Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein
Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhren (CRT = cathode ray tube)
und befaßt sich insbesondere mit einer
Elektronenstrahlablenklinse zur Verwendung in den
Hochspannungsfokussierund magnetischen Ablenkbereichen in einer
Farbkathodenstrahlröhre.
Stand der Technik
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Unter Bezugnahme auf Figur 1 wird eine seitliche
Schnittansicht einer herkömmlichen
Farbkathodenstrahlröhre (CRT) 10 gezeigt. Die Schnittansicht von Figur 1
ist derart entlang einer vertikalen Mittellinie durch die
CRT 10 nach unten genommen, daß in der Figur lediglich
Elemente der mittleren Elektronenkanone 11 der CRT
gezeigt sind, wobei sich versteht, daß bei einer In-Line-
Farbkathodenstrahlröhre auf jeder Seite der mittleren
Elektronenkanone eine äußere Elektronenkanone angeordnet
ist. Die Elektronenkanonen sind innerhalb eines
verschlossenen Glaskolbens 28 mit einem allgemein zylind
rischen Halsabschnitt 28a, einem kegelstumpfförmigen
Trichterabschnitt 28b und einem Bildschirm 14 angeordnet.
An einem hinteren Teil des Halsabschnitts 28a des
Glaskolbens ist auf abgeschlossene Weise ein steckerartiger
Verbinder 31 angeordnet, der aus einem Kunststoffgehäuse
und mehreren leitfähigen Stiften 32 besteht, die sich auf
abgeschlossene Weise von einem distalen Ende des
Halsabschnitts 28a des Glaskolbens aus erstrecken. Die
Kombination aus Verbinder 31 und Stiften 32 ist so
ausgelegt, daß sie in eine Buchse eingesetzt werden kann,
um der CRT 10 Strom und Steuersignale zuzuführen. Auf
einer Innenfläche des Bildschirms 14 ist eine
Leuchtstoffschicht 16 angeordnet, die auf einen darauf
auftreffenden Elektronenstrahl reagiert und ein Videobild
liefert. Die Leuchtstoffschicht 16 liegt in Form einer
großen Anzahl von diskreten Leuchtstoffelementen vor, die
in Dreiergruppen für jede der Primärfarben, d.h. Rot,
Grün und Blau, angeordnet sind. Eine geladene Lochmaske
42 aus Metall mit einer großen Anzahl von Aperturen darin
ist unmittellbar neben der Leuchtstoffschicht 16
angeordnet.
Jede der Aperturen in der Lochmaske 42 ist auf
ein jeweiliges der oben erwähnten Leuchtstoffelemente in
der Leuchtstoffschicht 16 ausgerichtet, damit ein
Elektronenstrahl, wenn die Elektronenstrahlen auf
rasterartige Weise über die Innenfläche des Bildschirms 14
abgelenkt werden, auf die Leuchtstoffelemente auftreffen
können. Die geladene Lochmaske 42 dient als
Farbwahlelektrode, wodurch sichergestellt wird, daß jeder der drei
Elektronenstrahlen lediglich auf seinen zugeordneten
Leuchtstoffelementen bzw. Ablagerungen landet.
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Weiter in Richtung des Bildschirms 14 enthält die
Mehrelektrodenelektronenkanone 11 einen Niederspannungs-
Strahlformbereich (BFR = beam forming region) 34, eine
symmetrische Vorfokussierlinse 36 und eine Hochspannungs
Hauptfokussierlinse 38. Energiereiche Elektronen werden
von mehreren geheizten Kathoden K (von denen in der Figur
aus Gründen der Vereinfachung nur eine gezeigt ist) in
der allgemeinen Richtung des Bildschirms 14 emittiert.
Der BFR 34 ist auf Kathoden K ausgerichtet, um die
energiereichen Elektronen zu empfangen und diese
Elektronen in einen Strahl entlang einer Achse A-A' zu formen,
wobei zu verstehen ist, daß auf jeder Seite des
gestrichelt gezeigten mittleren Elektronenstrahls 12 äußere
Elektronenstrahlen analog geformt werden. Der BFR 34
enthält in der Regel eine G&sub1;-Elektrode, eine G&sub2;-Elektrode
und einen gegenüberliegenden Abschnitt einer
G&sub3;-Elektrode. Der Elektronenstrahl 12 wird dann auf die
symmetrische Vorfokussierlinse 36 gerichtet, die in der Regel
aus einer G&sub4;-Elektrode und gegenüberliegenden Abschnitten
der G&sub3;-Elektrode und einer G&sub5;-Elektrode besteht. Von der
symmetrischen Vorfokussierlinse 36 tritt der Strahl durch
eine Hauptfokussierlinse 38, die aus einer G&sub6;-Elektrode
und einem gegenüberliegenden Abschnitt der G&sub5;-Elektrode
besteht. Die Hauptfokussierlinse 38 fokussiert den
Elektronenstrahl 12 auf die Innenfläche des Bildschirms
14. Um die G&sub6;-Elektrode herum ist eine Stütz- bzw.
Konvergenzmanschette 20 angeordnet und nimmt sie in
Eingriff. An der Stützmanschette 20 sind um ihren äußeren
Umfang herum mehrere Kontaktklammern bzw. wulstförmige
Abstandshalter 22 befestigt, die eine benachbarte
Innenfläche des Halsabschnitts 28a des Glaskolbens 28 der CRT
in Eingriff nehmen. Die Stützmanschette 20 bildet für die
G&sub6;-Elektrode eine Stütze und hält die Elektronenkanone 11
sicher an ihrer Stelle in dem Halsabschnitt 28a des
Glaskolbens 28 der CRT. Jede der oben erwähnten
Elektroden ist an innerhalb des Halsabschnitts 28a des
Glaskolbens angeordneten Glasperlen (die ebenfalls aus
Gründen der Vereinfachung nicht gezeigt sind) angekoppelt
und werden von diesen gestützt.
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Der Elektronenstrahl 12 trifft nach Fokussierung
durch die Linsenanordnung der Elektronenkanone 11 durch
ein magnetisches Ablenkjoch 18, das um den
kegelstumpfförmigen Trichterabschnitt 28b des Glaskolbens 28 der CRT
angeordnet ist. Eine (nicht gezeigte) leitfähige Schicht
auf der Innenfläche des Glaskolbens 28 der CRT ist
elektrisch an einen Anodenanschluß 30 angekoppelt, der
sich durch den Glaskolben 28 der CRT erstreckt und der
wiederum an eine Spannungsquelle mit der Anodenspannung
VA (die in der Figur aus Gründen der Vereinfachung
ebenfalls nicht gezeigt ist) angekoppelt ist. Das G&sub6;-Gitter
besteht im allgemeinen aus einem Material mit hoher
magnetischer Permeabilität, um die Elektronenstrahlen
innerhalb der Hauptfokussierlinse 38 der CRT gegen das
magnetische Ablenkfeld des. Jochs 18 abzuschirmen. Im
Stand der Technik wird deshalb die Trennung von
elektrostatischem Fokussierfeld des Strahls und magnetischem
Ablenkfeld gelehrt.
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Die Hauptfokussierlinse 38 der Elektronenkanone
besteht deshalb in der Regel aus der G&sub5;- und der G&sub6;-
Elektrode und weist einen Brennpunkt 26 auf, der auf der
Elektronenstrahlachse A-A' allgemein zwischen diesen
beiden geladenen Elektroden liegt. Die aus den Elektroden
G&sub5; und G&sub6; gebildete Hauptfokussierlinse 38 weist auch eine
äquivalente Linsengröße auf, die wegen des relativ
kleinen Durchmessers dieser Fokussierelektroden für die
in Figur 1 gezeigte typische Elektronenkanone 11 einen
relativ kleinen Durchmesser aufweist. Das Ablenkjoch 18
besteht in der Regel aus einem Ferritkern mit darum
gewickelten zwei Sätzen von stromführenden Leitern, um
innerhalb der CRT 10 ein zeitlich variierendes Magnetfeld
herzustellen, so daß der Elektronenstrahl 12 rasterartig
über die Innenfläche des Bildschirms 14 abgelenkt wird.
Bei einer herkömmlichen CRT wird der Elektronenstrahl
deshalb zuerst elektrostatisch fokussiert und danach
magnetisch über den Bildschirm 14 abgelenkt. Ein
Strahlablenkungszentrum ist in einem magnetischen Ablenkbereich
40, wie zum Beispiel auf einer in Figur 1 gezeigten
Ablenkzentrumsachse D-D', ausgebildet, wobei der Ort des
Zentrums von der Größe und Form des Kerns und von der
leitenden Drahtanordnung in dem Ablenkjoch 18 abhängt.
Wie in der Figur gezeigt, ist die Hauptfokussierlinse 38
von dem magnetischen Ablenkbereich und der Ablenk
zentrumslinie D-D' versetzt. Diese räumliche Trennung des
Fokussier- und des Ablenkbereichs der CRT ist ein Faktor,
der die Länge der CRT bestimmt.
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Bei der in Figur 1 gezeigten CRT 10 nach dem
Stand der Technik ergibt sich ein Problem daraus, daß die
Fokussierung und die Ablenkung der Elektronenstrahlen
hintereinander geschieht. Wenn beispielsweise der
mittlere Elektronenstrahl 12 die Ablenkzentrumslinie D-D'
erreicht, sind die Elektronen durch die Anodenspannung
VA, die an die G&sub6;-Elektrode angelegt ist und in der Regel
in der Größenordnung von 25 kV liegt, auf eine hohe
Energie beschleunigt worden. Da bei einem gegebenen
Magnetfeld das Ausmaß der Ablenkung umgekehrt
proportional zur Quadratwurzel der Spannung des
Elektronenstrahls ist, ist ein großes Magnetfeld erforderlich, um
den Strahl abzulenken. Dies erfordert allgemein ein
größeres Ablenkjoch und/oder einen höheren Strom in den
Jochwindungen, was zu Problemen bezüglich der
Wärmeableitung führt und wodurch eine größere Stromversorgung
für das Joch erforderlich wird. CRTs nach dem Stand der
Technik sind deshalb mit dem Problem begrenzter
Elektronenstrahlablenkempfindlichkeit behaftet. Besonders bei
den gegenwärtigen hochauflösenden CRTs mit höheren
Ablenkfrequenzen ist die hohe Ablenkempfindlichkeit für
den Elektronenstrahl wichtig. Um diese schnelleren
Ablenkraten zu berücksichtigen, wird häufig Litzendraht
in Form eines Bündels aus verdrillten Drähten verwendet,
um durch Ausnutzung des gesteigerten Skineffekts dieser
Leiterarten eine größere Oberfläche bereitzustellen.
