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Kathodenstrahlröhre besonders Farbfernseh-Bildröhre
Die Erfindung beziehtsich auf Kathodenstrahlröhren zur Erzeugung mehrfärbiger Bilder und auf Strahlsysteme, d. h. Elektronenschleudern für solche Röhren. Die Erfindung zielt insbesondere auf Elektronenschleudersysteme zur Verwendung in solchen Röhren ab, die einen aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Schichten von Phosphoren bestehenden Leuchtschirm enthalten, wobei jede derartige Schicht bei Anregung durch Elektronen Licht einer Farbe emittiert, die von den in den andern Schichten emittierten Farben verschieden ist.
Bei Kathodenstrahlröhren der oben beschriebenen Art ist es bekannt, die Phosphorschichten mit Elektronen selektivanzuregen, um Lumineszenz einer gegebenen Farbe hervorzurufen. Die Anregung der einzelnen Phosphorschicht oder-schichten und damit die Farbe des emittierten Lichtes ist eine Funktion der Geschwindigkeit des anregenden Elektronenstrahls. Durch selektive Veränderung der Geschwindigkeit eines einzigen Strahles oder durch Anordnung einer Mehrzahl von verschiedenen Strahlen mit unterschiedli-
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Es ist vorgeschlagen worden, eine Mehrzahl von getrennten Elektronenstrahlsystemen vorzusehen, die bei in bezug auf den Leuchtschirm verschiedenen Spannungen betrieben werden können, um so eine Mehrzahl von Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit zu erlangen. Alle Strahlen werden dann mit einer gemeinsamen Ablenkungsvorrichtung, z. B. einem elektromagnetischen Ablenkungsjoch ausserhalb der Röhre, abgelenkt, so dass die Strahlen den Leuchtschirm in einem zusammengesetzten Raster oder Muster abtasten. Da jedoch die Strahlen verschiedene Geschwindigkeiten haben, werden sie durch die gemeinsame Ablenkungsvorrichtung in verschiedener Weise abgelenkt werden und es ergeben sich auf dem Schirm nicht zusammenfallende Raster verschiedener Grösse.
Um ein zufriedenstellendes zusammengesetztes Mehrfarbenbild zu erlangen, müssen aber die Raster zusammenfallen und von gleicher Grösse sein.
Es ist ein Zweck der Erfindung, ein Elektronenschleudersystem zur Hervorrufung einer Mehrzahl von Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit zu schaffen, die durch ein gemeinsames Ablenkungsfeld abgelenkt werden können, um eine übereinstimmende Mehrzahl gleich grosser, zusammenfallender Raster zu erhalten.
Eine erfindungsgemässe Kathodenstrahlröhre besitzt einen aus einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Phosphorschichten bestehenden Leuchtschirm, wobei jede derartige Schicht bei Anregung durch Elektronen Licht einer Farbe emittiert, die von den in den andern Schichten emittierten Farben verschieden ist, und enthält drei getrennte Elektronenschleudern, von denen jede unabhängig mit elektrischer Energie versorgt werden kann, um Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Schleudern sind so angeordnet, dass sie ihre Strahlen durch ein gemeinsames Ablenkungsfeln auf den Leuchtschirm schicken.
Mindestens einige der Schleudernsind ferner mit Endelektrodenversehen, die mit unterschiedlichen Längen innerhalb des Ablenkungsfeldes angeordnet sind und so ihre zugeordneten Strahlen in unterschiedlicher Weise von Teilen des Ablenkungsfeldes abschirmen. Beispielsweise sind getrennte röhrenförmige Abschirmelektroden unterschiedlicher Länge an den Enden mindestens einiger der Elektronenschleudern angebracht. Zufolge der röhrenförmigen Abschirmungen werden die Strahlen dem gemein-
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samen Ablenkungsfeld über jeweils verschiedene Strecken beim Durchlauf durch den Bereich des gemeinsamen Ablenkungsfeldes ausgesetzt und werden so in unterschiedlicher Weise abgeschirmt. Der Strahl mit
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höchsten Geschwindigkeit über die kürzeste Strecke abgeschirmt wird.
Auf diese Weise können durch ge- eignete Wahl der Strahlgeschwindigkeiten und der Abschirmlängen im wesentlichen gleiche Ablenkung aller Strahlen und damit im wesentlichen gleich grosse und zusammenfallende Raster erhalten wer- den.
