子ビームとなる。チャンネル・プレートの
入力側の電極には、陰極３に対して０から４００ボルト
の正電位を印加する。チャンネル・プレートの出口側の
電極には、入口側の電位に対して、例えば、１ｋＶの電
位を印加する。このような条件のチャンネル・プレート
の入力側に、陰極から非常に少ない電子（例えば、０．
５μＡ以下）を取り出し、その電子をチャンネル・プレ
ートに入射させる。入射した電子の数は、チャンネル・
プレートの働きにより高い値に増倍される。その結果、
チャンネル・プレートの出口からは、入力時の電子ビー
ム径の大きさか、それ以下の電子ビーム径で、多量の電
子（５００μＡ以上）を取り出す事が出来る。[Embodiment] As illustrated in FIG. 4, the diameter on the input side is larger than the aperture diameter of the first grating (about 0.
5mm), the diameter of the output side is reduced, and the thickness is 1 to 2
The channel plate 11 of about mm is replaced and arranged at the position of the second lattice of the electron gun of FIG. Making the diameter larger than the aperture diameter of the first grating is for the convenience of assembling the channel plate and is not an essential requirement. The only pipe in the channel plate that actually operates is the pipe arranged within the same diameter as the aperture diameter of the first lattice. The diameter of the electron beam emitted from the output side of the channel plate is an electron beam having a diameter slightly wider than that of the input side because the collision and acceleration to the inner wall surface of the channel plate are repeated. A positive potential of 0 to 400 volts is applied to the cathode 3 on the input side electrode of the channel plate. A potential of, for example, 1 kV is applied to the electrode on the outlet side of the channel plate with respect to the potential on the inlet side. At the input side of the channel plate under these conditions, very few electrons (eg, 0.
5 μA or less), and the electrons are made incident on the channel plate. The number of incident electrons is
It is multiplied to a high value by the action of the plate. as a result,
From the outlet of the channel plate, a large amount of electrons (500 μA or more) can be taken out with an electron beam diameter at the time of input or less than that.
【００１７】［発明の効果］上記したように、チャンネ
ル・プレートを従来の電子銃の予備集束電子レンズの第
二格子の位置に設置すると、第二格子を使って予備集束
電子レンズを構成する場合に比して、主集束電子レンズ
に入力できる電子ビーム流量が同じである時、格段に鋭
く集束された電子ビームが、予備集束電子レンズから主
集束電子レンズに入力できる。予備集束電子レンズから
入力された電子ビームを主集束電子レンズで更に集束す
る。こうして集束された電子ビームを蛍光膜面上を走査
すると、蛍光膜面上には明るい部屋でも観察できる鮮明
な映像が映し出される。陰極線管の寿命は、陰極の寿命
で決まる。取り出す電子ビーム流量が少ないとき、陰極
の温度を下げる事が出来、陰極の寿命は長くなる。従っ
て、チャンネル・プレートの採用によって、寿命の長く
なった陰極線管が得られる。[Advantages of the Invention] As described above, when the channel plate is installed at the position of the second grating of the prefocusing electron lens of the conventional electron gun, the prefocusing electron lens is constructed using the second grating. In contrast, when the flow rate of the electron beam that can be input to the main focusing electron lens is the same, a significantly sharply focused electron beam can be input to the main focusing electron lens from the preliminary focusing electron lens. The electron beam input from the preliminary focusing electron lens is further focused by the main focusing electron lens. When the thus focused electron beam is scanned on the fluorescent film surface, a clear image that can be observed even in a bright room is displayed on the fluorescent film surface. The life of the cathode ray tube depends on the life of the cathode. When the flow rate of the electron beam to be extracted is small, the temperature of the cathode can be lowered, and the life of the cathode is extended. Therefore, by adopting the channel plate, a cathode ray tube having a long life can be obtained.
【図１】従来からの陰極線管に使われている電子銃の予
備集束レンズの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a pre-focusing lens of an electron gun used in a conventional cathode ray tube.
【図２】チャンネル、プレートの構成を示す断面図であ
るFIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of channels and plates.
【図３】集束機能を持ったチャンネル・プレートを示す
断面図FIG. 3 is a sectional view showing a channel plate having a focusing function.
【図４】チャンネル・プレートを設置した予備集束レン
ズの構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a pre-focusing lens in which a channel plate is installed.
１は陰極線管のネック・ガラス管 ２はヒーター ３は酸化物陰極 ４は陰極面と第一格子の間隔を決めるスペサー ５は、第一格子 ６は第二格子 ７は電子銃基板 ８はヒーター端子 ９は第一格子端子 １０は第二格子端子 １１はチャンネル、プレート １２は入力側に付けられた電極 １３は、出力側に付けられた電極 １４はチャンネル、プレートの入力端子 １５はチャンネル、プレートの出力端子 １６は主集束電子レンズとなる永久磁石 1 is a cathode-ray tube neck glass tube 2 is a heater 3 is an oxide cathode 4 is a spacer that determines the distance between the cathode surface and the first grid 5 is the first grid 6 is the second grid 7 is the electron gun substrate 8 is the heater terminal 9 is the first grid terminal 10 is the second grid terminal 11 is the channel, plate 12 is the electrode attached to the input side 13 is the electrode attached to the output side 14 is the channel, input terminal 15 of the plate is the channel, the plate The output terminal 16 is a permanent magnet that serves as the main focusing electron lens.
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成７年５月８日[Submission date] May 8, 1995
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 陰極線管用電子銃Title of the invention Electron gun for cathode ray tube
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は陰極線管の電子銃に関す
る。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a cathode ray tube electron gun.
【０００２】[0002]
【従来の技術】陰極線管はブラウン管とも呼ばれ、蛍光
膜上に蛍光体の発光による光の映像を表示できる装置で
あり、ＴＶ受像機やコンピュターの表示装置として、更
に、医療関係でＸ線画像の表示装置として、医療、産業
界、一般家庭と広範囲で利用されている。特に、医療関
係では、資源として貴重な銀塩を用いた写真フィルムを
使わずに、高解像力のＣＣＤカメラや、撮像管で撮影さ
れたＸ線画像を表示できる高解像力を持った陰極線管が
必要になっている。更に、コンピュターで画像処理され
た映像や、高解像力を必要とするＣＡＤの画像を表示す
る装置も必要に成っている。これらの高解像力を持った
表示装置は、１ピクセルの大きさが２０から５０μｍか
らなる高鮮細であり、しかも、明るい部屋で観察できる
輝度が必要とされる。上記した１ピクセルの大きさは、
現在使用されているＴＶ受像機やコンピュターに使われ
る陰極線管の１ピクセルの大きさの十分の一以下と小さ
い。この要求条件を満たす表示装置は、現在の所陰極線
管以外に存在しない。更に、陰極線管の新しい使用とし
て、陰極線管を１インチ以下とミニアチャ化し、頭部に
被るヘルメットや、ヘヤー・バンド、又は、眼鏡の縁に
付けて、ＴＶ受像機やコンピュターの映像を目の前の画
面に映し出す装置が開発されて来ている。ミニアチャ陰
極線管の蛍光膜に映し出される映像の解像力に対する要
求は非常に高く、１ピクセルの大きさが１０から２０μ
ｍとなる。例えば、１インチの蛍光膜に６００Ｘ４８０
個のピクセルからなるコンピューターのＶＧＡ画像を映
し出そうとすると、１ピクセルの大きさは、３３μｍ以
下でなければ成らない。蛍光膜の大きさが、０．５イン
チであると、１３μｍ以下となる。ミニアチア陰極線管
の１ピクセルの大きさは、医療用の陰極線管の場合と同
じで、通常の陰極線管の１ピクセルの大きさの十分の一
以下である。このように、高鮮細な映像を明るく映し出
す陰極線管の需要が急増している。2. Description of the Related Art A cathode ray tube, which is also called a cathode ray tube, is a device capable of displaying an image of light emitted by a phosphor on a fluorescent film. It is widely used as a display device in medical, industrial, and general households. Especially in the medical field, a CCD camera with high resolution and a cathode ray tube with high resolution capable of displaying X-ray images taken by an image pickup tube are required without using photographic film that uses precious silver salt as a resource. It has become. Further, a device for displaying a video image processed by a computer and a CAD image requiring high resolution is also required. These display devices having a high resolution are required to have a high resolution such that the size of one pixel is 20 to 50 μm, and yet to have a brightness that can be observed in a bright room. The size of 1 pixel mentioned above is
This is less than one tenth of the size of one pixel of a cathode ray tube used in a TV receiver or a computer currently used. There is no display device satisfying this requirement except the present cathode ray tube. In addition, as a new use of the cathode ray tube, the cathode ray tube is miniaturized to 1 inch or less and attached to a helmet worn on the head, a hair band, or the edge of glasses, and a video image of a TV receiver or a computer is displayed in front of the eyes. A device for displaying on the screen has been developed. The demand for resolution of the image displayed on the fluorescent screen of the miniature cathode ray tube is very high, and the size of one pixel is 10 to 20 μm.
m. For example, 600 x 480 on 1 inch phosphor screen
To display a computer VGA image of pixels, the size of one pixel must be 33 μm or less. When the size of the fluorescent film is 0.5 inch, it becomes 13 μm or less. The size of 1 pixel of the miniature cathode ray tube is the same as that of a medical cathode ray tube, and is 1/10 or less of the size of 1 pixel of a normal cathode ray tube. As described above, there is a rapid increase in demand for cathode ray tubes capable of brightly displaying high-definition images.
【０００３】陰極線管の蛍光膜上に映し出される映像の
１ピクセルの大きさを決めている主因子は、蛍光膜上に
照射される電子ビーム径である。電子ビーム径の大きさ
を決定するのは、電子銃の設計である。特に、陰極線管
のように高電子ビーム流量を使用する場合、電子銃の設
計で困難に直面する。困難は、陰極から取り出す電子ビ
ーム量に依存して電子ビ−ム径が大きく変わる点であ
る。従来の陰極線管に使われている電子銃を用いると、
電子ビーム径は、電子ビーム量の増加に従って指数関数
的に太くなる。鋭い電子ビーム径を得るには、陰極から
取り出す電子ビーム量を可能な限り少なくする必要があ
った。電子ビーム量の減少は、蛍光膜を構成する蛍光体
粒子に与えるエネルギーの減少になり、蛍光膜から取り
出す発光光量の減少となる。これに原因して、明るい蛍
光膜の輝度が得られていない。暗い蛍光膜の映像は、実
用面で受け入れ難い。明るい映像を得るには、蛍光膜に
与えるエネルギーを多くしなければならない。それに
は、電子ビーム流量を大きくしなければ成らず、電子ビ
ーム径の拡大は避けられないとされてきた。この問題の
解決は、従来の電子レンズ理論に基づいた電子銃の設計
では実現できない。高電子ビーム流量で、発光光点の小
さな電子ビームが得られる電子銃の開発が高鮮細陰極線
管の製造で待たれていた。The main factor that determines the size of one pixel of the image displayed on the fluorescent film of the cathode ray tube is the electron beam diameter with which the fluorescent film is irradiated. It is the design of the electron gun that determines the size of the electron beam diameter. Especially when using a high electron beam flow rate such as a cathode ray tube, difficulties are encountered in the design of the electron gun. The difficulty is that the electron beam diameter changes greatly depending on the amount of electron beams extracted from the cathode. Using the electron gun used in conventional cathode ray tubes,
The electron beam diameter increases exponentially as the electron beam amount increases. In order to obtain a sharp electron beam diameter, it was necessary to reduce the amount of electron beams extracted from the cathode as much as possible. The decrease in the amount of electron beams results in a decrease in the energy given to the phosphor particles forming the fluorescent film, and a decrease in the amount of light emitted from the fluorescent film. Due to this, the brightness of the bright fluorescent film is not obtained. The image of the dark fluorescent film is unacceptable in practical use. In order to obtain a bright image, the energy given to the fluorescent film must be increased. For that purpose, it is necessary to increase the electron beam flow rate, and it has been inevitable that the electron beam diameter is increased. The solution of this problem cannot be realized by the design of the electron gun based on the conventional electron lens theory. The development of an electron gun that can obtain an electron beam with a small light emission point at a high electron beam flow rate has been awaited in the manufacture of a high-resolution thin cathode ray tube.
