DD212355A5

DD212355A5 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DD212355A5
Application number: DD83256041A
Authority: DD
Inventors: Antonius H P M Peels; Antonius J M Van Den Beld; Jan Bijma; Jan Gerritsen
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1984-08-08
Also published as: IT8323453A0; KR840006554A; FR2535522A1; NL8204185A; CA1200835A; ES526812A0; FR2535522B1; US4620134A; JPS5996635A; IT1171782B; ES8406793A1; DE3336948A1; SG3988G; GB2130004A; KR900004260B1; HK29288A; GB2130004B; GB8328336D0

Abstract

Die Auftreffleckqualitaet einer Kathodenstrahlroehre laesst sich wesentlich verbessern. Dazu enthaelt diese Roehre in einem evakuierten Kolben Mittel zum Erzeugen zumindest eines Elektronenstrahls und zur Bildung eines Buendelknotens, hinter dem - in der Fortpflanzungsrichtung des Elektronenbuendels gesehen - nacheinander eine beschleunigende Vorfokussierungslinse mit einer um eine Achse zentrierten ersten und zweiten Linsenelektrode und eine Hauptfokussierungslinse mit zumindest zwei Linsenelektroden angebracht sind, welche Kathodenstrahlroehre mit Mitteln zum Zufuehren elektrischer Spannungen zu den Linsenelektroden versehen ist u. der Durchmesser des Oeffnung in der zweiten Linsenelektrode kleiner als das Zweifache des Durchmessers der Oeffnung in der ersten Linsenelektrode und der wirksame Abstand S-eff. zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode kleiner als 1 mm, wobei S-eff. als das Minimum der Funktion - Delta V durch E (z) definiert ist, worin Delta V der Spannungsunterschied zwischen der zweiten und ersten Linsenelektrode und E(z) die elektrische Feldstaerke zwischen der ersten und zweiten Linsenelektrode auf der Achse als Funktion der Stelle z auf der Achse ist.

Description

Berliny den 30.1*1984 63 082/13

Kathodenstrahlröhre Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhrev die in einem evakuierten Kolben Mittel zum Erzeugen zumindest eines Elektronenstrahls und zur Bildung eines Bündelknotens (oder Kreuzungspunktes) enthält'» hinter dem - in Fort pflanz zungsrichtung des Elektronenstrahls gesehen *· nacheinander eine beschleunigende Vorfokussierungslinse mit einer um eine Achse zentrierten ersten und zweiten Linsenelektrode und eine Hauptfokussierungslinse mit zumindest zwei Linsenelektroden angeordnet sind» welche Kathodenstrahlröhre mit Mitteln zum Anlegen elektrischer Spannungen an die Linsen«-? elektroden versehen ist·

Eine derartige Kathodenstrahlröhre kann zum Wiedergeben von Monochrom»- oder Mehrfarbenbildern benutzt werden, wie beispielsweise Fernsehbilder» In diesem Fall ist die Kathodenstrahlröhre eine mit einem Bildschirm ausgerüstete Bildröhre. Eine derartige Kathodenstrahlröhre läßt sich jedoch auch zum Aufnehmen von Bildern benutzen» In diesem Fall ist die Kathodenstrahlröhre eine Kameraröhre rait einer foto— empfindlichen Schicht:» beispielsweise einer Fotoleitschicht·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Mittel zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und zur Bildung eines Böndelknotens, auch rait "cross—over" bezeichnet, werden meistens von einer Triode gebildet, die aus einer

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Kathode,: einem Steuergitter und einer Anode besteht« 3edoch ist es auch raöglichy einen Elektronenstrahl mit Hilfe einer Halbleiteranordnung gemäß der DE-OS 30 25 945 zu erzeugen und zu einem Bündelknoten zu fokussieren.

