DE1031344B

DE1031344B - Farbfernsehwiedergaberoehre mit Viellochblende

Info

Publication number: DE1031344B
Application number: DER20570A
Authority: DE
Inventors: Harold Bell Law
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1956-03-01
Filing date: 1957-02-16
Publication date: 1958-06-04
Also published as: FR1172720A; US2971117A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Verbesserungen für Farbfernsehwiedergaberöhren und andere Kathodenstrahlröhren, die eine Maske oder Blende mit einer Vielzahl von regelmäßig angeordneten Öffnungen enthält, wobei die Strahlelektronen durch die Öffnungen unter verschiedenen Winkeln hindurchtreten und bestimmte Elementarflächen des in der Nachbarschaft angeordneten Mosaikschirms treffen können.

Kathodenstrahlröhren, bei denen der Elektronenstrahl oder die Elektronenstrahlen durch eine Mehrzahl von sehr kleinen Elektronenlinsen unmittelbar vor ihrem Auftreffen auf dem Bildschirm fokussiert werden, besitzen mindestens theoretisch eine größere Ausbeute als Röhren mit einem Blendenschirm, der auf dem Schattenprinzip von Crookes beruht. Dies kommt daher, daß man in einer Röhre, die mit einer fokussierenden Blende arbeitet, wegen der durch das Linsenfeld bewirkten Konzentration des Elektronenstrahls größere Blenden- oder Gitteröffnungen verwenden kann als bei Röhren, die lediglich auf Grund des Prinzips des Schattenwurfes nach Crookes (Schattenwurfmasken) arbeiten. Wenn man also alle anderen Parameter gleichläßt, sind bei den Röhren mit fokussierender Maske mehr Elektronen und damit mehr Licht am Schirm verfügbar als bei einer Schattenmasken röhre.

Läßt man eine Schattenmaskenröhre als Röhre mit fokussierender Maske arbeiten, indem man der Maske ein niedrigeres Potential gibt als dem Schirm, so leidet der Kontrast des Bildes und wird sogar schlecht, hauptsächlich deswegen, weil eine große Anzahl von langsamen Sekundärelektronen, die an der Maske entstehen, auf den Phosphorschirm hin beschleunigt werden und dort Streulicht erzeugen. Dieses Problem ist seit langem bekannt, und man hat versucht, es dadurch zu lösen, daß man die Schirm anordnung solcher Röhren mit einer geeignet vorgespannten Hilfsblende oder Hilfsmaske versehen hat, welche öffnungen besitzt, die entweder viel kleiner oder beträchtlich größer sind als die der fokussierenden Viellochblende. Eine Hilfsblende mit sehr kleinen Löchern besitzt den Nachteil, daß sie die Lichtstärke verringert. Bei einer Hilfsblende mit größeren Löchern tritt unter anderem die Schwierigkeit auf, daß die Löcher beider Masken sehr genau gegeneinander justiert sein müssen, wodurch natürlich die Herstellungkosten erheblich steigen. Weiterhin können an der fokussierenden Blende noch viele Sekundärelektronen entstehen und in das Linsenfeld eintreten, da die fokussierende Maske durch die großen Löcher in der Hilfsmaske weiterhin von den schnellen Primärelektronen des Strahls getroffen werden kann.

Durch die Erfindung sollen die erwähnten Mängel der bisher bekannten Röhren mit fokussierenden Viel-

Farbf eras eh wiedergaberöhre
mit Viellochblende

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr, 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. März 1S66

Harold Bell Law, Princeton, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

lochblenden behoben und eine Röhre dieses Typs geschaffen werden, die sich dadurch auszeichnet, daß sie erstens Bilder mit hohem Kontrast und hoher Helligkeit liefert und daß sie zweitens aus einfachen und wirtschaftlichherzustellenden Einzel teilen besteht. Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Kathodenstrahlröhre mit Viellochblende, bei welcher dem Leuchtschirm zwei Siebblenden vorgeschaltet sind, zwischen denen ein Potentialunterschied besteht, um Sekundärelekronen von dem Leuchtschirm fernzuhalten, ist gekennzeichnet durch eine einzige, mehrschichtige Viellochblende, die zwei elektrisch voneinander isolierte Hauptflächen aufweist, zwischen denen ein diese Flächen mechanisch verbindender, sie jedoch elektrisch voneinander trennender Isolator angeordnet ist. Zwischen den beiden Hauptflächen wird im Betrieb dabei ein derartiger Potentialunterschied aufrechterhalten, daß die der Kathode der Röhre zugewandte Fläche gegenüber der anderen Fläche positiv ist.