【０００４】陰極線管の電子銃の設計の基本は、電子顕
微鏡で開発された電子レンズ理論に基づいている。電子
レンズ理論によると、真空中にある電子ビームを集束す
るには、予備集束を受け持つ予備集束電子レンズと、主
集束を受け持つ主集束電子レンズに分けて考える。この
確立された理論に従って、陰極線管に使われる電子銃は
設計される。電子銃は、電子ビーム径の大きさをある程
度まで小さくするように制御する予備集束電子レンズを
受け持つ電極群と、予備集束された電子ビームを更に鋭
く集束する主集束電子レンズの電極群の二つの電極群か
ら構成される。一般に、予備集束電子レンズの電極群
は、図１に図解するように、陰極線管のネック管１の中
の先端に収められ、陰極を加熱するヒーター２、熱電子
を放出する陰極３、陰極から取り出す電子ビーム量を制
御する第一格子４、陰極３と第一格子４の間隔を決める
スペサー５、取り出した電子ビームを加速する第二格子
６から構成されている。陰極３は、７００°Ｃ前後に加
熱された時に熱電子を放出する。第一格子４は、スペサ
ー５を介して、陰極面上０．１５ｍｍ前後の位置に置か
れた筒電極で、筒の先端の中心に直径が０．２から０．
３ｍｍにある微小な穴が開けられている。第一格子４
は、陰極に対して常に負のバイアス電位が与えられてい
る。陰極から電子銃内に取り出す電子ビームは、この微
小な穴を通して行われる。取り出す電子ビーム流量は、
第一格子４の負のバイアス電位の大きさを陰極に対して
零電位からカット・オフ電位の間で変えるとき、可逆的
に増減する。この特性を使って、電子銃から取り出す電
子ビーム流量を、第一格子４の負のバイアス電位の大き
さを変えて制御する。第二格子６には、陰極に対して、
通常３００から５００ボルトの正電位を与え、第一格子
４の細穴から出てきた電子ビームを必要な速度に加速す
る役目と、電子ビームを予備的に集束する役目を果たし
ている。これらの電極の各個を最適化し、現在使用され
ている予備電子レンズが構成される。The basic design of an electron gun for a cathode ray tube is based on the electron lens theory developed in an electron microscope. According to the electron lens theory, in order to focus an electron beam in a vacuum, a prefocusing electron lens responsible for prefocusing and a main focusing electron lens responsible for main focusing are considered separately. According to this established theory, the electron gun used in the cathode ray tube is designed. The electron gun is composed of two groups of electrodes: a group of electrodes for pre-focusing electron lenses that controls the electron beam diameter to a certain extent, and a group of electrodes for the main focusing electron lens that sharply focuses the pre-focused electron beam. It is composed of an electrode group. In general, the electrode group of the prefocusing electron lens is housed at the tip of the neck tube 1 of the cathode ray tube, as illustrated in FIG. 1, and includes a heater 2 for heating the cathode, a cathode 3 for emitting thermoelectrons, and a cathode. It comprises a first grating 4 for controlling the amount of extracted electron beams, a spacer 5 for determining the distance between the cathode 3 and the first grating 4, and a second grating 6 for accelerating the extracted electron beams. The cathode 3 emits thermoelectrons when heated to around 700 ° C. The first grid 4 is a cylindrical electrode placed at a position of about 0.15 mm on the cathode surface via a spacer 5, and has a diameter of 0.2 to 0.
There is a small hole at 3 mm. First grid 4
Is always provided with a negative bias potential with respect to the cathode. An electron beam extracted from the cathode into the electron gun is emitted through the minute hole. The flow rate of the electron beam to be extracted is
When the magnitude of the negative bias potential of the first grid 4 is changed from zero potential to the cut-off potential with respect to the cathode, it reversibly increases and decreases. By using this characteristic, the flow rate of the electron beam extracted from the electron gun is controlled by changing the magnitude of the negative bias potential of the first grating 4. In the second grid 6, for the cathode,
Normally, a positive potential of 300 to 500 V is applied to serve to accelerate the electron beam emitted from the small holes of the first grating 4 to a required speed and to pre-focus the electron beam. Each of these electrodes is optimized to form the currently used backup electron lens.
【０００５】予備集束電子レンズを構成する電極群によ
り取り出され、適度の速度に加速された電子ビームは、
主集束電子レンズに入って、陽極電位により加速されと
同時に、主集束電子レンズを受け持つ電極群で更に鋭く
集束される。主集束電子レンズで電子ビームを集束する
のに２つの方法が知られている。第一の方法は、通常の
陰極線管に使われている静電界を用いた集束方式であ
る。この方式は、カラー陰極線管のように、一本のネッ
ク管内に複数個の電子銃を収納する場合に有利になる。
他の方法は、ネック管外に置かれた磁石による磁界を利
用する方法である。磁界を用いる方が、静電界を用いた
場合に比して、蛍光膜面上で収差の少ない電子ビームが
得られるので、収差を問題にする電子顕微鏡では、磁気
集束が使われている。収差よりも製造コストを問題とす
る陰極線管では、磁気集束は殆ど使われていない。The electron beam extracted by the electrode group forming the prefocusing electron lens and accelerated to an appropriate speed is
After entering the main focusing electron lens and being accelerated by the anode potential, at the same time, it is more sharply focused by the electrode group which is in charge of the main focusing electron lens. Two methods are known for focusing an electron beam with a main focusing electron lens. The first method is a focusing method using an electrostatic field, which is used in ordinary cathode ray tubes. This method is advantageous when accommodating a plurality of electron guns in one neck tube such as a color cathode ray tube.
Another method is to use a magnetic field from a magnet placed outside the neck tube. An electron beam with less aberration can be obtained on the fluorescent film surface by using a magnetic field as compared with the case of using an electrostatic field. Therefore, magnetic focusing is used in an electron microscope in which aberration is a problem. Magnetic focusing is rarely used in cathode ray tubes where manufacturing cost is more important than aberrations.
【０００６】電子銃の設計で問題となるのは、集束した
電子ビーム径の大きさが、電子ビーム流量により大きく
変化する事にある。いずれの主集束電子レンズを用いて
も、電子ビーム径は、電子ビーム流量の増加に従って指
数関数的に増加する。陰極線管の蛍光膜で階調の高い映
像を得るには、一画面内で電子ビーム流量を大きく変え
る必要がある。電子ビーム流量により電子ビーム径が変
わると、映像のピクセルの大きさが明るさにより変わる
ので、映像が見苦しくなる。高電子ビ−ム流量でも、低
電子ビーム流量と同じ鋭い電子ビーム径であることが必
要である。この解決の試みとして、電子ビームを取り出
す第一格子に開けられた微小穴径を、０．２ｍｍ以下と
小さくしても、得られる電子ビーム径は、０．２ｍｍの
場合とあまり変わらないか、かえって広がった電子ビー
ムが得られる。陰極線管の電子銃で、予備集束電子レン
ズと主集束電子レンズの電極群の変えられる因子を最適
化して出来ているのが現在使用されている電子銃であ
る。が、その電子銃を高鮮細な陰極線管に適用しても、
満足できる大きさの電子ビーム径は得られない。更なる
電子銃の改良が高鮮細な陰極線管の電子銃の製造で待た
れていた。A problem in the design of the electron gun is that the size of the focused electron beam diameter greatly changes depending on the electron beam flow rate. With any of the main focusing electron lenses, the electron beam diameter increases exponentially as the electron beam flow rate increases. In order to obtain a high gradation image with the fluorescent film of the cathode ray tube, it is necessary to greatly change the electron beam flow rate within one screen. When the diameter of the electron beam changes depending on the flow rate of the electron beam, the pixel size of the image changes depending on the brightness, which makes the image unsightly. Even with a high electron beam flow rate, it is necessary to have the same sharp electron beam diameter as the low electron beam flow rate. As an attempt to solve this problem, even if the diameter of the small holes made in the first grating for extracting the electron beam is reduced to 0.2 mm or less, the obtained electron beam diameter does not change much from the case of 0.2 mm. On the contrary, a broadened electron beam can be obtained. In the electron gun of the cathode ray tube, the electron gun which is currently used is made by optimizing the variable factors of the electrode groups of the prefocusing electron lens and the main focusing electron lens. However, even if the electron gun is applied to a high-definition cathode ray tube,
A satisfactory electron beam diameter cannot be obtained. Further improvements in the electron gun have been awaited in the manufacture of electron guns with high-definition cathode ray tubes.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、電子ビーム流量の増加による電子ビーム径の広がり
を極度に抑えることができる、高鮮細陰極線管に使える
電子銃の提供である。The problem to be solved is to provide an electron gun which can be used for a high-definition thin cathode ray tube, in which the spread of the electron beam diameter due to the increase of the electron beam flow rate can be extremely suppressed.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】広い面積を持った陰極を
加熱すると、陰極面上には熱電子がボルツマン分布則で
分布する。加熱された陰極面上でボルツマン分布則で分
布している熱電子を、第一格子４の細穴から取り出す
と、取り出された電子には、電子銃の軸に揃った成分だ
けでなく、軸上から外れた運動成分の電子が多分に含ま
れる。軸から外れた運動成分を持った電子量は、取り出
す電子ビーム量の増加に従って増加する。その結果、電
子ビーム径が電子ビーム流量により指数関数的に広が
る。電子ビーム流量が増加した時に、軸から外れた運動
成分を持った電子量が増加するのは、電子ビームを取り
出す陰極面の大きさが、電子ビーム流量により変わる事
により説明できる。とすれば、現在の広い面積の陰極と
小さな穴を持った第一格子の組み合わせでは、電子ビー
ム流量により、軸上から外れた運動成分を持った電子量
の量が変わるのは、必然となる。この理解の上で、広い
面積の陰極と大きな穴を持った第一格子の組み合わせる
と、電子ビームを取り出す制御が難しくなる。この問題
を解決する目的で、第一格子の穴をメッシュ状にして、
多数の微小穴にすると、電子ビームの広がりの問題はか
なり解決するが、電子ビーム流量も少なくなり完全な解
決策に成らない。だがメッシュ状穴の採用は、取り出し
た電子ビームで、軸上から外れた運動成分を持った電子
量を減少させるか、または、電子ビーム流量に無関係に
一定の運動分布を持った電子ビームとする事ができる方
法を考えれば、電子ビーム流量の多少に関係なく、電子
ビーム径の広がりの変化を防げる事を示唆している。予
備集束電子レンズの段階で、電子銃の軸からの離反が同
じ電子ビームを作り、その電子ビームを主集束電子レン
ズに入射すれば、主集束電子レンズでは、電子ビーム流
量に関係なく電子ビームを鋭く集束できる事を見いだし
た。When a cathode having a large area is heated, thermoelectrons are distributed according to the Boltzmann distribution law on the cathode surface. When the thermoelectrons distributed according to the Boltzmann distribution law on the heated cathode surface are taken out from the fine holes of the first lattice 4, not only the components aligned with the axis of the electron gun but also the axes are extracted. Electrons of motion components that are off the top are mostly included. The amount of electrons with off-axis motion components increases as the amount of extracted electron beams increases. As a result, the electron beam diameter expands exponentially with the electron beam flow rate. The increase in the amount of electrons having an off-axis motion component when the electron beam flow rate increases can be explained by the fact that the size of the cathode surface for extracting the electron beam changes depending on the electron beam flow rate. Then, in the current combination of a large-area cathode and the first lattice with small holes, it is inevitable that the amount of electrons with off-axis kinetic components changes depending on the electron beam flow rate. . Based on this understanding, if a cathode having a large area and a first lattice having a large hole are combined, it becomes difficult to control the electron beam extraction. For the purpose of solving this problem, the holes of the first lattice are made into a mesh shape,
If a large number of small holes are used, the problem of electron beam divergence can be solved considerably, but the electron beam flow rate will also be small, and it will not be a complete solution. However, the use of mesh holes reduces the amount of electrons with off-axis motion components in the extracted electron beam, or makes the electron beam with a constant motion distribution regardless of the electron beam flow rate. This suggests that it is possible to prevent changes in the spread of the electron beam diameter regardless of the flow rate of the electron beam. At the stage of pre-focusing electron lens, if the electron beam is made to have the same departure from the axis of the electron gun and the electron beam is incident on the main focusing electron lens, the main focusing electron lens will generate the electron beam regardless of the electron beam flow rate. I found that I could focus sharply.
