DD201744A5 - Farbbildroehre mit verbessertem inline-elektronenstrahlsystem mit ausgedehnter fokuslinse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Farbbildroehre mit Inline-Elektronenstrahlsystem zur Erzeugung mehrerer Elektronenstrahlen, die entlang in einer Ebene liegenden Wegen auf einem Schirm der Roehre gerichtet sind. Das Strahlsystem enthaelt eine Hauptfokuslinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen. Die Verbesserung umfasst eine Aenderung der beiden, die Hauptfokuslinse bildenden beabstandeten Strahlsystemelektronen (40, 42). Jede Elektrode hat mehrere Oeffnungen (z.B. 60,66) in gleicher Anzahl wie die Zahl der Elektronenstrahlen. Jede Elektrode hat auch einen Umfangsrand (70, 72), und die Umfangsraender der beiden Elektroden liegen einander gegenueber. Der mit Oeffnungen versehene Teil jeder Elektrode liegt innerhalb einer gegenueber dem Rand zurueckversetzten Vertiefung (54, 56). Die Vertiefung hat im wesentlichen gerade Wandabschnitte, die parallel zu den Elektronenstrahlwegen verlaufen. Zur Korrektur des durch die Hauptfokuslinse entstehenden Astigmatismus ist zwischen Hauptfokuslinse und Schirm eine Korrektureinrichtung (96, 98) vorgesehen.

Description

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Farbbildröhre mit verbessertem Inllne-Elektronen-Strahlsystem mit ausgedehnter Fokuslinse.

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf Farbbildröhren mit verbesserten Inline-Elektronenstrahlsystemen, und betrifft insbesondere eine Verbesserung solcher Strahlsysteme im Sinne der Erzielung einer ausgedehnten Fokuslinse für verringerte sphärische Aberration. Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Ein Inline-Elektronenstrahlsystem ist ein solches, wel-

ches drei Elektronenstrahlen in einer gemeinsamen Ebene erzeugt und diese Strahlen längs konvergenter Wege in dieser Ebene auf einen Konvergenzpunkt oder kleinen Konvergenzbereich nahe dem Bildröhrenschirm richtet. Bei einer Art von Inline-Elektronenstrahlsystemen, wie

es in der US-PS 3 873 879 (Erfinder: R.H. Hughes,

234453 6

] erteilt am 25. März 1975) gezeigt ist, sind die elektrostatischen Hauptfokussierlinsen zur Fokussierung der Elektronenstrahlen zwischen zwei Elektroden ausgebildet, welche als erste und zweite Beschleunigungs- und Fokussier-

'5 elektrode bezeichnet werden. Diese Elektroden haben zwei becherförmige Teile, die mit ihren Böden aufeinander zuweisen. In jeden Becherboden sind drei Öffnungen zum Durchtritt der drei Elektronenstrahlen und zur Bildung von drei separaten Hauptfokussierlinsen, nämlich eine

]Q für jeden Elektronenstrahl, vorhanden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gesamtdurchrnesser des Elektronenstrahlsystems so bemessen, daß das Strahlsystem in einen 29 mm-Röhrenhals hineinpaßt. Wegen dieser Größenforderung haben die drei Fokussierlinsen einen sehr geringen gegenseitigen Abstand, und damit ergeben sich starke Beschränkungen beim Entwurf der Fokussierlinsen. Je größer der Fokussierlinsendurchmesser ist, desto kleiner ist bekanntlich die sphärische Aberration, welche die Fokussiergüte beeinträchtigt.

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Außer dem Fokuslinsendurchmesser ist der Abstand zwischen den Oberflächen der Fokuslinsenelektroden wichtig, weil ein größerer Abstand einen weicheren Spannungsgradienten in der Linse ergibt, der gleichfalls die . sphärische Aberration verringert. Leider ist jedoch eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes über eine bestimmte Grenze (typischer Wei'se 1,27 mm) nicht zulässig wegen Strahlverbiegungen aufgrund elektrostatischer Ladungen auf dem Glashals, welche in den Raum zwischen

^OKJ den Elektroden eindringen und eine Fehlkonvergenz des Elektronenstrahls bewirken. Es liegt daher ein Bedürfnis nach weiteren Verbesserungen bei der Konstruktion der Hauptfokuslinsenelektroden vor, welche zu verbesserten Fokuslinsen mit verringerter sphärischer Aberration

^OJ führen.