In der Zeichnung stellt Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Kathodenstrahlröhre teil- weise im Schnitt, Fig. 2 und 3 Querschnitte der Röhre nach Fig. 1 entlang der Linien 2-2 bzw. 3-3 und
Fig. 4 ein Schaubild eines Teiles der Röhre nach Fig. 1 dar.
Fig. 1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre 8, bestehend aus einer evakuierten Hülle mit einem Halsteil
10, einer Stirnplatte 12 und einem verbindenden Trichterteil 14. Im Hals 10 ist ein Elektronenschleuder- system angeordnet, bestehend z. B. aus drei Elektronenschleudern 16, 17 und 18, die geeignet sind, Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit durch eine Ablenkungszone 19 zur Stirnplatte 12 zu schikken. Die Elektronenschleudern 16, 17 und 18 sind Seite an Seite in den Ecken eines Dreiecks angeordnet.
Insoweit die Ausführung der Erfindung betrachtet wird, ist jedoch eine derartige Dreiecksanordnung nicht notwendig ; die Elektronenschleudern könnten statt dessen auch in einer Reihe angeordnet sein.
Ein Leuchtschirm 20 an der Stirnplatte 12 besteht aus drei Schichten 22,24 und 26 von verschiedenen Phosphoren (eine Schicht für jede Elektronenschleuder), die z. B. aus rotes, grünes bzw. blaues Licht emittierenden kothodolumineszenten Stoffen bestehen mögen. Der Leuchtschirm 20 ist so beschaffen, dass die Elektronen niedriger Geschwindigkeit die rote Phosphorschicht 22 anregen und vorwiegend rotes Licht hervorrufen ; Elektronen höherer Geschwindigkeit werden die rote Phosphorschicht 22 durchdringen und die grüne Phosphorschicht 24 anregen und vorwiegend grünes Licht hervorrufen ; und Elektronen noch höherer Geschwindigkeit werden sowohl die rote als auch die grüne Phosphorschicht 22 und 24 durchdringen und die blaue Phosphorschicht 26 anregen und vorwiegend blaues Licht hervorrufen.
Falls gewünscht, kann der Schirm 20 nicht leuchtende Trennschichten zwischen den Phosphorschichten und eine metallsche Rückschicht an der roten Phosphorschicht 22 aufweisen, um die Wirkung des Schirmes zu erhöhen.
Als Zusatz zur Elektronenröhre 8 ist ein magnetisches Ablenkungsjoch 28 vorgesehen, das die Hülle der Röhre eng umschliesst. Das Joch 28 dient zur Erzeugung horizontaler und vertikaler magnetischer Ab- lenkungsfelder in der Ablenkungszone 19, um zu bewirken, dass die drei getrennten Strahlen aus den Elektronenschleudern 16, 17 und 18 den Leuchtschirm 20 nach einem gewünschten Raster oder Muster abtasten.
Jede der Elektronenschleudern 16, 17 und 18 besteht aus mehreren koaxialen röhrenförmigen Elektroden. Jede Schleuder besitzt eine röhrenförmige Kathode 30 mit einer Stirnfläche, die mit einem geeigneten, Elektroden emittierenden Material belegt ist. Jede Kathode 30 ist isoliert innerhalb eines becherförmigen Steuergitters 32 mit zentraler Öffnung angebracht. Im Anschluss an die Steuergitterbecher 32 sind koaxial der Reihe nach die becherförmigen Schirmgitter 34 mit zentralen Öffnungen, röhrenförmige Fokussierungselektroden 36 und röhrenförmige Anoden 38 angeordnet.
Die Anoden 38 sind an einem zylindrischen Konvergenzkäfig 40 angebracht, der in elektrischer Hinsicht für alle drei Elektronenschleudern 16, 17 und 18 gemeinsam ist. Der Konvergenzkäfig 40 ist an jedem Ende mit Endplatten 42 verschlossen. Die Endplatten 42 sind mit Öffnungen versehen, die koaxial zu den andern Elektroden der drei Elektronenschleudern 16, 17 und 18 ausgerichtet sind. Die Kathoden 30, Steuergitter 32, Schirmgitter 34 und Fokussierungselektroden 36 der Elektronenschleudern 16, 17 und 18 sind jeweils einzeln mit je einer von mehreren Zuführungsleitungen 50 verbunden, die zwecks Durchführung durch die vakuumdichte Hülle in einem Sockel 52 eingeschmolzen sind.
