【発明の詳細な説明】
陰極により発生した熱を放散する手段を有する画像表示装置
本発明は、管ベース部材を有する陰極線管を具え、この陰極線管が、陰極及び
ガラスロッドに連結された静電グリッドを有する電子銃を具える画像表示装置に
関するものである。本発明は、陰極を有する電子銃を具える陰極線管にも関する
ものである。さらに、本発明は、陰極が設けられている電子銃に関するものであ
る。この形式の画像表示装置は通常の陰極線管又はフラットパネル陰極線管を具
えている。
例えばテレビジョン又はモニタのような単色画像表示装置用の陰極線管は、画
素を構成する蛍光素子の規則的なパターンを有する表示スクリーンを有する。こ
の陰極線管は陰極を有する電子銃を具え、この電子銃は動作中電子ビームを放出
する。このビームは、所定の電界を発生する偏向コイルにより表示スクリーン上
の所定の位置に入射する。表示スクリーンは電子ビームにより掃引することによ
り起動され、この電子ビームはビデオ信号により変調される。このビデオ信号に
より蛍光素子が適切に励起され、それらの輝度により画像が形成される。励起期
間中に多くの電子が蛍光体素子に入射すると、これらの素子は一層明るくなるよ
うに発光する。単位面積当り多くの素子が存在する。さらに、これらの素子は極
めて短い時間中に１個づつ励起される。見る者は通常の視認距離で移動画像を見
ることになる。例えばカラーテレビジョン又はカラーモニタのようなカラー表示
装置において、各画素は３個の蛍光体素子を具え、各蛍光体はこれらが励起され
ると種々の原色で発光する。表示スクリーン上に３個の均一な規則的なパターン
が存在し、各パターンは異なるカラーを有する。１本の電子ビームの代りに、動
作中電子銃の３個の陰極から３本の電子ビームがスクリーンを掃引する。これら
３本の各々は所定のカラーの画素を励起する。１個の画素に含まれる蛍光体素子
は互いに接近して配置されているので、見る者はこれらの蛍光体を個別的にでは
なく一緒のものとして見る。発生するカラーは、３個の素子の混合されたカラー
となる。各素子を所定の強度で励起することにより、見る者は所定のカラーを視
認することなる。例えば、赤の素子と青の素子が強く励起され緑の素子が弱く励
起されると、見る者は紫色の混合カラーを視認する。単色の陰極線管と同様に、
画素は、見る者が各画素を視認距離によって個別に視認しないように互いに接近
して配置されている。この結果として、カラー画像が得られる。
既知の画像表示装置は相当な欠点がある。電子銃は極めて高い動作温度を有し
ているため、その寿命に限界があり且つ画像表示装置の始動中に生ずる画像品質
は最適なものではない。
本発明の目的は、上述した欠点を除去することにある。特に、本発明の目的は
、電子銃が十分に低い動作温度を有し、この結果その寿命が延長されると共に画
像表示装置の始動中の画像品質が改善された画像表示装置を提供することにある
。
本発明によれば、この目的は、管ベース部材を有する陰極線管を具え、この陰
極線管が、陰極及びガラスロッドに連結された静電グリッドを有する電子銃を具
える画像表示装置において、前記電子銃に、前記陰極から発生した熱の外部への
放散を増強させる手段を設けたことを特徴とする画像表示装置により達成される
。この手段の存在により、陰極から排出された熱は一層良好に放散される。この
結果、電子銃（特に、Ｇ１の）の動作温度は、熱放散が改善されない場合よりも
一層低くなる。
画像表示装置には、好ましく熱放散を増強する手段を設け、この手段は放射に
より表面熱放出を行う部材を具え、この表面は平坦なものではないものとする。
表面の有効放射領域が増大すると、この表面から単位時間当たり一層大量のエネ
ルギーを放出することができる。例えば、表面を波形に形成することにより或い