【０００９】広面積の陰極と第一格子の微小な穴を通し
て、陰極から電子ビームを取り出すと、上記したよう
に、電子ビーム量を増加させた時、電子ビーム径の広が
りは不可避である。とすれば、予備集束電子レンズで鋭
く集束した電子ビームを得るには、陰極から取り出す電
子ビーム量を少なくするのが最良の解決策となる。だ
が、電子ビーム量の減少は、蛍光膜面の発光の減少とな
り、蛍光膜面の輝度が低下し、実用の点から受け入れら
れない。この問題を解決するには、陰極から取り出す電
子ビーム量を可能な限り少なくし、その電子ビームが主
集束電子レンズに入れる前に、電子ビーム量を増化させ
る方法を考えれば良い。真空中にある電子の増幅方法と
して、電子を二次電子放出比の大きな材料に当て、電子
を増倍する方法がある。この方法の１応用例として、図
２に図解したチャンネル・プレート１１がある。チャン
ネル・プレート１１は、非常に細い中が空洞であるパイ
プを多数束ねて作られた板から構成されている。各パイ
プの内壁面には、二次電子増倍率が高く、適度の電気抵
抗を持った電導膜を形成して置く。チャンネル・プレー
ト板の両端に電極１２と１３を付け、この両端の電極に
１ｋＶ前後の電圧を加えると、パイプ内部に電位の勾配
ができる。チャンネル・プレート板の入力側から電子を
導入すると、入射電子はパイプの電位勾配に従って、パ
イプの内壁面と衝突しながら二次電子のナダレ現象を起
こし、増倍してパイプの出口に向かう。チャンネル・プ
レートから出てくる電子の数は、チャンネル・プレート
板に印加する電位の大きさにより変わるが、入射時の
１、０００倍から１０、０００倍にも増幅できる。増倍
されてチャンネル・プレートから出てくる電子の多く
は、細いパイプの中での衝突と加速を繰り返しているの
で、運動方向がチャンネル・プレートのパイプ軸に沿っ
た小さな広がりを持った電子から成る。チャンネル・プ
レートの軸方向を、電子銃の中心軸と一致させて置け
ば、チャンネル・プレートからは、電子銃の中心軸に沿
って小さな広がりを持った分布の電子ビームが、電子ビ
ーム量に無関係に出てくる。この電子ビームを、直ちに
主集束電子レンズで集束すると、電子ビーム流量に無関
係に、同一の電子ビーム径の電子ビームが得られる。When the electron beam is taken out from the cathode through the cathode having a large area and the minute holes of the first lattice, the spread of the electron beam diameter is inevitable when the electron beam amount is increased as described above. Then, in order to obtain an electron beam that is sharply focused by the prefocusing electron lens, the best solution is to reduce the amount of electron beam extracted from the cathode. However, a decrease in the electron beam amount results in a decrease in light emission on the fluorescent film surface and a decrease in brightness on the fluorescent film surface, which is unacceptable from a practical point of view. To solve this problem, a method of reducing the electron beam amount taken out from the cathode as much as possible and increasing the electron beam amount before the electron beam enters the main focusing electron lens may be considered. As a method of amplifying electrons in a vacuum, there is a method of multiplying the electrons by applying the electrons to a material having a large secondary electron emission ratio. One application of this method is the channel plate 11 illustrated in FIG. The channel plate 11 is composed of a plate made by bundling a number of pipes each having a very thin hollow inside. A conductive film having a high secondary electron multiplication factor and a suitable electric resistance is formed and placed on the inner wall surface of each pipe. Electrodes 12 and 13 are attached to both ends of the channel plate plate, and a voltage of about 1 kV is applied to the electrodes on both ends to create a potential gradient inside the pipe. When electrons are introduced from the input side of the channel plate, incident electrons collide with the inner wall surface of the pipe according to the potential gradient of the pipe, causing secondary electrons to sag, multiplying, and heading for the exit of the pipe. The number of electrons emitted from the channel plate varies depending on the magnitude of the electric potential applied to the channel plate plate, but can be amplified 1,000 times to 10,000 times that at the time of incidence. Most of the electrons that are multiplied and come out of the channel plate repeat collision and acceleration in a thin pipe, so the direction of motion is from an electron with a small spread along the pipe axis of the channel plate. Become. If the axial direction of the channel plate is aligned with the central axis of the electron gun, an electron beam with a small spread along the central axis of the electron gun will be distributed from the channel plate regardless of the electron beam amount. Come out to. If this electron beam is immediately focused by the main focusing electron lens, an electron beam having the same electron beam diameter can be obtained regardless of the electron beam flow rate.
【００１０】チャンネル・プレートから出てくる電子ビ
ーム径を細くし、しかも、電子の運動を軸上に揃えるに
は、チャンネル・プレートの出力側の直径を入射側の直
径よりも細くすると良い。図３にそのように形状を変え
たチャンネル・プレートの一例を示す。この形状のチャ
ンネル・プレートから出てきた電子ビームを、電子銃の
軸に揃えるには、チャンネル・プレートの出力側のプレ
ートの所を少し長くして置くと良い。このように形状を
変えると、パイプの中で増幅された電子の多くの運動方
向が軸に揃うし、また、電子ビームも軸方向に集束され
るので、その効果は大きい。この出力を主集束電子レン
ズで集束すれば、鋭い電子ビームが得られる。In order to reduce the diameter of the electron beam emitted from the channel plate and to align the movement of the electrons on the axis, the diameter of the output side of the channel plate may be made smaller than the diameter of the incident side. FIG. 3 shows an example of the channel plate having such a changed shape. In order to align the electron beam emitted from the channel plate of this shape with the axis of the electron gun, it is advisable to place the plate on the output side of the channel plate slightly longer. When the shape is changed in this way, many movement directions of the amplified electrons in the pipe are aligned with the axis, and the electron beam is also focused in the axial direction, so that the effect is great. A sharp electron beam can be obtained by focusing this output by the main focusing electron lens.
【００１１】一本のネック管内に複数個の電子銃を収納
する陰極線管で、各電子銃の予備収束電子レンズに、上
記した方法でチャンネル・プレートを適用出来る。この
場合、各チャンネル・プレートから出てくる電子ビーム
を、各電子銃内で個別に収束することが必要となる。そ
れには、ネック管外に付けた電磁石は使えないので、静
電収束電極を使用する。チャンネル・プレートから出て
くる電子の軸方向に対する分散が、従来の電子銃を採用
した場合よりも少なくなるので、静電収束電極の数を大
幅に減少できる。その結果として、電子銃の組み立てが
容易に成るだけでなく、電子銃の全長を大幅に短縮でき
るので、チャンネル・プレートの採用の効果は大きい。In a cathode ray tube in which a plurality of electron guns are housed in one neck tube, the channel plate can be applied to the pre-focusing electron lens of each electron gun by the method described above. In this case, it is necessary to individually focus the electron beam emitted from each channel plate in each electron gun. An electrostatic focusing electrode is used because an electromagnet attached outside the neck tube cannot be used. Since the dispersion of electrons emitted from the channel plate in the axial direction is smaller than that in the case where a conventional electron gun is adopted, the number of electrostatic focusing electrodes can be significantly reduced. As a result, not only the assembly of the electron gun is facilitated, but also the total length of the electron gun can be greatly shortened, so that the adoption of the channel plate has a great effect.
【００１２】単電子銃で、しかも、固定された陽極電圧
の印加で稼働している陰極線管は、主集束電子レンズに
永久磁石が使用できる。現在のエレクトロニクス技術に
よれば、陽極電圧は厳しく制御できるので、陽極電圧の
変動は非常に小さい。このように陽極電圧が厳しく制御
されている場合、主集束電子レンズに永久磁石を使用し
ても、陰極線管の稼働上で問題となる映像の乱れは発生
しない。陽極電圧が可変である電子顕微鏡では、収差の
少ない電子ビームを得るに２個の電磁石を使っている。
陽極電圧が固定された陰極線管で、蛍光膜面での収差の
少ない映像を得るには、電磁石の代わりに、２個のリン
グ状にある永久磁石を使用できる。永久磁石には、小型
で強力なサマリウム・コバルト系の磁石等が使える。蛍
光膜面の収差があまり気にならない映像の場合、例え
ば、通常のＴＶの映像の場合には、１個のリング状永久
磁石の使用でも、用が足りるのは勿論である。In a cathode ray tube operating with a single electron gun and applying a fixed anode voltage, a permanent magnet can be used for the main focusing electron lens. According to current electronics technology, the anode voltage can be tightly controlled, so that the variation of the anode voltage is very small. When the anode voltage is strictly controlled in this way, even if a permanent magnet is used for the main focusing electron lens, there is no image distortion that is a problem in the operation of the cathode ray tube. An electron microscope with a variable anode voltage uses two electromagnets to obtain an electron beam with little aberration.
With a cathode ray tube with a fixed anode voltage, two ring-shaped permanent magnets can be used instead of the electromagnets in order to obtain an image with less aberration on the fluorescent film surface. For the permanent magnet, small and powerful samarium / cobalt magnets can be used. In the case of an image in which the aberration of the fluorescent film surface is not very noticeable, for example, in the case of a normal TV image, it is needless to say that the use of one ring-shaped permanent magnet is sufficient.
