<Desc/Clms Page number 1>
"Kleurenbeeldbuis met uitwendige magnetische afscherming"
De uitvinding heeft betrekking op een kleurenbeeldbuis met een omhulling die middelen voor het genereren van elektronen, een doorzichtig beeldvenster, een beeldscherm met een patroon van fosforelementen op het binnenoppervlak van het venster en middelen voor het richten van elektronen op het beeldscherm omvat.
Een dergelijke kleurenbeeldbuis kan bijvoorbeeld van het doosvormige type zijn, of van het type waarbij het beeldvenster door een trechtervormig omhullingsgedeelte van een halsgedeelte waarin zich de middelen voor het genereren van elektronen bevinden wordt verbonden, met een tegenover het beeldscherm geplaatst kleurselektiemiddel en een binnen het trechtervormige gedeelte geplaatste inwendige magnetische afschermkap met twee aan de lange beeldschermas (de x-as) evenwijdige lange zijwanden, twee aan de korte beeldschermas (de y-as) evenwijdige korte zijwanden, en een kanonzijdig open uiteinde dat zich dwars op de lengte-as van de beeldbuis uitstrekt.
Onder kleurselektiemiddel wordt hier bijvoorbeeld een van openingen voorziene schaduwmaskerplaat (apertured shadow mask sheet) of een dradenmasker verstaan.
Het aardmagnetisch veld veroorzaakt in een (kleuren-) beeldbuis buiging van de elektronenbanen, die zonder maatregelen zo groot kan zijn, dat de elektronen op een verkeerd fosforelement terechtkomen (mislanding) en verkleuring van het beeld ontstaat. Vooral de component van het aardveld in de asrichting van de beeldbuis (het zogenaamde axiale veld) speelt hierbij een belangrijke rol, die zich kan uiten als gebrek aan kleur of zelfs als kleuronzuiverheid in de hoeken van het beeldscherm.
Een bekende maatregel om mislandingen ten gevolge van het aardmagnetische veld te reduceren is het gebruik van een interne magnetische afschermkap ("internal magnetic shield") die samen met het eveneens ferro-magnetische schaduwmasker het aardmagnetische veld gedeeltelijk afschermt. De vorm van een
<Desc/Clms Page number 2>
dergelijke afschermkap volgt globaal de contouren van de omhulling van de beeldbuis.
Dit betekent dat de (trechtervormige) afschermkap twee lange, trapeziumvormige, zijden heeft die evenwijdig zijn aan de lange as (de x-as) van het beeldscherm en twee korte, trapeziumvormige, zijden die evenwijdig zijn aan de korte as (de y-as) van het beeldscherm.
In de korte zijden van de afschermkap zijn vanuit de kanonzijdige opening (17 ; Fig. 3) vaak driehoekige uitsparingen (18, 19 ; Fig. 3) aangebracht om mislanding in de hoeken ten gevolge van het axiale veld te verminderen. In het geval van relatief kleine buizen en een relatief grote steek van de elementen van het fosforpatroon op het beeldscherm kan men op deze wijze tot een acceptabel resultaat komen. In het geval van grotere beeldbuizen en/of een kleinere steek van de fosforelementen blijkt dit type oplossing echter niet altijd voldoende kleurzuiverheid te garanderen. Om de invloed van het aardmagnetisch veld (verder) te verminderen wordt soms, al of niet in kombinatie met een interne afscherming, een externe afscherming aangebracht. Hiervoor wordt dan een metalen beplating min of meer nauw aansluitend aan de buis aangebracht.
Zie bijvoorbeeld USP 4, 845, 402.
Een doel van de onderhavige uitvinding is een uitvoering van een afgeschermde kleurenbeeldbuis aan te geven die het nadelige effekt van het aardmagnetische veld op kleurzuiverheid effectief vermindert, zonder dat een uitwendige beplating ("cover") nodig is.
Een kleurenbeeldbuis van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding als kenmerk, dat hij is gepositioneerd binnen een volume dat gedefinieerd wordt door een open arrangement (geraamte) van staven van zachtmagnetisch materiaal.
De dwarsdoorsneden van de staven en de magnetische permeabiliteit van het staafmateriaal kan men zodanig kiezen dat een bepaalde afschermingswerking bereikt wordt.
In een eenvoudige uitvoeringsvorm zijn de aan hun uiteinden met elkaar verbonden staven bijvoorbeeld zo gearrangeerd dat ze de ribben van een blok vormen.
Ze kunnen dan bijvoorbeeld tegen de wanden van de kast van een TV-toestel of een monitor aangebracht zijn.
In een gecompliceerde uitvoeringsvorm kunnen ze een blok definieren waarvan de zijden door netwerken (roosters) van staven gevormd worden.
<Desc/Clms Page number 3>
Bij het aanzetten van de kleurenbuis is het van belang om het arrangement van zacht-magnetische staven te demagnetiseren (bij voorkeur met een in de tijd in sterkte afnemend wisselveld) om van de hoge, zogenaamde anhysterische permeabiliteit gebruik te kunnen maken. Hiervoor kan een demagnetisatiespoel die met een bekrachtigingscircuit verbindbaar is gebruikt worden.
Hoe groter het volume is dat door het staven arrangement wordt gedefinieerd, des te meer magnetische flux van de kleurenbuis kan worden weggevangen.
Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen aan de hand van de tekening worden toegelicht.
Fig. la toont een aanzicht van een doorsnede van een kleurenbeeldbuis met uitwendige afscherming ;
Fig. Ib toont schematisch het ontstaan van mislanding ;
Fig. 2 toont een schematisch perspectivisch aanzicht van een kleurenbeeldbuis met uitwendige afscherming met daarin aangegeven een assenstelsel en de posities op het beeldscherm waar bundel-mislandingen worden gemeten ;
Fig. 3 toont een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een inwendige afschermkap uit de stand van de techniek ; en
Fig. 4 toont een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een display met een afgeschermde kleurenbeeldbuis volgens de uitvinding.
De in figuur la volgens een horizontale doorsnede weergegeven beeldbuis bevat een glazen omhulling bestaande uit een beeldvenster 1, een conus 2 en een hals 3.
In de hals 3 bevindt zich een elektrodensysteem 4 met drie elektronenkanonnen voor het opwekken van drie elektronenbundeis 5,6 en 7. De elektronenbundeis worden opgewekt in één vlak (hier het vlak van tekening), en worden gericht op een inwendig op het beeldvenster 1 aangebracht beeldscherm 8, bestaande uit een groot aantal, met een aluminiumlaag bedekte, in rood, groen en blauw luminescerende fosforelementen. Op hun weg naar het beeldscherm 8 worden de elektronenbundels 5,6 en 7 met behulp van een coaxiaal om de buisas geplaatst afbuigspoelensysteem 9 over het beeldscherm 8
<Desc/Clms Page number 4>
afgebogen en passeren daarbij een kleurselektie-elektrode 10, in dit geval bestaande uit een metalen plaat met openingen 11.
De drie elektronenbundeis 5,6 en 7 passeren de openingen 11 onder een kleine hoek met elkaar en treffen dientengevolge elk slechts fosforelementen van één kleur. Een trechtervormige magnetische afscherming 16 is binnen in de glazen omhulling geplaatst.
In een kleurenbeeldbuis lopen elektronen door gaten van een schaduwmasker en treffen een fosfor. De plaats van de fosforen is optimaal voor één buisorientade in één bepaald aardveld (plaats op aarde). Voor een andere oriëntatie of aardveld treft het elektron een andere plek op het schaduwmasker. Dit geeft een vervorming van het beeld die vooral voor kleurenmonitoren nadelig is. Bovendien bereikt het elektron het masker onder een andere hoek. Als het door een gat vliegt valt het onder invloed van een veld dwars op zijn bewegingsrichting met een zekere mislanding M in op het scherm. Zie figuur Ib. Als die mislanding te groot is kan zelfs een verkeerd fosforelement bereikt worden zodat kleurfouten ontstaan.
Hiema wordt een berekening gegeven hoe groot de mislanding is voor het geval dat in het geheel niet voor het aardveld wordt gekompenseerd. In een homogeen veld met grootte B beschrijft het elektron een baan met straal R die gegeven wordt door R = mvo/eB, met m, Vo en e respektievelijk massa, snelheid en lading van het elektron.
Bij een aardveld van 5*10-sT (-1/2 gauss), een snelheid van de elektronen Vo van 108 m/sec en e/m = 1. 76 X 1011 C/kg geeft dit R = 11. 4 m. Een eenvoudige geometrische beschouwing geeft dan voor de mislanding M :
EMI4.1
waarbij 11 de afstand is van de bron van elektronen tot het schaduwmasker, en 12 de afstand van het schaduwmasker tot het scherm. Het is van belang de mislanding zo veel mogelijk te verkleinen omdat dat onmiddellijk kan leiden tot bijvoorbeeld een grotere helderheid van de buis. Bij vergroting van de buis nemen 11 en 12 beide toe zodat de mislanding kwadratisch groter wordt.
De richting van het verstorende magneetveld in de buis hangt af van plaats en orientatie van het toestel. Om de magnetisatie van de afscherming aan te passen aan het in een bepaalde situatie aanwezige veld, wordt deze telkens als de buis wordt ingeschakeld gedemagnetiseerd met een afnemend wisselveld.