Leider sind Litzendrähte wesentlich teurer als ein
herkömmlicher Kupfereinzeldraht und haben bei CRTs für
den Verbraucher nur begrenzten wirtschaftlichen Nutzen.
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Das Dokument US-A-4,710,672 offenbart eine
Farbkathodenstrahlröhre gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit den
oben genannten Begrenzungen des Standes der Technik,
indem sie eine Farbkathodenstrahlröhre mit einer
Ablenklinse bereitstellt, die die Fokussierung und Ablenkung
der Elektronenstrahlen der CRT zur gleichen Zeit und an
der gleichen Stelle gestattet. Durch Ablenken des Strahls
in einem Bereich niedrigerer Spannung und Positionieren
des Elektronenstrahlablenkzentrums innerhalb des
Brennpunkts der Hauptfokussierlinse der CRT wird eine
gesteigerte Strahlablenkempfindlichkeit realisiert, die
Länge der CRT sowie der Durchmesser ihres Halsabschnitts
kann verringert werden, und die Linsenvergrößerung, der
Raumladungseffekt des Elektronenstrahls und die
sphärische Aberration der Linse werden verringert, um ein
Videobild mit verbesserter Qualität zu erzielen.
Aufgaben und kurze Darstellung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
somit in der Bereitstellung gleichzeitiger und deckender
Elektronenstrahlfokussierung und -ablenkung in einer
Mehrstrahl-Farbkathodenstrahlröhre.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht in der Bereitstellung einer gesteigerten
Ablenkempfindlichkeit für die Elektronenstrahlen in einer
Farbkathodenstrahlröhre durch Ablenken der Strahlen,
während sich die Strahlen bei relativ niedriger Spannung
befinden (verringerte Strahlgeschwindigkeit).
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, das Ablenkzentrum der
Elektronenstrahlen in einer Farbkathodenstrahlröhre innerhalb
des Brennpunkts der Hauptfokussierlinse der CRT zu
positionieren, um die Ablenkempfindlichkeit des Strahls
zu verbessern.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht in der Bereitstellung einer
Elektronenstrahlablenkung in einer Farbkathodenstrahlröhre bei verringerter
magnetischer Leistung des Ablenkjoches und mit einem
kleineren Joch.
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Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, in einer
Mehrstrahl-Farbkathodenstrahlröhre die äquivalente Größe der
Elektronenstrahlfokussierlinse zu vergrößern, um den Effekt der
sphärischen Aberration durch die Linse auf die
Strahlenzu verringern, so daß der Elektronenstrahlfleck auf dem
Bildschirm der CRT verbessert wird (größenmäßig kleiner
und kreisförmig).
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Eine wieder andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, die "Projektionsentfernung" des
Elektronenstrahls (die von einem elektrostatischen Feld
freie Zone von der Fokussierlinse der CRT bis zu ihrem
Bildschirm) zu verringern, um die Raumladungseffekte im
Strahl zu verringern und die Qualität des Videobildes auf
dem Bildschirm der CRT zu verbessern.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Farbkathodenstrahlröhre
längenmäßig zu verkürzen, indem entweder die
Hauptfokussierlinse der Elektronenkanone der CRT nach vorne in
Richtung des CRT-Bildschirms bewegt wird oder ihr
magnetisches Ablenkjoch nach hinten bewegt wird, um den
Strahlfokussier- und den Ablenkbereich in der CRT an die
gleiche Stelle zu bringen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die Vergrößerung des Elektronenstrahls in
einer Mehrstrahl-Elektronenkanone zu verringern und
dadurch die Qualität des Videobildes in einer
Farbkathodenstrahlröhre zu verbessern.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die Länge des Halsabschnitts einer Farb-
CRT durch Bewegen der Elektronenkanone der CRT nach vorne
in Richtung ihres Bildschirms zu verringern, indem die
Hauptfokussierlinse der Kanone im
Elektronenstrahlablenkbereich der CRT angeordnet wird.
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Wieder eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
Hochspannungs-Ablenklinse in einer Farb-CRT, die jeden
Elektronenstrahl auf einen kleinen, kreisförmigen Fleck
auf dem Bildschirm der CRT fokussiert und durch
Gestattung der Strahlablenkung bei niedrigeren
Strahlspannungen die Strahlablenkempfindlichkeit erhöht und
danach nach der Ablenkung und vor dem Auftreffen auf den
Leuchtstoffelementen des Bildschirms die Strahlenergie
erhöht.
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Gemaß der vorliegenden Erfindung ist eine
Kathodenstrahlröhre nach dem folgenden Anspruch 1
bereitgestellt.
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Die beiliegenden Ansprüche legen diejenigen
neuartigen Merkmale dar, die die Erfindung kennzeichnen.
Die Erfindung selbst jedoch sowie weitere Aufgaben und
Vorteile davon werden am ehesten durch Bezugnahme auf die
folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform verständlich, wenn sie im Zusammenhang
mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen
in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen
gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:
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Figur 1 eine vereinfachte seitliche
Schnittansicht einer Farb-CRT nach dem Stand der Technik mit einer
herkömmlichen Elektronenkanone;
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Figur 2 die Schwankung der
Elektronenstrahlfleckgröße (DS) mit dem Strahlwinkel (θ) hinsichtlich der drei
relevanten Faktoren Vergrößerung (dM), sphärische
Aberration (dSD) und Raumladungseffekt (dS = CSθ³);
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Figur 3 eine vereinfachte schematische
Darstellung, die den Elektronenstrahlwinkel (θ) relativ zur
Strahlachse A-A' zeigt;
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Figur 4 eine obere seitliche Schnittansicht einer
Elektronenkanone in einer CRT mit einer Ausführungsform
einer Elektronenstrahlablenklinse gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die Ablenklinse eine Elektrode in Form
einer leitfähigen Beschichtung auf dem inneren
Trichterteil des Kolbens der CRT enthält;
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Figur 5 eine obere Schnittansicht der CRT und der
Elektronenkanone von Figur 4 entlang der Betrachtungs
linie 5-5 darin;
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Figur 6 eine Schnittansicht der in Figur 5
gezeigten CRT und Elektronenkanone entlang der
Betrachtungslinie 6-6 darin;
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Figur 7 eine teilweise Aufrißansicht eines
Bildschirms einer CRT nach dem Stand der Technik mit
einem gewöhnlichen Elektronenlinsensystem mit großer
Öffnung für die drei Elektronenstrahlen, die die
Verzerrung des Elektronenstrahlflecks für die beiden äußeren.
Elektronenstrahlen zeigt, die durch die vorliegende
Erfindung korrigiert wird;
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Figur 8 eine Schnittansicht der in der CRT von
Figur 5 gezeigten Elektronenkanone entlang der
Betrachtungslinie 8-8 darin, wobei eine Aufrißansicht der
Hochspannungsseite der G&sub5;-Elektrode gezeigt wird;
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Figur 9 eine Schnittansicht einer
Elektronenkanone, wie sie in der CRT von Figur 5 gezeigt wird,
entlang der Betrachtungslinie 9-9 darin, die eine andere
Ausführungsform der mit der Apertur versehenen
Niederspannungsseite der G&sub4;-Elektrode gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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Figur 10 eine teilweise Aufrißansicht eines
Bildschirms in der CRT der vorliegenden Erfindung, wobei
die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte
Korrektur des Elektronenstrahlflecks gezeigt wird;
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Figur 11 eine obere Schnittansicht einer
Elektronenkanone in einer Farb-CRT gemäß einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Figur 12 eine graphische Darstellung, die die
Schwankung der Spannung entlang der Achse eines
Elektronenstrahls in einer Elektronenkanone nach dem Stand der
Technik mit der Spannungsschwankung entlang der
Elektronenstrahlachse in der Elektronenkanone der vorliegenden
Erfindung vergleicht;
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Figuren 13a, 13b und 13c vereinfachte
Strahldiagramme,
die die Fokussierwirkung einer Linse auf ein
jeweils außerhalb des Brennpunktes der Linse, im
Brennpunkt der Linse und innerhalb der Brennweite der Linse
angeordnetes Objekt illustrieren;
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Figur 14a ein vereinfachtes Strahldiagramm, das
die Wirkung des "dynamischen" Ablenkzentrums der
Ablenklinse der vorliegenden Erfindung illustriert, die beim
Belichten der Leuchtstoffelemente auf dem Bildschirm der
CRT mit aktivierendem Licht berücksichtigt werden muß;
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Figur 14b eine vereinfachte schematische
Darstellung einer Anordnung zum Belichten der
Leuchtstoffelemente auf der Innenfläche des Bildschirms der CRT mit
Licht zum Aktivieren der Leuchtstoffelemente, zur
Verwendung mit der vorliegenden Erfindung;
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Figur 15 eine perspektivische Ansicht eines
weggeschnittenen Abschnitts einer CRT, die eine gemäß der
vorliegenden Erfindung an dem G&sub5;-Gitter einer
Elektronenkanone befestigte Stützmanschette zeigt, wobei die
Stützmanschette ausgelegt ist, die asymmetrische
Fokussierung der beiden äußeren Elektronenstrahlen zu
korrigieren;
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Figur 16 eine Schnittansicht einer Farb-CRT mit
einer Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung,
die eine auf der Innenfläche des Trichterabschnitts des
Glaskolbens der CRT angeordnete G&sub6;-Elektrode in Form
einer leitfähigen Beschichtung zeigt, wobei die
G&sub6;-Elektrode abgewandelt worden ist, um die asymmetrische
Fokussierung der beiden äußeren Elektronenstrahlen zu
korrigieren;
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Figur 17a ein vereinfachtes schematisches
Diagramm des BFR-Abschnitts in der Nähe der G&sub2;- und der G&sub3;-
Elektrode einer typischen Elektronenkanone nach dem Stand
der Technik, das die verschiedenen Flugbahnen von
Elektronen in dem Elektronenstrahl darstellt;
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Figur 17b ein vereinfachtes schematisches
Diagramm, das den Einfluß des elektrostatischen
Fokussierfeldes auf den Elektronenstrahl in dem Hochspannungs-
Fokussierabschnitt einer Elektronenkanone nach dem Stand
der Technik darstellt;
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Figur 18a ein vereinfachtes schematisches
Diagramm des BFR-Abschnitts der erfindungsgemäßen
Elektronenkanone, das die verschiedenen Flugbahnen von
Elektronen in dem Elektronenstrahl darstellt und eine
zweite Strahlüberkreuzung in dem BFR zeigt; und
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Figur 18b ein vereinfachtes schematisches
Diagramm, das den Einfluß des elektrostatischen
Fokussierfeldes auf den Elektronenstrahl in dem Hochspannungs-
Fokussierabschnitt der erfindungsgemäßen Elektronenkanone
darstellt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Eine elektrostatische Fokussierlinse weist
hauptsächlich drei Eigenschaften auf, die den Durchmesser
bzw. die Fleckgröße des auf dem Bildschirm einer CRT
auftreffenden Elektronenstrahls bestimmen. Das Ziel liegt
natürlich in der Bereitstellung eines scharffokussierten
Elektronenstrahls, der auf dem Bildschirm auftrifft. Die
drei Haupteigenschaften der elektrostatischen Fokussier
linse sind ihre Vergrößerung, die sphärische Aberration
und der Raumladungseffekt.