【００１３】陰極線管のネック管外に付ける磁石は、偏
向ヨークも含めて、小さくて軽量である事が要求され
る。ネック管外に付ける磁石による磁界が、ネック管内
を運行する電子ビームに作用する大きさは、磁石と電子
ビームの距離に逆比例する。磁石と電子ビームの距離が
小さく成れば、ネック管外に同じ強度を持った磁石を使
用した場合、電子ビームに作用する外部磁石の強度が大
きくなる。陰極線管では、ネック管径と蛍光膜面の大き
さが固定されているので、電子ビームが受ける作用の大
きさは決められている。磁石と電子ビームの距離を小さ
くすれば、ネック管外に使用する磁石の強度を弱くでき
る。即ち、磁石と偏向ヨークを小型化し、軽量化が実現
できる。磁石と電子ビームの距離を小さくするには、ネ
ック管径を可能な限り細くすれば良い。細くする限界
は、ネック管内に収納する電子銃の直径で決まる。主集
束電子レンズに上記した永久磁石を適用すると、静電界
を作る主集束電子レンズの電極群をネック管に収納する
必要が無くなるので、主集束電子レンズによるネック管
径の短縮規制は無くなる。電子銃の直径は、予備集束電
子レンズを構成する電極群の構成要素の組み立て精度の
限界で決まってくる。直径の細いチャンネル・プレート
の使用は、単電子銃で作動する陰極線管の陰極の面積を
小型化でき、従って、第一格子の直径も小さく出来る。
従って、予備集束電子レンズをこれを収めるネック管の
直径を細くできる。それ故、チャンネル・プレートと永
久磁石を組み合わせて、電子銃を設計すると、単電子銃
の陰極線管のネック管の直径を細くできるので、ネック
管外に設置する磁石と偏向ヨークの小型化と、軽量化を
実現化できる。The magnet attached to the outside of the neck tube of the cathode ray tube, including the deflection yoke, is required to be small and lightweight. The magnitude of the magnetic field generated by the magnet provided outside the neck tube acting on the electron beam traveling inside the neck tube is inversely proportional to the distance between the magnet and the electron beam. If the distance between the magnet and the electron beam is reduced, the strength of the external magnet that acts on the electron beam is increased when a magnet having the same strength is used outside the neck tube. In a cathode ray tube, since the diameter of the neck tube and the size of the fluorescent film surface are fixed, the magnitude of the action of the electron beam is determined. If the distance between the magnet and the electron beam is reduced, the strength of the magnet used outside the neck tube can be weakened. That is, the magnet and the deflection yoke can be downsized and the weight can be reduced. In order to reduce the distance between the magnet and the electron beam, the neck tube diameter should be made as thin as possible. The limit of thinning is determined by the diameter of the electron gun housed in the neck tube. When the above-mentioned permanent magnet is applied to the main-focusing electron lens, it is not necessary to house the electrode group of the main-focusing electron lens that creates an electrostatic field in the neck tube, so that there is no restriction on the neck tube diameter reduction by the main-focusing electron lens. The diameter of the electron gun is determined by the limit of the assembling accuracy of the components of the electrode group constituting the prefocusing electron lens. The use of a narrow diameter channel plate allows the cathode area of a cathode ray tube operating with a single electron gun to be miniaturized, and thus the diameter of the first grid to be small.
Therefore, the diameter of the neck tube for accommodating the prefocusing electron lens can be reduced. Therefore, by designing an electron gun by combining a channel plate and a permanent magnet, the diameter of the neck tube of the cathode ray tube of a single electron gun can be made smaller, so that the magnet and deflection yoke to be installed outside the neck tube can be downsized. Weight reduction can be realized.
【００１４】このようにして作られる電子銃を、ミニア
チャ陰極線管に採用してみる。０．５インチのミニアチ
ャ陰極線管の蛍光膜を、例えば、１，０００ｃｄ／ｍ２
の輝度で光らせるに必要な電子ビーム量は、１０μＡ以
下で充分である。チャンネル・プレートの出力側で１０
μＡを得るには、チャンネル・プレートへの増幅率を小
さくしても、入射電子量を非常に少なく出来る。又は、
チャンネル・プレートの電極間に印加する電位を、安全
を考慮して下げて、チャンネル・プレートでの電子の増
倍率を下げる選択も取れる。高輝度で、高解像度の映像
を得るには、陰極から取り出す電子ビーム流量を少なく
した選択を推奨できる。それには、第一格子に印加する
バイアス電位を大きくするか、バイアス電位は同じにし
て、電子を放射する陰極の温度を下げるかの選択があ
る。理想条件で操作されている陰極の寿命は、陰極から
のバリウムの蒸発量で決まる。陰極温度がバリウムの蒸
発量を決めているので、陰極の温度は、電子放射の量が
確保できる低温度した方がバリウムの蒸発を遅くでき
る。長寿命なミニアチャ陰極線管を得るには、従って、
陰極の温度を低くする事を推奨する。ミニアチャ陰極線
管の省電にもなる。チャンネル・プレートの出口側から
は、増幅された上に、入力側の電子ビーム径よりも径の
細い電子ビームが取り出される。この電子ビームを永久
磁石を用いた主集束電子レンズで集束すれば、電子ビー
ム径の小さい、収差の少ない電子ビームが蛍光膜面に照
射され、鮮明な映像が蛍光膜面に映し出される。The electron gun manufactured in this manner is used in a miniature Acha cathode ray tube. For example, a fluorescent film of a 0.5-inch miniature cathode ray tube is set to 1,000 cd / m 2
The electron beam amount required to emit light with the brightness of 10 μA or less is sufficient. 10 on the output side of the channel plate
In order to obtain μA, the amount of incident electrons can be made extremely small even if the amplification factor to the channel plate is made small. Or
For safety, the potential applied between the electrodes of the channel plate may be lowered to reduce the multiplication factor of electrons in the channel plate. In order to obtain a high-luminance, high-resolution image, it is recommended to select with a small electron beam flow rate taken out from the cathode. There is a choice between increasing the bias potential applied to the first lattice or keeping the same bias potential to lower the temperature of the cathode that emits electrons. The life of a cathode operated under ideal conditions is determined by the amount of barium evaporated from the cathode. Since the cathode temperature determines the evaporation amount of barium, the evaporation temperature of the barium can be delayed if the temperature of the cathode is low enough to secure the amount of electron emission. To get a long-lived Miniacha cathode ray tube, therefore,
It is recommended to lower the temperature of the cathode. It also saves electricity in the miniature cathode ray tube. From the exit side of the channel plate, an electron beam that is amplified and has a diameter smaller than the electron beam diameter on the input side is extracted. If this electron beam is focused by a main focusing electron lens using a permanent magnet, an electron beam with a small electron beam diameter and little aberration is irradiated on the fluorescent film surface, and a clear image is projected on the fluorescent film surface.
【００１５】医療用等に使われる高鮮細な陰極線管、又
は、ＣＡＤに使われる陰極線管の電子銃で、予備集束電
子レンズ系にチャンネル・プレートを採用した場合を検
討する。この種の陰極線管の蛍光膜は、画面が大きく、
映像を明るい部屋で見る関係で、３００μＡ前後の電子
ビームを照射している。従って、チャンネル・プレート
の入力側に、１から３μＡ前後の電子ビームを入射させ
ると良い。これだけで、電子ビーム径を十分の一以下に
する事が出来る。入射した電子は、チャンネル・プレー
ト内で充分に増幅され、出力側からは３００μＡ前後の
電子ビームが得られる。出力側から出てくる電子ビーム
径は、入力側の電子ビーム径を越える事はないので、予
備集束電子レンズを出た段階で、電子ビーム径は既に充
分に集束されている。この電子ビームを静電集束、又
は、磁気集束による主集束電子レンズで更に集束すれ
ば、蛍光膜には、明るくて鮮明な映像が映し出される。An electron gun of a high-definition cathode ray tube used for medical purposes or a cathode ray tube used for CAD, and a case where a channel plate is adopted as a prefocusing electron lens system will be examined. The fluorescent screen of this type of cathode ray tube has a large screen,
Because the image is viewed in a bright room, an electron beam of around 300 μA is emitted. Therefore, an electron beam of about 1 to 3 μA should be incident on the input side of the channel plate. This alone can reduce the electron beam diameter to one tenth or less. The incident electrons are sufficiently amplified in the channel plate, and an electron beam of about 300 μA is obtained from the output side. Since the diameter of the electron beam emitted from the output side does not exceed the diameter of the electron beam on the input side, the diameter of the electron beam is already sufficiently focused at the stage of leaving the prefocusing electron lens. If this electron beam is further focused by a main focusing electron lens by electrostatic focusing or magnetic focusing, a bright and clear image is displayed on the fluorescent film.
【００１６】[0016]
【実施例】図４に図解するように、入力側の直径が第一
格子のアパチャー径よりも大きく（約０．５ｍｍ）、出
力側の直径が細くなった、厚みが１から２ｍｍ前後のチ
ャンネル・プレート１１を、図１の電子銃の第二格子の
位置に置換して配置する。直径が第一格子のアパチャー
径よりも大きくするのは、チャンネル・プレートの組み
立ての便宜のためで、本質的な要求ではない。実際に稼
働するチャンネル・プレート中のパイプは、第一格子の
アパチャー径と同じ径内に配列したパイプだけである。
チャンネル・プレートの出力側から出てくる電子ビーム
径は、チャンネル・プレート内壁面への衝突と加速を繰
り返しているので、入力側よりも僅かに広い直径の電子
ビームとなる。チャンネル・プレートの入力側の電極に
は、陰極３に対して０から４００ボルトの正電位を印加
する。チャンネル・プレートの出口側の電極には、入口
側の電位に対して、例えば、１ｋＶの電位を印加する。
このような条件のチャンネル・プレートの入力側に、陰
極から非常に少ない電子（例えば、０．５μＡ以下）を
取り出し、その電子をチャンネル，プレートに入射させ
る。入射した電子の数は、チャンネル・プレートの働き
により高い値に増倍される。その結果、チャンネル・プ
レートの出口からは、入力時の電子ビーム径の大きさ
か、それ以下の電子ビーム径で、多量の電子（５００μ
Ａ以上）を取り出す事が出来る。EXAMPLE As shown in FIG. 4, a channel having a diameter on the input side larger than the aperture diameter of the first grating (about 0.5 mm) and a diameter on the output side reduced, and having a thickness of about 1 to 2 mm. -The plate 11 is replaced and arranged at the position of the second grid of the electron gun of FIG. Making the diameter larger than the aperture diameter of the first grating is for the convenience of assembling the channel plate and is not an essential requirement. The only pipe in the channel plate that actually operates is the pipe arranged within the same diameter as the aperture diameter of the first lattice.
The diameter of the electron beam emitted from the output side of the channel plate is an electron beam having a diameter slightly wider than that of the input side because the collision and acceleration to the inner wall surface of the channel plate are repeated. A positive potential of 0 to 400 volts is applied to the cathode 3 on the input side electrode of the channel plate. A potential of, for example, 1 kV is applied to the electrode on the outlet side of the channel plate with respect to the potential on the inlet side.
On the input side of the channel plate under such conditions, very few electrons (for example, 0.5 μA or less) are taken out from the cathode, and the electrons are made incident on the channel and plate. The number of incident electrons is multiplied to a high value by the action of the channel plate. As a result, from the exit of the channel plate, when the electron beam diameter at the time of input is smaller than or equal to the electron beam diameter, a large amount of electrons (500 μm
A or more) can be taken out.
【００１７】[0017]
【発明の効果】上記したように、チャンネル・プレート
を従来の電子銃の予備集束電子レンズの第二格子の位置
に設置すると、第工格子を使って予備集束電子レンズを
構成する場合に比して、主集束電子レンズに入力できる
電子ビーム流量が同じである時、格段に鋭く集束された
電子ビームが、予備集束電子レンズから主集束電子レン
ズに入力できる。予備集束電子レンズから入力された電
子ビームを主集束電子レンズで更に集束する。こうして
集束された電子ビームを蛍光膜面上を走査すると、蛍光
膜面上には明るい部屋でも観察できる鮮明な映像が映し
出される。陰極線管の寿命は、陰極の寿命で決まる。取
り出す電子ビーム流量が少ないとき、陰極の温度を下げ
る事が出来、陰極の寿命は長くなる。従って、チャンネ
ル・プレートの採用によって、寿命の長くなった陰極線
管が得られる。As described above, when the channel plate is installed at the position of the second grating of the prefocusing electron lens of the conventional electron gun, compared to the case where the prefocusing electron lens is constructed by using the working grating. Then, when the electron beam flow rates that can be input to the main focusing electron lens are the same, a significantly sharply focused electron beam can be input to the main focusing electron lens from the preliminary focusing electron lens. The electron beam input from the preliminary focusing electron lens is further focused by the main focusing electron lens. When the thus focused electron beam is scanned on the fluorescent film surface, a clear image that can be observed even in a bright room is displayed on the fluorescent film surface. The life of the cathode ray tube depends on the life of the cathode. When the flow rate of the electron beam to be extracted is small, the temperature of the cathode can be lowered, and the life of the cathode is extended. Therefore, by adopting the channel plate, a cathode ray tube having a long life can be obtained.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】 従来からの陰極線管に使われている電子銃の
予備集束レンズの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a pre-focusing lens of an electron gun used in a conventional cathode ray tube.