Eine Kathodenstrahlröhre eingangs erwähnter Art ist aus der NL-OS 7 902 868 bekannt. Die dort beschriebene Kathodenstrahlröhre enthält eine Kathode», ein Steuergitterv eine erste Linsenelektrode (in dieser Patentanmeldung mit G-2 bezeichnet) und eine zweite Linsenelektrode (die in dieser Patentanmeldung mit G—3 bezeichnet ist). Diese Kathode, dieses Steuergitter und diese erste Linsenelektrode sorgen für die Erzeugung eines Elektronenstrahls» der in der Nähe der ersten Linsenelektrode zu einem Bündelknoten fokussiert wird* Dieser Bündelknoten wird mit Hilfe einer oder mehrerer Fokussierungslinsen am Bildschirm der Kathodenstrahlröhre abgebildet* Der abgebildete Auftrefffleck am Bildschirm muß eine hohe Qualität haben» Das bedeutet» daß der Auf— trefffleck geringe Abmessungen hat und in möglichst geringem MaB von einer Verwischung umgeben sein darf. Bei der bekannten Kathodenstrahlröhre wird ein Auftrefffleck mit einer höheren Qualität durch Verwendung einer verhältnismäßig dicken ersten Linsenelektrode und auch dadurch erhalten» daß dafür gesorgt wird⁵^ daß ein kräftiges flaches elektrisches Feld zwischen der ersten und zweiten Linsenelektrode angelegt ist und/oder die Hauptfοkussierungslinse einen größeren Gegenstandsabstand als bisher üblich» besitzt. Vorzugsweise wird bei der bekannten Röhre die Vorfokussierung des Elektronenstrahls durch die erste beschleunigende Fokussisrungslinse hinter dem Bündelknoten elimi<-

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niert oder zumindest stark reduziert* Dennoch führen die beschriebenen Verbesserungen nicht zu einem optimalen Ergebnis*

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden*

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde» eine Kathodenstrahlröhre zu schaffen* mit der die Qualität des Auftreff flecks verbessert wird·

Diese Aufgabe wird bei einer Kathodenstrahlröhre eingangs erwähnter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst*, daß der öff— nungsdurchniesser in der zweiten Linsenelektrode kleiner als das Zweifache des Durchmessers der öffnung in der ersten Linsenelektrode ist und der wirksame Abstand S-eff* zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode kleiner als 1 mm ist¹* wobei S-eff * als das Minimum der Funktion

definiert ist:, worin

E(z)

Δ V der Spannungsunterschied zwischen der zweiten und der

ersten Linsenelektrode und E(z) die elektrische Feldstärke zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode auf der Achse als Funktion der Stelle ζ auf der Achse ist*

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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode ein derartiger elektrischer Feldverlauf geschaffen werden muß^ daß die Randteilstrahlen des erzeugten Elektronenstrahls kurz hinter dem Bündelknoten so viel weiter als die übrigen Teilstrahlen nach innen gebogen werden* daß diese Randteilstrahlen des Elektronenstrahls in der Hauptf okussierungslinse keine Randteilstrahlen mehr sind* Als Folge davon wirkt die sphärische Aberration der Hauptfokussisrungslinse auf andere Teilest rahlen ein als die sphärische Aberration,: die den Elektronenstrahl schon in der Vorfokussierungslinse hat* Dadurch wird die gesarate sphärische Aberration des vollständigen Elektronenstrahlerzeugungssystems über mehrere Teilstrahlen des Elektronenstrahls verteilt, wodurch eine Verringerung des Effekts der sphärischen Aberration im Auftrefffleck erhalten wird.. Der Auf t reff fleck wird daher bei gleichen Strahl· strömen kleiner und ist von weniger Verwischung umgeben als bei den bisher benutzten Elektronenstrahlerzeugern. Der Verlauf des elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Linsenelektrode wird durch den Abstand zwischen diesen Elektroden^ durch die Abmessungen der öffnungen in diesen Elektroden und durch die Potentiale dieser Elektroden bestimmt* In der Vorf okussierungslinse werden die Randteilstrahlen ausreichend nach innen gebogen:, wenn der öff nungsdurchmesser in der zweiten Linsenelektrode kleiner als das Zweifache des Öffnungsdurchmessers in der ersten Linsenelektrode ist und der wirksame Abstand S-eff♦ zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode, wie bereits angegeben·, unter 1 mm liegt» Das elektrische Feld auf der Achse zwischen den zwei Linsenelektroden ist durch die erste Ableitung nach der

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Stelle ζ des Potentialverlaufs entlang der Achse festgelegt» also

Der Potentialverlauf entlang der Achse bei gegebenen Strahl— erzeugerabmessungen und bei gegebenen Potentialen auf d«n Elektroden ist meßbar und/oder berechenbar* Der Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsenelektrode ist vorzugsweise kleiner als 0,8 mrn. Die Untergrenze dieses Abstands wird von den Potentialen auf den Elektroden und von der Elektrodenform, be stimm tr* beispielsweise durch mögliche scharfe Ränder» Der Abstand darf nicht zu klein, beispielsweise unter 0>2 mm gewählt werden, weil in diesem Fall elektrischer Durchschlag auftreten kann*

Erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhren mit einer sehr hohen Auftrefffleckgüte werden erhalten:»; wenn der Öffnungsdurchraesser in der ersten Linsenelektrode kleiner als 0£9 mm und der Durchmesser der Öffnung in der zweiten Linsenelektrode kleiner als 116 mm oder wenn der Öffnungsdurchmesser in der zweiten Linsenelektrode gleich oder nahezu gleich dem öffnungsdurchmesser in der ersten Lins-enelektrode ist» Wenn dabei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode gleich oder ungefähr gleich Q»4 mm ist, ist die Möglichkeit des Auftretens elektrischen Durchschlags vernachlässigbar klein«.

Ausfuhrungsbeispiel

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend sn Hand :iar. Zeichnung -isbsr erläutert* Es zeigen:

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Fig« 1: einen horizontalen Längsschnitt durch eine Kathodenstrahlröhre;

Fig» 2: einen Längsschnitt durch einen der Elektronenstrahlerzeuger nach Fig» 1;

Fig_# 3a bis 3d: schematisch einen Ausschnitt aus einem

Längsschnitt einer Anzahl von Elektronenstrahlerzeugern;

Fig» 4: den Verlauf der Funktion ^4V/E (z) für die Elektronenstrahlerzeuger geraäß Fig♦ 3a bis 3d;

Fig ₊ 5 und 6: die Ausschnitte nach den Fig. 3a bzw. 3c

abermals mit einer Anzahl von Elektronenbahnen des Elektronenstrahls und mit einer Anzahl von Äquipotentiallinien;

Fig_# 7a und 7b: die gemessene Intensitätsverteilung in einem Auftrefffleckj die in einer bekannten Kathodenstrahlröhre ermittelt wurdet und schließlich

Fig* 8a und 8b: die gemessene Intensitätsverteilung in einem Auf t reff fleck:* die in einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre ermittelt wurde«

Fig* 1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre zum Darstellen von Farbfernsehbilderny iß nachfolgenden mit Farbfernsehbildröhre bezeichnet» In einem Glaskolben I^ der aus einem Bildfenster 2, einem Konus 3 und einem Hals 4 aufgebaut ist» ist

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in diesem Hals ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 5 angeordnet* das mit Hilfe von drei Elektronenstrahlerzeugern 6j 7 und 8 drei mit ihren Achsen in einer Ebene (in der Zeichenebene) liegende Elektronenstrahlen 9; 10 und 11 erzeugt Die Achse des mittleren Elektronenstrahlerzeugers 7 deckt sich mit der Röhrenachse 12« Das Bildfenster 2 ist an der Innenseite mit einer Vielzahl von Tripein von Leuchtstofflinien versehen, Oedes Tripel enthält eine Linie aus einem blau leuchtenden Leuchtstoff* eine Linie aus einem grün leuchtenden Leuchtstoff und eine Linie aus einem rot leuchtenden Leuchtstoff* Alle Tripel miteinander bilden den Bildschirm 13, Die Leuchtstofflinien verlaufen im wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene· Vor dem Bildschirm 13 ist eine Lochmaske 14 angeordnet, in der eine Vielzahl länglicher öffnungen 15 angebracht ist, durch die hindurch die Elektronenstrahlröhren 9; 10 und 11 gehen, die je nur Leuchtstofflinien mit einer Farbe treffen« Die drei in einer Ebene liegenden Elektronenstrahlen werden vom Ablenkspulensystem 16 abgelenkt* Das Elektronenstrahlerzeugungssysteoi 5 der Farbfernsehbildröhre besteht in diesem Fall aus drei getrennten Elektronenst rahlerzeugern 6; 7 und 8_# Es ist jedoch auch möglich-,, die Erfindung in einem sog« integrierten Elektronen« Strahlerzeugungssystem zu verwenden, wie es beispielsweise in der bereits erwähnten NL-OS 7 902 868 beschrieben ist, in der die Elektronenstrahlerzeuger eine Anzahl von Elektroden gemeinsam haben* Die Erfindung ist auch in Farbfernsehbildröhren verwendbar,, in denen statt Leuchtstofflinien Leuchtstoffpunkte benutzt sind,; und weiter in monochromen Katho— denstrahlbildröhren und in Kamerarohren.