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Der Vergrößerungsfaktor ist durch folgenden
Ausdruck gegeben:
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wobei:
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q = Entfernung vom Zentrum der Hauptlinse zum
Bildschirm (bzw. "Projektionsentfernung");
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p = Entfernung von der Objektebene zum
Zentrum der Hauptlinse;
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V&sub0; = Spannung auf der Objektseite der
Hauptlinse;
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VA = Spannung auf der Bildseite der
Hauptlinse; und
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d&sub0; = Objektgröße.
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Durch Erhöhen von p und Verringern von q
verringert die vorliegende Erfindung, wie unten beschrieben,
den Vergrößerungsfaktor dM.
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Die Eigenschaft der sphärischen Aberration ist
durch den Ausdruck gegeben:
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dS = CS Θ&supmin;¹ (2)
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wobei:
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CS = Koeffizient der sphärischen Aberration;
und
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θ = Divergenzwinkel (bzw. halber
Strahlwinkel) des Elektronenstrahls.
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Es kommt zu einem Anwachsen der Fleckgröße des
Elektronenstrahls aufgrund der Tatsache, daß eine von
einer Linse fokussierte punktförmige Quelle nicht wieder
zu einem Punkt fokussiert werden kann. Je weiter weg sich
ein Elektronenstrahl von der optischen Achse der
Fokussierlinse befindet, umso größer ist die Fokussierstärke
der Linse, die den Elektronenstrahl daran hindert, wieder
zu einer punktförmigen Quelle fokussiert zu werden.
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Der Raumladungseffekt auf die Fleckgröße des
Elektronenstrahls ist durch den Ausdruck gegeben:
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dsp α Θ&supmin;¹ (3)
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Dieser Wachstumsfaktor bei der Fleckgröße des
Elektronenstrahls wird durch die Abstoßungskraft zwischen
gleichartig geladenenen Elektronen hervorgerufen.
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Die Gesamtfleckgröße kann aus allen der oben
beschriebenen Faktoren allgemein wie folgt ausgedrückt
werden:
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Die vorliegende Erfindung verringert, wie unten
beschrieben, jeden der oben erwähnten Faktoren dM, dSP und
dS und sorgt für eine verbesserte Gesamtstrahlfleckgröße.
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Figur 2 zeigt die Schwankung der Fleckgröße (DS)
des Elektronenstrahls mit dem Strahlwinkel (θ)
hinsichtlich
der drei oben erwähnten Faktoren Vergrößerung (dM),
sphärische Aberration (dS) und Raumladungseffekt (dSP).
Wenn dtotal die Fleckgröße des Elektronenstrahls unter
Einbeziehung aller drei oben erwähnter Faktoren
darstellt, so ist ersichtlich, daß dtotal bei θopt mit Dopt ein
Minimum aufweist. Der Strahlwinkel θ entlang der
Elektronenlinsenachse A-A' ist in Figur 3 gezeigt.
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Der Elektronenstrahl wird in der Regel in einem
sogenannten Strahlformbereich (BFR = beam forming region)
der Elektronenkanone erzeugt. Der BFR kann als ein von
der Hauptlinse der Elektronenkanone getrenntes
elektronenoptisches System zum Erzeugen eines
Elektronenstrahlbündels betrachtet werden, das auf die spezielle
Hauptlinse der Elektronenkanone zugeschnitten ist.
Unter Bezugnahme auf Figur 4 wird eine
vereinfachte seitliche Schnittansicht einer Elektronenkanone 51
zur Verwendung in einer Farb-CRT 50 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Vor
Beginn der ausführlichen Beschreibung der vorliegenden
Erfindung soll betont werden, daß die unten beschriebene
Elektronenkanone zwar sechs geladene Elektroden enthält,
die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die Verwendung
in dieser Art von Elektronenkanone begrenzt ist, sondern
bei so gut wie jeder Art von Mehrstrahl-Elektronenkanone
in einer Farb-CRT eingesetzt werden kann. Die
erfindungsgemaße Elektronenkanone 51 in der CRT 50 enthält wie bei
der in Figur 1 gezeigten CRT nach dem Stand der Technik
mehrere Kathoden, die in der oberen Schnittansicht von
Figur 5 entlang der Betrachtungslinie 5-5 in Figur 4 als
die Elemente KR (Rot), KG (Grün) und KB (Blau) gezeigt
sind. Jede der drei Kathoden KR, KG und KB emittiert bei
Heizung energiereiche Elektronen in einen
Niederspannungs-Strahlformbereich (BFR) 74, der aus einer G&sub1;-
Steuerelektrode, einer G&sub2;-Schirmelektrode und einem
gegenüberliegenden Abschnitt einer G&sub3;-Elektrode besteht.
Genau wie die anderen Elektroden in der unten erörterten
Elektronenkanone 51 ist jede der Elektroden G&sub1;, G&sub2; und G&sub3;
an eine (aus Gründen der Vereinfachung nicht gezeigte)
entsprechende Spannungsquelle angekoppelt, um die
Elektroden
auf ein gewünschtes Potential zu laden. Die
Kathoden KR, KG und KB werden in der Regel mit ungefähr
150V betrieben, die G&sub1;-Steuerelektrode mit Erdpotential
und die G&sub2;-Schirmelektrode mit ungefähr 600V. In der
Regel ist die G&sub3;-Elektrode elektrisch mit einer
G&sub5;-Elektrode verbunden (obwohl diese in den Figuren aus Gründen
der Vereinfachung nicht gezeigt ist) und wird mit
ungefähr 7kV betrieben, und die G&sub4;-Elektrode ist in der Regel
mit einer G&sub2;-Elektrode elektrisch verbunden, die mit
ungefähr 600V betrieben wird. Jede der Elektroden G&sub1;, G&sub2;
und G&sub3; enthält mindestens einen Satz von drei Aperturen,
wobei jede Apertur entlang einer Elektronenstrahlachse
angeordnet ist, damit ein jeweiliger Elektronenstrahl in
Richtung einer Leuchtstoffbeschichtung 56 auf der
Innenfläche des Bildschirms 54 der CRT treten kann.
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In Figur 4 ist der mittlere Elektronenstrahl, der
von der KG-Kathode geliefert wird, um auf dem Bildschirm
54 die Farbe Grün zu erzeugen, gestrichelt gezeigt und
mit der Elementnummer 52b bezeichnet. Die Achse der
Elektronenkanone ist als A-A' bezeichnet, wobei zu
verstehen ist, daß auch jede der äußeren
Elektronenstrahlen 52a und 52b seine eigene Strahlachse aufweist,
die von einer äußeren Kathode in Richtung des Bildschirms
54 der CRT verläuft. Die G&sub2;-Schirmelektrode weist die
allgemeine Form einer flachen Platte auf, während die G&sub3;-
Elektrode drei Aperturen auf ihrer Hochspannungsseite und
drei Aperturen auf ihrer Niederspannungsseite enthält,
wobei Paare von Aperturen auf der Hochspannungs- und der
Niederspannungsseite ausgerichtet sind, damit ein jewei
liger Elektronenstrahl hindurchtreten kann. Die
G&sub4;-Elektrode bildet in Kombination mit gegenüberliegenden
Abschnitten der G&sub3;-Elektrode und der G&sub5;-Elektrode in der
Elektronenkanone 51 eine symmetrische Vorfokussierlinse
76. Eine Stütz- bzw. Konvergenzmanschette 60, die
elektrisch an die G&sub5;-Elektrode angekoppelt ist und physisch
daran befestigt ist, bildet für die Elektronenkanone 51
innerhalb der CRT 50 eine Stütze und positioniert sie
sicher, wobei es sich versteht, daß die verschiedenen
oben erwähnten Elektroden durch herkömmliche Mittel wie
zum Beispiel Glasstäbe, die aus Gründen der Vereinfachung
nicht gezeigt sind, angekoppelt und in Position gehalten
werden. Mehrere wulstförmige Abstandshalter 62, die an
der Stützmanschette 60 angebracht sind und sich von ihr
aus erstrecken, nehmen eine auf einer Innenseite des
Glaskolbens 68 der CRT angeordnete
Widerstandsbeschichtung 84 (unten beschrieben) in Eingriff. Die
Widerstandsbeschichtung 84 erstreckt sich in den
Halsabschnitt 68a des Glaskolbens 68 und verhindert die
Lichtbogenbildung zwischen einer Kombination aus der G&sub5;-
Elektrode und der Stützmanschette 60 und einer G&sub6;-
Elektrode. Die Widerstandsbeschichtung 84 dient auch als
hochohmiger Spannungsteiler zwischen der Anode und den
Fokussiergittern.