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht einer Dreistrahl-Farbfernsehwiedergaberöhre mit fokussierender Maske und Mosaikschirm, die entsprechend der Erfindung aufgebaut und betrieben ist, Fig. 2 einen Ausschnitt einer Ansicht des Schirmes,

vom Strahlerzeugungssystem aus gesehen, sie zeigt das hexagonale Muster der Blendenöffnungen und der Anordnung der Farbphosphorflächen,

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Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht der fokussierenden Blende entlang der Linie X-X in Fig. 1 und

Fig. 4 bis 7 Teile von Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsbeispielen von zusammengesetzten Viellochblenden gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist die Erfindung auf eine Dreistrahl-Farbfernsehwiedergaberöhre 1 des Typs »Fokus-Maske, Punkt-Schirm« angewendet, wobei die

elektrode) 11 auf einem mehrere tausend Volt positiveren Potential in bezug auf die konvexe Fläche 19 a der Maske gehalten wird, bildet das Feld (nicht dargestellt) jeder einzelnen Blendenöffnung eine sphä-^; rische Linse, die die Elektronenbündel, die durch die Öffnung treten, auf die betreffenden Farbphosphorpunkte, die in ihrem Wege liegen, beschleunigt und fokussiert. An der anderen, d.h. konkaven Seite 19c der Maske 19 besteht ein etwas schwächeres Feld, das¹

roten (R), bläuen (B) und grünen (G) Phosphorpunkte io die Elektronen in Richtung auf den Konus 11 be-(s. Fig. 2) in einem hexagonalen Punktmuster auf der schleunigt. Die von den Strahlerzeugern 5 kommeninneren Oberfläche einer gläsernen Schirmplatte 3 und den Elektronen werden daher bei Annäherung an die die drei Elektronenstrahlerzeuger 5 r, 5 b, 5 g im Drei- Maske verlangsamt, und die, welche durch die öffeck in dem gläsernen Röhrenhals 7 angeordnet sind, so nungen 19 h der Maske gelangen, werden dann in daß sie auf die entsprechenden Farbphosphore zielen. 15 Richtung auf den Phosphorschirm wieder beschleunigt. Der Bildschirm 3 kann eine beliebige Form (z.B. Obwohl die Löcher 19h der Maske 19 wesentlich

kreisförmig oder rechteckig) und Wölbung (z. B. größer sind als die Öffnungen in einer üblichen Schatsphärisch, zylindrisch oder eben) besitzen. Im vorlie- tenmaske, trifft ein erheblicher Prozentsatz jedes genden Fall besitzt er die Form einer sphärischen Ka- Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Maske, und lotte und bildet das vordere Ende oder Fenster des 20 eine große Anzahl von langsamen Sekundärelektroden zylindrischen Randes eines metallenen Körpers oder wird als Folge davon an dieser Oberfläche gebildet. Konus der Bildröhre. Die gesamte Schirmoberfläche Wenn diese langsamen Sekundärelektronen durch die des Phosphorschirmes wird von einem elektronen- Öffnungen 19 h der Maske treten könnten, würden sie durchlässigen, lichtreflektierenden Metallhäutchen 13 auf den Phosphorschirm hin durch das fokussierende bedeckt, welches den Schirm elektrisch leitfähig 25 Feld jeder Öffnung beschleunigt und dadurch Streumacht. Der Schirm steht über eine Verlängerung 13 α licht erzeugen. Um das Auftreten von Streulicht zu seiner leitenden Oberfläche 13 und über den Metall- verhindern, welches vom Auftreffen von Sekundärrand 9 mit dem Metallkonus 11 in Verbindung. Der elektronen auf dem Schirm herrührt, ist es notwendig, Konus 11 bildet eine Beschleunigungselektrode, durch die langsamen Sekundärelektronen daran zu hindern, deren hohles Innere die einzelnen Elektronenstrahlen 3° die öffnungen der Maske zu durchlaufen. Dies kann (r, b und g) auf ihrem Weg zum Bildschirm laufen. dadurch erreicht werden, daß man eine geeignete posi-