は表面を粗くして表面に粗い領域を形成することにより、有効な放射表面が拡大
する。
別の好適実施例によれば、画像表示装置は、０．１μｍと１００μｍとの間の
波長範囲において、好ましくは１μｍと４０μｍとの間の波長範囲において大き
な放射係数すなわち放射率を有する表面を有する部材を具える。この波長範囲に
おいて放射率が大きくなればなるほど、この部材は単位時間当たり一層大量のエ
ネルギーを放出する。表面の放射率は、例えば表面を黒化することにより好まし
くは表面を酸化することにより大きくすることができる。
本発明の別の好適実施例によれば、画像表示装置には、グリッドが改良された
熱伝導性を有する突起を有する電子銃を設ける。従って、陰極から放射された熱
は、満足できる放射性能を有するガラスロッドに向けて一層良好に放散されるこ
とができる。
有益な実施例において、電子銃の少なくとも１個の静電グリッドの突起クリッ
プを、満足できる熱伝導性を有する材料で構成される接続部材により管ベース部
材のピンに接続する。
別の好適実施例において、画像表示装置には半導体陰極すなわち電界エミッタ
陰極を設ける。この型式の画像表示装置において、本発明の利点は一層明確にな
る。これらの画像表示装置に存在する陰極は、動作中これらの陰極の放射性表面
が損傷を受ける程高い温度に達する。この損傷は、例えばこの表面上に形成され
ている仕事関数を低下させる材料層の蒸発を含んでいる。生ずる問題は、電子放
出係数が低下することである。例えば陰極が１００℃以上並びにある場合には１
３０℃以上のような極めて高い温度になる場合、電子放出係数は受け入れられな
いような高速で低下する。この場合、陰極の（放出）寿命は受け入れることがで
きない程の不十分なものになってしまう。陰極の十分に長い寿命は、本発明によ
る方策により実現することができる。画像表示装置の始動中に生ずる最適でない
画像品質に関して、本発明者は、この問題はコンバージエンスドリフトにより発
生することを究明した。始動中、電子銃中の寸法は生ずる温度変化に起因して変
化する。結果として、電子銃から放出された電子ビームは表示スクリーンの所望
の位置に正確に入射しなくなってしまう。この場合、蛍光体素子は満足するよう
に励起しないため、画像は不鮮明なものになってしまう。カラー表示管において
、画像はカラーずれを生ずるおそれがある。この理由は、異なるカラーで発光し
画素を構成する３個の蛍光素子が正しい強度比で励起しないからである。温度効
果に起因する所望位置からのずれは、コンバージエンスドリフトとして知られて
いる。電子銃の最終的な温度が低い場合、生じ得る最も大きな熱コンバージエン
スドリフトより小さいものである。この最大コンバージエンスドリフトは、本発
明による方策により始動中の画像品質が受け入れることができる程度に抑制する
ことができる。
別の好適実施例において、画像表示装置には熱イオン陰極を設ける。この実施
例において、同様に本発明の利点が特に明確になる。本発明を利用することによ
り、画像品質及びこの型式の陰極の寿命は相当に改良することができる。
本発明のこれらの概念及び他の概念について以下においてベル実施例に基づい
て説明する。
図面として、
図１は画像表示装置の線図的断面図であり、
図２は電子銃の線図的断面図であり、
図３は半導体陰極が設けられている画像表示装置の電子銃の一部の線図的断面
図であり、
図４Ａは熱電子陰極が設けられている本発明による画像表示装置の電子銃の一
部の線図的断面図であり、
図４Ｂは図４Ａに示す電子銃の一部を一点鎖線で切って示す線図的断面図であ
り、
図５ＡはグリッドＧ１の管ベース部材への通常の接続部を有するグリッドＧ１
及びスカート部材の線図的断面図であり、
図５ＢはグリッドＧ１の管ベース部材への直接接続部を有するグリッドＧ１及
びスカート部材の線図的断面図である。