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Der Glaskolben 68 der CRT weist einen
Halsabschnitt 68a und einen kegelstumpfförmigen
Trichterabschnitt 68b auf. An einem vorderen Abschnitt des
Trichterabschnjtts 68b des Glaskolbens 68 ist der Bildschirm
54 der CRT angeordnet. An der Innenfläche des Bildschirms
54 ist die Leuchtstoffbeschichtung 56 allgemein in Form
mehrerer diskreter Leuchtstoffelemente angeordnet, die in
Dreiergruppen angeordnet sind, wobei jeder
Elektronenstrahl auf eines der drei Elemente in jeder Gruppe
auftrifft, um eine jeweilige der Primärfarben Rot, Grün
und Blau zu erzeugen. Ein Anodenanschluß 70 ist an eine
(aus Gründen der Vereinfachung nicht gezeigte)
Spannungsquelle mit der Anodenspannung VA angekoppelt und
erstreckt sich durch den Glaskolben 68 der CRT. Durch den
Anodenanschluß 70 kann die Anodenspannung VA
verschiedenen Elektroden innerhalb des Glaskolbens 68 der CRT
zugeführt werden, wie hierin beschrieben. Ein innerhalb
des Glaskolbens der CRT angeordneter Getter 72 absorbiert
darin vorhandene Restgase. Der Getter 72 besteht aus
einem herkömmlichen Gettermaterial.
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Um den Glaskolben 68 der CRT ist allgemein
zwischen ihrem Halsabschnitt 68a und ihrem
kegelstumpfförmigen Trichterabschnitt 68b ein magnetisches
Ablenkjoch 58 angeordnet. Aufbau und Betrieb des magnetischen
Ablenkjochs 58 sind herkömmlicher Art, und es enthält
einen allgemein toroidförmigen Kern, der in der Regel aus
Ferritmaterial besteht und eine große Anzahl um den Kern
herum angeordneter Windungen aus elektrischen Leitern
umfaßt, um innerhalb der CRT 50 in der Nähe der Stelle,
wo die drei Elektronenstrahlen die G&sub5;-Elektrode verlassen
und sich in Richtung des Bildschirms 54 bewegen, ein
Magnetfeld zu erzeugen. Wie zuvor beschrieben, lenkt das
Ablenkjoch 58 die Elektronenstrahlen gemeinsam
rasterartig über den Bildschirm 54 ab. Das Ablenkjoch 58 bildet
einen Ablenkbereich 80, der dadurch gekennzeichnet ist,
daß er ein in der CRT 50 auf der Linie D-D' gelegenes
Elektronenstrahlablenkzentrum aufweist. Jeder der
Elektronenstrahlen wird durch das magnetische Ablenkjoch 58
von seiner jeweiligen Strahlachse abgelenkt, wie dies in
Figur 4 zum Beispiel durch den abgelenkten mittleren
Elektronenstrahl 52b' gezeigt ist.
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Jeder der drei Elektronenstrahlen wird mit Hilfe
einer Ablenkfokussierlinse 78, die aus der oben erwähnten
G&sub5;-Elektrode und einer G&sub6;-Elektrode gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht, auf den Bildschirm 54 fokussiert. Die
G&sub6;-Elektrode ist unmittelbar neben bzw. an der
Innenfläche des kegelstumpfförmigen Trichterabschnitts 68b des
Glaskolbens 68 der CRT angeordnet. In der in Figuren 4
und 5 gezeigten Ausführungsform liegt die G&sub6;-Elektrode in
Form einer leitfähigen Beschichtung vor, die auf der
Innenfläche des Glaskolbens 68 ringförmig symmetrisch um
die Achse A-A' angeordnet ist. Die G&sub6;-Elektrode liegt
vorzugsweise in Form einer Beschichtung auf Metall- oder
Kohlenstoffbasis vor und besteht aus einer beliebigen von
vielen dem Fachmann bekannten herkömmlichen
Zusammenstellungen für leitfähige Beschichtung. Die G&sub6;-Elektrode
erstreckt sich vorzugsweise von einem vorderen Abschnitt
des Glaskolbens 68 der CRT nach hinten zu einer Stelle
innerhalb des Ablenkjochs 58. Die G&sub6;-Elektrode ist
elektrisch an den Anodenanschluß 70 angekoppelt, um die
Anodenspannung VA zu empfangen. Auf einem inneren
Abschnitt des Glaskolbens 68 ist eine
Widerstandsbeschichtung 84 abgeschieden und erstreckt sich vom
Halsabschnitt 68a des Kolbens zu seinem
kegelstumpfförmigen Trichterabschnitt 68b. Die
Widerstandsbeschichtung 84 ist über einem hinteren Abschnitt
der G&sub6;-Elektrode angeordnet und stellt für den Strom eine
hochohmige Kriechstrecke dar, um eine
Hochspannungslichtbogenbildung zwischen der Kombination aus G&sub5;-Elektrode
und dem wulstförmigen Abstandshalter 62 und der
G&sub6;-Widerstandsbeschichtungselektrode zu verhindern. Wenn sich die
G&sub5;-Elektrode und die G&sub6;-Widerstandsbeschichtungselektrode
in das magnetische Ablenkjoch 58 hinein oder unmittelbar
daneben erstrecken, werden die drei Elektronenstrahlen
durch die Ablenkfokussierlinse 78 innerhalb eines
Strahlfokussierbereichs fokussiert, der gemäß der vorliegenden
Erfindung an der gleichen Stelle liegt wie der
Strahlablenkbereich 80. Die drei Elektronenstrahlen werden somit
gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb der CRT 50
gleichzeitig und deckend fokussiert und abgelenkt. Wenn
sich das Ablenkzentrum der drei Elektronenstrahlen auf
der Strahlablenkzentrumslinie D-D' befindet, kann der
Brennpunkt der aus der G&sub5;- und der G&sub6;-Elektrode
bestehenden Ablenkfokussierlinse 78 als Punkt 66 auf der
Elektronenstrahlachse A-A' dargestellt werden. Das
Elektronenstrahlablenkzentrum liegt somit innerhalb des
Brennpunktes 66 der Ablenkfokussierlinse 78, um, wie unten
beschrieben, die Elektronenstrahlablenkempfindlichkeit zu
steigern. Der Fokussier- und der Ablenkbereich innerhalb
der CRT 50 werden dadurch an die gleiche Stelle gelegt,
daß entweder der Strahifokussierbereich in Richtung des
Bildschirms 54 bewegt wird oder der Strahlablenkbereich
in Richtung des Halsabschnitts 68a des Glaskolbens 68 der
CRT bewegt wird. Den Fokussier- und den Ablenkbereich
innerhalb der CRT 50 an die gleiche Stelle zu legen,
gestattet auch eine Verkürzung der Länge der CRT.
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Ein Vergleich der aus der G&sub5;- und der G&sub6;-Elektrode
bestehenden Hauptfokussierlinse in der erfindungsgemäßen
Elektronenkanone 51 von Figuren 4 und 5 mit der
Hauptfokussierlinse der Elektronenkanone 11 nach dem Stand der
Technik von Figur 1 zeigt, daß die Hauptfokussierlinse
der erfindungsgemäßen Elektronenkanone einen Durchmesser
aufweist, der größer ist als der der Elektronenkanone
nach dem Stand der Technik. Durch eine Vergrößerung der
effektiven Größe der Hauptfokussierlinse verringert die
vorliegende Erfindung die sphärische Aberration des
Elektronenstrahls und verbessert den
Elektronenstrahlfleck auf dem Bildschirm der CRT.
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Während die G&sub6;-Elektrode vorzugsweise in Form
einer auf der Innenfläche des kegelstumpfförmigen
Trichterabschnitts 68b des Glaskolbens 68 der CRT angeordneten
leitfähigen Beschichtung vorliegt, kann die G&sub6;-Elektrode
auch andere Formen annehmen. So kann es sich bei der G&sub6;-
Elektrode beispielsweise um ein kegelstumpfförmiges
dünnes Metallgitter handeln, das an der Innenfläche des
Trichterteils 68b des Glaskolbens oder in eng
beabstandeter Beziehung dazu angeordnet ist. Das
kegelstumpfförmige Metallgitter kann durch verschiedene Mittel wie
z.B. eine dem Fachmann wohlbekannte entsprechende
Befestigungsbeschichtung in Position gehalten werden, um
das Metallgitter innerhalb der CRT 50 in Position zu
halten.
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Während Figur 4 die Elektronenstrahlfokussierung
auf den Bildschirm 54 der CRT zeigt, zeigt die obere
Schnittansicht von Figur 5 die Konvergenz des roten, des
grünen und des blauen Elektronenstrahls 52a, 52b und 52c
auf dem Bildschirm der CRT. Wie zuvor erläutert, werden
die drei Elektronenstrahlen 52a, 52b und 52c über den
Bildschirm 54 der CRT abgelenkt, wobei die
In-Line-Ausrichtung der drei Elektronenstrahlen insbesondere dann zu
Aberration und Unschärfe des Elektronenstrahls führt,
wenn die drei Elektronenstrahlen von der Achse A-A'
abgelenkt werden.
