(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェースパネル部とファンネル部とネック部とからなるガラスバルブを有する受像管装置であって、
電子を電界放出する冷陰極アレイと、前記電界放出を制御するゲート電極と、前記冷陰極アレイ及び前記ゲート電極の周囲に配置された第１選択電極と、前記第１選択電極に対向して設けられた第２選択電極とを有する冷陰極電子銃を備え、前記第２選択電極の電位が前記ゲート電極の電位及び前記第１選択電極の電位より低いことを特徴とする受像管装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極電子銃を有する受像管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピント型と呼ばれる冷陰極は、円錐形状のエミッタとエミッタ先端を囲むように開けられたゲート孔を有するゲート電極とから構成される。エミッタとゲート電極との間に数十乃至１００Ｖの電圧を印加することによって、円錐形状のエミッタ先端には強い電界が発生し、エミッタ先端より電子が放出される。
【０００３】
熱陰極から放出される電子の初速度は熱エネルギー分（数ｅＶ以下）であるのに対し、冷陰極から放出される電子はエミッタとゲート電極との間の印加電圧差分である数十乃至１００ｅＶの初速度を持つ。
【０００４】
更に、電子は先端部以外のエミッタ表面に形成される微小突起からも放出されるため、円錐形状のエミッタの中心軸に対してある角度を有して放出される電子が存在する。このエミッタ中心軸に対する電子放出角度を発散角と呼ぶ。この発散角はエミッタ及びゲートの形状や電位によって変化するが、およそ３０°であることが知られている。これに対して、熱陰極の発散角は９０°である。
【０００５】
したがって、冷陰極においては初速度が数十乃至１００ｅＶ、発散角がおよそ３０°で電子ビームが射出され、これは熱陰極の場合（初速度が数ｅＶ、発散角が９０°）と比較して、初速度が数十倍と大きい。従って、冷陰極を受像管装置の電子銃の陰極として使用した場合、射出された電子ビームはある広がり角をもって電子銃の電界レンズ領域に入射する。このような広がり角を有する電子ビームを、以後の電界レンズで細く絞ることは難しい。その結果、蛍光面上に小さなビームスポットを形成することができず、表示画像の解像度の低下を招く。
【０００６】
この電子ビームの広がりを抑制するための一解決方法が特開平９−２８３００９号公報に示されている。図６，図７を用いてこれを説明する。図６，図７において、１ａは円錐形状のエミッタ、２はエミッタ１ａを囲む開口（ゲート孔）を有するゲート電極である。
【０００７】
図６では、エミッタ１ａの形成領域及びゲート電極２を円状とし、その外側に第１収束電極１３をゲート電極２と同一表面をなすように配置している。第１収束電極１３にはゲート電極２の電位より低い電位が印加される。エミッタ１ａの形成領域の外側にゲート電極２より低電位の第１収束電極１３を設けることで、電子ビームに外側から収束作用を付与して、その広がりを抑えることができる。
【０００８】
また、図７では、エミッタ１ａの形成領域及びゲート電極２をリング状とし、その外側には第１収束電極１３を、その内側には第２収束電極１４を、いずれもゲート電極２と同一表面をなすように配置している。第１収束電極１３及び第２収束電極１４にはゲート電極２の電位より低い電位が印加される。エミッタ１ａの形成領域の外側及び内側にゲート電極２より低電位の第１収束電極１３及び第２収束電極１４を設けることで、電子ビームに外側及び内側から収束作用を付与して、その広がりを抑えることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６において円状のエミッタ１ａの形成領域の直径が大きくなった場合や、図７においてリング状のエミッタ１ａの形成領域の半径方向の幅が大きくなった場合、第１収束電極１３及び第２収束電極１４に近いエミッタ１ａから射出された電子ビームと、それらから遠いエミッタ１ａから射出された電子ビームとでは、第１収束電極１３及び第２収束電極１４から受ける収束作用の程度が異なり、両者間には電子ビームの広がりに差異を生じる。即ち、図６，図７の技術では、第１収束電極１３又は第２収束電極１４に近いエミッタ１ａから射出された電子ビームに対しては、その広がりを抑えることができても、第１収束電極１３及び第２収束電極１４から遠く離れたエミッタ１ａから射出された電子ビームに対しては、その広がりを十分に抑えることができない。
【００１０】