図１は画像表示装置の線図的断面図である。キャビネット（１）は陰極線管
（２）を収納する。陰極線管（２）は、電子銃（４）を収納するガラス容器（３
），（６）及び蛍光スクリーン（５）を有する。符号（６）は管ベース部材を示
す。偏向コイル（７）は陰極線管を包囲する。画像表示装置が動作する際、電子
銃（４）は電子を放出し、所望の場合これらの電子は偏向コイル（７）により偏
向され、蛍光スクリーン（５）上の所望の位置に到達する。電子銃には１個又は
それ以上の陰極（図示せず）が存在する。カラー表示装置において、動作中３本
の電子ビームが発生する。符号（８）はこれらの３本の電子ビームを示す。
図２は電子銃の線図的断面図である。電子銃は画像表示装置のスクリーンに向
けて電子ビームを送出する。この電子銃は複数の静電グリッド（１０，１１，１
２，１３）を具える。第１のグリッド（１０）はＧ１（グリッド１）であり、１
個又はそれ以上の陰極（図示せず）を収納するスカート部材（１４）を有する。
このグリッドは突起（１５，１５’，１５''，１５'''，１５''''）を有する。
この電子銃は集束カップ１６も有する。静電グリッドの突起は製造中にガラスロ
ッドが柔らかい間にこのガラスロッド（１７）内に圧入される。ロッド（１７）
を冷却した後、グリッド（１０，１１，１２，１３）は互いに固定された位置を
有する。ガラスロッドは管ベース部材のピンに連結する。この画像表示装置の電
子銃は気密性とする。つまり、電子銃の熱放散は対流による熱移送の形態で行う
ことができない。ここで、エネルギーは以下の形態で放散する。
・陰極から管ベース部材への放射及び伝導による熱伝搬
・陰極からスカート部材（１４）への横方向放射及び伝導、さらに放射及び突起
からの熱伝導
・陰極からグリッド（１０，１１，１２，１２）への上方放射、そしてグリッド
において放射は熱に変換され、突起（１５，１５’，１５''，１５'''，１５'''
'）経てガラスロッドへ放散されガラスロッドの接続部材を介して管ベース部材
へ放散される
放射されるエネルギーは放射面の材料の放出係数すなわち放出率εに依存する
。通常のスカート部材の材料は０．１５の放出率εを有する。この放出率を大き
くすることにより、より大量の熱をスカート部材を介して放散させることができ
る。ガラスロッドを経る放射も重要な熱放散の方法である。特に多くの素子が一
体化されている電子銃において、問題が発生するおそれがある。実際に、これら
の電子銃はガラスロッドに少数の突起しか有していないので、これらのロッドへ
の伝導は少ない。一方、集積化された電子銃は比較的安価である。従って、熱放
散の問題についての解決策が見出された場合、長寿命の安価な電子銃を製造する
ことができる。
図３は半導体陰極が設けられている画像表示装置の電子銃の一部の線図的断面
図である。放射性材料の層２０が支持部材２０上に存在する。符号（２２）は陰
極から管ベース部材への電気的接続部を示す。第１のグリッド（Ｇ１）（２３）
は開口（２３）を有し、この開口を経て動作中に陰極から放出された電子は電子
銃の別のグリッド系に至る経路を通る。第１のグリッド（２３）はスカート部材
（２５）及び突起を有し、１個の突起（２６）だけを図示する。重要な形式の半
導体陰極はＡＣ陰極（アバランシェ冷陰極）である。層（２０）からの電子放出
は、層（２０）上に仕事関数の小さな材料を形成することにより行うことができ
る。この材料は、しばしばセシウムで構成される。問題は、このセシウムが喪失
することである。セシウム損失の重要な原因は熱脱着である。脱着速度は陰極の
動作温度が高くなるに従って速くなる。陰極線管を有する画像表示装置において
、ＡＣ陰極は通常の動作条件のもとで特に抵抗加熱に起因して１８０℃まで加熱
される。脱着速度を適切なレベルまで抑制するためには、温度を１３０℃以下に