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Die G&sub4;- und die G&sub5;-Elektrode sind so ausgelegt,
daß sie die Fehlkonvergenz der drei Elektronenstrahlen
52a, 52b und 52c auf ein Minimum reduzieren. Die G&sub4;-
Elektrode enthält auf ihrer Hochspannungsseite eine
erste, eine zweite und eine dritte Appertur 90a, 90b und
90c für den Strahldurchtritt sowie drei entsprechende In-
Line-Aperturen 88a, 88b und 88c auf ihrer
Niederspannungsseite. Jeder Elektronenstrahl wird durch ein
ausgerichtetes Paar von Aperturen in der G&sub4;-Elektrode
gerichtet. In der Niederspannungsseite der G&sub5;-Elektrode
sind Aperturen 86a, 86b und 86c gegenüber den Aperturen
90a, 90b und 90c und mit diesen jeweils ausgerichtet
angeordnet. Zum Zweck dieser Erörterung wird angenommen,
daß die G&sub5;-Elektrode auf einer höheren Spannung als die
G&sub4;-Elektrode gehalten wird. Die drei Elektronenstrahlen
52a, 52b und 52c werden durch ausgerichtete Paare von
benachbarten Aperturen in gegenüberliegenden Abschnitten
der G&sub4;- und der G&sub5;-Elektrode gerichtet. Somit lassen die
ausgerichteten Aperturen 86a und 90a den roten
Elektronenstrahl durch, während die ausgerichteten Aperturen 86b
und 90b den grünen Elektronenstrahl durchlassen und die
ausgerichteten Aperturen 86c und 90c den blauen
Elektronenstrahl durchlassen. Unter Bezugnahme auf Figur 6 wird
eine Schnittansicht der in Figur 5 gezeigten Farb-CRT 50
und Elektronenkanone 51 entlang der Betrachtungslinie 6-6
in dieser Figur gezeigt. Figur 6 zeigt entlang der drei
Elektronenstrahlachsen die relative Position von
gegenüberliegenden, ausgerichteten Aperturen in der G&sub4;- und
der G&sub5;-Elektrode zur Korrektur von
Elektronenstrahlfehlkonvergenz auf dem Bildschirm. Jede der drei Aperturen
90a, 90b und 90c in der G&sub4;-Elektrode ist entlang einer
jeweiligen Elektronenstrahlachse ausgerichtet und darauf
zentriert. Analog dazu ist die mittlere Apertur 86b in
der G&sub5;-Elektrode zu der Achse des mittleren
Elektronenstrahls 52b ausgerichtet und darauf zentriert. Wie
besonders in Figur 6 gezeigt wird, sind die beiden
äußeren Aperturen 86a und 86c in der G&sub5;-Elektrode jedoch
relativ zu den Achsen der beiden äußeren
Elektronenstrahlen 52a bzw. 52c nach außen versetzt. Die
konzentrische Ausrichtung der mittleren Aperturen 86b und 90b
liefert zwischen der G&sub4;- und der G&sub5;-Elektrode ein im
wesentlichen symmetrisches elektrostatisches
Strahlfokussierfeld. Die außeraxialen Paare ausgerichteter
äußerer Aperturen 86a, 90a und 86c, 90c jedoch bewirken,
daß auf die beiden äußeren Elektronenstrahlen 52a und 52c
ein asymmetrisches elektrostatisches Fokussierfeld
angelegt wird, was zu einer verbesserten Konvergenz der
beiden äußeren Elektronenstrahlen auf den mittleren
Elektronenstrahl 52b am Bildschirm der CRT führt. Die
oben beschriebene Anordnung zur Korrektur der Konvergenz
ist für den Fall, bei dem G&sub5; auf einer höheren Spannung
als G&sub4; gehalten wird. In dem Fall, in dem G&sub4; auf einer
höheren Spannung als G&sub5; gehalten wird, wären die
Ausrichtung und die relative Größe der Aperturen umgekehrt. Wenn
G&sub4; beispielsweise auf einer höheren Spannung als G&sub5;
gehalten wird, so wären die größeren Aperturen in der
Hochspannungsseite der G&sub4;-Elektrode und die kleineren
Aperturen wären in der Niederspannungsseite der G&sub5;-
Elektrode. Außerdem wären die beiden äußeren Aperturen in
der Hochspannungsseite der G&sub4;-Elektrode entlang der
horizontalen Strahlachse nach außen versetzt, während die
beiden äußeren Aperturen in der Niederspannungsseite der
G&sub5;-Elektrode auf der Achse eines jeweiligen äußeren
Elektronenstrahls liegen würden. Weiterhin ist diese
Anordnung zur Korrektur der Elektronenstrahlkonvergenz
zwar hinsichtlich der G&sub4;- und der G&sub5;-Elektrode
beschrieben, doch könnte sie genausogut in ein anderes Paar
benachbarter Elektroden, zum Beispiel die G&sub3;- und die G&sub4;-
Elektrode, eingebaut werden.
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Dieser Ansatz zum Bereitstellen eines
asymmetrischen elektrostatischen Fokussierfeldes zwischen
benachbarten Elektronen in einer Elektronenkanone ist dem
Fachmann wohlbekannt. In der vorliegenden Erfindung
können auch andere Techniken zum Kompensieren der
Elektronenstrahlfehlkonvergenz, die durch die In-Line-
Auslegung der Elektronenkanone hervorgerufen wird,
verwendet werden. Beispielsweise kann die G&sub5;-Elektrode in
zwei oder drei Stücke unterteilt werden und zur Bildung
eines dynamischen elektrostatischen Quadrupols verwendet
werden. In diesem Fall wird eine dynamische Spannung Vd
an den unteren und den oberen Abschnitt der so
unterteilten G&sub5;-Elektrode angelegt, während an den mittleren Teil
der G&sub5;-Elektrode eine feste Spannung angelegt wird, um
ein Quadrupolfeld zur Kompensierung von statischer
Fehlkonvergenz der In-Line-Elektronenstrahlen zu bilden.
Eine derartige Anordnung ist in einem in dem
SID-87-Digest auf Seite 162 erschienenen Artikel mit dem
Titel "Quadrupole Lens for Dynamic Focus and Astigmatism
Control in an Elliptical Aperture Lens Gun" von Shirai et
al. offenbart. Verschiedene dynamische
Quadrupolanordnungen in einer Elektronenkanone 51 für eine Farb-CRT
sind auch in dem US-Patent Nr. 5,036,258 an Chen et al.
offenbart. In der Elektronenkanone 51 der vorliegenden
Erfindung können andere, dem Fachmann wohlbekannte
Anordnungen zur Korrektur von Fehlkonvergenz verwendet
werden, wobei diese Erfindung nicht auf einen speziellen
Ansatz zur Korrektur von Fehlkonvergenz beschränkt ist.
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Unter Bezug auf Figur 7 wird eine Aufrißansicht
eines Abschnitts eines Bildschirms 48 einer Farb-CRT nach
dem Stand der Technik mit einem gemeinsamen
Elektronenlinsensystem mit großer Apertur für die drei
Elektronenstrahlen gezeigt, die die drei Elektronenstrahlflecke
53a, 53b und 53c zeigt, wobei die beiden äußeren
Elektronenstrahlflecke verzerrt sind. Wie in Figur 7 gezeigt,
enthalten die inneren Abschnitte der beiden äußeren
Elektronenstrahlflecke 53a und 53c eine nach außen
gerichtete Erweiterung bzw. Elektronenstreuung, die durch
das Überfokussieren der äußeren Strahlen der beiden
äußeren Elektronenstrahlbündel bei ihrem Durchgang durch
eine gemeinsame Linse hervorgerufen werden. Die nicht-
kreisförmigen Querschnitte der beiden äußeren
Elektronenstrahlflecke 53a, 53c, was als sphärische Aberration
bezeichnet wird, wird durch das auf die beiden äußeren
Elektronenstrahlen angelegte horizontale asymmetrische
elektrostatische Fokussierfeld hervorgerufen.
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Um die asymmetrischen äußeren Elektronenstrahlen
52a, 52c zu korrigieren, werden die beiden äußeren
Aperturen 86a und 86c in der G&sub5;-Elektrode in einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer
asymmetrischen Form versehen, wie in der Schnittansicht von
Figur 8 entlang der Betrachtungslinie 8-8 in Figur 5 zu
sehen ist. Aus Figur 8 ist ersichtlich, daß jede der
äußeren Aperturen 86a und 86c in der G&sub5;-Elektrode eine
etwas unregelmäßige, krummlinige Form aufweist.