Auf diese Weise kann jede dieser Elektroden unabhängig von den andern mit Energie versorgt werden, um so Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeiten zu erhalten, die alle im Bereich des Schirmes 20 fokussiert sind.
Der Konvergenzkäfig 40, der die Anoden 38 hält, ist mit mehreren Federbügeln 54 versehen, die nach aussen gegen den Hals 10 der Hülle drücken. Ein an der Innenfläche der Hülle angebrachter, elektrisch leitender Belag 56 erstreckt sich über den Trichter 14 und so weit in den Hals 10, dass er mit den Federbügeln 54 in Kontakt steht. Der Belag 56 steht auch in elektrischem Kontakt mit dem Leuchtschirm 20, der eine metallische Rückschicht an der den Elektronenschleudern zugekehrten Seite aufweist, falls eine solche Schicht vorgesehen ist. Klemmen, wie sie schematisch durch den Pfeil 58 dargestellt sind, sind zur Aufbringung eines elektrischen Potentials auf die Belagelektrode 56 vorgesehen, um die Anoden
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38 und den Leuchtschirm 20 mit Energie zu versorgen.
Die Elektroden der Elektronenschleudern 16, 17 und 18 sind in bekannter Weise in gegenseitigem fe- stem Abstand gehalten, z. B. indem sie an mehreren Glasstäben 59 (nur einer ist dargestellt) befestigt sind, die sich entlang der Elektronenschleudern erstrecken. Weitere Einzelheiten des Aufbaues der Elek- tronenschleudern 16, 17 und 18 sind aus Gründen der Klarheit in der Zeichnung weggelassen.
Die drei von den Elektronenschleudern 16, 17 und 18 erzeugten Elektronenstrahlen werden so beein- flusst, dass sie unabgelenkt im allgemeinen an einem gemeinsamen Punkt in der Nähe des Mittelpunktes des Leuchtschirmes 20 konvergieren, indem jede Schleuder in einem kleinen Winkel in bezug auf die
Längsachse der Röhre 8 montiert ist. Der Winkel, den jede Schleuder mit der Röhrenachse einschliesst, ist durch die Abmessungen der Röhre bestimmt. Bei Kathodenstrahlröhren der beschriebenen Art mit einer
Röhrenlänge von etwa 64 cm liegt dieser Winkel in der Grössenordnung von 101'. In Fig. 1 ist der Winkel zwischen jeder Schleuder und der Röhrenachse zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt.
In Übereinstimmung mit der bekannten Technik der Farbfernsehempfängerist dynamische Konvergenz vorgesehen, um die Strahlen richtig konvergiert zu halten, wenn sie den Schirm abtasten. Fig. 2 zeigt beispielsweise eine geeignete dynamische Konvergierungseinrichtung. bei der je ein eigenes Paar von
Polstucken 60 gegenüberliegend neben jedem Strahl innerhalb des Konvergenzkäfiges 40 angeordnet ist.
Jedem Paar von Polstücken 60 ist ein eigener Elektromagnet 62 zugeordnet, der ausserhalb der Röhrenhülle den Enden der Polstücke benachbart angeordnet ist. Kompliziertere Einrichtungen, wie jene, die -ein Paar von elektromagnetischen Spulen statt der Einzelspule 62 besitzen, sind der Fachwelt bekannt, aber der Kürze und Klarheit wegen hier nicht näher angeführt. Eine Y-förmige magnetische Abschirmung 64 ist im Konvergenzkäfig zur Abschirmung jedes Strahles von den Konvergenzfeldern der andern Strahlen angebracht.
Erregt man die Spulen der Elektromagneten 62, so wird den zugehörigen Elektronenstrahlen eine radial gerichtete Bewegungskomponente zur oder weg von der Längsachse der Röhre 8 erteilt. Ein veränderlicher Strom, der mit dem Betrag der Abtastablenkung der drei Strahlen synchronisiert ist und von diesem Betrag abhängt, wird jedem Elektromagnet 62 zugeführt, um die Konvergenz der drei Strahlen während der ganzen Zeit des Abtastens aufrechtzuerhalten, in einer Weise, wie es beim Betrieb mehrstrahliger Farbbildröhre in Farbfernsehempfängern bekannt ist.