好ましくは１００℃以下に維持する必要がある。このためには、ＡＣ陰極で発生
した熱の一部を放散させる必要がある。
画像表示装置の始動中に生ずる最適でない画像品質に関して、以下の事項が考
えられる。始動中、電子銃内の素子の寸法は生ずる温度変化に起因して変化する
。電子銃の種々の部品が膨張する。この結果、電子銃から放出された電子ビーム
は表示スクリーン上の所望の位置に正確に到達しなくなってしまう。所望の位置
からの偏移（熱コンバージェンスドリフト）が始動中に変化してしまう。最初こ
の偏移は大きく、その後小さくなる。この理由は、種々の部品のうちの全ての部
品が同様に急速に膨張しないからである。始動時において、この偏移は負の値を
とり、偏移の最終値はゼロに等しくなる。重要なことは、十分でない電子が単位
時間当たりに表示スクリーンの蛍光体を励起し画像の輝度が低過ぎるので、生ず
る最大のコンバージェンスドリフトは大き過ぎることはないことである。カラー
表示装置においては、一般的に画像のカラー誤差も一般的に発生する。３色用の
３個の陰極は、一般的に同一のコンバージェンスドリフトを有していない。本発
明者は、電子銃が一層低い最終温度を有する場合生ずる最大の熱コンバージェン
スドリフトが小さいものであることを見出した。最大のコンバージェンスドリフ
トは、本発明による方策により始動中の画像品質が受け入れることができる程度
に抑制することができる。
熱放散を増強するため種々の方策をとることができる。例えば、グリッド（Ｇ
１）（２３）をガラスロッド内に圧入するために用いる突起の熱伝導を一層増強
することができる。グリッド（Ｇ１）（２３）の突起を介して、熱は伝導により
ガラスロッドに向けて放散する。ガラスロッドは、０．９０の放射率００００を
有する。従って、ガラスロッドは満足する放射を行うことができる。突起の伝導
は、種々の材料を用いることにより又はこれらの材料を一層厚くすることにより
改良することができる。
熱放散は、グリッドＧ１（２３）のスカート部材（２５）の放射を改善するこ
とにより好ましい態様で増強することができる。ＡＣ陰極から支持部材（２１）
を経てグリッドＧ１（２３）へ熱伝導させることにより、グリッドＧ１（２３）
のスカート部材（２５）が加熱され熱を放射する。本発明者は、スカート部材（
２５）の熱放射が以下の方法により増強されることを見出した。
・スカート部材にレリーフを設ける
・スカート部材の表面を粗らす
・スカート部材に一層大きな放射率を有する材料を用いる
初めの２個の方策により有効放射面積が増大するので、単位時間当たりに一層大
量の熱を放射することができる。放射率を一層大きくすることにより、第２の方
策により単位時間当たり一層大量の熱を放射することができる。
スカート部材のレリーフは波形にすることができる。図３は、このような波形
形状を有する電子銃の一部を示す。放射は表面粗さを増大することにより増強す
ることができる。一方、この粗さの根二乗平均は好ましくは１００μｍ以下とし
、スカート部材の寸法公差を超えないようにする。この根二乗平均は以下のよう
に規定される。
ここで、ｈ（ｘ）は表面上の位置の関数としての表面レリーフの高さである。Ｎ
ｉＦｅ３６及びＮｉＦｅ４２（添字はニッケル含有量を表す）は、０．１と１０
０μｍの波長範囲内（エネルギーが放射される）で十分に大きな放射率を有する
スカート部材を作成するために有益に用いることができる。１μｍと４０μｍと
の間の波長範囲（多くのエネルギーが放射される）内における放射率は、熱を効
率よく放散させるのに十分な大きさである。材料ＮｉＦｅ３６は、ＮｉＦｅ４２
よりも一層容易に酸化することができ標準のプロセスで黒化処理することができ
るので、ＮｉＦｅ４２に比べて特有の利点を有する。この処理は、シャドウマス
