DE1134702B - Farbbildroehre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Farbbildröhre mit wenigstens einer Elektronenkanone, einem Leuchtschirm und Mitteln zur Erzeugung eines Nachbeschleunigungsfeldes.

Wenn ein Elektronenstrahl auf einen Gegenstand auftrifft, so können einige der Elektronen in der atomaren Struktur des Gegenstandes eine genügend große Energie von dem Elektronenstrahl mitgeteilt bekommen und den Gegenstand verlassen. Diese aus dem Gegenstand ausgeschlagenen Elektronen sind als Sekundärelektronen bekannt und unterscheiden sich von den Elektronen des Strahles, die man Primärelektronen nennt. Obwohl diese Sekundärelektronenemission manchmal nützlich ist, ist sie in Anordnungen wie beispielsweise in Kathodenstrahlröhren nicht erwünscht, weil sie Störeffekte hervorruft.

Der Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre erzeugt bei Bestrahlung durch einen Elektronenstrahl Sekundärelektronen, die zum Teil wieder auf den Schirm zurückkehren und Leuchterscheinungen hervorrufen. Diese Leuchterscheinungen treten dann an anderen Stellen als an der von dem Elektronenstrahl getroffenen Stelle auf und vermindern so den Kontrast des wiedergegebenen Bildes. Dabei erzeugen im wesentlichen nur Elektronen mit einer Energie größer als 50 V solche Leuchterscheinungen. Diese Sekundärelektronen hoher Energie treten besonders stark in Farbfernsehröhren mit Nachbeschleunigung auf in welchen sich ein sehr großer Potentialgradient in unmittelbarer Nähe des Schirmes befindet. Hier werden die Sekundärelektronen hoher Energie wieder auf den Schirm zurückgeworfen und beeinträchtigen sowohl den Konstrast als auch die Farbeinheit des Bildes.

Bei Bildröhren für Schwarz-Weiß-Wiedergabe ist es bereits bekannt, den Leuchtschirm auf der dem Elektronenstrahl zugewandten Seite mit einer leitenden Schicht zu bedecken, die eine elektrostatische Aufladung des Schirmes verhindern soll. Als leitendes Material sind dabei auch Materialien verwendet worden, die eine niedere Atomzahl besitzen. Üblicherweise wird vor Aufbringen der leitenden Schicht vorübergehend eine Zwischenschicht vorgesehen, die ein glattes Aufliegen der leitenden Schicht auf dem Schirm bewirkt, wodurch die leitende Schicht für die optimale Strahlungen ein besseres Reflexionsvermögen erhält.

Bei Farbbildröhren mit einer dem Schirm vorgelagerten Gitterelektrode ist es bekannt, die Gitterelektrode mit einem Material zu bedecken, das ein geringes Sekundäremissionsvermögen besitzt. Dadurch

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Januar 1958 (Nr. 712 005)

Nathan Rey Whetten, Burnt Hills, N. Y.,
und Alfred Baer Laponsky, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

wird aber das Entstehen von Sekundärelektronen auf dem Schirm selbst, wie es bei Farbbildröhren mit Nachbeschleunigung eintreten kann, nicht verhindert.

Es ist daher ein Hauptmerkmal der Erfindung,

eine Farbbildröhre mit Nachbeschleunigung vorzusehen, die einen verbesserten Kontrast und eine erhöhte Farbeinheit besitzt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß zwecks Vermeidung von Farbunreinheiten durch auf dem Schirm ausgelöste und auf diesen diffus zurückfallende Sekundärelektronen auf der der Elektronenkanone zugewandten Oberfläche des Leuchtschirmes eine elektrisch leitende Schicht aus einem Material mit einer Atomordnungszahl kleiner als 13, vorzugsweise kleiner als 9, angeordnet ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zwecks Vermeidung von Farbunreinheiten durch auf dem Schirm ausgelöste und auf diesen diffus zurückfallende Sekundärelektronen auf der der Elektronenkanone zugewandten Oberfläche des Leuchtschirmes eine elektrisch nichtleitende Schicht aus einem Material mit einer Atomordnungszahl kleiner als 13, vorzugsweise kleiner als 9, ange-

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ordnet ist, und daß auf dieser nichtleitenden Schicht eine leitende Schicht angeordnet ist.

Im Verlauf der Beschreibung des Erfindungsgegenstandes wird an Stelle von Atomordnungszahl des öfteren von Atomzahl gesprochen. Handelt es sich bei den Stoffen der erfindungsgemäßen Schicht um chemische Verbindungen, so beziehen sich die Atomordnungszahlen auf die wesentlichen an den Verbindungen beteiligten Elemente.

vorzugsweise nicht größer als 8 wählen. Einige übliche Materialien für diese Schicht 25 sind Lithiumborat (LiBO₂), Natriumborat (NaBO₂), Lithiumsulfid (Li₂ S) und Aluminiumnitrit (AlN)."