<Desc/Clms Page number 5>
De afschermingen hebben noodzakelijkerwijs een kanonzijdig open uiteinde. Dit betekent dat van een totale afscherming geen sprake kan zijn.
De uitvinding berust op de verrassende ontdekking dat een aanmerkelijke verlaging van mislandingen ten gevolge van het aardveld bereikt kan worden door de beeldbuis te plaatsen in een open arrangement (geraamte) 14 (Fig. l) ; 15 (Fig. 2) van staven van zacht magnetisch materiaal.
Om de toelichting te vergemakkelijken geeft figuur 2 een definitie van een assenstelsel in een beeldbuis en van plaatsen op het scherm. Hier wordt alleen de component van het aardveld in de z-richting beschouwd, het zogenaamde axiale veld.
In de tabel staan berekende waarden van de mislandingen van de elektronen in de NO-hoek (NE) van het beeldscherm in het geval van een 66 inch FS buis met een versnellingsspanning van 27, 5 kV. Als voorbeeld. is een geraamte genomen opgebouwd uit (12) staven met een dwarsdoorsnede van 5 x 5 mm en een magnetische permeabiliteit van 1 x 106.
Afmetingen van het geraamte : in de x-richting 570 mm, y-richting 430 mm, z-richting 240 mm. Afmetingen van het masker 522 x 401 mm, afstand masker tot rand inwendige afscherming 180 mm. In de onderstaande tabel worden de mislandingen gegeven in de NO-hoek van het scherm bij een masker scherm afstand van 10 mm, afstand deflektiepunt tot masker 278 mm, met en zonder extern geraamte (frame).
EMI5.1
<tb>
<tb> zonder <SEP> met
<tb> veldrichting <SEP> veld <SEP> (A/m) <SEP> M, <SEP> (m) <SEP> My <SEP> ( <SEP> m) <SEP> M <SEP> m) <SEP> My <SEP> ( <SEP> m)
<tb> lateraal <SEP> 15-4. <SEP> 8-21. <SEP> 1-2. <SEP> 5-11. <SEP> 0 <SEP>
<tb> axiaal <SEP> 15-4. <SEP> 5 <SEP> 17. <SEP> 6-2. <SEP> 3 <SEP> 12. <SEP> 1 <SEP>
<tb> vertikaal <SEP> 35 <SEP> 46.
<SEP> 6 <SEP> 6.8 <SEP> 23.6 <SEP> 3.7
<tb>
Het is duidelijk dat in alle richtingen de mislandingen door het aanbrengen van het externe frame in dit voorbeeld ongeveer gehalveerd worden.
Bij voorkeur is nog om het magnetische frame een demagnetisatiespoel (niet getekend) aangebracht om het frame bij het aanzetten van de buis te kunnen demagnetiseren.
<Desc/Clms Page number 6>
De staven van het magnetische frame kunnen op doelmatige wijze tegen de binnenwanden van een kast die de beeldbuis huisvest, zoals de in figuur 4 getoonde kast 20, aangebracht worden.
Doordat het beeldscherm breder is dan hoog zijn mislandingen (t. g. v. het axiale veld) in de y-richting groter dan in de x-richting. In beeldbuizen waarbij de fosforen in verticale lijnen zijn aangebracht zijn de y-mislandingen niet van belang. In buizen met hoge resolutie worden de fosforen echter als stippen aangebracht. Hierbij zijn mislandingen in de y-richting even hinderlijk als in de x-richting. Omdat de ymislandingen door de hoogte-breedte verhouding van het scherm van nature groter zijn moet in deze buizen hieraan extra aandacht gegeven worden. Dit geldt in extenso bij buizen met een beeldscherm met een 9 : 16 aspect ratio, die langgerekter zijn dan de conventionele beeldschermen met een 3 : 4 aspect ratio.
In die gevallen is toepassing van een extern magnetisch frame dus in het bijzonder van belang.
Een afschermende werking zal in het algemeen merkbaar zijn als in het geval van een geraamte met de in fig. 2 getoonde vorm ("blok") aan de volgende voorwaarde is voldaan :
EMI6.1
Hierin is c de afmeting van de ribbe van het blok parallel aan de richting van het beschouwde magnetische veld (volgens de tabel) en zijn a en b de afmetingen van de twee ribben loodrecht daarop. S is de dwarsdoorsnede van de staven.
Bij een waarde van de magnetische permeabiliteit die tien maal groter is dan de boven aangeduide waarde zal in het algemeen verzadiging van het effect optreden.