i Vbid d

(, g) g

Ein einzelner Anschluß 15 dient zur Verbindung des Schirmes und damit des Konus 11 mit dem Potential für die letzte Beschleunigungsanode von beispielsweise 18 kV, welches aus einer geeigneten Spannungsquelle stammt, die als Spannungsteiler 17 dargestellt ist.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete, zusammengesetzte Viellochblende oder Maske 19 besteht aus

tive Spannung an die »Vorspannungsmaskenfläche« 19 c bezüglich der anderen, d. h. fokussierenden Fläche 19 a. der Maske legt. Das entstehende verhältnismäßig schwache Feld der konkaven Seite 19 c der Maske hat keinen wesentlichen Einfluß auf die schnellen Primärelektronen, es verhindert jedoch die langsamen Sekundärelektronen an einem Durchlaufen der Öffnungen 19 h zum Phosphorschirm. Sie werden statt dessen in

zwei leitenden Flächen 19 α und 19 c, die elektrisch 4° Richtung auf den Konus 11 hin beschleunigt und gehen voneinander durch die dazwischenliegende Isolier- dort verloren.

schicht 19 b getrennt sind. Die Maske ist geeignet gewölbt und stimmt im großen und ganzen in ihrer Form mit der konkaven Oberfläche des Schirmes 3 überein. Wie üblich, sind die (kreisförmigen) Öffnun- *5 gen 19 h in der Maske im selben geordneten (hexagonalen) Muster angeordnet wie die Phosphorpunkte im Mosaikschirm, wobei für jede Gruppe (R, B, G) von Phosphorpunkten eine Blendenöffnung vorgesehen ist. Die Maske 19 liegt in einem bestimmten Abstand von der konkaven Oberfläche des Bildschirmes und wird beispielsweise durch einen zylindrischen Metallrahmen 21, der an der inneren Oberfläche des Metallrandes 9 des Röhrenkolbens durch die drei Halter 23

Ein zweckmäßiges Verfahren, eine zweiflächige oder doppelte Maske herzustellen, geht von einem Aluminiumblech aus, das auf seinen beiden Seiten mit Kupfer (s. Fig. 3) überzogen ist. Auf die beiden Kupferflächen wird dann mit Hilfe eines geeigneten Ätzgrundes das Muster der Öffnungen photographisch aufgebracht, und anschließend werden die Öffnungen in das Kupfer auf den beiden Seiten eingeätzt. Darauf werden mit Hilfe eines Alkalis Löcher in die Aluminiumschicht geätzt, bis nur so viel Aluminium übrigbleibt, wie nötg ist, um das Kupfer zu tragen.

Das verbleibende Aluminium wird vollständig anodisch oxydiert und in Aluminiumoxyd verwandelt, befestigt ist, getragen. Die Halter 23 bestehen aus 55 so daß es eine isolierende Zwischenlage 19 b für die Keramik oder einem anderen geeigneten Isolator, wel- einander gegenüberliegenden Kupferflächen 19 α und eher in der Lage ist, die Maske 19 von der metallisierten Oberfläche 13 des Schirmes 3 und vom Metall-

konus 11 und dem Rand 9 der Röhre zu isolieren. Die

19 c bildet. Die beiden Metallflächen 19 a und 19 c können als getrennte Masken aufgefaßt werden, welche voneinander isoliert sind und genau aufeinander einäußere, konvexe Fläche 19 a der Maske 19 und die ⁶° justierte Löcher gleichen oder verschiedenen Durchinnere, konkave Fläche 19 c der Maske 19 sind über messers besitzen. Die Maskenfläche 19 c, die auf der die elektrischen Leitungen 25 bzw. 27 durch den Me- Seite der Strahlerzeuger 5 liegt, besitzt vorzugsweise tallrand 9 mittels einer isolierenden Durchführung 29 kleinere Öffnungen als die Fläche 19 α, die gegenüber nach außen geführt, sie können einstellbar, wie durch dem Schirm liegt, so· daß letztere nicht von schnellen die Pfeile angedeutet ist, an Punkte der Gleichspan- 65 Primärelektronen getroffen werden kann,
nungsquelle 17 angeschlossen werden, die einige tau- Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer zwei=

send Volt niedriger liegen als das Potential der letzten Anode, mit dem der Schirm und der Konus verbunden sind. Wenn die metallische Oberfläche 13 des

seitigen oder doppelten Maske beruht auf der Verwendung von Glas (beispielsweise »Fotoform«-Glas der Firma Corning), welches mittels photographischer

Schirmes und des Konus (oder der Beschleunigungs- 7o Methoden bearbeitet werden kann, so daß konische

Löcher von einer Oberfläche zur anderen, wie in Fig. 4 dargestellt ist, entstehen. Die gewünschte doppelte Maskenanordnung wird durch Auftragen von leitenden, metallischen Überzügen 19 a· und 19 c auf die beiden Oberflächen entweder durch Aufdampfen oder durch Aufdrucken vervollständigt.