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de a Wesena f

Bei einem erfindungsgemäßen Elektronenstrahlsystem. einer Röhre wird die Hauptfokuslinse durch zwei im gegenseitigen Abstand befindliche Elektroden gebildet, von denen jede mehrere öffnungen in gleicher Anzahl wie die Ziektronenstrahlen hat. Jede Elektrode hat auch einen Umfangsrand, und die Umfangsränder der beiden Elektroden sind einander zugewandt. Der mit öffnungen versehene Teil jeder Elektrode liegt innerhalb einer Vertiefung, die gegen den Rand zurückgesetzt ist

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In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise als Axialschnitt dargestellte . Draufsicht auf eine Lochmasken-Farbbildröhre nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt des in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Elektronenstrahlsystems,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Elektroden G3 und G4 des in Fig. 2 gezeigten Elektronenstrahlsystems,

Fig. 4 eine Vorderansicht des Elektronenstrahlsystems nach Fig. 2 längs der Linien 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 und 6 von oben bzw. von der Seite gesehene Axialschnitte der Fokussierlinsenelektroden eines bekannten Elektronenstrahlsystems unter Veranschaulichung einiger Äquipotentiallinien der elektrostatischen Fokussier-

linsenfeider, wobei Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5 darstellt,

Fig. 7 und 8 von oben bzw. von der Seite gesehene Axialschnitte durch die Fokussierlinsenelektroden des Elektro-35

nenstrahlsystems nach Fig. 2 unter Veranschaulichung

einiger Äquipotentiallinien der elektrostatischen Fokussierlinsenfeider, wobei Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7 zeigt, und

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Elektrode G4 'des Strahlsystems nach Fig. 2 längs der Linie 9-9 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Rechteck-Farbbildröhre mit einem Glaskolben 10 gezeigt, welcher eine rechteckige Frontwanne 12 und einen rohrförmigen Hals enthält, die durch einen rechteckförmigen Konus 16 verbunden sind. Die Frontwanne weist eine Sichtscheibe 18 mit einer ümfangswand 20 auf, die mit dem Konus 16 verbunden ist. Ein Dreifarben-Mosaik-Leuchtstoffschirm 22 befindet sich auf der Innenfläche der Frontscheibe 18.

Der Schirm ist vorzugsweise ein Linienschirm mit praktisch rechtwinklig zur hochfrequenten Rasterlinienabtastung , der Röhre verlaufenden Leuchtstofflinien (senkrecht zur Ebene der Fig. 1). Eine mit vielen Öffnungen versehene Farbwählelektrode oder Lochmaske 24 ist mit üblichen Mitteln abnehmbar in vorbestimmtem Abstand vom Schirm montiert. Ein in Fig. 1 durch gestrichelte Linien schematisch angedeutetes verbessertes Inline-Elektronenstrahlsystem 26 ist zentrisch im Hals 14 montiert und erzeugt drei Elektronenstrahlen 28, die längs in einer Ebene liegender konvergenter Wege durch die Maske 24 auf den Schirm 22 gerichtet sind.

Die Röhre gemäß Fig. 1 ist für die Verwendung mit einem

äußeren Magnetablenkjoch bestimmt, wie etwa dem Joch 30,

das in schematischer Darstellung den Hals 14 und den Konus 12 in der Nähe ihrer Verbindung umgibt. Bei Erregung läßt das Joch 30 vertikale und horizontale Magnetflüsse auf die drei Strahlen 28 einwirken, so daß diese 35

in horizontaler bzw. vertikaler Richtung in Form eines

] rechtwinkligen, Rasters über den Schirm 22 abgelenkt werden. Die anfängliche Ablenkebene (für die Ablenkung null) ist in Fig. 1 durch die Linie P-P etwa in der Mitte des Joches 30 veranschaulicht. Wegen Störfeldern ragt die Ablenkzone der Röhre axial vom Joch 30 weg in den Bereich des Strahlsystems 26. Der Einfachheit halber ist der tatsächliche Strömungsverlauf der Wege der abgelenkten Strahlen in der Ablenkzone in Fig. 1 nicht gezeigt.