Insbesondere erstreckt sich ein innerer Abschnitt jeder der
Aperturen 86a, 86c, der in Richtung der mittleren
Strahlapertur 86b angeordnet ist, über eine Entfernung R&sub2;
von der Achse des äußeren Elektronenstrahls. Analog dazu
erstreckt sich der gegenüberliegende äußere Abschnitt
jeder der äußeren Elektronenstrahlaperturen 86a, 86c über
eine Entfernung R&sub1; von der Mittellinie bzw. Achse des
Elektronenstrahls. Wie aus Figur 8 ersichtlich, ist R&sub2; >
R&sub1;, und der innere Abschnitt jeder der äußeren
Elektronenstrahlaperturen 86a, 86c weist einen größeren
Krümmungsradius auf als der gegenüberliegende äußere
Abschnitt der Apertur. Jede der äußeren
Elektronenstrahlaperturen 86a, 86c ist somit um die Achse des
zugeordneten Elektronenstrahls horizontal asymmetrisch, wobei der
durch die Apertur hindurchtretende Strahl sich weiter
nach innen erstreckt bzw. in Richtung der Mittellinie der
Elektronenkanone als von der Elektronenstrahlachse nach
außen. Durch die horizontale Asymmetrie jeder der äußeren
Elektronenstrahlaperturen 86a, 86c in der G&sub5;-Elektrode um
die Achse ihres zugeordneten Elektronenstrahls kann jede
dieser Aperturen gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in
Figur 10 für die drei Elektronenstrahlen 52a, 52b und 52c
gezeigt, die beiden äußeren Elektronenstrahlen in die
Form von rotationssymmetrischen bzw. kreisförmigen
Elektronenstrahlflecken auf dem Bildschirm der CRT
fokussieren. Auf diese Weise liegt jede der äußeren
Elektronenstrahlaperturen 86a und 86c an ihren
zugeordneten Elektronenstrahl ein asymmetrisches Feld an, um das
an die Elektronenstrahlen angelegte asymmetrische
elektrostatische Fokussierfeld zu kompensieren. Eine
Anordnung zum Kompensieren des asymmetrischen
elektrostatischen Feldes einer Elektronenstrahlfokussierlinse
durch Bilden von kreisformigen Elektronenstrahlflecken
auf dem Bildschirm der CRT wird in der gleichzeitig
anhängigen Anmeldung mit der laufenden Nummer 885, 880 mit
dem Titel "Electron Beam Shaping Aperture in Low Voltage,
Field-Free Region of Electron Gun"
(Elektronenstrahlformende Apertur im feldfreien Niederspannungsbereich
einer Elektronenkanone), die unter dem Namen des
vorliegenden Erfinders eingereicht wurde, beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf Figur 9 wird eine
Schnittansicht
entlang der Betrachtungslinie 9-9 in Figur 5 eines
Abschnitts der Elektronenkanone 51 in der hier gezeigten
CRT 50 gezeigt. Die Schnittansicht von Figur 9 ist eine
Draufsicht auf die Hochspannungsseite der G&sub4;-Elektrode in
der Elektronenkanone 51. Die Auslegung der Aperturen in
der in Figur 9 gezeigten G&sub4;-Elektrode ist für den Fall,
wenn die G&sub4;-Elektrode mit einer niedrigeren Spannung
betrieben wird als die G&sub5;-Elektrode. In diesem Fall
weisen die beiden äußeren Aperturen 90a und 90c in der
Niederspannungsseite der G&sub4;-Elektrode asymmetrische
Formen auf. So haben zum Beispiel die äußeren Abschnitte
jeder der äußeren Elektronenstrahlaperturen 90a, 90c
einen größeren Krümmungsradius und erstrecken sich weiter
weg von der Strahlachse als die gegenüberliegenden
inneren Abschnitte der Aperturen. Somit ist R&sub1; > R&sub2;, so
daß die beiden äußeren Elektronenstrahlaperturen 90a, 90c
an die äußeren Elektronenstrahlen ein horizontales
asymmetrisches elektrostatisches Feld anlegen können, daß
das von der gemeinsamen Fokussierlinse angelegte horizon
tale asymmetrische elektrostatische Fokussierfeld
kompensiert. Die asymmetrische Form der beiden äußeren
Aperturen 90a, 90c in der in Figur 9 gezeigten G&sub4;-Elektrode ist
die Umkehrung der Asymmetrie der beiden äußeren Aperturen
86a, 86c in der in Figur 8 gezeigten G&sub5;-Elektrode, und
zwar aufgrund des Unterschiedes bei den relativen
Spannungen, mit denen diese beiden benachbarten
Elektroden in diesen beiden Ausführungsformen betrieben werden.
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Unter Bezugnahme auf Figur 11 wird eine weitere
Ausführungsform einer CRT 110 gezeigt, die eine
Elektronenkanone 64 gemäß den Grundlagen der vorliegenden
Erfindung enthält. Figur 11 ist eine obere Schnittansicht
durch die CRT 110, ähnlich zu der in Figur 4 gezeigten
der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei in den
beiden Figuren gleiche Elementzeichen verwendet werden,
um die gleichen Elemente zu identifizieren, die die
gleiche Funktion auf im wesentlichen die gleiche Weise
ausführen. Der Unterschied zwischen der in der CRT 110
von Figur 11 gezeigten Elektronenkanone 64 und der in der
CRT 50 von Figur 4 gezeigten Elektronenkanone 51 liegt in
der Auslegung der G&sub5;-Elektrode. In der Ausführungsform
der Elektronenkanone von Figur 11 liegt die G&sub5;-Elektrode
analog zur G&sub6;-Elektrode in Form einer auf der Innenfläche
des Halsabschnitts 68a des Glaskolbens 68 der CRT
angeordneten leitfähigen Beschichtung vor. Die G&sub5;-Elektrode
erstreckt sich in den Strahlablenkbereich 80 und hat zum
magnetischen Ablenkjoch 58 einen geringen Abstand. Wie in
der vorausgegangenen Ausführungsform überlappt der
Elektronenstrahlfokussierbereich, der aus der G&sub5;- und der
G&sub6;-Elektrode, die die Ablenkfokussierlinse 78 bilden,
besteht, den Strahlablenkbereich 80. Vorzugsweise besteht
die G&sub5;-Elektrode aus einem leitfähigen Material auf
Metall- oder Kohlenstoffbasis ähnlich zu dem der G&sub6;-Elektrode.
Eine Widerstandsbeschichtung 84 ist auf der Innenseite
des Glaskolbens angeordnet und erstreckt sich in den
Halsabschnitt 68a des Glaskolbens. Entweder deckt die
Widerstandsbeschichtung 84 benachbarte Kanten der G&sub5;- und
der G&sub6;-Elektrode ab, oder sie erstreckt sich über eine
Elektrode und unter einer benachbarten,
gegenüberliegenden Kante der anderen Elektrode. Die
Widerstandsbeschichtung 84 verhindert die Lichtbogenbildung zwischen
der G&sub5;- und der G&sub6;-Elektrode. Die G&sub6;-Elektrode ist an den
Anodenanschluß ängekoppelt (der in Figur 11 aus Gründen
der Vereinfachung nicht gezeigt ist), um auf die
Anodenspannung VA aufgeladen zu werden, wie schon zuvor für die
in Figuren 4 und 5 gezeigte Ausführungsform beschrieben.
Wie bei der vorausgegangenen Ausführungsform wird die G&sub5;-
Elektrode durch eine (aus Gründen der Vereinfachung nicht
gezeigte) geeignete Spannungsquelle auf ein Potential in
der Größenordnung von 7kv aufgeladen. Eine geladene
Stützmanschette 45 ist über wulstförmige Abstandshalter
46 elektrisch an die G&sub5;-Elektrode angekoppelt, um eine
entsprechende Spannung an diese Elektrode anzulegen.
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Unter Bezugnahme auf Figur 12 wird eine
graphische Darstellung der Veränderung der Spannung entlang
der Achse des Elektronenstrahls in den beiden in Figuren
und 11 gezeigten erfindungsgemäßen Elektronenkanonen
gezeigt. Wie in Figur 12 gezeigt, steigt die Spannung
entlang der Elektronenstrahlachse von etwa 25% der
Anodenspannung (VA) in der Nähe der G&sub5;-Elektrode auf im
wesentlichen den vollen Wert von VA am Bildschirm 54 der
CRT an. Die Axialspannung des Elektronenstrahls steigt im
Bereich der G&sub6;-Elektrode an, die unmittelbar neben oder
an der Innenfläche des kegelstumpfförmigen
Trichterabschnitts des Glaskolbens der CRT angeordnet ist. Aus
Figur 12 ist ersichtlich, daß der Elektronenstrahl bei
Ablenkung in der Nähe der benachbarten Abschnitte der
G&sub5;- und der G&sub6;-Elektrode eine relativ niedrige Spannung
aufweist, um für eine gesteigerte
Strahlablenkempfindlichkeit zu sorgen. Die Elektronenstrahlspannung wird
dann nach der Strahlablenkung von der G&sub5;-Elektrode
erhöht, um die hohe Energie zu realisieren, die
erforderlich ist, um die Leuchtstoffbeschichtung 56 auf der
Innenfläche des Bildschirms 54 der CRT anzuregen.
Dadurch, daß der Elektronenstrahl abgelenkt wird, während
er noch eine niedrigere Spannung aufweist, kann das
magnetische Ablenkfeld verringert werden, was die
Verwendung einer niedrigeren Stromstärke im Ablenkjoch oder
ein kleineres, einfacheres Ablenkjoch gestsattet.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren 13a, 13b und 13c
wird nun die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung
bei der Erhöhung der
Elektronenstrahlablenkempfindlichkeit erläutert. Bei jeder der Figuren 13a, 13b und 13c
handelt es sich um ein vereinfachtes Strahldiagramm eines
Elektronenstrahlbündels, das (ohne Aberration) durch eine
ideale Fokussierlinse tritt. In Figur 13a befindet sich
das Objekt (O) jenseits bzw. außerhalb eines ersten
Brennpunktes (F&sub1;) der Linse. In diesem Fall sind die
Strahlen des Elektronenstrahlbündels auf einen Bildpunkt
(I) jenseits eines zweiten Brennpunktes (F&sub2;) der
Fokussierlinse fokussiert. Allgemein werden die Strahlen
in Richtung der Linsenachse A-A' fokussiert, wenn sich
das Objekt O jenseits des Brennpunktes der Linse
befindet.
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Unter Bezugnahme auf Figur 13b wird der Fall
gezeigt, bei dem sich das Objekt O am ersten Brennpunkt
F&sub1; der Linse befindet. In diesem Fall werden die Strahlen
parallel zur Linsenachse A-A' gerichtet und bilden
entlang der Achse einen kollimierten Strahl. Das Bild I
befindet sich im Unendlichen, und die Strahlen sind nicht
auf die Achse A-A' fokussiert.
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Unter Bezugnahme auf Figur 13c wird eine
Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der
sich das Objekt O innerhalb der Brennweite F&sub1; der
Fokussierlinse befindet. In diesem Fall wird auf der
Achse A-A' zwischen dem Objekt O und der Linse ein
virtuelles Bild (V.I.) gebildet. Jeder der von dem Objekt
O ausgehenden Strahlen wird nach außen bzw. von der Achse
A-A' weg gebrochen, so daß sie auf den Ort des virtuellen
Bildes ausgerichtet sind. Wenn die gestrichelte Linie
S-S' einen CRT-Bildschirm darstellt, so ist ersichtlich,
daß jeder der Strahlen ab einer Projektion eines ent
sprechenden Strahls, der von dem Objekt O ausgeht, von
der Achse A-A' um eine Entfernung D nach außen abgelenkt
wird. Insbesondere ist ersichtlich, daß der vom Objekt
ausgehende oberste Strahl nach oben um eine Entfernung D
gebrochen wird, von wo aus er den Bildschirm S-S,
schneiden würde, falls die Linse nicht existieren würde.