【図２】 チャンネル・プレートの構成を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a channel plate.
【図３】 集束機能を持ったチャンネル・プレートを示
す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a channel plate having a focusing function.
【図４】 チャンネル・プレートを設置した予備集束電
子レンズの構成を示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a prefocusing electron lens with a channel plate installed.
【符号の説明】 １は、陰極線管のネック・ガラス管，２はヒーター，３
は酸化物陰極、４は陰極面と第一格子の間隔を決めるス
ペサー，５は第一格子，６は第二格子，７は電子銃基
板，８はヒーター端子，９は第一格子端子，１０は第二
格子端子，１１はチャンネル・プレート，１２は入力側
に付けられた電極，１３は出力側に付けられた電極，１
４はチャンネル・プレートの入力端子，１５はチャンネ
ル・プレートの出力端子，１６は主集束電子レンズとな
る永久磁石 ─────────────────────────────────────────────────────
[Explanation of Codes] 1 is a neck glass tube of a cathode ray tube, 2 is a heater, 3
Is an oxide cathode, 4 is a spacer that determines the distance between the cathode surface and the first grid, 5 is the first grid, 6 is the second grid, 7 is the electron gun substrate, 8 is the heater terminal, 9 is the first grid terminal, 10 Is a second grid terminal, 11 is a channel plate, 12 is an electrode attached to the input side, 13 is an electrode attached to the output side, 1
4 is an input terminal of the channel plate, 15 is an output terminal of the channel plate, and 16 is a permanent magnet that serves as a main focusing electron lens ─────────────────────── ───────────────────────────────
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成７年６月３０日[Submission date] June 30, 1995
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 陰極線管用電子銃Title of the invention Electron gun for cathode ray tube
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は陰極線管の電子銃に関す
る。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a cathode ray tube electron gun.
【０００２】[0002]
【従来の技術】陰極線管はブラウン管とも呼ばれ、蛍光
膜上に蛍光体の発光による光の映像を表示できる装置で
あり、ＴＶ受像機やコンピュターの表示装置として、更
に、医療関係でＸ線画像の表示装置として、医療、産業
界、一般家庭と広範囲で利用されている。特に、医療関
係では、資源として貴重な銀塩を用いた写真フィルムを
使わずに、高解像力のＣＣＤカメラや、撮像管で撮影さ
れたＸ線画像を表示できる高解像力を持った陰極線管が
必要になっている。更に、コンピュターで画像処理され
た映像や、高解像力を必要とするＣＡＤの画像を表示す
る装置も必要に成っている。これらの高解像力を持った
表示装置は、１ピクセルの大きさが２０から５０μｍか
らなる高鮮細であり、しかも、明るい部屋で観察できる
輝度が必要とされる。上記した１ピクセルの大きさは、
現在使用されているＴＶ受像機やコンピュターに使われ
る陰極線管の１ピクセルの大きさの十分の一以下と小さ
い。この要求条件を満たす表示装置は、現在の所陰極線
管以外に存在しない。更に、陰極線管の新しい使用とし
て、陰極線管を１インチ以下とミニアチャ化し、頭部に
被るヘルメットや、ヘヤー・バンド、又は、眼鏡の縁に
付けて、ＴＶ受像機やコンピュターの映像を目の前の画
面に映し出す装置が開発されて来ている。ミニアチャ陰
極線管の蛍光膜に映し出される映像の解像力に対する要
求は非常に高く、１ピクセルの大きさが１０から２０μ
ｍとなる。例えば、１インチの蛍光膜に６００Ｘ４８０
個のピクセルからなるコンピューターのＶＧＡ画像を映
し出そうとすると、１ピクセルの大きさは、３３μｍ以
下でなければ成らない。蛍光膜の大きさが、０．５イン
チであると、１３μｍ以下となる。ミニアチア陰極線管
の１ピクセルの大きさは、医療用の陰極線管の場合と同
じで、通常の陰極線管の１ピクセルの大きさの十分の一
以下である。このように、高鮮細な映像を明るく映し出
す陰極線管の需要が急増している。2. Description of the Related Art A cathode ray tube, which is also called a cathode ray tube, is a device capable of displaying an image of light emitted by a phosphor on a fluorescent film. It is widely used as a display device in medical, industrial, and general households. Especially in the medical field, a CCD camera with high resolution and a cathode ray tube with high resolution capable of displaying X-ray images taken by an image pickup tube are required without using photographic film that uses precious silver salt as a resource. It has become. Further, a device for displaying a video image processed by a computer and a CAD image requiring high resolution is also required. These display devices having a high resolution are required to have a high resolution such that the size of one pixel is 20 to 50 μm, and yet to have a brightness that can be observed in a bright room. The size of 1 pixel mentioned above is
This is less than one tenth of the size of one pixel of a cathode ray tube used in a TV receiver or a computer currently used. There is no display device satisfying this requirement except the present cathode ray tube. In addition, as a new use of the cathode ray tube, the cathode ray tube is miniaturized to 1 inch or less and attached to a helmet worn on the head, a hair band, or the edge of glasses, and a video image of a TV receiver or a computer is displayed in front of the eyes. A device for displaying on the screen has been developed. The demand for resolution of the image displayed on the fluorescent screen of the miniature cathode ray tube is very high, and the size of one pixel is 10 to 20 μm.
m. For example, 600 x 480 on 1 inch phosphor screen
To display a computer VGA image of pixels, the size of one pixel must be 33 μm or less. When the size of the fluorescent film is 0.5 inch, it becomes 13 μm or less. The size of 1 pixel of the miniature cathode ray tube is the same as that of a medical cathode ray tube, and is 1/10 or less of the size of 1 pixel of a normal cathode ray tube. As described above, there is a rapid increase in demand for cathode ray tubes capable of brightly displaying high-definition images.
【０００３】陰極線管の蛍光膜上に映し出される映像の
１ピクセルの大きさを決めている主因子は、蛍光膜上に
照射される電子ビーム径である。電子ビーム径の大きさ
を決定するのは、電子銃の設計である。特に、陰極線管
のように高電子ビーム流量を使用する場合、電子銃の設
計で困難に直面する。困難は、陰極から取り出す電子ビ
ーム量に依存して電子ビーム径が大きく変わる点であ
る。従来の陰極線管に使われている電子銃を用いると、
電子ビーム径は、電子ビーム量の増加に従って指数関数
的に太くなる。鋭い電子ビーム径を得るには、陰極から
取り出す電子ビーム量を可能な限り少なくする必要があ
った。電子ビーム量の減少は、蛍光膜を構成する蛍光体
粒子に与えるエネルギーの減少になり、蛍光膜から取り
出す発光光量の減少となる。これに原因して、明るい蛍
光膜の輝度が得られていない。暗い蛍光膜の映像は、実
用面で受け入れ難い。明るい映像を得るには、蛍光膜に
与えるエネルギーを多くしなければならない。それに
は、電子ビーム流量を大きくしなければ成らず、電子ビ
ーム径の拡大は避けられないとされてきた。この問題の
解決は、従来の電子レンズ理論に基づいた電子銃の設計
では実現できない。高電子ビーム流量で、発光光点の小
さな電子ビームが得られる電子銃の開発が高鮮細陰極線
管の製造で待たれていた。The main factor that determines the size of one pixel of the image displayed on the fluorescent film of the cathode ray tube is the electron beam diameter with which the fluorescent film is irradiated. It is the design of the electron gun that determines the size of the electron beam diameter. Especially when using a high electron beam flow rate such as a cathode ray tube, difficulties are encountered in the design of the electron gun. The difficulty is that the electron beam diameter changes greatly depending on the amount of electron beams extracted from the cathode. Using the electron gun used in conventional cathode ray tubes,
The electron beam diameter increases exponentially as the electron beam amount increases. In order to obtain a sharp electron beam diameter, it was necessary to reduce the amount of electron beams extracted from the cathode as much as possible. The decrease in the amount of electron beams results in a decrease in the energy given to the phosphor particles forming the fluorescent film, and a decrease in the amount of light emitted from the fluorescent film. Due to this, the brightness of the bright fluorescent film is not obtained. The image of the dark fluorescent film is unacceptable in practical use. In order to obtain a bright image, the energy given to the fluorescent film must be increased. For that purpose, it is necessary to increase the electron beam flow rate, and it has been inevitable that the electron beam diameter is increased. The solution of this problem cannot be realized by the design of the electron gun based on the conventional electron lens theory. The development of an electron gun that can obtain an electron beam with a small light emission point at a high electron beam flow rate has been awaited in the manufacture of a high-resolution thin cathode ray tube.
【０００４】陰極線管の電子銃の設計の基本は、電子顕
微鏡で開発された電子レンズ理論に基づいている。電子
レンズ理論によると、真空中にある電子ビームを集束す
るには、予備集束を受け持つ予備集束電子レンズと、主
集束を受け持つ主集束電子レンズに分けて考える。この
確立された理論に従って、陰極線管に使われる電子銃は
設計される。電子銃は、電子ビーム径の大きさをある程
度まで小さくするように制御する予備集束電子レンズを
受け持つ電極群と、予備集束された電子ビームを更に鋭
く集束する主集束電子レンズの電極群の二つの電極群か
ら構成される。一般に、予備集束電子レンズの電極群
は、図１に図解するように、陰極線管のネック管１の中
の先端に収められ、陰極を加熱するヒーター２、熱電子
を放出する陰極３、陰極から取り出す電子ビーム量を制
御する第一格子４、陰極３と第一格子４の間隔を決める
スペサー５、取り出した電子ビームを加速する第二格子
６から構成されている。陰極３は、７００°Ｃ前後に加
熱された時に熱電子を放出する。第一格子４は、スペサ
ー５を介して、陰極面上０．１５ｍｍ前後の位置に置か
れた筒電極で、筒の先端の中心に直径が０．２から０．
３ｍｍにある微小な穴が開けられている。第一格子４
は、陰極に対して常に負のバイアス電位が与えられてい
る。陰極から電子銃内に取り出す電子ビームは、この微
小な穴を通して行われる。取り出す電子ビーム流量は、
第一格子４の負のバイアス電位の大きさを陰極に対して
零電位からカット・オフ電位の間で変えるとき、可逆的
に増減する。この特性を使って、電子銃から取り出す電
子ビーム流量を、第一格子４の負のバイアス電位の大き
さを変えて制御する。第二格子６には、陰極に対して、
通常３００から５００ボルトの正電位を与え、第一格子
４の細穴から出てきた電子ビームを必要な速度に加速す
る役目と、電子ビームを予備的に集束する役目を果たし
ている。これらの電極の各個を最適化し、現在使用され
ている予備電子レンズが構成される。The basic design of an electron gun for a cathode ray tube is based on the electron lens theory developed in an electron microscope. According to the electron lens theory, in order to focus an electron beam in a vacuum, a prefocusing electron lens responsible for prefocusing and a main focusing electron lens responsible for main focusing are considered separately. According to this established theory, the electron gun used in the cathode ray tube is designed. The electron gun is composed of two groups of electrodes: a group of electrodes for pre-focusing electron lenses that controls the electron beam diameter to a certain extent, and a group of electrodes for the main focusing electron lens that sharply focuses the pre-focused electron beam. It is composed of an electrode group. In general, the electrode group of the prefocusing electron lens is housed in the tip of the neck tube 1 of the cathode ray tube, as illustrated in FIG. 1, and includes a heater 2 for heating the cathode, a cathode 3 for emitting thermoelectrons, and a cathode. It comprises a first grating 4 for controlling the amount of extracted electron beams, a spacer 5 for determining the distance between the cathode 3 and the first grating 4, and a second grating 6 for accelerating the extracted electron beams. The cathode 3 emits thermoelectrons when heated to around 700 ° C. The first grid 4 is a cylindrical electrode placed at a position of about 0.15 mm on the cathode surface via a spacer 5, and has a diameter of 0.2 to 0.