Das Strahlsystem 26 ist in den Fig. 2 bis 4 in Einzelheiten gezeigt. Es enthält zwei gläserne Tragstäbe 32, auf denen die verschiedenen Elektroden montiert sind. Diese Elektroden umfassen drei in gleichem Abstand voneinander befindliche, in einer Ebene liegende Kathoden 34 (eine für jeden Strahl), eine Steuergitterelektrode 36 (GD, eine Schirmgitterelektrode 38 (G2), eine erste Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 40 (G3), und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 42 (G4), die in der angeführten Reihenfolge im Abstand entlang der Tragstäbe 3 2 angeordnet sind. Alle auf die Kathoden folgenden Elektroden haben drei in einer Linie liegende Öffnungen zum Durchtritt der drei in einer Ebene verlaufenden Elektronenstrahlen. Die elektrostatische Hauptfokussierlinse im Strahlsystem 26 wird zwischen der G3-Elektrode 40 und der G4-Elektrode 42 gebildet. Die G3--Elektrode 40 wird durch "vier becherförmige Elemente 44, 46, 48 und 50 gebildet. Die offenen Enden zweier dieser Elemente 44 und 4 6 sind miteinander verbunden, und ebenfalls sind die offenen Enden der beiden anderen Elemente 48 und 50 miteinander verbunden. Das geschlossene Ende des dritten Elementes 48 ist an dem geschlossenen Ende des zweiten Elementes 4 6 befestigt.

Obwohl die Elektrode 40 (G3) als vierstückiges Teil

dargestellt ist, kann sie auch aus einer beliebigen

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Anzahl von Einzelelementen hergestellt werden, einschließlich eines einzigen Elementes der gleichen Länge. Die Elektrode 42 (G4) ist ebenfalls becherförmig, jedoch ist sie an ihrem offenen Ende mit einer Platte 52 verschlossen, in der Öffnungen ausgebildet sind.

In den einander zugewandten geschlossenen Enden der Elektroden 40 (G3) und 42 (G4) sind große Vertiefungen ' 54 bzw. 56 ausgebildet. Diese Vertiefungen setzen denjenigen Teil des geschlossenen Endes der Elektrode 40 (G3), der drei Öffnungen 58, 60 und 62 enthält, gegen denjenigen Teil des geschlossenen Endes der Elektrode 42 (G4) zurück, welcher drei Öffnungen 64, 66 und 68 hat. Die verbleibenden Teile der geschlossenen Enden der· Elektroden 40 (G3) und 42 (G4) bilden Ränder 70 bzw. 72, die am Umfang um die Vertiefungen 54 und 56 verlaufen. Die Ränder 70 und 72 sind die am dichtesten beieinanderliegenden Teile der beiden Elektroden 40 und 42.

Die Fig. 5 und 6 zeigen von oben bzw. von der Seite gesehen Schnitte durch die beiden Elektroden 74 und 76, welche die Hauptfokuslinse eines bekannten Elektronenstrahlsystems der vereinheitlichten Art zeigen. Die Elektrode 74 ist die G3-Elektrode, die Elektrode 76 die G4-Elektrode. Die Elektrode 74 ist becherförmig und hat in ihrem Boden drei separate Öffnungen 78, 80 und 82. Ähnlich ist die Elektrode 7 6 becherförmig und hat in ihrem Boden drei separate Öffnungen 84, 86 und 88. Im Betrieb der Röhre wird der G3-Elektrode 74 eine Spannung von 7 kV und der G4-Elektrode 7 6 eine Spannung von 25 kV zugeführt. Wegen dieser Potentiale bildet sich in der Nähe der Öffnungen 78, 80 und 82 der Elektrode G3 und der Öffnungen 84, 86 und 88 der Elektrode G4 ein elektrostatisches Feld aus. Die Form der Äquipotentiallinien dieses elektrostatischen Feldes definiert die Hauptfokus-

linse dieses bekannten Strahlsystems. Einige dieser Äquipotentiallinien 90 sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Ein Vergleich dieser Äquipotentiallinien 90 zeigt, daß die Krümmung der äußeren Linien 90 bei der Draufsicht nach Fig. 5 wesentlich geringer als die Krümmung der äußeren Linien 90' in der Seitenansicht nach Fig. 6 ist. Ein solcher Krümmungsunterschied ist auch bei den Äquipotentiallinien für 8, 9,5, 22 und 24 kV speziell festzustellen. Wegen dieses Krümmungsunterschiedes, der als Astigmatismus bezeichnet wird, wird ein durch die Mittelöffnungen 80 und 86 hindurchlaufender Elektronenstrahl 92 vertikal stärker fokussiert (siehe Fig. 6) als horizontal (siehe Fig. 5). Jedoch sieht man anhand von Fig. 5, daß die beiden äußeren Elektronenstrahlen auf

