DE1060903B - Farbfernsehroehre mit einem Gitter vor dem Leuchtschirm - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kathodenstrahlröhren, in denen sich eine rostförmige Gitterelektrode, bestehend aus dünnen parallelen Leitern, in dem Weg eines oder mehrerer Elektronenstrahlen befindet und in der ein elektrostatisches Feld zwischen dem Gitter und einer in der Nähe befindlichen Elektrode gebildet wird. Diese Erfindung ist von besonderem Wert für Farbfernsehröhren mit Gitterelektroden, die eine Nachbeschleunigung bewirken.

Es sind Kathodenstrahlröhren bekannt, bei denen der Schirm von einem oder mehreren Elektronenstrahlen bestrahlt wird und die im Wege des Elektronenstrahles ein Gitter von parallelen Leitern, z. B. von dünnen Drähten, besitzen, das in bezug auf den Schirm auf ein solches Potential gelegt wird, daß es ein elektrostatisches Feld erzeugt, das die Elektronen in Schirmrichtung beschleunigt. Diese Art von Röhren wird beispielsweise besonders als Farbfernsehbildröhre verwendet, bei der die Beschleunigung der Elektronen eine Verstärkung der Lichtintensität auf dem Schirm bewirkt und bei der das Gitter außerdem als fokussierende und farbtrennende Elektrode wirkt, wodurch eine exakte Farbwiedergabe erzielt wird. Eines der bei diesen Röhren auftretenden Probleme ist das Vibrieren der Gitterdrähte während des Röhrenbetriebes. Solche Vibrationen können Veränderungen des elektrostatischen Feldes verursachen, die groß genug sind, Farbfehler auf dem Bild zu verursachen.

Es ist bereits bekannt, solche Vibrationen der Gitterdrähte zu unterbinden. Eine Möglichkeit besteht darin, ein oder mehrere isolierende fadenförmige Dämpfungselemente in das Gitter in der Weise einzubringen, daß sie quer zu den Leitern verlaufen. Ein solcher dämpfender Faden muß ein Nichtleiter sein, um zu verhindern, daß eine Störung des elektrostatischen Feldes in Gitternähe verursacht wird. Der Dämpfungsfaden hat jedoch die Eigenschaft, sich während des Elektronenbeschusses beim Betrieb der Röhre auf ein bestimmtes Potential aufzuladen. Das Potential, auf welches der Isolierfaden sich auflädt, wird bestimmt von dem Sekundärelektronenemissionsverhältnis in Abhängigkeit von der Spannung. Es hat sich gezeigt, daß ein Material, das nach Gesichtspunkten der Herstellung und der Anbringung in dem Gitter am praktischsten erscheint, die unerwünschte Eigenschaft besitzt, sich bei Elektronenbeschuß auf ein Potential aufzuladen, das merklich von dem gewünschten Potential der Gitterdrähte abweicht. Die Spannungsdifferenz zwischen den dämpfenden Fäden und den Gitterdrähten erzeugt eine starke Verzerrung des elektrostatischen Feldes in Gitternähe und verursacht einen merklichen und sehr unerwünschten Farbfernsehröhre mit einem Gitter
vor dem Leuchtschirm

Anmelder:
General Electric Company,
Schenectady, Ν. Υ. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. Β. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität: _Xj V. St. v. Amerika vom 3. August 1956

Howard Joseph Evans, Fayetteville, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Elektronenschatten der dämpfenden Fäden auf dem Schirm.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zwecks A^erhinderung einer Schattenbildung auf dem Leuchtschirm diese Dämpfungsfäden aus einem fadenförmigen Kern aus Isoliermaterial und einer äußeren Schicht aus Isoliermaterial bestehen und daß diese den fadenförmigen Kern bedeckende Schicht bei Beschuß durch einen betriebsmäßig beschleunigten Elektronenstrahl ein Sekundärelektronenemissionsverhältnis besitzt, das bei gittergleichem Potential nicht kleiner als 1 und bei gitterhöherem Potential gleich 1 ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung mögen die Zeichnungen dienen. Eine Kathodenstrahlröhre der oben beschriebenen Art ist in Fig. 1 gezeigt. Sie be-