There is a small hole at 3 mm. First grid 4
Is always provided with a negative bias potential with respect to the cathode. An electron beam extracted from the cathode into the electron gun is emitted through the minute hole. The flow rate of the electron beam to be extracted is
When the magnitude of the negative bias potential of the first grid 4 is changed from zero potential to the cut-off potential with respect to the cathode, it reversibly increases and decreases. By using this characteristic, the flow rate of the electron beam extracted from the electron gun is controlled by changing the magnitude of the negative bias potential of the first grating 4. In the second grid 6, for the cathode,
Normally, a positive potential of 300 to 500 V is applied to serve to accelerate the electron beam emitted from the small holes of the first grating 4 to a required speed and to pre-focus the electron beam. Each of these electrodes is optimized to form the currently used backup electron lens.
【０００５】予備集束電子レンズを構成する電極群によ
り取り出され、適度の速度に加速された電子ビームは、
主集束電子レンズに入って、陽極電位により加速されと
同時に、主集束電子レンズを受け持つ電極群で更に鋭く
集束される。主集束電子レンズで電子ビームを集束する
のに２つの方法が知られている。第一の方法は、通常の
陰極線管に使われている静電界を用いた集束方式であ
る。この方式は、カラー陰極線管のように、一本のネッ
ク管内に複数個の電子銃を収納する場合に有利になる。
他の方法は、ネック管外に置かれた磁石による磁界を利
用する方法である。磁界を用いる方が、静電界を用いた
場合に比して、蛍光膜面上で収差の少ない電子ビームが
得られるので、収差を問題にする電子顕微鏡では、磁気
集束が使われている。収差よりも製造コストを問題とす
る陰極線管では、磁気集束は殆ど使われていない。The electron beam extracted by the electrode group forming the prefocusing electron lens and accelerated to an appropriate speed is
After entering the main focusing electron lens and being accelerated by the anode potential, at the same time, it is more sharply focused by the electrode group which is in charge of the main focusing electron lens. Two methods are known for focusing an electron beam with a main focusing electron lens. The first method is a focusing method using an electrostatic field, which is used in ordinary cathode ray tubes. This method is advantageous when accommodating a plurality of electron guns in one neck tube such as a color cathode ray tube.
Another method is to use a magnetic field from a magnet placed outside the neck tube. An electron beam with less aberration can be obtained on the fluorescent film surface by using a magnetic field as compared with the case of using an electrostatic field. Therefore, magnetic focusing is used in an electron microscope in which aberration is a problem. Magnetic focusing is rarely used in cathode ray tubes where manufacturing cost is more important than aberrations.
【０００６】電子銃の設計で問題となるのは、集束した
電子ビーム径の大きさが、電子ビーム流量により大きく
変化する事にある。いずれの主集束電子レンズを用いて
も、電子ビーム径は、電子ビーム流量の増加に従って指
数関数的に増加する。陰極線管の蛍光膜で階調の高い映
像を得るには、一画面内で電子ビーム流量を大きく変え
る必要がある。電子ビーム流量により電子ビーム径が変
わると、映像のピクセルの大きさが明るさにより変わる
ので、映像が見苦しくなる。高電子ビーム流量でも、低
電子ビーム流量と同じ鋭い電子ビーム径であることが必
要である。この解決の試みとして、電子ビームを取り出
す第一格子に開けられた微小穴径を、０．２ｍｍ以下と
小さくしても、得られる電子ビーム径は、０．２ｍｍの
場合とあまり変わらないか、かえって広がった電子ビー
ムが得られる。陰極線管の電子銃で、予備集束電子レン
ズと主集束電子レンズの電極群の変えられる因子を最適
化して出来ているのが現在使用されている電子銃であ
る。が、その電子銃を高鮮細な陰極線管に適用しても、
満足できる大きさの電子ビーム径は得られない。更なる
電子銃の改良が高鮮細な陰極線管の電子銃の製造で待た
れていた。A problem in the design of the electron gun is that the size of the focused electron beam diameter greatly changes depending on the electron beam flow rate. With any of the main focusing electron lenses, the electron beam diameter increases exponentially as the electron beam flow rate increases. In order to obtain a high gradation image with the fluorescent film of the cathode ray tube, it is necessary to greatly change the electron beam flow rate within one screen. When the diameter of the electron beam changes depending on the flow rate of the electron beam, the pixel size of the image changes depending on the brightness, which makes the image unsightly. Even with a high electron beam flow rate, it is necessary to have the same sharp electron beam diameter as the low electron beam flow rate. As an attempt to solve this problem, even if the diameter of the small holes made in the first grating for extracting the electron beam is reduced to 0.2 mm or less, the obtained electron beam diameter does not change much from the case of 0.2 mm. On the contrary, a broadened electron beam can be obtained. In the electron gun of the cathode ray tube, the electron gun which is currently used is made by optimizing the variable factors of the electrode groups of the prefocusing electron lens and the main focusing electron lens. However, even if the electron gun is applied to a high-definition cathode ray tube,
A satisfactory electron beam diameter cannot be obtained. Further improvements in the electron gun have been awaited in the manufacture of electron guns with high-definition cathode ray tubes.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、電子ビーム流量の増加による電子ビ−ム径の広がり
を極度に抑えることができる、高鮮細陰極線管に使える
電子銃の提供である。The problem to be solved is to provide an electron gun which can be used for a high-resolution fine cathode ray tube, in which the spread of the electron beam diameter due to the increase in the electron beam flow rate can be extremely suppressed. .
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】広い面積を持った陰極を
加熱すると、陰極面上には熱電子がボルツマン分布則で
分布する。加熱された陰極面上でボルツマン分布則で分
布している熱電子を、第一格子４の細穴から取り出す
と、取り出された電子には、電子銃の軸に揃った成分だ
けでなく、軸上から外れた運動成分の電子が多分に含ま
れる。軸から外れた運動成分を持った電子量は、取り出
す電子ビーム量の増加に従って増加する。その結果、電
子ビーム径が電子ビーム流量により指数関数的に広が
る。電子ビーム流量が増加した時に、軸から外れた運動
成分を持った電子量が増加するのは、電子ビームを取り
出す陰極面の大きさが、電子ビーム流量により変わる事
により説明できる。とすれば、現在の広い面積の陰極と
小さな穴を持った第一格子の組み合わせでは、電子ビー
ム流量により、軸上から外れた運動成分を持った電子量
の量が変わるのは、必然となる。この理解の上で、広い
面積の陰極と大きな穴を持った第一格子の組み合わせる
と、電子ビームを取り出す制御が難しくなる。この問題
を解決する目的で、第一格子の穴をメッシュ状にして、
多数の微小穴にすると、電子ビームの広がりの問題はか
なり解決するが、電子ビーム流量も少なくなり完全な解
決策に成らない。だがメッシュ状穴の採用は、取り出し
た電子ビームで、軸上から外れた運動成分を持った電子
量を減少させるか、または、電子ビーム流量に無関係に
一定の運動分布を持った電子ビームとする事ができる方
法を考えれば、電子ビーム流量の多少に関係なく、電子
ビーム径の広がりの変化を防げる事を示唆している。予
備集束電子レンズの段階で、電子銃の軸からの離反が同
じ電子ビームを作り、その電子ビームを主集束電子レン
ズに入射すれば、主集束電子レンズでは、電子ビーム流
量に関係なく電子ビームを鋭く集束できる事を見いだし
た。When a cathode having a large area is heated, thermoelectrons are distributed according to the Boltzmann distribution law on the cathode surface. When the thermoelectrons distributed according to the Boltzmann distribution law on the heated cathode surface are taken out from the fine holes of the first lattice 4, not only the components aligned with the axis of the electron gun but also the axes are extracted. Electrons of motion components that are off the top are mostly included. The amount of electrons with off-axis motion components increases as the amount of extracted electron beams increases. As a result, the electron beam diameter expands exponentially with the electron beam flow rate. The increase in the amount of electrons having an off-axis motion component when the electron beam flow rate increases can be explained by the fact that the size of the cathode surface for extracting the electron beam changes depending on the electron beam flow rate. Then, in the current combination of a large-area cathode and the first lattice with small holes, it is inevitable that the amount of electrons with off-axis kinetic components changes depending on the electron beam flow rate. . Based on this understanding, if a cathode having a large area and a first lattice having a large hole are combined, it becomes difficult to control the electron beam extraction. For the purpose of solving this problem, the holes of the first lattice are made into a mesh shape,
If a large number of small holes are used, the problem of electron beam divergence can be solved considerably, but the electron beam flow rate will also be small, and it will not be a complete solution. However, the use of mesh holes reduces the amount of electrons with off-axis motion components in the extracted electron beam, or makes the electron beam with a constant motion distribution regardless of the electron beam flow rate. This suggests that it is possible to prevent changes in the spread of the electron beam diameter regardless of the flow rate of the electron beam. At the stage of pre-focusing electron lens, if the electron beam is made to have the same departure from the axis of the electron gun and the electron beam is incident on the main focusing electron lens, the main focusing electron lens will generate the electron beam regardless of the electron beam flow rate. I found that I could focus sharply.