"15 stärker gekrümmte elektrostatische Linien treffen als der Mittelstrahl und daher horizontal etwas stärker fokussiert werden als der Mittelstrahl, so daß sich für die äußeren Strahlen ein etwas geringerer Astigmatismus

ergibt

20

In den Fig. 7 und 8 ist gezeigt, daß das verbesserte Elektronenstrahlsystem 2 6 gemäß Fig. 2 eine Hauptfokuslinse mit wesentlich verringerter sphärischer Aberration im Vergleich zu derjenigen des bekannten Strahlsystems nach den Fig. 5 und 6 bildet. Die Verringerung der sphärischen Aberration beruht auf einer Erhöhung der Größe .der Hauptfokuslinse. Dieser Größenzuwachs ergibt sich aus der ZürückverSetzung der: Elektfodenöffnungen. Bei dem bekannten Strahlsystem nach den Fig. 5 und 6 sind die stärksten Äquipotentiallinien des elektrostatischen Feldes bei jedem einander gegenüberliegenden Öffnungspaar konzentriert. Jedoch verlaufen bei dem Strahlsystem 26 nach Fig. 2 die- stärksten Äquipotentiallinien kontinuierlich von Stellen zwischen den Rändern 70 und 72, so daß der vorherrschende Teil der Hauptfokus

-χ- ·- 2 3 4 4 5 9 b

] linse als eine einzige große Linie erscheint, welche sich durch die drei Elektronenstrahlwege erstreckt. Der übrige Teil der Hauptfokuslinse wird durch schwächere Äquipotentiallinien gebildet, die an den Elektrodenöffnungen verlaufen. Einige der Äquipotentiallinien 94 des Hauptfokusfeldes des verbesserten Elektronenstrahlsysterns sind in Draufsicht und Seitenansicht in den Fig. 7 bzw. gezeigt. Wie man sieht, verläuft die vertikale Krümmung der Äquipotentiallinien nach Fig. 8 ähnlicher der Kori- zontalkrümmung nach Fig. 7 als in den entsprechenden Ansichten des bekannten Strahlsystems. Wegen dieser Ähnlichkeit der Krümmungen wird ein längs eines der Elektronenstrahlwege verlaufender Elektronenstrahl in der Vertikal- und der Horizontalebene gleichmäßiger fokussiert. Daher wird der zuvor im Zusammenhang mit dem bekannten Strahlsystem nach den Fig. 5 und 6 erläuterte Astigmatismus stark verringert.

Bei dem verbesserten Strahlsystem 26 (Fig. 3 und 4) sind die Tiefen "F" der Vertiefungen 54 und 56 etwa 1/4 so groß wie die Abstände "C" zwischen den beiden geraden Seiten dieser Vertiefungen. Der Durchmesser der Öffnungen in der G3-Elektrode 40 ist so gewählt, daß sie gerade eine Äquipotentiallinie innerhalb 4% der ElektrO- ^ denspannung berührt, welche vorliegen würde, wenn der mit Öffnung versehene Teil der Elektrode nicht vorhanden wäre. Bei der dargestellten Ausführungsform ist diese 4%-Linie näherungsweise ein Halbkreis. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 40 und 42 soll eng

genug sein, -um auszuschließen, daß Röhrenhalsaufladungen die Elektronenstrahlen verbiegen.

j, 234 45 9 6 Bei der Hauptfokussierlinse tritt ein Schlitzeffekt-Astigmatismus auf, weil das Fokussierfeld durch die offene Fläche der Vertiefungen hindurchtritt. Dieser Effekt wird ersichtlich durch einer. Vergleich der Zusammendrückung der Äquipotentiallinien 94 an den Seiten der Ausführung nach Fig. .7 mit der Zusammendrückung derselben Linien an den beiden Bereichen nahe der Mitte der Fokuslinse. Dieser Feldhindurchtritt hat zur Folge, daß die Fokuslinse eine größere vertikale als horizontale Linsenstärke hat. Eine Korrektur dieses Astigmatismus im Strahlsystem 26 nach Fig. 2 erfolgt durch Einfügung einer Horizontalschlitzöffnung an der Austrittsseite der G4-Elektrode 42. Dieser Schlitz ist optimal halb so breit wie der Linsendurchmesser und vorzugsweise um 86% des Linsendurchmessers von der gegenüberliegenden Oberfläche der Elektrode G4 entfernt. Dieser Schlitz wird durch zwei Streifen 96 und 98 (siehe Fig. 2 und 9) gebildet, die an die mit den Öffnungen versehene Platte der G4-Elektrode 42 so angeschweißt sind, daß sie über

20. die drei Öffnungen in der Platte. 52 verlaufen.