Es hat sich gezeigt, daß in einer Röbre^ die eine doppelte Maske der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Art enthält, praktisch alle langsamen Sekundärelektronen am Erreichen des Phosphorschirmes gehindert wurden, wenn man eine der Metallflächen (d. h. die »Vorspannungsfläche« 19c)· mit +50V in bezug auf die andere (d. h. die »Fokussierfläche« 19 a·) vorspannt.

In allen bisher beschriebenen Maskenanordnungen wurden die Sekundärelektronen durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die »Vo-rspannungsfläche« der Maske am Erreichen des Phosphorschirmes gehindert. Eine andere Maskenanordnung, die in Fig. 5 dargestellt ist, benötigt keine gesonderte Vorspannung. Die Anordnung besteht aus einer leitenden Maske 19 </, die auf ihrer von Elektronenstrahlen getroffenen Seite mit einem Isolierstoff 19 b' überzogen ist. Der Isolierstoff 19 b' muß bei dem Potential, bei welchem der leitende Teil 19 a' der Maske beschrieben werden soll, ein Sekundäremissionsverhältnis größer als 1 besitzen. Dieses Potential beträgt normalerweise zwischen 3 und 6 kV. Der Isolierüberzug 19 b' hindert die Sekundärelektronen daran, durch die Löcher der Maske zu treten, da er sich unter Elektronenbeschuß in bezug auf die andere, fokussierende Fläche 19 a' positiv auflädt. Das Isoliermaterial 19 V wirkt also-, wie oben beschrieben, als Vorspannungsfläche.

Als geeigneter Isolierüberzug hat sich Willemit erwiesen, andere Phosphore oder Isolierpulver oder Emaillen arbeiten ebenfalls zufriedenstellend, vorausgesetzt, daß ihre erste Sekundäremissionsüberkreuzusng um mindestens 50 V oberhalb des Potentials der Fokussierfläche 19 a liegt. Der Willemit wurde durch Sedimentation aus einer flüssigen Suspension auf die Maske aufgebracht. Dicken von 6 mg/cm² und mehr wurden verwendet.

Beim Auftreten des Willemits oder der anderen Isolierstoffe ist es wichtig, daß alle Teile der Maske, die den Elektronenstrahlen ausgesetzt sind, mit Isolierstoff bedeckt werden. Wenn man also den Isolierstoff 19 b' auf eine Maske (Fig. 5) aufbringt, in die Löcher von beiden Seiten des Metalls eingeätzt wurden und die deshalb scharfe Ränder 19 k besitzen, ist es wichtig, daß der Isolierstoff die Ecken bzw. Ränder innerhalb der Löcher überdeckt. Wenn die Maskenöffnungen sich nach außen, also in Schirmrichtung, erweiten, wie mit 19 £ in Fig. 6 dargestellt ist, ist es nicht nötig, daß sich der Isolierstoff bis in die öffnungen der Maske hinein erstreckt, wenn diese abgeschrägten Oberflächen 191 nicht von Elektronenstrahlen getroffen werden können. Wenn jedoch die Abschrägung der Löcher in der umgekehrten Richtung verläuft, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, müssen die abgeschrägten Oberflächen 191' mit Isolierstoff 19 b' überzogen werden.

Im Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Fig. 8 dargestellt ist, ist die Isolierschicht 19 b auf der den Elektronenstrahlerzeugern zugewandten Seite mit einer leitenden Schicht 19c überzogen, die sich auf, einen Wert, welcher über die gesamte Oberfläche gleich ist und vom mittleren Strahlstrom abhängt, positiv auflädt. Der Betrag der Aufladung wird auch durch den Isolationswiderstand zwischen der leitenden Schicht bzw. »Vorspannungsfläche« 19 c und der fokussierenden Fläche 19 a beeinflußt. Es ist sehr einfach, diesen Isolationswiderstand während der Herstellung der Schicht durch geeignete Auswahl der Art und Menge des verwendeten Isolationsmaterials auf einen gewünschten Wert zu bringen. Der Isolationswiderstand sollte derart gewählt werden, daß die Vorspannungsfläche 19 c in bezug auf die fokussierende Fläche 19 a mindestens ein Potential von + 50 V annimmt, der Wert darf jedoch nicht so hoch sein, daß ein Durchschlagen der Isolation oder