【０００９】広面積の陰極と第一格子の微小な穴を通し
て、陰極から電子ビームを取り出すと、上記したよう
に、電子ビーム量を増加させた時、電子ビーム径の広が
りは不可避である。とすれば、予備集束電子レンズで鋭
く集束した電子ビームを得るには、陰極から取り出す電
子ビーム量を少なくするのが最良の解決策となる。だ
が、電子ビーム量の減少は、蛍光膜面の発光の減少とな
り、蛍光膜面の輝度が低下し、実用の点から受け入れら
れない。この問題を解決するには、陰極から取り出す電
子ビーム量を可能な限り少なくし、その電子ビームが主
集束電子レンズに入れる前に、電子ビーム量を増化させ
る方法を考えれば良い。真空中にある電子の増幅方法と
して、電子を二次電子放出比の大きな材料に当て、電子
を増倍する方法がある。この方法の１応用例として、図
２に図解したチャンネル・プレート１１がある。チャン
ネル・プレート１１は、非常に細い中が空洞であるパイ
プを多数束ねて作られた板から構成されている。各パイ
プの内壁面には、二次電子増倍率が高く、適度の電気抵
抗を持った電導膜を形成して置く。チャンネル・プレー
ト板の両端に電極１２と１３を付け、この両端の電極に
１ｋＶ前後の電圧を加えると、パイプ内部に電位の勾配
ができる。チャンネル・プレート板の入力側から電子を
導入すると、入射電子はパイプの電位勾配に従って、パ
イプの内壁面と衝突しながら二次電子のナダレ現象を起
こし、増倍してパイプの出口に向かう。チャンネル・プ
レートから出てくる電子の数は、チャンネル・プレート
板に印加する電位の大きさにより変わるが、入射時の
１、０００倍から１０、０００倍にも増幅できる。増倍
されてチャンネル・プレートから出てくる電子の多く
は、細いパイプの中での衝突と加速を繰り返しているの
で、運動方向がチャンネル・プレートのパイプ軸に沿っ
た小さな広がりを持った電子から成る。チャンネル・プ
レートの軸方向を、電子銃の中心軸と一致させて置け
ば、チャンネル・プレートからは、電子銃の中心軸に沿
って小さな広がりを持った分布の電子ビームが、電子ビ
ーム量に無関係に出てくる。この電子ビームを、直ちに
主集束電子レンズで集束すると、電子ビーム流量に無関
係に、同一の電子ビーム径の電子ビームが得られる。When the electron beam is taken out from the cathode through the cathode having a large area and the minute holes of the first lattice, the spread of the electron beam diameter is inevitable when the electron beam amount is increased as described above. Then, in order to obtain an electron beam that is sharply focused by the prefocusing electron lens, the best solution is to reduce the amount of electron beam extracted from the cathode. However, a decrease in the electron beam amount results in a decrease in light emission on the fluorescent film surface and a decrease in brightness on the fluorescent film surface, which is unacceptable from a practical point of view. To solve this problem, a method of reducing the electron beam amount taken out from the cathode as much as possible and increasing the electron beam amount before the electron beam enters the main focusing electron lens may be considered. As a method of amplifying electrons in a vacuum, there is a method of multiplying the electrons by applying the electrons to a material having a large secondary electron emission ratio. One application of this method is the channel plate 11 illustrated in FIG. The channel plate 11 is composed of a plate made by bundling a number of pipes each having a very thin hollow inside. A conductive film having a high secondary electron multiplication factor and a suitable electric resistance is formed and placed on the inner wall surface of each pipe. Electrodes 12 and 13 are attached to both ends of the channel plate plate, and a voltage of about 1 kV is applied to the electrodes on both ends to create a potential gradient inside the pipe. When electrons are introduced from the input side of the channel plate, incident electrons collide with the inner wall surface of the pipe according to the potential gradient of the pipe, causing secondary electrons to sag, multiplying, and heading for the exit of the pipe. The number of electrons emitted from the channel plate varies depending on the magnitude of the electric potential applied to the channel plate plate, but can be amplified 1,000 times to 10,000 times that at the time of incidence. Most of the electrons that are multiplied and come out of the channel plate repeat collision and acceleration in a thin pipe, so the direction of motion is from an electron with a small spread along the pipe axis of the channel plate. Become. If the axial direction of the channel plate is aligned with the central axis of the electron gun, an electron beam with a small spread along the central axis of the electron gun will be distributed from the channel plate regardless of the electron beam amount. Come out to. If this electron beam is immediately focused by the main focusing electron lens, an electron beam having the same electron beam diameter can be obtained regardless of the electron beam flow rate.
【００１０】チャンネル・プレートから出てくる電子ビ
ーム径を細くし、しかも、電子の運動を軸上に揃えるに
は、チャンネル・プレートの出力側の直径を入射側の直
径よりも細くすると良い。図３にそのように形状を変え
たチャンネル・プレートの一例を示す。この形状のチャ
ンネル・プレートから出てきた電子ビームを、電子銃の
軸に揃えるには、チャンネル・プレートの出力側のプレ
ートの所を少し長くして置くと良い。このように形状を
変えると、パイプの中で増幅された電子の多くの運動方
向が軸に揃うし、また、電子ビームも軸方向に集束され
るので、その効果は大きい。この出力を主集束電子レン
ズで集束すれば、鋭い電子ビームが得られる。In order to reduce the diameter of the electron beam emitted from the channel plate and to align the movement of the electrons on the axis, the diameter of the output side of the channel plate may be made smaller than the diameter of the incident side. FIG. 3 shows an example of the channel plate having such a changed shape. In order to align the electron beam emitted from the channel plate of this shape with the axis of the electron gun, it is advisable to place the plate on the output side of the channel plate slightly longer. When the shape is changed in this way, many movement directions of the amplified electrons in the pipe are aligned with the axis, and the electron beam is also focused in the axial direction, so that the effect is great. A sharp electron beam can be obtained by focusing this output by the main focusing electron lens.
【００１１】一本のネック管内に複数個の電子銃を収納
する陰極線管で、各電子銃の予備収束電子レンズに、上
記した方法でチャンネル・プレートを適用出来る。この
場合各チャンネル・プレートから出てくる電子ビーム
を、各電子銃内で個別に収束することが必要となる。そ
れには、ネック管外に付けた電磁石は使えないので、静
電収束電極を使用する。チャンネル・プレートから出て
くる電子の軸方向に対する分散が、従来の電子銃を採用
した場合よりも少なくなるので、静電収束電極の数を大
幅に減少できる。その結果として、電子銃の組み立てが
容易に成るだけでなく、電子銃の全長を大幅に短縮でき
るので、チャンネル・プレートの採用の効果は大きい。In a cathode ray tube in which a plurality of electron guns are housed in one neck tube, the channel plate can be applied to the pre-focusing electron lens of each electron gun by the method described above. In this case, it is necessary to individually focus the electron beam emitted from each channel plate in each electron gun. An electrostatic focusing electrode is used because an electromagnet attached outside the neck tube cannot be used. Since the dispersion of electrons emitted from the channel plate in the axial direction is smaller than that in the case where a conventional electron gun is adopted, the number of electrostatic focusing electrodes can be significantly reduced. As a result, not only the assembly of the electron gun is facilitated, but also the total length of the electron gun can be greatly shortened, so that the adoption of the channel plate has a great effect.
【００１２】単電子銃で、しかも、固定された陽極電圧
の印加で稼働している陰極線管は、主集束電子レンズに
永久磁石が使用できる。現在のエレクトロニクス技術に
よれば、陽極電圧は厳しく制御できるので、陽極電圧の
変動は非常に小さい。このように陽極電圧が厳しく制御
されている場合、主集束電子レンズに永久磁石を使用し
ても、陰極線管の稼働上で問題となる映像の乱れは発生
しない。陽極電圧が可変である電子顕微鏡では、収差の
少ない電子ビームを得るに２個の電磁石を使っている。
陽極電圧が固定された陰極線管で、蛍光膜面での収差の
少ない映像を得るには、電磁石の代わりに、２個のリン
グ状にある永久磁石を使用できる。永久磁石には、小型
で強力なサマリウム・コバルト系の磁石等が使える。蛍
光膜面の収差があまり気にならない映像の場合、例え
ば、通常のＴＶの映像の場合には、１個のリング状永久
磁石の使用でも、用が足りるのは勿論である。In a cathode ray tube operating with a single electron gun and applying a fixed anode voltage, a permanent magnet can be used for the main focusing electron lens. According to current electronics technology, the anode voltage can be tightly controlled, so that the variation of the anode voltage is very small. When the anode voltage is strictly controlled in this way, even if a permanent magnet is used for the main focusing electron lens, there is no image distortion that is a problem in the operation of the cathode ray tube. An electron microscope with a variable anode voltage uses two electromagnets to obtain an electron beam with little aberration.
With a cathode ray tube with a fixed anode voltage, two ring-shaped permanent magnets can be used instead of the electromagnets in order to obtain an image with less aberration on the fluorescent film surface. For the permanent magnet, small and powerful samarium / cobalt magnets can be used. In the case of an image in which the aberration of the fluorescent film surface is not very noticeable, for example, in the case of a normal TV image, it is needless to say that the use of one ring-shaped permanent magnet is sufficient.
【００１３】陰極線管のネック管外に付ける磁石は、偏
向ヨークも含めて、小さくて軽量である事が要求され
る。ネック管外に付ける磁石による磁界が、ネック管内
を運行する電子ビームに作用する大きさは、磁石と電子
ビ−ムの距離に逆比例する。磁石と電子ビームの距離が
小さく成れば、ネック管外に同じ強度を持った磁石を使
用した場合、電子ビームに作用する外部磁石の強度が大
きくなる。陰極線管ではネック管径と蛍光膜面の大きさ
が固定されているので、電子ビームが受ける作用の大き
さは決められている。磁石と電子ビームの距離を小さく
すれば、ネック管外に使用する磁石の強度を弱くでき
る。即ち、磁石と偏向ヨークを小型化し、軽量化が実現
できる。磁石と電子ビームの距離を小さくするには、ネ
ック管径を可能な限り細くすれば良い。細くする限界
は、ネック管内に収納する電子銃の直径で決まる。主集
束電子レンズに上記した永久磁石を適用すると、静電界
を作る主集束電子レンズの電極群をネック管に収納する
必要が無くなるので、主集束電子レンズによるネック管
径の短縮規制は無くなる。電子銃の直径は、予備集束電
子レンズを構成する電極群の構成要素の組み立て精度の
限界で決まってくる。直径の細いチャンネル・プレート
の使用は、単電子銃で作動する陰極線管の陰極の面積を
小型化でき、従って、第一格子の直径も小さく出来る。
従って、予備集束電子レンズをこれを収めるネック管の
直径を細くできる。それ故、チャンネル・プレートと永
久磁石を組み合わせて、電子銃を設計すると、単電子銃
の陰極線管のネック管の直径を細くできるので、ネック
管外に設置する磁石と偏向ヨークの小型化と、軽量化を
実現化できる。The magnet attached to the outside of the neck tube of the cathode ray tube, including the deflection yoke, is required to be small and lightweight. The magnitude of the magnetic field generated by the magnet provided outside the neck tube acting on the electron beam traveling inside the neck tube is inversely proportional to the distance between the magnet and the electron beam. If the distance between the magnet and the electron beam is reduced, the strength of the external magnet that acts on the electron beam is increased when a magnet having the same strength is used outside the neck tube. Since the diameter of the neck tube and the size of the fluorescent film surface are fixed in the cathode ray tube, the magnitude of the action of the electron beam is determined. If the distance between the magnet and the electron beam is reduced, the strength of the magnet used outside the neck tube can be weakened. That is, the magnet and the deflection yoke can be downsized and the weight can be reduced. In order to reduce the distance between the magnet and the electron beam, the neck tube diameter should be made as thin as possible. The limit of thinning is determined by the diameter of the electron gun housed in the neck tube. When the above-mentioned permanent magnet is applied to the main-focusing electron lens, it is not necessary to house the electrode group of the main-focusing electron lens that creates an electrostatic field in the neck tube, so that there is no restriction on the neck tube diameter reduction by the main-focusing electron lens. The diameter of the electron gun is determined by the limit of the assembling accuracy of the components of the electrode group constituting the prefocusing electron lens. The use of a narrow diameter channel plate allows the cathode area of a cathode ray tube operating with a single electron gun to be miniaturized, and thus the diameter of the first grid to be small.
Therefore, the diameter of the neck tube for accommodating the prefocusing electron lens can be reduced. Therefore, by designing an electron gun by combining a channel plate and a permanent magnet, the diameter of the neck tube of the cathode ray tube of a single electron gun can be made smaller, so that the magnet and deflection yoke to be installed outside the neck tube can be downsized. Weight reduction can be realized.