4Q steht aus einem Röhrenkolben 2, der eine oder mehrere Elektronenkanonen 4 enthält (beispielsweise drei Stück gezeigt) und der auf der Innenseite der Bildfläche eine Leuchtschicht 8 und eine leitende Grundschicht 6 enthält. In einer Kathodenstrahlröhre zur naturgetreuen Farbwiedergabe besteht z. B. dieLumineszenzschicht8 aus einer Mehrzahl von dreiteiligen Streifen. Jeder dieser Streifen besteht aus drei dicht beieinander liegenden Leuchtschichtstreifen, von denen jeder imstande ist, unter Elektronenbeschuß in einer bestimmten additiven Primärfarbe aufzuleuchten. Der Elektronenstrahl jeder Elektronenkanone wird mittels Ablenkvorrichtungen 12 über den Schirm geleitet. In dem Weg des Elektronenstrahles in der Nähe des Schirmes und im allgemeinen parallel zum Schirm ist eine rost-

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förmige Gitterelektrode 14, die aus einer Reihe von parallelen dünnen Drähten 15 besteht, angebracht. Das Gitter 14 wird an eine übliche Spannungsquelle angeschlossen, schematisch als Batterie 16 gezeigt, die als Beschleunigungsspannung wirkt. Die leitende Schicht 10 des Schirmes wird in bezug auf das Gitter auf eine solche Spannung gelegt, daß ein elektrostatisches Feld zwischen dem Gitter und dem Schirm entsteht. Das elektrostatische Feld ist hier als Beschleunigungsfeld bezeichnet, es kann aber ebenso ein Verzögerungsfeld sein. An die Anode 18 an der Trichterwand der Röhre wird ebenfalls eine Spannung gelegt, die z. B. etwas höher als die Gitterspannung sein kann.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Gitters von Fig. 1 und zeigt die Verteilung und den Verlauf von bestimmten Äquipotentiallinien des elektrostatischen Feldes zwischen Gitter und Schirm in der Nähe des Gitters 14. Die Äquipotentiallinien 20 dicht an den Gitterdrähten verlaufen wellenförmig, da, wie es bekannt ist, jedes Paar von benachbarten Drähten als Elektronenlinse wirkt, die den Elektronenstrahl, der zwischen zwei solchen Drähten hindurchgeht, fokussiert, während die Äquipotentiallinien 22, je weiter sie von den Gitterdrähten entfernt sind, um so weniger wellenförmig verlaufen.

Beim Betrieb der Röhre können verschiedene Faktoren eine Vibration der Gitterdrähte verursachen, z. B. Schwankungen in der Spannungsversorgung von Gitter und Schirm oder Schwankungen der Elektronenstrahldichte. Solche Schwankungen verursachen periodische Verschiebungen der Gitterdrähte quer zu ihrer Länge. Diese Verschiebungen können merkliche Verzerrungen des Elektronenstrahlpunktes auf dem Schirm verursachen und können bei Röhren mit Mosaikschirm zur Wiedergabe von Farbbildern unerwünschte Farbfehler verursachen.

Um diese Schwingungen der Gitterdrähte zu beseitigen, hat es sich als nützlich erwiesen, dünne Fäden in das Gitter quer zu den Leitern 15 in der Weise einzuflechten, daß die schwingfähige Länge der Gitterdrähte verkürzt wird und damit ihre Resonanzfrequenz anwächst, wodurch eine wirksame mechanische Amplitudenverringerung erreicht wird. Solche Fäden 26 sind in Fig. 1 und 2 gezeigt. Die Fäden bestehen bekannterweise aus einem isolierenden Material, so daß ihre Oberflächen nichtleitend sind und sich infolgedessen je nach Material so aufladen können, daß die Feldlinien von den Fäden ausgehen anstatt von den Gitterdrähten. Eine der Schwierigkeiten solcher bekannter Anordnungen ist, daß die isolierenden Materialien, z. B. verschiedene Gläser, die sich von dem Standpunkt der Fertigungstechnik aus als dämpfende Fäden gut verwenden lassen und leicht in das Gitter eingeflochten werden können, keine guten elektrischen Eigenschaften für diesen Zweck besitzen. Solche Materialien haben die Eigenschaft, beim Auftreffen von Primärelektronen eines Elektronenstrahles Sekundärelektronen in der Art auszusenden, daß sich die dämpfenden Fäden schnell auf ein solches Potential aufladen, das wesentlich von dem gewünschten Gitterpotential verschieden ist. Dadurch wird eine starke Verzerrung des elektrostatischen Feldes verursacht, was sich als unerwünschte Schatten oder Kontrastlinien auf dem Schirm bemerkbar macht.

Zur Erklärung dieser Erscheinung dient die Fig. 3, die eine grafische Darstellung des Verhältnisses von Sekundär elektronen zu Primärelektronen IsIIp in Abhängigkeit von der Spannung Vp bei Elektronenbeschuß zeigt. Wie die Kurve zeigt, nimmt das Sekun-

därelektronenemissionsverhältnis mit Erhöhung der Beschleunigungsspannung Vp von einem Wert <C 1 auf 1 zu (bei 30), steigt weiter an zu einem Wert > 1 und fällt schließlich bei 32 wieder auf den Wert 1 ab, um noch weiter abzunehmen. Diesen Punkt 32 bezeichnet man als zweiten »Eins-Punkt« der Kurve, und der entsprechende Wert von Vp ist mit Vp_ll bezeichnet und heißt das »Haltepotential« des Materials. Der Ausdruck Haltepotential wird gebraucht, weil er

ίο das Potential angibt, auf dem das Material bei Elektronenbeschuß aufgeladen bleibt, auch wenn Primärelektronen bei einer größeren Beschleunigungsspannung als F/>_n auftreffen, da es einem nahen Leiter höheren Potentials die Sekundär elektronen abgeben kann. Es ist dabei gleichgültig, wie hoch die Anodenspannung oder die Beschleunigungsspannung ansteigt. Das beschossene Material wird sich immer nur auf das Haltepotential aufladen und nicht höher. Das ist folgendermaßen zu erklären: Wenn das beschossene Material eine wirksame Spannung besitzt, die kleiner ist als das Haltepotential, so wird sein Sekundäremissionsverhältnis größer als 1 sein, und es wird die Elektronen schneller abgeben als aufnehmen und dabei immer positiver werden, bis es das Haltepotential erreicht hat. Wenn das Material ein Potential besitzt, das höher ist als das Haltepotential, wird es ein Sekundäremissionsverhältnis von <1 haben (Fig. 3), und es wird mehr Elektronen aufnehmen und so lange negativer werden, bis das Haltepotential erreicht ist.

Dämpfungsmaterialien, die vom fertigungstechnischen Standpunkt aus gut zu verwenden wären, besitzen Haltepotentiale, die kleiner sind als die üblichen Gitterpotentiale. So beträgt z. B. bei einer 21-Zoll-Farbfernsehröhre das Gitterpotential ungefähr 6,5 kV.