ίο Funkenüberschläge zwischen den beiden Flächen auftreten können. Wenn es notwendig oder wünschenswert ist, das Potential der leitenden Schicht 19 c auf einem Wert zu halten, der nicht ohne weiteres durch einfaches Aufladen dieser Oberfläche erreicht werden kann, kann das Potential dieser Oberfläche durch Anlegen einer geeigneten Spannung über eine Zuführung, wie in Fig. 1 dargestellt ist, eingestellt werden. Bei Masken der in Fig. 8 dargestellten Art hat sich eine Potentialdifferenz von 175 V zwischen der Vor-Spannungsfläche 19 c und der Fokussierfläche 19 α als zufriedenstellend erwiesen.

Claims

Patentansprüche:

1. Farbfernsehwiedergaberöhre mit Viellochblende, bei welcher dem Mosaikschirm zwei Siebblenden vorgeschaltet sind, zwischen denen ein Potentialunterschied besteht, um Sekundärelektronen von dem Leuchtschirm fernzuhalten, gekennzeichnet durch eine einzige, mehrschichtige ■ Viellochblende, die zwei elektrisch voneinander isolierte Hauptflächen aufweist, zwischen denen ein diese Flächen mechanisch verbindender, sie jedoch elektrisch voneinander trennender Isolator angeordnet ist.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kathode der Röhre zugewandte Hauptfläche gegenüber der anderen Fläche positiv ist.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen so angeordnet sind, daß in den öffnungen der Blende ein Linsenfeld entsteht, durch welches die Sekundärelektronen, die durch Auftreffen von Elektronenstrahlen auf die Fläche, die der Kathode näher liegt, entstanden sind, verlangsamt werden.

4. Röhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske einen Isolator enthält, der auf der einen Seite mit einem elektrisch leitenden Stoff überzogen ist, wobei dieser elektrisch leitende Stoff die eine der Hauptflächen bildet.

5. Röhre nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfläche, die der Kathode benachbart ist, aus einem Isolierstoff besteht, der ein Primär-zu-S'ekundärelektronen-Verhältnis größer als 1 besitzt.

6. Röhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Hauptflächen aus elektrisch leitendem Material bestehen und durch einen Isolierstoff getrennt sind.

7. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff auf einer Unterlagenfläche aufgebracht und so angeordnet ist, daß

_pm Elektronen aus der Kathode sie nicht treffen können.

8. Röhre nach Anspruch 7, dadurch gekenn-, zeichnet, daß der Isolierstoff bis in die öffnungen I^ reicht.

b

9. Röhre nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

Ei zeichnet, daß die öffnungen der Unterlagenfläche

sich, in Richtung des Elektronenstrahls gesehen, nach außen erweitern.

10. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus Willemit besteht.

11. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff eine Dicke entsprechend 6 mg/cm² besitzt.

12. Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptflächen mit Zuführungsleitungen verbunden sind, an die eine Potential- differenz angelegt werden kann.

13. Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial aus Aluminiumoxyd besteht, welches durch anodische Oxydation erzeugt wurde.

14. Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial aus einer Glasscheibe besteht, in die die öffnungen eingeätzt sind.

15. Röhre nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske

gegenüber dem Mosaikschirm der Röhre angeordnet ist, wobei die Maske eine Anordnung von öffnungen besitzt, die in ihrer Lage in einer bestimmten Anordnung zu den Elementarflächen des Mosaikschirmes liegen, daß ferner innerhalb der Röhre Elektronenstrahlerzeuger angeordnet sind, die so liegen, daß die erzeugten Elektronenstrahlen den Mosaikschirm durch die öffnungen der Maske erreichen können, daß ferner eine hohe Beschleunigungselektrode innerhalb der Röhre zwischen den Elektronenstrahlerzeugern und der Maske angeordnet ist, durch die die Primärelektronen von den Strahlerzeugern auf ihren Weg zum Schirm laufen, und daß Mittel vorgesehen sind, um den Mosaikschirm mit der Beschleunigungselektrode zu verbinden, um eine gemeinsame Betriebsspannung anzulegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 076 290.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen