JP2003518719A - カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フォーカス性能が改善されたカラー表示装置（１９）を開示する。ＤＡＦ銃を有する今日のカラー表示管では、その電子銃が、偏向磁界と同期して変化するダイナミック電圧で駆動される第２集束電極（２５）を具えている。第１集束電極（２３）と第２集束電極（２５）との間に形成されるダイナミック４重極レンズは、第２集束電極の電圧を増大させる際に生じる水平方向のレンズ作用を、第２集束電極の電圧を増大させると強度が弱くなる主レンズによって補償するように設計される。実際には、第２集束電極（２５）のダイナミック電圧に所望される電圧範囲内でこれを達成することはできず、カラー表示装置（１９）のフォーカス性能の悪化をまねいている。本発明はこのような問題を解決する。第１集束電極（２３）にダイナミック電圧を印加することにより、表示窓（３）上に電子スポットを水平及び垂直方向にてフォーカスさせることができ、これにより、最適にフォーカスされた画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、電子銃及び該電子銃の反対側に表示窓を有しているカラー表示管と
、該カラー表示管の外側で、前記電子銃と表示窓との間に配置される偏向ユニッ
トとが設けられ、前記電子銃が、該電子銃から表示窓の方向に見て、第１集束電
極、第２集束電極及び最終電極を順次具え、これらの電極には動作中に電圧が印
加され、第２集束電極に印加される電圧はダイナミック電圧とし、前記第１集束
電極及び第２集束電極が４重極レンズ系を形成し、前記電子銃が、動作中に前記
偏向ユニットによって発生されるライン及びフレーム偏向磁界により偏向されて
、前記表示窓全体を走査する電子ビームを発生するようにしたカラー表示装置に
関するものである。

【０００２】 （従来の技術） 冒頭にて述べたようなカラー表示装置は、米国特許のＵＳ4,814,670に開示さ
れている。この特許による電子銃は、２つの集束電極を具えている。動作中に、
第1集束電極は一定の電圧によって駆動され、一方、第２集束電極はダイナミッ
ク電圧によって駆動される。

【０００３】 第1及び第２集束電極における対向するアパーチャの形状寸法によって４重極
レンズが形成される。第２集束電極におけるダイナミックに変化する電圧は、４
重極レンズの強度をダイナミックに変化させる。さらに、第２集束電極と最終電
極とによって形成される主レンズの強度もダイナミックに変化する。このタイプ
の電子銃は偏向磁界によって生じる非点収差を相殺し、且つスクリーンの周辺部
での垂直方向のスポットサイズを小さくする。

【０００４】 このタイプの電子銃は、第２集束電極におけるダイナミック電圧が、電子銃の
４重極レンズによる「ダイナミック非点収差」と、主レンズによる「ダイナミック
フォーカス」との双方を変える、ＤＡＦ（ダイナミック非点収差兼フォーカス）
銃として既知である。

【０００５】 しかしながら、実際には前記ＵＳ4,814,670に開示されているカラー表示装置
には幾つかの欠点がある。特に、真平らのフラットスクリーンを有するか、又は
偏向角が大きなカラー表示管では、偏向ユニットから派生して、電子銃によって
相殺しなければならない非点収差の量が比較的大きくなる。このことが、カラー
表示装置のフォーカス性能を悪化させている。

【０００６】 （発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、前記ＵＳ4,814,670に開示されているカラー表示装置の欠点
を克服することによって、フォーカス性能を著しく向上させるようにした、冒頭
にて述べた種類のカラー表示装置を提供することにある。

【０００７】 （課題を解決するための手段） 本発明によれば、上記目的を、冒頭にて述べた装置に比べて改善され、且つ第
１集束電極に印加される電圧をダイナミック電圧としたことを特徴とするカラー
表示装置で実現する。

【０００８】 本発明は、スクリーン全体にわたって画像を首尾良くフォーカスさせるために
は、ダイナミックに変化する４重極レンズ及びダイナミックに変化する主レンズ
の作用が、第２主集束電極の電圧が変化する範囲にわたってライン偏向の方向に
てお互いに補償するようにしなければならないと云う認識に基づいて成したもの
である。このような補償が必要とされる理由は、たいていのカラー表示管にはセ
ルフコンバーゼンス偏向磁界が与えられるからである。このことは、偏向ユニッ
トの作用により３つの電子ビームが全表示窓の上に収斂されることを意味する。
従って、ライン偏向の方向においては、電子ビームが全表示窓の上にフォーカス
される。第２集束電極におけるダイナミック電圧の変化はデフォ−カシング作用
を引き起こさない。

【０００９】 ４重極レンズと主レンズのレンズ特性が異なるために、スクリーン上に電子ビ
ームを垂直方向にフォーカスさせるのに必要とされるダイナミック電圧が大きく
なり過ぎる場合には、４重極レンズと主レンズとの間にて、ライン偏向の方向に
おけるレンズ作用を良好に補償することができない。これは特に、カラー表示管
のスクリーンが真平らであるか、偏向角が大きくなる場合に云えることである。
これら双方の例は、偏向ユニットにて高い非点成分を引き起こすことになり、こ
れはＤＡＦ銃によって抑えなければならない。

【００１０】 従来のＤＡＦ銃では、１つのダイナミック電圧、即ち、第２集束電極における
ダイナミック電圧だけを用いることにより、２つのレンズ、つまり４重極レンズ
と主レンズのレンズ作用をダイナミック変えるようにしている。しかしながら、
実際には、これら２つのレンズはライン偏向の方向においては互いに正確には補
償しない。第２集束電極の電圧が変化しても変わらない、４重極レンズと主レン
ズのレンズ作用の相違は、第１集束電極の電圧もダイナミックに変えることによ
って補償することができる。

【００１１】 本発明の好適例では、第１集束電極に印加されるダイナミック電圧が、ライン
偏向磁界と同期して変化するようにする。

【００１２】 ＤＡＦ銃では、偏向磁界がもたらし、且つフォーカス性能を悪くし、即ち、表
示窓上のスポットサイズを大きくする非点収差を、ダイナミックに変化する４重
極レンズと主レンズが抑圧する。偏向磁界のセルフコンバーゼンス特性のために
、フォーカス性能に及ぶ影響はライン偏向の方向にて最大になる。ライン偏向は
、のこぎり波状電圧によって駆動されるライン偏向磁界の一次関数である。従っ
て、ダイナミック電圧をライン偏向磁界の関数として変化させれば、フォーカス
性能の利得を最大にすることができる。

【００１３】 本発明のさらに他の好適例では、第１集束電極に印加されるダイナミック電圧
を、フレーム偏向磁界に同期させて変化させる。

【００１４】 セルフコンバーゼンス偏向磁界によってもたらされる非点収差の影響は、ライ
ン方向におけるよりも、フレーム方向において遥かに小さくなるが、フレーム偏
向磁界の関数として変化するダイナミック電圧に或る電圧成分を加えることによ
ってフォーカス性能がさらに改善される。

【００１５】 ダイナミック電圧がライン及びフレーム偏向の双方で変化する場合には、その
ダイナミック電圧は、ライン偏向磁界と同期して変化する成分と、フレーム偏向
磁界と同期して変化する成分との和となる。このことは、ライン及びフレームの
双方向にて同期させることになる。

【００１６】 本発明の他の好適例では、第１集束電極に印加されるダイナミック電圧を、ラ
イン偏向磁界の関数としてほぼ放物線状に変化させる。ダイナミック電圧が印加
されない場合には、表示窓上におけるスポットの寸法がフレーム方向にて大きく
なる。大体において、セルフコンバーゼンス偏向磁界を伴なうカラー表示管では
、スポットはライン方向にフォーカスする。スポットのフレーム方向における寸
法は、放物線状のフォーカス電圧を印加することによって極めて小さくすること
ができる。放物線状とするフォーカス電圧の他の利点は、このような形状の電圧
は発生し易いことにある。変更磁界は大抵、のこぎり波状の電圧、即ち一次関数
の偏向電圧で駆動され、放物線状の電圧は、これから偏向電圧を単に積分すること
により取り出すことができる。このことはライン及びフレーム方向についても云
えることである。

【００１７】 さらに本発明の他の好適例では、第１集束電極に印加されるダイナミック電圧
を、フレーム偏向磁界の関数としてほぼ放物線状に変化させる。

【００１８】 このようにすれば、電子ビームがフレーム方向に偏向される際に、このフレー
ム方向におけるスポットサイズも縮小するために、フォーカス性能がさらに改善
される。

【００１９】 さらに他の好適例では、第１集束電極に印加されるダイナミック電圧が、ライ
ン偏向磁界の関数として四次の項を含む値を有するようにする。

【００２０】 四次の項によって、スクリーンの縁部に近い個所に対する補正が、偏向ユニッ
トの非点収差によって規定される量に一層良好にフィットするようになる。これ
により、放物的補正しか用いない場合に比べて、フォーカス性能が一層良くなる
。

【００２１】 （発明の実施の形態） 本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。

【００２２】 図1に示したカラー表示管１は、表示窓３、ファンネル状部分４及びネック部
分５を有する排気したガラス容器２を具えている。表示窓３の内面には、赤、緑
及び青の種々の色に発光する、例えばラインまたはドットの蛍光体から成るパタ
ーンを有するスクリーン１０を配置することができる。スクリーン１０から離し
て色選択電極１２が配置されている。カラー表示管の動作中には、ネック部分５
内に配置され、且つピン１３を介して外部電源１４に結合される電子銃６が、電
子ビーム７,８,９を、色選択電極１２を経てスクリーン１０へ送って、蛍光体が
光を放つようにしている。電子ビーム７,８,９は、適当なマスク-スクリーン距
離の所で、これらの電子ビームが、関連する色の蛍光体にだけ当たるように相対
角度を有している。

【００２３】 偏向ユニット１１は、電子ビームが系統的にスクリーン１０を走査し得るよう
にする。一般に、偏向ユニット１１は、電子ビームを水平方向と垂直方向に偏向
させる手段を具えている。このために、偏向ユニット１１は水平及び垂直方向の
偏向磁界を発生し、これらは通常、ライン及びフレーム偏向磁界と称されており
、ライン方向は電子ビーム７,８,９の平面における方向である。電子ビームはス
クリーンの頂部で始まり、底部で終わる水平のラインを走査する。

【００２４】 カラー表示管１以外に、カラー表示装置１９は、カラー表示管１を駆動させる
電子回路１４を具えている。この電子回路１４はリード線１６によってカラー表
示管１のピン１３に接続され、さらに、リード線１５によって偏向ユニット１１
にも接続されている。電子回路１４は特に、電子銃を駆動させるのに必要とされ
る電圧で、電子銃の第1集束電極及び第２集束電極に供給されるダイナミック電
圧を含む電圧を発生する。これらの電圧は、偏向磁界と同期をとって変化させる
のが好適であるので、この偏向磁界の値は、ダイナミック電圧を発生させるため
の入力としての働きをする。電子回路１４はさらに、表示窓３に画像を形成する
ために、陰極を駆動するためのビデオ増幅器も具えている。

【００２５】 図２は、電子銃６の例を図式的且つ半透視図的に示している。電子銃６は、通
常３極管と称されるビーム発生領域を具えている。この３極管は、３つのイン-
ラインの電子源２０、例えば陰極と、第１電極２１と、第２電極とで構成される
。最新の電子銃では、第１電極２１をグリッド１（Ｇ１）と称し、これは接地し
；第２電極２２（Ｇ２）は、一般に５００-１０００Ｖの範囲内の電位に接続す
る。電子銃は、ビーム成形又はビーム-プレフォーカス段も具えている。この例
におけるプレフォーカス段は、電極２２と２３によって形成されるプレフォーカ
スレンズを有し、電極２３は第１集束電極であり、これには通常、５ｋV 〜９ｋ
Vの動作電位が与えられる。プレフォーカス段には追加の電極も設けて、プレフ
ォーカス段用のレンズ系をもっと複雑にすることができるので、この図示の例は
制限的な例として見なされるべきではない。

【００２６】 この例に示したようなＤＡＦ銃では、主フォーカス段は、４重極レンズと主レ
ンズとの組み合わせによって形成される。この主フォーカス段は、３極管段によ
って発生されるようなバーチャルオブジェクトの像を集束させる。４重極レンズ
は第１集束電極２３と第２集束電極２５との間に位置付けられ、第２集束電極２
５の動作電位は５ｋV〜１０ｋVであり、また、主レンズは第２集束電極２５と、
陽極とも称される最終電極２４との間に位置付けられる。最終電極用の代表的な
動作電位の範囲は、２５ｋV〜３５ｋVである。

【００２７】 図３は、電子ビーム７,８,９の平面にて見た電子銃６の断面図である。この図
には、４重極レンズの長方形のアパーチャ２６及び２７も示してある。

【００２８】 図４には、主レンズ及び４重極レンズのジオプトリー単位でのレンズパワー（
強度）を電圧比の関数として示してある。電圧比とは、対応するレンズによって
構成される電圧の比率を意味するものと理解されるもので；４重極レンズに対し
ては、第２集束電極２５の電圧と第１集束電極２３の電圧との比であり、また、
主レンズに対しては、最終電極２４における電圧と第２集束電極２５の電圧との
比である。理論上は、ジオプトリーの単位で測定される４重極レンズの強度は、
この４重極レンズを形成する２つの電極間の電圧比によって測定されるレンズの
活動性に正比例する。基本的には回転対称レンズである主レンズの場合、そのレ
ンズ強度はレンズの活動性で２次式になる。

【００２９】 ＤＡＦ銃では、第２集束電極におけるダイナミック電圧が増加することによっ
て、水平方向においては、４重極レンズの強度が増加し、主レンズの強度が低下
することになる。そこで、４重極レンズの形状寸法、即ちアパーチャ２６及び２
７の寸法を主レンズの設計に適合させて、これら２つの影響を互いに相殺させる
必要がある。垂直方向においては、第２集束電極のダイナミック電圧が増加する
ことによって、４重極レンズと主レンズの双方のレンズ強度が低下することにな
り、これにより、ビームに垂直方向に作用する所望な発散レンズ作用が得られる
。４重極レンズはこれらの特性を有するように設計すべきであり、その理由は、
セルフコンバーゼンス偏向磁界の使用によって、表示窓３上のスポットが大体に
おいて、水平方向にはフォーカスし、垂直方向にはオーバフォーカスされるから
である。なお、オーバフォーカスとは、レンズの強度が強すぎて、電子スポット
がヘーズ（くもり）を伴なうことを意味する。例えば、図５Ａにヘーズを４４,
４５,４６で示してある。

【００３０】 ４重極レンズは、レンズ強度と電圧比との比例関係が動作範囲内における主レ
ンズのレンズ強度と電圧比との二次式の関係の正接（tangent）にほぼ等しくな
るように設計すべきである。

【００３１】 ４重極レンズを、第２集束電極における電圧を増やして作動させる場合には、
主レンズの強度が弱められる。従って、図４における主レンズ強度の正接は、主
レンズを弱くすると、減少する。４重極レンズと主レンズとの組み合わせは、最
早水平方向においては十分な補償をせず、コンバーゼンス効果はそのままである
。これにより、スポットは水平方向においてはフォーカスされない。そこで、ス
ポットは、第１集束電極２３の電圧を変えることによって水平方向にフォーカス
させることができる。

【００３２】 このことは、第１集束電極にもダイナミック電圧を印加することによってフォ
ーカス性能を改善することができることを意味する。

【００３３】 スポットサイズ、従って、フォーカス性能に及ぶ影響を図５Ａ〜図５Ｃに示し
てある。これらの図には、表示窓上の４つの位置、即ち中央４０，５０，６０と
、東（水平軸の端部）４１，５１，６１と、北（垂直軸の端部）４２，５２，６
２と、北東（コーナー）の位置４３，５３，６３に対するスポットサイズをそれ
ぞれ示してある。図５Ａはダイナミック電圧を印加しない場合の電子銃に関連す
る。この場合には、セルフコンバーゼンス磁界によりスポットサイズが水平方向
にはフォーカスするが、垂直方向にはかなりのヘーズ４４，４５，４６を呈する
ことになる。通常のＤＡＦ電子銃のように、第２集束電極にだけダイナミック電
圧を印加することによって図５Ｂのスポット状態を得ることができる。実際上、
この場合には、垂直方向のヘーズ４４，４５，４６は消失するが、主レンズと４
重極レンズが十分には補償しないと云う上述した作用のために、水平方向のヘー
ズ５７，５８を多少犠牲にしている。ダイナミック電圧の量は、水平方向のスポ
ットサイズと垂直方向のスポットサイズとの兼ね合いが良くなるように選定する
のであって、第２集束電極２５のダイナミック電圧を増やすと、水平方向に大き
くなるスポットサイズを犠牲にして、垂直方向のヘーズが低減することになる。

【００３４】 図５Ｃは最適な状態を示している。この場合には、第１集束電極２３にも駆動用
のダイナミック電圧を印加し、第２集束電極２５のダイナミック電圧を、全ての
垂直方向のヘーズをなくすのに必要とされる電圧値にまで増やすことによって、
第１集束電極２３のダイナミック電圧によりスポットが水平方向にてフォーカス
したままとなるようにすることができる。

【００３５】 第１集束電極２３のダイナミック電圧は、偏向磁界を入力として用いて、電子
回路によって発生させる。例えば、このダイナミック電圧は、図６に示したよう
に、ライン及びフレーム偏向磁界の放物関数とすることができる。この図におけ
るT_l及びT_fをそれぞれライン期間及びフレーム期間と称する。これは、表示窓３
上にライン又はフレームを描くのに必要な期間である。

【００３６】 ライン及びフレーム偏向は共に多少のこぎり波状をしている。このことは、偏
向ユニットにおける電流が、この偏向ユニットによって得られる偏向に比例する
ことを意味している。偏向磁界で放物線状、即ち二次関数となるダイナミック電
圧は、偏向磁界で一次関数になる偏向電流から比較的簡単に得られる。これは、
電子回路に積分器を適用することにより達成することができる。

【００３７】 このように、第１集束電極２３は次式のようなダイナミック電圧V_foclで駆動
させることができる。 V_focl＝A＋Ｂ・x²＋C・y²＋D・x²・y² 上式におけるｘ及びｙは表示窓３上の関連する水平及び垂直方向の位置であり、
これは、x,y∈〔-1,1〕を意味する。

【００３８】 この形状のダイナミック電圧は、ｘ（水平方向）及びｙ（垂直方向）の双方に
放物線状である。4つの係数によって、表示窓上の４つの独立した位置、即ち中
央、北、東及び北東位置に対するダイナミック電圧を調整することができる。特
に上式の最終項によって、東及び北の個所とは別の北東位置におけるスポットの
フォーカスを最適に調整することができる。上記４つの係数は次ぎのように表す
ことができる。 A=V_focl,C B=V_focl,E−V_focl,C C=V_focl,N−V_focl,C D=V_focl,NE−V_focl,N−V_focl,E＋V_focl,C ここに、V_focl,C，V_focl,E，V_focl,N及びV_focl,NEは中央、北、東及び北東位置
における第１集束電極２３の電圧値をそれぞれ表す。

【００３９】 第２集束電極２５のダイナミック電圧に同様な関数を選定する場合には、係数A
、B,C,Dの値を、第１集束電極のダイナミック電圧と、第２集束電極のダイナミ
ック電圧の値とを相違させて発生させることに留意すべきである。その理由は、
そのようにしないと、４重極レンズの作用が実際上、表示窓上でダイナミックに
変化する代わりに、一定になってしまうからである。

【００４０】 ダイナミック電圧の関数は、例えば、偏向磁界の４の累乗に比例する項を加え
ることによってもっと複雑にすることができることは明かである。例えば、電子
銃６又は偏向ユニット１１の非対称性により派生する誤差を、ダイナミック電圧
を非対称性とすることによって補正することもできる。このような非対称関数の
例が放物であり、これは表示窓３の東と西の位置で値が異なる。

【００４１】 要するに、本明細書ではフォーカス性能が改善されたカラー表示装置１９を開
示している。ＤＡＦ銃を有する今日のカラー表示管では、その電子銃に、偏向磁
界と同期して変化するダイナミック電圧で駆動される第２集束電極を設けている
。第１集束電極２３と第２集束電極２５との間に形成されるダイナミック４重極
レンズは、第２集束電極の電圧が増えると生じる水平方向のレンズ作用を、第２
集束電極の電圧が増えると弱くなる主レンズによって補償するように設計される
。実際上、これを第２集束電極のダイナミック電圧に必要とされる範囲内で達成
することはできず、カラー表示装置１９のフォーカス性能を損ねることになる。
本発明はこのような問題を解決するのであって、第１集束電極にダイナミック電
圧を印加することにより、電子スポットを表示窓上で水平及び垂直方向にフォー
カスさせることが可能になり、画像が最適にフォーカスされるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 カラー表示装置の断面図である。

【図２】 カラー表示装置に使用する電子銃の斜視的透視図である。

【図３】 電子ビームの平面を通る電子銃の図式断面図である。

【図４】 主レンズと４重極レンズのレンズ強度を電圧比の関数として示した特
性図である。

【図５Ａ-５Ｃ】 ダイナミックフォーカス電圧なし、１つのダイナミックフォ
ーカス電圧及び２つのダイナミックフォーカス電圧でそれぞれ駆動されるカラー
表示管用の表示窓上の種々の位置におけるスポットの形状を示した図である。

【図６】 第１集束電極のダイナミック電圧の一例を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ セー ウェー ファン フロー ンホーフェン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5C041 AA03 AA10 AB07 AC35 AD02 AE01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃及び該電子銃の反対側に表示窓を有しているカラー表示管
   と、該カラー表示管の外側で、前記電子銃と表示窓との間に配置される偏向ユニ
   ットとが設けられ、前記電子銃が、該電子銃から表示窓の方向に見て、第１集束
   電極、第２集束電極及び最終電極を順次具え、これらの電極には動作中に電圧が
   印加され、第２集束電極に印加される電圧はダイナミック電圧とし、前記第１集
   束電極及び第２集束電極が４重極レンズ系を形成し、前記電子銃が、動作中に前
   記偏向ユニットによって発生されるライン及びフレーム偏向磁界により偏向され
   て、前記表示窓全体を走査する電子ビームを発生するようにしたカラー表示装置
   において、前記第１集束電極に印加される電圧をダイナミック電圧としたことを
   特徴とするカラー表示装置。
2. 【請求項２】 前記第１集束電極に印加されるダイナミック電圧が、前記ライン
   偏向磁界と同期して変化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のカラ
   ー表示装置。
3. 【請求項３】 前記第１集束電極に印加されるダイナミック電圧が、前記フレー
   ム偏向磁界と同期して変化するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記
   載のカラー表示装置。
4. 【請求項４】 前記第１集束電極に印加されるダイナミック電圧が、前記ライン
   偏向磁界の関数としてほぼ放物線状に変化するようにしたことを特徴とする請求
   項２に記載のカラー表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１集束電極に印加されるダイナミック電圧が、前記フレー
   ム偏向磁界の関数としてほぼ放物線状に変化するようにしたことを特徴とする請
   求項３に記載のカラー表示装置。
6. 【請求項６】 前記第１集束電極に印加されるダイナミック電圧が、前記ライン
   偏向磁界の関数として四次の項を含む値を有するようにしたことを特徴とする請
   求項２に記載のカラー表示装置。