In Fig* 2 ist ein Längsschnitt durch einen der Elektronenstrahlerzeuger nach Fig, 1 dargestellt. Im Steuergitter 20

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befindet sich eine Kathode 21 mit einem Heizelement 22 in einem Kathodenschaft 23"," der gegenüber der öffnung 24 im Steuergitter 20 mit einer emittierenden Oberfläche versehen ist* Die Kathode 21 ist im Steuergitter 20 isoliert aufgehängt* Die Anödet die auch die erste Linsenelektrode 25ist* bildet zusammen mit der zweiten Linsenelektrode 26 eine Vorfokussierungslinse« Die Linsenelektroden 25 und 27 bilden zusammen die Hauptfokussierungslinse* Es sind Hauptfokussierungslinsen bekannt* die aus einer größeren Anzahl von Elektroden bestehen* Auch derartige Hauptfokussierungslinsen können in einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre be— nutzt werden*

Die Erfindung ist auch in Elektronenstrahlerzeugern anwendbar* in denen das Bündel nahe beim Bündelknoten abgelenkt wird,.: wie dies beispielsweise in der US-PS 4 291 251 beschrieben ist,; oder in Elektronenstrahlerzeugerrry in denen das Bündel in der Hauptfokussierungslinse abgelenkt wird»

In Fig* 3a bis 3d wird schematisch ein Ausschnitt eines Längsschnitts einer Anzahl von Elektronenstrahlerzeugern dargestellt^ unter ihnen der Strahlerzeuger nach Fig, 2* Die Schnitte durch die Elektroden sind nur an einer Seite der Z-Achse dargestellt. Die Lage und die Abmessungen der Kathode 3O₄ des Steuergitters 31 und der ersten Linsenelektrode 32, die ebenfalls die Anode ist, sind in allen vier Figuren 3a bis 3d gleich* Die Abmessungen können aus der längs der Z-Achse und der R-Achse angebrachten Skalenteilung abgelesen werden» Die Spannung in Volt an den verschiedenen Elektroden sind in Fig, 3a bis 3d angegeben*

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Bei dem Elektronenstrahlerzeuger nach Fig* 3a ist die zweite Linsenelektrode 33 mit einer öffnung 34 mit einem Durchmesser von 1*5 mm versehen* Der Durchmesser der öffnung 35 in der Elektrode 32 beträgt 0,65 ram. Der Abstand zwischen der ersten Linsenelektrode 32 und der zweiten Linsenelektrode 33 beträgt O₁S mm» Dieser Elektronenstrahlerzeuger entspricht einem Elektronenstrahlerzeuger nach der NL-OS 7 902 868,

In Fig* 3b ist ein Ausschnitt eines Schnitts durch einen Elektronenstrahlerzeuger dargestellt"» der ungefähr gleich dem Ausschnitt nach Fig* 3a ist* Der Unterschied besteht lediglich darin, daß der Durchmesser der öffnung 36 in der zweiten Linsenelektrode 37 wesentlich kleiner ist und 0",65inm beträgt»

Bei dem Elektronenstrahlerzeuger nach Fig* 3c ist der Durchmesser der öffnung 38 in der zweiten Linsenelektrode 39 genau so groß wie der Durchmesser der öffnung 36 in Fig. 3b7 wobei aber der Abstand zwischen der ersten Linsenelektrode 32 und der zweiten Linsenelektrode 39 nur 0^4 mm beträgt*

Fig* 3d zeigt einen Ausschnitt durch einen Elektronenstrahlerzeuger,; bei dem in der zweiten Linsenelektrode 40 zwar eine öffnung 41 mit einem Durchmesser von 0,65 mm angebracht ist* aber der Abstand von der ersten Linsenelektrode 32 1,5 mm beträgt*

In Fig* 4 ist für die Anordnungen nach Fig* 3a bis 3d die Funktion ~^V/E(z) in den Kurven A bis D dargestellt* Das dieser Funktion gibt einen wirksamen Abstand wieder:

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S~eff♦ Dieser Abstand ist von den Linsenelektrodenabmessungen und von der Lage der Linsenelektroden abhängig* Es hat sich in der Praxis gezeigt* daß der Durchmesser der Öffnung in der zweiten Linsenelektrode kleiner als das Zweifache des Durchmessers der öffnung in der ersten Linsenelektrode und der wirksame Abstand S~eff· kleiner als 1 mm sein muß« In diesem Fall werden die Randteilstrahlen des Elektronenbündels kurz hinter dem Bundelknoten wesentlich weiter nach innen gebogen als die übrigen Teilstrahlen* Die gestrichel»- ten Linien geben für die Anordnungen nach Fig* 3a bis 3d den Wert von S-eff*v den wirksamen Abstand» an*