【００１４】このようにして作られる電子銃を、ミニア
チャ陰極線管に採用してみる。０．５インチのミニアチ
ャ陰極線管の蛍光膜を、例えば、１，０００ｃｄ／ｍ２
の輝度で光らせるに必要な電子ビーム量は、１０μＡ以
下で充分である。チャンネル・プレートの出力側で１０
μＡを得るには、チャンネル・プレートへの増幅率を小
さくしても、入射電子量を非常に少なく出来る。又は、
チャンネル・プレートの電極間に印加する電位を、安全
を考慮して下げて、チャンネル・プレートでの電子の増
倍率を下げる選択も取れる。高輝度で、高解像度の映像
を得るには、陰極から取り出す電子ビーム流量を少なく
した選択を推奨できる。それには、第一格子に印加する
バイアス電位を大きくするか、バイアス電位は同じにし
て、電子を放射する陰極の温度を下げるかの選択があ
る。理想条件で操作されている陰極の寿命は、陰極から
のバリウムの蒸発量で決まる。陰極温度がバリウムの蒸
発量を決めているので、陰極の温度は、電子放射の量が
確保できる低温度した方がバリウムの蒸発を遅くでき
る。長寿命なミニアチャ陰極線管を得るには、従って、
陰極の温度を低くする事を推奨する。ミニアチャ陰極線
管の省電にもなる。チャンネル・プレートの出口側から
は、増幅された上に、入力側の電子ビーム径よりも径の
細い電子ビームが取り出される。この電子ビームを永久
磁石を用いた主集束電子レンズで集束すれば、電子ビー
ム径の小さい、収差の少ない電子ビームが蛍光膜面に照
射され、鮮明な映像が蛍光膜面に映し出される。The electron gun manufactured in this manner is used in a miniature Acha cathode ray tube. For example, a fluorescent film of a 0.5-inch miniature cathode ray tube is set to 1,000 cd / m 2
The electron beam amount required to emit light with the brightness of 10 μA or less is sufficient. 10 on the output side of the channel plate
In order to obtain μA, the amount of incident electrons can be made extremely small even if the amplification factor to the channel plate is made small. Or
For safety, the potential applied between the electrodes of the channel plate may be lowered to reduce the multiplication factor of electrons in the channel plate. In order to obtain a high-luminance, high-resolution image, it is recommended to select with a small electron beam flow rate extracted from the cathode. There is a choice between increasing the bias potential applied to the first lattice or keeping the same bias potential to lower the temperature of the cathode that emits electrons. The life of a cathode operated under ideal conditions is determined by the amount of barium evaporated from the cathode. Since the cathode temperature determines the evaporation amount of barium, the evaporation temperature of the barium can be delayed if the temperature of the cathode is low enough to secure the amount of electron emission. To get a long-lived Miniacha cathode ray tube, therefore,
It is recommended to lower the temperature of the cathode. It also saves electricity in the miniature cathode ray tube. From the exit side of the channel plate, an electron beam that is amplified and has a diameter smaller than the electron beam diameter on the input side is extracted. If this electron beam is focused by a main focusing electron lens using a permanent magnet, an electron beam with a small electron beam diameter and little aberration is irradiated on the fluorescent film surface, and a clear image is projected on the fluorescent film surface.
【００１５】医療用等に使われる高鮮細な陰極線管、又
は、ＣＡＤに使われる陰極線管の電子銃で、予備集束電
子レンズ系にチャンネル・プレートを採用した場合を検
討する。この種の陰極線管の蛍光膜は、画面が大きく、
映像を明るい部屋で見る関係で、３００μＡ前後の電子
ビームを照射している。従って、チャンネル・プレート
の入力側に、１から３μＡ前後の電子ビームを入射させ
ると良い。これだけで電子ビーム径を十分の一以下にす
る事が出来る。入射した電子は、チャンネル・プレート
内で充分に増幅され、出力側からは３００μＡ前後の電
子ビームが得られる。出力側から出てくる電子ビーム径
は、入力側の電子ビーム径を越える事はないので、予備
集束電子レンズを出た段階で、電子ビーム径は既に充分
に集束されている。この電子ビームを静電集束、又は、
磁気集束による主集束電子レンズで更に集束すれば、蛍
光膜には、明るくて鮮明な映像が映し出される。An electron gun of a high-definition cathode ray tube used for medical purposes or a cathode ray tube used for CAD, and a case where a channel plate is adopted as a prefocusing electron lens system will be examined. The fluorescent screen of this type of cathode ray tube has a large screen,
Because the image is viewed in a bright room, an electron beam of around 300 μA is emitted. Therefore, an electron beam of about 1 to 3 μA should be incident on the input side of the channel plate. This alone can reduce the electron beam diameter to one tenth or less. The incident electrons are sufficiently amplified in the channel plate, and an electron beam of about 300 μA is obtained from the output side. Since the diameter of the electron beam emitted from the output side does not exceed the diameter of the electron beam on the input side, the diameter of the electron beam is already sufficiently focused at the stage of leaving the prefocusing electron lens. Electrostatic focusing of this electron beam, or
If further focusing is performed by the main focusing electron lens by magnetic focusing, a bright and clear image is displayed on the fluorescent film.
【００１６】[0016]
【実施例】図４に図解するように、入力側の直径が第一
格子のアパチャー径よりも大きく（約０．５ｍｍ）、出
力側の直径が細くなった、厚みが１から２ｍｍ前後のチ
ャンネル・プレート１１を、図１の電子銃の第二格子の
位置に置換して配置する。直径が第一格子のアパチャー
径よりも大きくするのは、チャンネル・プレートの組み
立ての便宜のためで、本質的な要求ではない。実際に稼
働するチャンネル・プレート中のパイプは、第一格子の
アパチャー径と同じ径内に配列したパイプだけである。
チャンネル・プレートの出力側から出てくる電子ビーム
径は、チャンネル・プレート内壁面への衝突と加速を繰
り返しているので、入力側よりも僅かに広い直径の電子
ビームとなる。チャンネル・プレートの入力側の電極に
は、陰極３に対して０から４００ボルトの正電位を印加
する。チャンネル・プレートの出口側の電極には、入口
側の電位に対して、例えば、１ｋＶの電位を印加する。
このような条件のチャンネル・プレートの入力側に、陰
極から非常に少ない電子（例えば、０．５μＡ以下）を
取り出し、その電子をチャンネル・プレートに入射させ
る。入射した電子の数は、チャンネル・プレートの働き
により高い値に増倍される。その結果、チャンネル・プ
レートの出口からは、入力時の電子ビーム径の大きさ
か、それ以下の電子ビーム径で、多量の電子（５００μ
Ａ以上）を取り出す事が出来る。EXAMPLE As shown in FIG. 4, a channel having a diameter on the input side larger than the aperture diameter of the first grating (about 0.5 mm) and a diameter on the output side reduced, and having a thickness of about 1 to 2 mm. -The plate 11 is replaced and arranged at the position of the second grid of the electron gun of FIG. Making the diameter larger than the aperture diameter of the first grating is for the convenience of assembling the channel plate and is not an essential requirement. The only pipe in the channel plate that actually operates is the pipe arranged within the same diameter as the aperture diameter of the first lattice.
The diameter of the electron beam emitted from the output side of the channel plate is an electron beam having a diameter slightly wider than that of the input side because the collision and acceleration to the inner wall surface of the channel plate are repeated. A positive potential of 0 to 400 volts is applied to the cathode 3 on the input side electrode of the channel plate. A potential of, for example, 1 kV is applied to the electrode on the outlet side of the channel plate with respect to the potential on the inlet side.
On the input side of the channel plate under such conditions, very few electrons (for example, 0.5 μA or less) are taken out from the cathode and the electrons are made incident on the channel plate. The number of incident electrons is multiplied to a high value by the action of the channel plate. As a result, from the exit of the channel plate, when the electron beam diameter at the time of input is smaller than or equal to the electron beam diameter, a large amount of electrons (500 μm
A or more) can be taken out.
【００１７】[0017]
【発明の効果】上記したように、チャンネル・プレート
を従来の電子銃の予備集束電子レンズの第二格子の位置
に設置すると、第二格子を使って予備集束電子レンズを
構成する場合に比して、主集束電子レンズに入力できる
電子ビーム流量が同じである時格段に鋭く集束された電
子ビームが、予備集束電子レンズから主集束電子レンズ
に入力できる。予備集束電子レンズから入力された電子
ビームを主集束電子レンズで更に集束する。こうして集
束された電子ビームを蛍光膜面上を走査すると、蛍光膜
面上には明るい部屋でも観察できる鮮明な映像が映し出
される。陰極線管の寿命は、陰極の寿命で決まる。取り
出す電子ビーム流量が少ないとき、陰極の温度を下げる
事が出来、陰極の寿命は長くなる。従って、チャンネル
・プレートの採用によって、寿命の長くなった陰極線管
が得られる。As described above, when the channel plate is installed at the position of the second grating of the prefocusing electron lens of the conventional electron gun, compared to the case where the prefocusing electron lens is constructed using the second grating. Then, when the flow rate of the electron beam that can be input to the main focusing electron lens is the same, a sharply focused electron beam can be input to the main focusing electron lens from the preliminary focusing electron lens. The electron beam input from the preliminary focusing electron lens is further focused by the main focusing electron lens. When the thus focused electron beam is scanned on the fluorescent film surface, a clear image that can be observed even in a bright room is displayed on the fluorescent film surface. The life of the cathode ray tube depends on the life of the cathode. When the flow rate of the electron beam to be extracted is small, the temperature of the cathode can be lowered, and the life of the cathode is extended. Therefore, by adopting the channel plate, a cathode ray tube having a long life can be obtained.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】 従来からの陰極線管に使われている電子銃の
予備集束レンズの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a pre-focusing lens of an electron gun used in a conventional cathode ray tube.
【図２】 チャンネル・プレートの構成を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a channel plate.
【図３】 集束機能を持ったチャンネル・プレートを示
す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a channel plate having a focusing function.
【図４】 チャンネル・プレートを設置した予備集束電
子レンズの構成を示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a prefocusing electron lens with a channel plate installed.
【符号の説明】 １は、陰極線管のネック・ガラス管，２はヒーター，３
は酸化物陰極、４は陰極面と第一格子の間隔を決めるス
ペサー，５は第一格子，６は第二格子，７は電子銃基
板，８はヒーター端子，９は第一格子端子，１０は第二
格子端子，１１はチャンネル・プレート，１２は入力側
に付けられた電極，１３は出力側に付けられた電極，１
４はチャンネル・プレートの入力端子，１５はチャンネ
ル・プレートの出力端子，１６は主集束電子レンズとな
る永久磁石[Explanation of Codes] 1 is a neck glass tube of a cathode ray tube, 2 is a heater, 3
Is an oxide cathode, 4 is a spacer that determines the distance between the cathode surface and the first grid, 5 is the first grid, 6 is the second grid, 7 is the electron gun substrate, 8 is the heater terminal, 9 is the first grid terminal, 10 Is a second grid terminal, 11 is a channel plate, 12 is an electrode attached to the input side, 13 is an electrode attached to the output side, 1
4 is an input terminal of the channel plate, 15 is an output terminal of the channel plate, and 16 is a permanent magnet that serves as a main focusing electron lens.
Claims (1)
ムの予備集束電子レンズ系が、陰極を加熱するヒータ
ー、陰極、第一格子、チャンネル・プレートから構成さ
れる事を特徴とする陰極線管用電子銃。1. An electron gun used in a cathode ray tube, wherein the electron beam prefocusing electron lens system comprises a heater for heating the cathode, a cathode, a first grating, and a channel plate. Electron gun.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8305195A JPH08241678A (en) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Electron gun for cathode-ray tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8305195A JPH08241678A (en) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Electron gun for cathode-ray tube |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241678A true JPH08241678A (en) | 1996-09-17 |
Family
ID=13791401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8305195A Pending JPH08241678A (en) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Electron gun for cathode-ray tube |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08241678A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109922591A (en) * | 2019-04-03 | 2019-06-21 | 郭盘林 | A kind of acquisition device of middle energy large beam spot weak current electronics |
-
1995
- 1995-03-06 JP JP8305195A patent/JPH08241678A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109922591A (en) * | 2019-04-03 | 2019-06-21 | 郭盘林 | A kind of acquisition device of middle energy large beam spot weak current electronics |
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