In Übereinstimmung mit der bekannten Technik werden auch alle drei Strahlen zu einer genauen statischen Konvergenz im Mittelpunkt des Leuchtschirms 20 durch Einrichtungen gebracht, die zur Einregelung der lateralen Lage eines der Elektronenstrahlen vorgesehen sind. Das wird durch ein Magnetfeld erreicht, das zwischen einem Paar Polstücken 70 und 72 aufgebaut wird, die z. B. an der Elektronenschleuder 18 an gegenüberliegenden Seiten ihrer Fokussierungselektrode 36 befestigt sind. Ein (nicht gezeichneter) Elektromagnet ist an derAussenfläche des Halses 10 angebracht, um ein Magnetfeld zwischen den Polstücken 70 und 72 aufzubauen. Dieses Feld ist senkrecht (normal zum Magnetfeld gerichtet, das durch die Polstücke 60 geschaffen wird, und gestattet so eine laterale Einregelung der Lage eines der drei Elektronenstrahlen (z.
B. des von der Elektronenschleuder 18 erzeugten Strahles) in einer Richtung, die senkrecht ist zur radialen Lageneinregelung der Strahlen, wie sie durch die Konvergenzpolstücke 60 erreicht wird, wenn man Gleichstrom von geeigneter Stärke und Polarität durch die Spulen 62 fliessen lässt.
Falls gewünscht, kann eine aus Permanentmagneten bestehende Einrichtung zusätzlich zu dem zwischen den Polstücken 70 und 72 aufgebauten elektromagnetischen Feld verwendet werden. Solche Einrichtungen sind bekannt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung besitzen wenigstens zwei der drei Elektronenschleudern 16, 17 und 18 ausserdem röhrenförmige, magnetisch permeable Abschirmteile 76 und 78, die koaxial mit ihnen an der dem Leuchtschirm 20 zugekehrten Endplatte 42 befestigt sind. Die röhrenförmige Abschirmung 76 der Schleuder 16 ist länger als die röhrenförmige Abschirmung 78 der Schleuder 17 und erstreckt sich weiter hinein in die Ablenkungszone 19 nach dem Leuchtschirm 20 zu.
Die Ablenkung eines Elektronenstrahles durch ein Magnetfeld ist bei gegebener Länge und gegebener Form des magnetischen Ablenkungsfeldes eine Funktion des Produktes aus der Stärke des Ablenkungsfeldes und der Zeit, während der der Strahl dem Ablenkungsfeld ausgesetzt ist. Die Feldstärke im Bereich 19 ist für alle drei Strahlen gleich. Auf der andern Seite ist der Zeitfaktor umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit der Strahlen. Je niedriger die Geschwindigkeit eines Strahles ist, desto länger wird seine Durchlaufzeit durch das Feld sein. Durch Anordnung der verschiedenen langen Abschirmungen 76 und 78 im Ablenkungsfeld können also die Strahlen niedrigster und mittlerer Geschwindigkeit für einen Teil ihrer Durchlaufstrecke vom Ablenkungsfeld abgeschirmt werden.
Das Ergebnis ist, dass diese Strahlen dem Ablenkuagsfeld kürzere Zeit ausgesetzt sind, als sie es bei Abwesenheit der Abschirmungen 76 und 78 wären.
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Durch Anpassung der Längen der Abschirmungen 76 und 78 an die relativen Strahlgeschwindigkeiten und die Form und Länge des magnetischen Ablenkungsfeldes können die beiden langsameren Strahlen dem Ablenkungsfeld während einer spezifischen Zeitdauer ausgesetzt werden, was dazu führt, dass sie in derselben Weise abgelenkt werden wie der Strahl hoher Geschwindigkeit. So werden in der Röhre 8, wo die lange Abschirmung 76 ein Teil der Elektronenschleuder 16 ist, die kurze Abschirmung 78 ein Teil der Schleuder 17 ist und die Schleuder 18 gar keine Abschirmung besitzt, diese Schleudern so betrieben, dass sie Strahlen niedriger, mittlerer bzw. hoher Geschwindigkeit erzeugen.