Viele der an sich verwendbaren Dämpfungsmaterialien haben ein Haltepotential von nur 4 bis 4,5 kV. Das bedeutet, daß während des Betriebes einer solchen Röhre der Dämpfungsfaden sich unter Elektronenbeschuß nur auf 4 bis 4,5 kV auflädt, also auf ein Potential, das ungefähr 2,5 kV unter der Gitterspannung liegt. Dieser Spannungsunterschied zwischen dem Dämpfungsfaden und den Gitterdrähten verursacht in der Nähe des Dämpfungsfadens eine Verzerrung des elektrostatischen Feldes zwischen Gitter und Schirm. Wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, werden die sonst gleichmäßig verlaufenden Feldlinien des elektrostatischen Feldes in die Dämpfungsfäden 26 hineinführen, weil diese ein niedrigeres Potential als die Gitterdrähte 15 besitzen. Die Feldlinien 36 in der Nähe des Dämpfungsfadens sind also zu dem Dämpfungsfaden hin gebogen, während die Feldlinien 38, die etwas weiter von dem Dämpfungsfaden entfernt sind, unberührt bleiben und geradlinig verlaufen. Das Abbiegen der Feldlinien 36 verursacht ein Abbiegen des durch das Gitter gehenden Elektronenstrahles nach den bekannten Gesetzen der Elektronenoptik, und diese Ablenkung des Elektronenstrahles zeigt einen Elektronenschatten auf dem Schirm, der viel breiter ist als die Dicke des Dämpfungsfadens.

Um dieser Erscheinung zu begegnen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einen zusammengesetzten Dämpfungsfaden zu verwenden, der aus einem fadenförmigen Kern eines geeigneten Isoliermaterials besteht und gute mechanische Eigenschaften besitzt, also gut in Fadenform hergestellt und leicht in das Gitter eingewebt werden kann und aus einer umhüllenden Schicht eines Materials mit einem Haltepotential besteht, das so hoch ist, daß das wirksame Haltepotential des zusammengesetzten Fadens über dem gewünschten Gitterpotential liegt. Ein solcher Faden

Claims (1)

1. 5 6

   wird in Fig. 5 gezeigt, wo mit 42 der Kern und mit 44 vorzugsweise in einer Dicke von 0,1 bis 0,3 μ aufgedie Schicht bezeichnet ist. Die Wahl des Materials bracht werden (z.B. auf einen Kernvon Nonexglas). dieser Schicht geschieht nach vielen Gesichtspunkten, Der zusammengesetzte Faden hat dann ein effektives zuerst natürlich nach dem Gesichtspunkt des Halte- Haltepotential von ungefähr 7,5 kV, ist also durchaus potentials. Ein anderer maßgebender Faktor ergibt 5 brauchbar für Farbfernsehröhren der 21-Zoll-Größe. sich aus der Tendenz des Schichtmaterials, das Halte- Ein anderes Schichtmaterial ist Calciumfluorid; beide potential im Laufe der Lebenszeit zu erniedrigen. Fluoride lassen sich gut auf dem Fadenkern aufbrin-Hinzu kommt noch, daß das Schichtmaterial ein Iso- gen, z. B. durch Aufdampfen im Vakuum.
   Iator sein muß und daß es haltbar auf den Kern auf- Die vorliegende Erfindung sieht also einen vergebracht werden kann. Faßt man alle diese Faktoren io besserten Dämpfungsfaden für das Gitter vor. Er setzt zusammen, so kommt man zu einem Schichtmaterial, sich aus Kern und Schicht zusammen und besitzt all das ein solches Haltepotential besitzt, daß es zusam- die mechanischen Vorteile eines üblichen Dämpfungsmen mit dem Haltepotential des Kernmaterials bei fadens. Zusätzlich bringt er noch den Vorteil, keine Betriebsbeginn etwas über dem gewünschten Gitter- Feldverzerrungen und damit keine Elektronenschatten potential liegt (z.B. etwa 1000V darüber). Das ist 15 auf dem Schirm zu verursachen,
   aus Fig. 3 ersichtlich. Dort wird die Beziehung zwi- Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung sehen der Gitterspannung Vg im Neuzustand und dem nicht nur auf die zur Erläuterung angeführten Beieffektiven Haltepotential Vpn des Dämpfungsfadens spiele beschränkt ist.
   dargestellt. Wenn man das normale Absinken des