本発明は、冷陰極アレイを備えた電子銃を有する受像管装置において、冷陰極アレイ内のいかなる場所から射出された電子ビームに対しても均一にその広がりを収束させることができ、その結果、高解像度の画像を形成することができる受像管装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の受像管装置は、上記の目的を達成するために、フェースパネル部とファンネル部とネック部とからなるガラスバルブを有する受像管装置であって、電子を電界放出する冷陰極アレイと、前記電界放出を制御するゲート電極と、前記冷陰極アレイ及び前記ゲート電極の周囲に配置された第１選択電極と、前記第１選択電極に対向して設けられた第２選択電極とを有する冷陰極電子銃を備え、前記第２選択電極の電位が前記ゲート電極の電位及び前記第１選択電極の電位より低いことを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明の受像管装置によれば、冷陰極アレイ内のどの位置から射出された電子ビームであっても、大きな発散角で射出された電子ビームを取り除き、電子ビームの広がりを均一に収束することができるので、その後、電界レンズで電子ビームを細く絞ることができる。従って、高解像度の画像を形成することができる受像管装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１４】
図２に示すように、本発明の実施の形態の受像管装置は、ガラスバルブ７と、ガラスバルブ７のスクリーン内面に形成された蛍光面８と、ガラスバルブ７のネック部９内に封入された冷陰極電子銃１０とを有する。
【００１５】
図１に示すように、冷陰極電子銃１０は、電子を電界放出するエミッタ１ａが多数配列形成された冷陰極アレイ１と、前記電界放出を制御するゲート電極２と、前記冷陰極アレイ１及び前記ゲート電極２を取り囲む第１選択電極４と、前記第１選択電極４に対向してスクリーン側に設けられた第２選択電極５と、前記第２選択電極５に対向してスクリーン側に設けられたビーム成形電極６とを有する。更に、冷陰極電子銃１０は、図示していないが、ビーム成形電極６よりスクリーン側に、主レンズ部を構成する集束電極及び最終加速電極を有する。
【００１６】
エミッタ１ａは、円錐形状を有し、基板上に所定の間隔で多数配列されている。該基板上には、更に各エミッタ１ａを取り囲むように所定厚さの絶縁体３が形成され、絶縁体３の上に、個々のエミッタ１ａに対応する開口を有するゲート電極２が形成されている。また、第１選択電極４は、エミッタ１ａの形成領域の外側に形成された絶縁体３の上に形成されている。
【００１７】
最終加速電極には２５ｋ〜３５ｋＶ程度の高電圧がガラスバルブ７の外壁にあるアノードボタン１１からガラスバルブ７の内壁面を通じ印加される。最終加速電極以外の電極にはステム部１２からそれぞれ任意の電圧が印加され、このうち集束電極には５ｋ〜８ｋＶ程度の電圧が印加される。
【００１８】
ゲート電極２にはエミッタ１ａより電圧（ゲート電圧）Ｖｅｘだけ高電位の電圧が印加される。ゲート電圧Ｖｅｘを調整することで、エミッタ１ａからの電子の電界放出を制御することができる。また、第１選択電極４にはエミッタ１ａより電圧Ｖｓ１だけ高電位の電圧が、また第２選択電極５にはエミッタ１ａより電圧Ｖｓ２だけ高電位の電圧が、それぞれ印加される。そして、ゲート電圧Ｖｅｘと電圧Ｖｓ２（以下、単に「第２選択電極の電圧」という）との間にはＶｓ２＜Ｖｅｘの関係が、電圧Ｖｓ１（以下、単に「第１選択電極の電圧」という）と電圧Ｖｓ２との間にはＶｓ２＜Ｖｓ１の関係が、それぞれ維持される。
【００１９】
このように、第２選択電極５の電圧Ｖｓ２がゲート電極２の電圧（ゲート電圧）Ｖｅｘ及び第１選択電極３の電圧Ｖｓ１のいずれよりも低いことにより、冷陰極アレイ１から放出された直後の電子には、ゲート電極２から第２選択電極５までの間において、Ｚ軸（管軸に平行で、蛍光面８側を正とする）の負の方向の力が作用する。
【００２０】
冷陰極アレイ１の周辺部から放出された電子の振る舞いを図３に示す。
【００２１】
外側に向かって大きな発散角で放出された電子１５は、第１選択電極４と第２選択電極５との間隙に向かって進むが、第２選択電極５の電圧Ｖｓ２がゲート電圧Ｖｅｘ及び第１選択電極４の電圧Ｖｓ１より低いため、電子はＺ軸方向の速度成分を低下させながら進む。そして、Ｚ軸方向の速度成分が０になった後は、第１選択電極４と第２選択電極５との間に形成される電界に従いＺ軸の負の向きの速度成分を有するようになり、ついには電位の高い第１選択電極４に射突する。
【００２２】
また、内側に向かって大きな発散角で放出された電子１６は、第２選択電極５の開口に向かって進むが、上記の外側に向かって放出された電子１５同様に、Ｚ軸方向の速度成分を低下させながら進むため、第２選択電極５の開口を通過することができず、最後には第１選択電極４と第２選択電極５との間に形成される電界に従って進行し、電位の高い第１選択電極４に射突する。
【００２３】
これらの振る舞いは、発散角が大きくなるほど放出直後の電子のＺ軸方向の速度成分が小さいこと、及び、ゲート電極２、第１選択電極４、第２選択電極５で形成される電界により、特に第１選択電極４周辺で電子にＺ軸の負の方向の力が強く作用することによって発生する。