Bei einer beispielhaften Röhre, die nach der Erfindung hergestellt und betrieben wird, sind die Elektronenschleudern in der Anordnung nach Fig. 1 aufgebaut, wobei die Gesamtlänge jeder Schleuder zwischen äusserem Ende der Steuergitterbecher 32 und dem Konvergenzkäfig 40 ungefähr 120 mm beträgt.
Das magnetische Ablenkungsjoch 28 sei ein übliches 700-Joch, wie es bei einer Farbbildröhre vom Typ 21CYP22A verwendet wird. Die Abschirmröhre für Schleuder 16 ist etwa 9,5 mm im Durchmesser und etwa 25 mm lang ; Abschirmröhre 78 für Schleuder 17 ist etwa 9,5 mm im Durchmesser und etwa 38 mm lang. Beide Abschirmröhren 76 und 78 sind im wesentlichen vollständig innerhalb der Ablenkungszone 19 angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt.
Eine Zusammenstellung geeigneter Betriebsspannungen, die in einer solchen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden können, ist folgende :
Spannungstabelle
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<tb>
<tb> Steuer-Schirm-Fokus-Anode <SEP> 38, <SEP> TrichterKathode <SEP> gitter <SEP> gitter <SEP> elektrode <SEP> belag <SEP> 56 <SEP> und <SEP> Leucht-
<tb> 30 <SEP> 32 <SEP> 34 <SEP> schirm <SEP> 20
<tb> Rote <SEP> Schleuder <SEP> 10000 <SEP> 9950 <SEP> 10200 <SEP> 12000 <SEP> 20000
<tb> 16
<tb> Grüne <SEP> Schleuder <SEP> 5000 <SEP> 4950 <SEP> 5200 <SEP> 8000 <SEP> 20000
<tb> 17
<tb> Blaue <SEP> Schleuder <SEP> 0 <SEP> -50 <SEP> Z00 <SEP> 4000 <SEP> 20000 <SEP>
<tb> 18
<tb>
Bei Verwendung der vorgenannten Schleudern, Joch und Betriebsspannungen und bei Anbringung der beiden Abschirmungen 76 und 78 im wesentlichen ganz innerhalb der Ablenkungszone 19, wie in Fig.
1 gezeigt, können im wesentlichen gleich grosse und zusammenfallende Raster auf dem Leuchtschirm 20 erreicht werden. Wenn Form oder Länge des Ablenkungsfeldes oder wenn die Relativgeschwindigkeiten der Strahlen merkbar geändert werden, kann es notwendig sein, die Längen der Abschirmröhren 76 und 78 zu ändern, um die gewünschte Rasterkoinzidenz zu erreichen.
Gemäss den handelsüblichen Fernsehnormen beträgt die horizontale Ablenkungsfrequenz etwa 16000 Hertz und die vertikale Ablenkungsfrequenz etwa 60 Hertz. Wenn die Röhre 8 für das handelsübliche Fernsehen verwendet werden soll, müssen die Abschirmungen 76 und 78 daher so beschaffen sein, dass sie ungefährdenselben Grad von magnetischer Abschirmung für diese beiden Frequenzen ergeben. Die Abschirmungen 76 und 78 müssen daher aus einem Material oder einer Verbundkonstruktion (Fig. 4) hergestellt werden, die im wesentlichen gleiche Abschirmeigenschaften (magnetische Permeabilität) für diese beiden Frequenzen besitzt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht bei einer Verbundkonstruktion, die sich als geeignet erwiesen hat, die Abschirmröhre 76 aus konzentrischen Aussen- und Innenröhren 80 und 82, die so bemessen sind, dass sie eng ineinander passen. In ähnlicher Weise besteht die Abschirmröhre 78 aus Aussen- und Innenröhren 84 und 86. Im Falle jeder der Abschirmröhren 76 und 78 sind deren konzentrische Röhrenelemente so beschaffen, dass sie zusammengesetzt die gewünschten Permeabilitätseigenschaften aufweisen. Ein Beispiel für zwei solche geeignete Materialien sind Legierungen, die im Handel unter den Namen"Nette"-und"Conetic"-Legierung erhältlich sind.
Gewisse bekannte Ferrite, wie jene, die als Kerne für Fernseh-Ablenkjoche verwendet werden und die im wesentlichen gleiche Abschirmeigenschaften sowohl für die vertikale als auch die horizontale, im handelsüblichen Fernsehen verwendete Ablenkungsfrequenz besitzen, können ebenfalls verwendet werden.