   Haltepotentials während der Lebenszeit der Röhre in 2° Patentansprüche:
   Betracht zieht, so wird sich das Haltepotential des zusammengesetzten Dämpfungsfadens innerhalb des Ge- 1. Kathodenstrahlröhre mit einer oder mehreren bietes 40 in Fig. 3 bewegen, z. B. wird es über dem Elektronenkanone (n) und einem in Elektronen-Gitterpotential Vg während der ganzen Lebenszeit der flugrichtung vor dem Leuchtschirm befindlichen Röhre bleiben. 25 rostförmigen, auf positivem Potential liegenden

   Mit so einem zusammengesetzten Dämpfungsfaden Gitter, in das zwecks mechanischer Dämpfung wird sich beim Betrieb der Röhre der Dämpfungs- quer zu den Gitterdrähten Dämpfungsfäden aus faden schnell auf eine höhere Spannung als die Gitter- Isoliermaterial eingeflochten sind, insbesondere für spannung aufladen. Da aber das Feldpotential in Farbfernsehröhren, dadurch gekennzeichnet, daß Gitternähe durch das Gitter gegeben ist, wird der 30 zwecks Verhinderung einer Schattenbildung auf Faden daran gehindert, sich positiver aufzuladen als dem Leuchtschirm diese Dämpfungsfäden aus das Gitter, weil er dann seine eigenen Sekundärelek- einem fadenförmigen Kern aus Isoliermaterial und tronen aus dem weniger positiven Feld wieder auf- einer äußeren Schicht aus Isoliermaterial bestehen nimmt. Daher nähert sich beim Betrieb das Sekundär- und daß diese den fadenförmigen Kern bedeckende emissionsverhältnis dem Wert 1, und jeder Teil der 35 Schicht bei Beschuß durch einen betriebsmäßig Fadenoberfläche wird sich auf den Wert des Feld- beschleunigten Elektronenstrahl ein Sekundärpotentials, jedoch nicht darüber, aufladen. Das redu- elektronenemissionsverhältnis besitzt, das bei ziert die Verzerrungserscheinungen des Dämpfungs- gittergleichem Potential nicht kleiner als 1 und bei fadens auf das elektrostatische Feld im Weg der Elek- gitterhöherem Potential gleich 1 ist.
   tronenstrahlen und macht im elektronenoptischen Sinne 40 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch geden Dämpfungsfaden unsichtbar und verhindert so die kennzeichnet, daß das effektive Sekundärelek-Elektronenschatten des Dämpfungsfadens auf dem tronenverhältnis des gesamten aus Kern und Schirm. Schicht bestehenden Fadens bei Gitterpotential

   Unterscheiden sich die Haltepotentiale von Kern nicht kleiner als 1 ist.
   und Schicht sehr stark und ist das Haltepotential der 45 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch Schicht nicht viel höher als das gewünschte Gitter- gekennzeichnet, daß diese Schicht aus Calciumpotential, so muß die Schicht ziemlich dick aufgebracht · fluorid oder aus Magnesiumfluorid besteht,
   werden, damit der zusammengesetzte Faden ein wirk- 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch sames Haltepotential bekommt, das innerhalb des ge- gekennzeichnet, daß diese Schicht eine Dicke von wünschten Bereiches liegt. Man wird also ein Schicht- 50 50 bis 400 μ besitzt.

   material mit einem wesentlich höheren Haltepotential 5. Anordnung nach Anspruch 1, 3 und 4, da-

   als das des Kernmaterials in dünnerer Schicht auf- durch gekennzeichnet, daß diese Schicht durch

   bringen, so daß das wirksame Haltepotential des zu- Aufdampfen im Vakuum hergestellt ist.

   sammengesetzten Fadens in das gewünschte Gebiet

   fällt. 55

   Als gut geeignetes Schichtmaterial hat sich InBetrachtgezogeneDruckschriften:

   Magnesiumfluorid herausgestellt. Dieses Material kann Deutsche Patentschrift Nr. 942 567.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 909 560/187 6.59