ク用に用いられる黒化処理である。放射率はスカート部材の材料を変えることに
より０．１５から０．６まで大きくすることができる。これは、単位時間当たり
４倍の熱量を放出できることを意味する。
図４Ａは、熱イオン陰極が設けられている実施例における本発明による画像表
示装置の電子銃の一部の線図的断面図である。各熱イオン陰極（３０，３０’，
３０”）はカップ（３１）及びフィラメント（３２）を具える。第１のグリッド
Ｇ１（３３）は開口（３４，３４’，３４”）を有し、これらの開口を通して動
作中陰極により放出された電子が電子銃のグリッド系に到達する。本例では、電
子銃は符号（３５）で示す第１のサブ電極（Ｇ１Ａ）を有する。符号（３７，３
７’）は突起を図示し、これらの突起により電子銃の各部分を固定する。図４Ｂ
は、図４Ａに示す電子銃の一部の破線で切って示す線図的断面図である。この図
面は、陰極（３０）を帯環（４０，４０’）によりスカート部材（３６）にいか
にして接続するかを示す。フィラメント（３２）は動作中約１０１０℃の温度と
なる。カップ（３１）は電子放出を増強する材料を具える。カラー電子銃は０．
６５Ｗの陰極を３個収納し、各カラー毎にそれぞれ電子銃を割り当てる。これら
の陰極は電子銃のスカート部材（３６）の下側に位置し、管ベース部材（３９）
のピン（３８，３８’，３８”）に接続する。フィラメントの熱によりカップを
加熱し電子を放出させることができる。熱イオン陰極においては電子銃の温度の
低下も重要である。電子銃がより低い動作温度で動作する場合、熱イオン陰極を
有する画像表示装置は一層長い寿命を達成することができる。熱イオン陰極を有
する電子銃においては、生ずる最大のコンバージェンスドリフトを抑制すること
が特に重要である。この理由は、始動中にこれらの電子銃における陰極カップと
グリッドＧ１との間の距離が容易に変化する可能性があるためである。本発明の
利点は特に明確であり、動作温度が低くなることにより寸法変化に起因する熱コ
ンバージェンスドリフトが十分に抑制され、十分に受け入れることができる始動
中の画像品質が達成されるからである。グリッドＧ１（３３）の温度は、良好な
熱放散により低下させることができる。これは、図３に基づいて説明した方策を
用いることにより行うことができる。これらの方策のうちの１つ、すなわちスカ
ート部材（３６）にレリーフを設けることは図４に示されている。この実施例に
おいて、スカート部材（３６）は波形構造を有している。
図５Ｂは熱放散を増強するために取り得ることができる別の方策を示す。十分
に高い熱伝導率を有する材料を用いてグリッドＧ１（４２）を管ベース部材（４
４）のピン（４３）に直接接続することにより、極めて効率の良い方法で熱を放
散させることができる。図５Ａは、ガラスロッド（４５）及び接続部材（４６）
を介して管ベース部材（４４）のピン（４３）への熱伝導により熱がいかにして
放散されるかを示す。一方、ガラスロッド（４５）は極めて低い熱伝導率を有し
ている。この結果、この方法ては多くの熱が放散されない。これは、図５Ｂに示
すように、管ベース部材（４４）のピン（４３）へ直接接続することにより改善
することができる。
本発明は、表面を拡大することにより或いは表面の放射率を大きくすることに
より増強された熱放散を有する陰極を具える電子銃を有する画像表示装置に関す
るものである。
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フロントページの続き
(72)発明者 ヘーイマン エドウィン
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
(72)発明者 シンケ アーノルト
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