Diese Entfernung D stellt eine Erhöhung der
Ablenkempfindlichkeit des Strahls durch Positionieren des
Ablenkzentrums des Elektronenstrahls am Objektort O und
innerhalb der Brennweite F&sub1; der Fokussierlinse dar. Diese
erhöhte Ablenkempfindlichkeit gestattet verringerte
Leistungsanforderungen an das magnetische Ablenkjoch. So
kann zum Beispiel ein kleineres Ablenkjoch oder ein
niedrigerer Ablenkstrom verwendet werden, was die
Verwendung einer kleineren Stromversorgung für die
Ablenkung erlaubt. Diese erhöhte Ablenkempfindlichkeit
ist insbesondere bei den sich gerade in der Entwicklung
befindlichen hochauflösenden CRTs wichtig, bei denen viel
höhere Ablenkfrequenzen zum Einsatz kommen. Diese erhöhte
Ablenkempfindlichkeit der vorliegenden Erfindung
gestattet, diese höheren Ablenkfrequenzen viel leichter
und mit geringeren Kosten zu erreichen.
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Unter Bezugnahme auf Figur 14a wird ein
vereinfachtes Schemadiagramm gezeigt, das den Effekt eines
"dynamischen" Ablenkzentrums zeigt, der bei
gleichzeitiger
und deckender Fokussierung und Ablenkung der
Elektronenstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung
auftritt. Wie in Figur 14a zu sehen, haben die Strahlen
eines Elektronenstrahlbündels aufgrund des Brechungs
effektes der Ablenklinse auf die Strahlen des
Elektronenstrahlbündels für verschiedene Ablenkwinkel ihren
Ursprung an geringfügig verschiedenen Stellen entlang der
Linsenachse A-A'. So zum Beispiel scheint ein Strahl
eines Elektronenstrahlbündels, der auf Punkt 1 auf dem
Schirm S-S' auftrifft, seinen Ursprung bei Punkt 1' auf
der Linsenachse zu haben. Ein Strahl eines
Elektronenstrahlbündels, der bei Punkt 2 auf dem Schirm S-S'
auftrifft, scheint seinen Ursprung bei Punkt 2' auf der
Fokussierablenklinsenachse A-A' zu haben. Um diesen
Effekt des dynamischen Ablenkzentrums auf die
Elektronenstrahlen zu berücksichtigen, ist es erforderlich, die
Leuchtstoffelemente auf der Innenfläche des Bildschirms
der CRT gemäß diesem Effekt des dynamischen
Ablenkzentrums zu belichten bzw. zu aktivieren.
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Unter Bezugnahme auf Figur 14b wird ein
vereinfachtes Schemadiagramm einer Anordnung zum Belichten der
Leuchtstoffelemente innerhalb der Beschichtung 56 auf der
Innenfläche des Bildschirms 54 der CRT gezeigt. Wie zuvor
beschrieben, ist eine Farbwahlelektrode in der Form einer
Lochmaske 82 in eng beabstandeter Beziehung zu der
Leuchtstoffbeschichtung 56 angeordnet. Elektronen von den
drei Elektronenstrahlen durchqueren die Aperturen 98
innerhalb der Lochmaske 82 und treffen auf vorbestimmte
Bereiche innerhalb der Leuchtstoffbeschichtung 56 auf.
Die In-Line-Anordnung und die räumliche Trennung der drei
Elektronenstrahlen erfordert eine prazise Ausrichtung
zwischen jeder der Aperturen 98 innerhalb der Lochmaske
82 bezüglich der drei Elektronenstrahlen, wenn sie auf
die Leuchtstoffbeschichtung 56 auftreffen. Der Weg eines
ein Leuchtstoffelement aktivierenden Lichtstrahls muß mit
dem eines entsprechenden Elektronenstrahls, der während
des CRT-Betriebs auf das gleiche Leuchtstoffelement
auftrifft, übereinstimmen. Die Anordnung von Figur 14b
befaßt sich mit der Belichtung der oben erwähnten
vorbestimmten
Stellen in der Leuchtstoffbeschichtung 56 mit
Licht, um diese Leuchtstoffelemente zu aktivieren, so daß
sie auf einen darauf auftreffenden Elektronenstrahl mit
der Abgabe von Licht reagieren. Die derart beleuchteten
Leuchtstoffelemente sind in Dreiergruppen angeordnet, um
die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau zu
berücksichtigen.
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Die die Leuchtstoffelemente beleuchtende bzw.
aktivierende Anordnung, die in Figur 14b gezeigt ist,
enthält ein an eine Lichtquelle 102 gekoppeltes
Lichtquellenverschiebungssystem 100 zum Beleuchten
vorbestimmter Bereiche oder Zonen auf der Leuchtstoffbeschichtung
56. Das Lichtquellenverschiebungssystem 100 kann entlang.
einer Achse B-B' quer zu einer durch die Mitte des
Bildschirms verlaufenden Ebene in Richtung des
Bildschirms 54 und von ihm weg bewegt werden. Da die
vorliegende Erfindung beinhaltet, die Strahlablenk- und
Fokussierbereiche an gleicher Stelle anzuordnen und das
Strahlablenkzentrum innerhalb der Brennweite der
Hauptfokussierlinse der Elektronenkanone zu positionieren,
wird sich die Position der belichteten Elemente innerhalb
der Leuchtstoffbeschichtung 56 von der einer
Elektronenkanone in einer herkömmlichen Farb-CRT unterscheiden, bei
der die Ablenk- und Fokussierbereiche getrennt gehalten
werden und das Ablenkzentrum immer an einer festgelegten
Position angeordnet ist. Die sich überlappenden
Fokussier- und Ablenkbereiche in der Elektronenkanone der
vorliegenden Erfindung müssen bei der Aktivierung der
Leuchtstoffelemente berücksichtigt werden, da die
Ablenklinse bewirkt, daß sich das Strahlablenkzentrum entlang
der Z-Achse bewegt, was berücksichtigt werden muß. Dies
wird bewerkstelligt, indem die Lichtquelle 102 relativ
zur Lochmaske 82 und zum Bildschirm 54 bewegt wird. Die
Lichtquelle 102 kann entweder kontinuierlich oder
schrittweise in Richtung des Bildschirms 54 verschoben
werden, wobei die Lichtquelle entweder eingeschaltet
bleibt oder periodisch eingeschaltet wird, um
verschiedene Gruppen aus drei Leuchtstoffelementen zu beleuchten.
Bei dem schrittweisen Verfahren kann der Bildschirm 54 in
Zonen unterteilt werden, um alle Leuchtstoffelemente in
einer gegebenen Zone zur gleichen Zeit zu aktivieren. Ein
Strahlblockierer 116a mit Apertur mit veränderlicher
Größe kann zusammen mit einem axialen Strahlblockierer
119b verwendet werden, um während der Aktivierung der
Leuchtstoffelemente die Beleuchtung unerwünschter
Bereiche des Bildschirms mit Licht zu verhindern. Um die
Veränderung in den relativen Positionen der drei
Elektronenstrahlen bei ihrem Auftreffen auf den Bildschirm 54 zu
berücksichtigen, sorgt das
Lichtquellenverschiebungssystem 100 für eine lineare Verschiebung der Lichtquelle
102 relativ zum Bildschirm. Wenn sich die Lichtquelle 102
am Punkt A befindet und wenn der axiale Strahlblockierer
116b entfernt ist, werden Lichtstrahlen durch eine
Apertur 118 innerhalb des Strahlblockierers 116a und auf
die Leuchtstoffelemente 104 im Zonenbereich A gerichtet,
um die Leuchtstoffelemente auf diesem Abschnitt des
Bildschirms 54 zu aktivieren. Die Lichtquelle 102 wird
dann abgeschaltet und mit Hilfe des
Lichtquellenverschiebungssystems 100 zu Punkt B auf der Achse B-B'
bewegt. Der axiale Strahiblockierer 119b wird dann auf
der Achse B-B' zwischen dem mit einer Apertur versehenen
Strahlblockierer 116a und dem Bildschirm 54 positioniert.
Das Einschalten der Lichtquelle 102 bei Position B führt
zu einer Beleuchtung und Aktivierung der
Leuchtstoffelemente 106 im Zonenbereich B auf der Innenfläche des
Bildschirms 54, wobei der axiale Strahlbiockierer 119b
verhindert, daß Licht auf die zuvor aktivierten
Leuchtstoffelemente innerhalb des Zonenbereichs A auftrifft.
Bei der in Figur 14b gezeigten Ausführungsform sind die
Apertur 118 und der axiale Strahlblockierer 119b sowie
der Zonenbereich A kreisformig, während der Zonenbereich
B ebenfalls kreisformig ist und durch innere und äußere
Radien definiert wird. Indem die Größe der Apertur 118
und/oder die Beabstandung des axialen Strahlblockierers
116b zwischen dem Bildschirm 54 und dem mit einer Apertur
versehenen Strahlblockierer 116a verändert wird, können
verschiedene Zonenbereiche auf dem Bildschirm 54 gezielt
aktiviert werden. Für den Fachmann sind andere
Anordnungen
zum Aktivieren der Leuchtstoffelemente 104 auf dem
Bildschirm 54 offensichtlich, wobei einige das
kontinuierliche Verschieben der Lichtquelle 102 und die
kontinuierliche Beleuchtung durch die Lichtquelle 102
beinhalten, während andere die schrittweise Verschiebung
der Lichtquelle und die periodische Beleuchtung gezielter
Leuchtstoffelemente beinhalten. Die Anordnung mit der
selektiven Aktivierung der Leuchtstoffelemente
berücksichtigt die durch die Ablenklinse der vorliegenden
Erfindung hervorgerufene Bewegung des
Elektronenstrahlablenkzentrums entlang der Achse der Elektronenkanone.