In Fig. 5 ist der Ausschnitt nach Fig» 3a abermals dargestellt,, aber jetzt mit einer Anzahl berechneter Teilstrahlen 50 (Elektronenbahnen) des Elektronenstrahls* Außerdem ist eine Anzahl von Äquipotentiallinien 51 dargestellt·

In Fig» 6 ist der Längsschnitt nach Fig, 3c abermals rait einer Anzahl berechneter Teilstrahlen 60 (Elektronenbahnen) des Elektronenstrahls und mit einer Anzahl von Äquipoten— tiallinien 61 dargestellt* Sowohl in Fig* 5 als auch in Fig* 6 sind aneinander anschließende Teile des Elektronenstrahls untereinander dargestellt*

Im Elektronenstrahlerzeuger nach Fig» 6 werden bedeutend mehr Randteilstrahlen weiter in das Bündel gebogen als im Elektronenstrahlerzeuger nach Fig, 5· In Fig* 7a und 7b ist eine gemessene Intensitätsverteilung in zwei zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen in einem Auftrefffleck an einem Bildschirm eines bekannten Elektronenstrahlerzeugers dargestellt.

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In Fig, 8a und 8b ist auf analoge Weise eine gemessene Intensitätsverteilung in einem Auftrefffleck eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeugers dargestellt* Der Vergleich der Fig* 7a und 8a und der Fig*. 7b und 8b zeigt»; daß die Auftrefffleckgüte eines erfindungsgeraäßen Elektronenstrahlerzeugers wesentlich besser ist als die des bekannten Elektronenstrahlerzeugers*

Claims

30#:l#1984 ~ 12 ~ 63 082/13

1» Kathodenstrahlröhren die in einem evakuierten Kolben Mittel zum Erzeugen zumindest eines Elektronenstrahls und zur Bildung eines Bündelknotens enthält» hinter dem - in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenbündels gesehen - nacheinander eine beschleunigende Vorfokussierungslinse mit einer um eine Achse zentrierten ersten und zweiten Linsenelektrode und eine Hauptfokussierungs— linse mit zumindest zwei Linsenelektroden angebracht sind^; welche Kathodenstrahlröhre mit Mitteln zum Zuführen elektrischer Spannungen zu den Linsenelektroden versehen ist> gekennzeichnet dadurch^ daß der Durchmesser der öffnung (36; 38) in der zweiten Linsenelektrode (37,* 39) kleiner als das Zweifache des Durchmessers der öffnung (35) in der ersten Linsenelektrode (32Yi und der wirksame Abstand S-eff. zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode kleiner als 1 min ist* wobei S-eff* als das Minimum der Funktion

«. ., , definiert ±st% worin E(Z)

A V der .Spannungsunterschied zwischen der zweiten und der ersten Linsenelektrode und E(z) die elektrische Feldstärke zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode auf der Achse als Funktion der Stelle ζ auf der Achse ist*

2_# Kathodenstrahlröhre nach Punkt T_t gekennzeichnet dadurch, daß die Mittel zum Erzeugen eines Elektronenstrahls einer

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Kathode (30), ein Steuergitter (31) und eine Anode (32) enthalten, welche Anode ebenfalls die erste Lintfen— elektrode bildet·

3» Kathodenstrahlröhre nach den Punkten 1 oder 2^ gekennzeichnet dadurch,; daß der Abstand der zweiten Linsenelektrode (37) von der ersten Linsenelektrode (32) kleiner als 0,8 ram beträgt*

4» Kathodenstrahlröhre nach den Punkten Ii 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Durchmesser der öffnung

(35) in der ersten Linsenelektrode (32) kleiner als

OyS- mm und der Durchmesser der öffnung (36) in der zweiten Linsenelsktrode (37) kleiner als 1,6 rom ist*

5* Kathodenstrahlröhre nach den Punkten 1» 2, 3 oder 4*: gekennzeichnet dadurch, daß der Durchmesser der öffnung

(36) in der zweiten Linsenelektrode (37) gleich oder nahezu gleich dem Durchmesser der öffnung (35) in der ersten Linsenelektrode (32) ist_#

6* Kathodenstrahlröhre nach einem der vorangehenden Punktei gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode (32; 39) gleich oder ungefähr gleich 0y4 mm ist.

Hierzu 8 Seiten Zeichnungen