Damit die beiden äußeren Strahlen mit dem mittleren' Strahl statisch konvergieren, ist die Breite "E" der Vertiefung 56 in der G4-Elektrode 42 etwas größer als die Breite "D" der Vertiefung 54 in der G3-Elektrode 40 (Fig. 3). Die Auswirkung der größeren Vertiefungsbreite in der G4-Elektrode 42 ist dieselbe, wie sie bezüglich der versetzten Öffnungen.in der US-PS 3 772 554 beschrieben ist (die am 13. November 1973 für den Erfinder

R.H.. Hughes ausgegeben worden ist) .

Einige typische Abmessungen für das Elektronenstrahlsystem 26 nach Fig. 2 sind in der folgenden Tabelle

aufgeführt

35

-XS-

"TABELLE

Außendurchmesser des Röhrenhalses 29.00 nijn

Innendurchmesser des Röhrenhalses 24,00 mm

Abstand zwischen den Elektroden 40 und 4 2

(G3 bzw. G4) 1,27 mm

Mittenabstand zwischen benachbarten öffnungen in der G3-Slektrode 40 (Maß A in

Fig. 3) 6,60 mm

Innendurchmesser der Öffnungen 58, 60 und 62 in der G3-Elektrode 40 (Maß B in

Fig. 3) 5,44 mm

Abstand zwischen den geraden Seiten der

"15 Vertiefungen in den Elektroden 40 und 4 2

(Maß C in Fig. 4) 6,99 mm

Breite der Vertiefungen in der G3-Eiektro-

de 40 (Maß D in Fig. 3) - 20,19 mm

Breite der Vertiefung in der G4-Elektrode

42 (Maß E in Fig. 3) 20,80 mm

Tiefe der Vertiefung in den Elektroden

40 und 42 (Maß F in Fig. 3) — 1,65 mm

Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen von Inline-

Elektronenstrahlsystemen kann die Tiefe der Vertiefungen in den Elektroden 40 und 42 von 1,30 bis 2,80 mm variieren.

Claims (7)

234 45 9 Farbbildröhre mit verbessertem Inline-Elektronen-Strahlsystem mit ausgedehnter Fokuslinse.. . Sriindungsanspruch' :

1.) Farbbildröhre mit einem Inline-Elektronenstrahlsystem, welches mehrere Elektronenstrahlen längs in einer Ebene liegenden Wegen erzeugt und auf einen Schirm der Röhre richtet und eine Hauptfokuslinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfokuslinse durch zwei im Abstand voneinander befindliche Elektroden (40, 42) gebildet wird, die jeweils einen Teil mit mehreren öffnungen (58, 60, 62; 64, 66,

68) in gleicher Anzahl wie die Elektronenstrahlen haben,

-Jt-

T und daß jede Elektrode auch einen Umfangsrand (70, 72) aufweist und die Umfangsränder der beiden Elektroden einander gegenüberliegen, und daß der mit öffnungen versehene Teil jeder Elektrode innerhalb einer gegen den Rand zurückversetzten Vertiefung (54, 56) liegt.

2.) Röhre nach ^{! Pun!<t} __ 1 , dadurch gekenn zeichnet , daß die Vertiefung (54, 56) gerade Wandabschnitte aufweisen, die parallel zu den in einer Ebene liegenden Elektronenstrahlwegen verlaufen.

3.) Röhre nach Punkt \ oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vertiefungsbreite (E,D) in der Ebene der Elektronenstrahlen (28) in der dem Schirm (22) näherliegenden Elektrode (42) der Hauptfokuslinse größer als in der anderen Elektrode (40) der Hauptfokuslinse ist.

4.) Röhre nach- Punkt ι , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Strahlsystem (26) eine durch die Hauptfokuslinse gebildete Astigmatismus-Korrektureinrichtung (96, 98) vorgesehen ist.

5 . ) Röhre nach : Punkt· 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Astigmatismus-Korrekturvorrichtung einen Schlitz auf dem Strahlsystem (26) aufweist, welche'r sich zwischen der Hauptfokuslinse und dem Schirm (22) befindet.

6.) Röhre nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Schlitz durch zwei Streifen (96, 98) gebildet wird.

η -ι η UT j π η j . 4\ η .η ο η ο

IOA 4 b 9

7.) Röhre nach den- Punkten.', ü bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahl der Elektronenstrahlen (28) drei beträgt.

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