【００２４】
一方、冷陰極アレイ１の周辺部から小さな発散角で放出された電子１７は、放出直後、第２選択電極５の開口を目指して進行しており、また、Ｚ軸方向の速度成分が十分に大きいために、第２選択電極５の開口を通過することができる。
【００２５】
次に、冷陰極アレイ１の中央部から放出された電子の振る舞いを図４に示す。
【００２６】
外側に向かって大きな発散角で放出された電子１８は、第１選択電極４と第２選択電極５との間隙に向かってＺ軸方向の速度成分を低下させながら進み、第１選択電極４と第２選択電極５の間に形成される電界に従い、最後には電位の高い第１選択電極４に射突する。
【００２７】
一方、冷陰極アレイ１の中央部から小さな発散角で放出された電子１９は、放出直後、第２選択電極５の開口を目指して進行しており、また、Ｚ軸方向の速度成分が十分に大きいために、第２選択電極５の開口を通過することができる。
【００２８】
以上のように、冷陰極アレイ１の周辺部及び中央部のいずれから射出される電子ビームであっても、大きな発散角で射出される電子ビームのみが第１選択電極４に取り込まれ、小さな発散角で射出される電子ビームのみが第２選択電極５の開口を通過する。したがって、本発明では、冷陰極アレイ１の形成領域が大面積の円状でありながら、そのいかなる場所から射出された電子ビームも均一に収束することのできる冷陰極電子銃を有する受像管装置を提供することができる。従って、高解像度の画像形成が可能になる。
【００２９】
次に本発明の実施の形態による計算結果例を示す。ゲート電圧Ｖｅｘを９５Ｖ、第１選択電極４の電圧Ｖｓ１を４０Ｖ、第２選択電極５の電圧Ｖｓ２を０Ｖとし、ビーム成形電極５に４２５Ｖを印加して形成される電界内に、冷陰極アレイ１から電子が、初期条件として初速度９５ｅＶ、発散角−３０°〜３０°（広がり角６０°）の範囲で１０°刻みの発散角で放出された場合の電子の軌道をシミュレーションした。その結果を図５に示す。図５において、２０は集束電極、実線２１は電子ビーム軌道、点線２２は等電位線を示す。図示したように、冷陰極アレイ１の周辺部及び中央部のいずれから射出された電子ビームであっても、発散角が−１５°〜１５°で射出された電子ビームは第２選択電極５の開口を通過し、さらにビーム成形電極６で加速及び成形され、軌道方向がほぼ揃えられて、集束電極２０と最終加速電極（図示せず）とで構成される主レンズ部に入射することが分かる。一方、冷陰極アレイ１からの射出位置にかかわらず、発散角が±１５°を超える大きな発散角で射出された電子ビームは、第２選択電極５の開口を通過することができないことが分かる。従って、集束電極２０と最終加速電極（図示せず）とで構成される主レンズは、ここに入射する電子ビームを細く絞って蛍光面上に小さなビームスポットを形成することができる。
【００３０】
なお、上記の実施の形態では、ゲート電極２の周囲に配置された第１選択電極４の表面のＺ軸方向位置が、ゲート電極２の表面のＺ軸方向位置よりもＺ軸の正の方向側にずらして形成しているが、第１選択電極４の表面とゲート電極２の表面とが略同一面内に含まれるように形成しても良い。
【００３１】
また、冷陰極アレイ１から放出される電子ビームの状況に合わせ、第１選択電極４、第２選択電極５の形状を適宜変更することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の受像管装置は、冷陰極アレイ内のどの位置から射出された電子ビームであっても、大きな発散角で射出された電子ビームを取り除き、電子ビームの広がりを均一に収束することができるので、その後、電界レンズで電子ビームを細く絞ることができる。従って、高解像度の画像を形成することができる受像管装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受像管装置に搭載される電子銃の冷陰極アレイ近傍の概略構成を示した断面図
【図２】本発明の受像管装置の概略構成を示した断面図
【図３】本発明の冷陰極アレイの周辺部より放出された電子の軌道を模式的に示した断面図
【図４】本発明の冷陰極アレイの中央部より放出された電子の軌道を模式的に示した断面図
【図５】本発明の受像管装置の冷陰極アレイ近傍の電位分布と射出された電子ビーム軌道との数値計算結果を示した図
【図６】従来の円状の冷陰極アレイを示した正面図
【図７】従来のリング状の冷陰極アレイを示した正面図
【符号の説明】
１  冷陰極アレイ
１ａ  エミッタ
２  ゲート電極
３  絶縁体
４  第１選択電極
５  第２選択電極
６  ビーム成形電極
７  ガラスバルブ
８  蛍光面
９  ネック部
１０  冷陰極電子銃
【図１】
0004169496.tif 000002
【図２】
0004169496.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004169496.tif 000008