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Unter Bezugnahme auf Figur 15 wird ein teilweise
weggeschnittener Abschnitt einer CRT 120 gezeigt, der
eine perspektivische Ansicht eines auf einem vorderen
Abschnitt einer G&sub5;-Elektrode (in der Figur nicht gezeigt)
angeordneten wulstförmigen Abstandshalter 122 zeigt. Der
wulstförmige Abstandshalter 122 ist abgeändert worden,
wobei gegenüberliegende seitliche Schlitze 124a und 124b
in entgegengesetzten seitlichen Abschnitten des
wulstförmigen Abstandshalters miteinbezogen worden sind, um
zur Korrektur der sphärischen Aberration des
Elektronenstrahls ein asymmetrisches elektrostatisches Feld auf die
beiden äußeren Elektronenstrahlen R und B anzulegen.
Durch die seitlichen Schlitze 124a und 124b im vorderen
Abschnitt des wulstförmigen Abstandshalters 122 wird die
Stärke des auf die äußeren Strahlen der beiden äußeren
Elektronenstrahlbündel R und B angelegten
elektrostatischen Feldes erhöht, um die Überkreuzung von
einzelnen Elektronenstrahlen zu verringern und die in Figur 7
gezeigte und oben erörterte nach innen gerichtete
Uberfokussierung der beiden äußeren Elektronenstrahlflecken
nach dem Stand der Technik zu eliminieren.
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Unter Bezugnahme auf Figur 16 wird eine
Querschnittsansicht einer CRT entlang der CRT-Achse von ihrem
Bildschirmende einer weiteren Ausführungsform zum
Korrigieren der sphärischen Aberration des Elektronenstrahls
gezeigt. Wie in Figur 16 gezeigt, ist die
Widerstandsbeschichtung 84 mit gegenüberliegenden seitlichen Kerben
84a und 84b ausgestattet, um die nach hinten zeigenden
Verlängerungen 85a und 85b der G&sub6;-Elektrode freizulegen.
Die nach hinten gerichteten Verlängerungen 85a, 85b der
G&sub6;-Elektrode vergrößern das auf die äußeren Strahlen der
beiden äußeren Elektronenstrahlbündel R und B angelegte
elektrostatische Feld, um die Überkreuzung von
Elektronenstrahlen zu verringern. Durch die Verringerung der
Überkreuzung von Elektronenstrahlen werden die nach innen
gerichteten Erweiterungen der in Figur 7 gezeigten
äußeren Elektronenstrahlflecke 53a und 53c nach dem Stand
der Technik eliminiert, um die kreisförmigen
Elektronenstrahlen 52a, 52b und 52c von Figur 10 zu schaffen. Die
Anordnungen von Figuren 15 und 16 funktionieren somit
insofern, als sie die sphärische Aberration in den
Elektronenstrahlen korrigieren, die aus dem
asymmetrischen elektrostatischen Fokussierfeld entstehen, das
auf die Strahlen während ihrer Fokussierung auf den
Bildschirm der CRT angelegt wird. Die in Figuren 15 und
16 gezeigten Ansätze können auch zusammen mit den in den
Schnittansichten von Figuren 8 und 9 gezeigten Ansätzen
mit asymmetrischer Apertur verwendet werden, um das
asymmetrische elektrostatische Fokussierfeld zu
korrigieren, so daß auf dem Bildschirm kreisförmige
Elektronenstrahlflecke geschaffen werden.
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Beim Entwurf von Elektronenkanonen wird der
Elektronenstrahlwinkel vom Strahlformbereich (BFR) der
Elektronenkanone in der Nähe der G&sub2;- und der G&sub3;-Elektrode
diktiert. Bei diesem erfindungsgemäßen Entwurf einer
Elektronenkanone mit Ablenklinse wird der Strahlwinkel
bei kleinen Stromstärken (ic ≤ 0,5 mA) zu klein, wenn der
BFR für hohe Strahlstromstärken (ic ≥ 2 mA) optimiert
wird. Figur 17a ist ein vereinfachtes Schemadiagramm des
BFR-Abschnitts in der Nähe der G&sub2;- und der G&sub3;-Elektrode
einer typischen Elektronenkanone nach dem Stand der
Technik und veranschaulicht verschiedene Flugbahnen von
Elektronen in dem Elektronenstrahl. Die geringe Größe des
Strahlwinkels in der Elektronenkanone nach dem Stand der
Technik wird in Figur 17b gezeigt, bei der es sich um ein
vereinfachtes Schemadiagramm handelt, das den Einfluß des
elektrostatischen Fokussierfeldes auf den
Elektronenstrahl
in dem Hochspannungs-Fokussierabschnitt der
Elektronenkanone nach dem Stand der Technik
veranschaulicht. Aus Figur 17a ist ersichtlich, daß in der BFR
der Elektronenkanone nach dem Stand der Technik eine
einzige Strahlüberkreuzung vorliegt. Wenn in der
Elektronenkanone der vorliegenden Erfindung ein herkömmlicher
BFR-Entwurf verwendet wird, so könnte die Nachführung des
Brennpunktes ein Problem sein, da die optimale
Fokussierspannung mit den Veränderungen in der Strahlstromstärke
variiert.
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In der vorliegenden Erfindung wird dieses
mögliche Problem vermieden, indem zwischen der G&sub2;- und der
G&sub3;-Elektrode ein elektrostatisches Fokussierfeld E großer
Stärke, z.B. zwischen 270 V/mil und 450 V/mil, und bei G&sub3;
eine verringerte Aperturgröße bereitgestellt wird. Dieses
starke elektrostatische Feld erzeugt eine zweite
Strahlüberkreuzung bei niedrigem Strahlstrom, wie in Figur 18a
gezeigt, bei der es sich um ein vereinfachtes
Schemadiagramm des BFR-Abschnitts der erfindungsgemäßen
Elektronenkanone handelt und die verschiedene Flugbahnen
von Elektronen in dem Elektronenstrahl veranschaulicht
und eine zweite Strahlüberkreuzung in der BFR zeigt.
Figur 18b ist ein vereinfachtes Schemadiagramm, das den
Einfluß des elektrostatischen Fokussierfeldes auf den
Elektronenstrahl in dem Hochspannungs-Fokussierabschnitt
der erfindungsgemäßen Elektronenkanone zeigt. Ein
Vergleich von Figuren 17b und 18b zeigt, daß der
Niederstrom-Elektronenstrahlwinkel bei der erfindungsgemäßen
Elektronenkanone viel größer ist als bei der
Elektronenkanone nach dem Stand der Technik. Indem in der BFR ein
starkes elektrostatisches G&sub2;-/G&sub3;-Fokussierfeld
bereitgestellt wird, wird in der BFR der erfindungsgemäßen
Elektronenkanone eine zweite Strahlüberkreuzung gebildet,
um den Niederstrom-Strahlwinkel zu optimieren und das
Problem der Brennpunktnachführung auf ein Minimum zu
reduzieren.
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Es ist somit eine Elektronenstrahlablenklinse zur
Verwendung in der Hauptfokussierlinse in einer Farb-CRT
vorgeführt worden, die gleichzeitige und räumlich
deckende Fokussierung und Ablenkung der
Elektronenstrahlen der CRT gestattet. Durch Positionieren von einer
oder mehreren Elektroden der Hauptfokussierlinse der CRT
auf einer Innenfläche des Glaskolbens der CRT kann die
Hauptfokussierlinse innerhalb des Magnetfeldes des
Ablenkjochs positioniert werden, so daß bei Ausbildung
einer Strahlablenklinse das Ablenkzentrum des Strahls
innerhalb der Brennweite der Hauptfokussierlinse gelegt
wird. Die Ablenklinse fokussiert nicht nur den Strahl auf
den Bildschirm der CRT, sondern steigert auch die
Strahlablenkempfindlichkeit, während der Strahl durch das Joch
abgelenkt wird. Durch das Zusammenfallen der
Strahlfokussier- und Ablenkbereiche wird die
"Projektionsentfernung" des Strahls (feldfreier Bereich) und auch der
Raumladungseffekt des Strahls verringert und
infolgedessen der Strahlfleck auf dem Bildschirm der CRT
verbessert. Durch das Positionieren einer Fokussierelektrode
(bzw. Fokussierelektroden) am Hals- oder
Trichterabschnitt der CRT wird der äquivalente Durchmesser der
Hauptfokussierlinse erhöht, was die sphärische Aberration
der Linse auf den Strahl verringert, während das Anordnen
der Strahlfokussier- und Ablenkbereiche an der gleichen
Stelle auch eine kürzere Länge der CRT zuläßt.
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Obwohl bestimmte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, so ist
es für den Fachmann offensichtlich, daß Veränderungen und
Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel
wird hier beschrieben, daß die
Elektronenstrahlablenklinse der vorliegenden Erfindung in einer
Elektronenkanone mit sechs (6) Elektroden enthalten ist, doch ist
die Erfindung nicht auf die Verwendung in dieser Art von
Elektronenkanone begrenzt, sondern kann bei so gut wie
allen der gebräuchlicheren Mehrstrahl-Elektronenkanonen
eingesetzt werden. Das Ziel der beigefügten Ansprüche ist
deshalb, alle derartigen Veränderungen und
Modifikationen, wie sie in den Schutzbereich der Erfindung fallen,
abzudecken. Der in der vorausgehenden Beschreibung und in
beiliegenden Zeichnungen dargelegte Erfindungsgegenstand
ist lediglich beispielhaft ausgeführt und soll nicht als
Einschränkung verstanden werden. Der eigentliche
Schutzbereich der Erfindung soll in den nachfolgenden
Ansprüchen definiert werden.