Die Schicht 25 muß aus einem leitenden Material bestehen, da sich anderenfalls die Elektronen des Strahles auf der Oberfläche der Schicht 25 bis zu einem solchen Spannungsbetrag sammeln würden, der gleich der Spannung des Gitters ist. Dann würde

In den Fig. 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele der io kein Potentialgradient mehr zwischen dem Gitter 17

Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erklärt werden sollen.

In den Figuren sind entsprechende gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen, um eine bessere Vergleichsmöglichkeit und Übersicht zu gewährleisten.

In der Fig. 1 ist ein Teil einer Nachbeschleunigungsfarbbildröhre dargestellt mit einem Hals 11, einem Kolben 13, einer transparenten Frontplatte 14, einem Schirm 15 und den Gitterdrähten 17. Der Schirm 15 ist in Fig. 2 nochmals vergrößert dargestellt. Beim normalen Betrieb wird das Gitter 17 an eine Spannung in der Größenordnung von 7000V positiv zur Kathode gelegt. Der Schirm 15, der in und dem Schirm 15 bestehen, und es wäre keine Beschleunigung mehr für den Elektronenstrahl vorhanden. Aber wenn die Schicht 25, die durch eine geeignete Spannungsquelle auf Schirmpotential gehalten wird, leitend ist, dann werden alle auf diesen Schirm auftreffenden Elektronen sofort abgeführt. Die Dicke dieser Schicht 25 stellt einen Kompromiß dar. Je dicker die Schicht ist umso weniger Sekundärelektronen können den Schirm 15 verlassen.

Dafür müssen aber auch die Strahlelektronen eine größere Energie besitzen, um in die Leuchtstoffstreifen 21 eindringen zu können. Es muß also die Farbreinheit und der Kontrast gegen die Lichtausbeute ausgewogen werden und die Stärke der Schicht

einem Abstand von ungefähr 19 mm von dem Gitter 25 25 dementsprechend ermittelt werden. Eine brauch-17 angeordnet ist, besitzt im allgemeinen eine bare Stärke dieser Schicht 25 kann mit einer hinläng-Spannung von ungefähr 25 000 V, so daß sich ein liehen Genauigkeit von 50 *>/» aus der Gleichung Potentialgradient zwischen dem Schirm 15 und dem t = 0,6 ■ E² errechnet werden, wobei t die Dicke der Gitter 17 von ungefähr 1000 V pro Millimeter ergibt. Schicht in Mikrogramm/cm² und E die Elektronen-Dieser Gradient ist so groß, daß er die Flugbahn der 30
Sekundärelektronen hoher Energie, die aus dem
Schirm 15 austreten, umlenkt, so daß viele dieser Sekundärelektronen wieder auf den Schirm 15 auftreffen, und zwar an Stellen, die nicht von dem eigent-

liehen Elektronenstrahl getroffen werden. Dieser Nachteil tritt bei einem erfindungsgemäßen Schirm, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist, nicht auf.

In der Fig. 2 besteht der Schirm 15 aus einer Anzahl von grünen, roten und bläuen Leuchtstoffstreifen Strahlenenergie in Kiloelektronenvolt ist. Es wird möglicherweise nur sehr wenige Anordnungen geben, in denen die Dicke der Schicht 25 weniger als 50Mikrogramm/cm² oder stärker als 1000 Mikrogramm/cm² ist. Bei Verwendung von LiBO₂ ergibt sich eine optimale Wirkung, wenn die Schicht 25 eine Stärke von etwa 350 Mikrogramm/cm² besitzt. Wenn die Schicht25 aus LiBO₂ oder NaBO₂ besteht und mit Hufe üblicher Aufdampfverfahren im Vakuum auf die Aluminiumschicht 23 aufgedampft

21, die auf der Frontplatte 14 aufgebracht sind. Diese 40 wird, so bildet sich eine glasige Schicht, die die Alu-

Farbstreifen 21 tragen im allgemeinen eine Aluminiumfolie 23, die mehrere vorteilhafte Funktionen ausübt, wobei die wichtigste Funktion dieser Aluminiumfolie darin besteht, daß sie das durch die Frontplatte 14 einfallende Licht, das anderenfalls in dem Röhrenkörper verlorengehen würde, reflektiert. Selbstverständlich ist diese Aluminiumfolie so dünn, daß die Elektronen des Elektronenstrahles sie ohne weiteres durchschlagen und in die Farbstreifen 21 eindringen können.

Wenn der Schirm 15 lediglich so aufgebaut sein würde, wie er bis jetzt beschrieben wurde, würden die in den Leuchtstoffstreif en 21 und in der Aluminiumfolie 23 erzeugten Sekundärelektronen hoher miniumschicht 23 rissig macht und sie von den Leuchtstoffstreifen 21 abschält. Wird diese Schicht jedoch nur in einem teilweisen Vakuum aufgedampft, beispielsweise in einem Vakuum von 10 ~³ bis 1 Torr, so entsteht eine Schicht, die nicht glasig ist und die die Aluminiumschicht 23 nicht abschält und die immer noch eine genügende Leitfähigkeit besitzt, um das Aufladen der Oberfläche zu verhindern.

Es sind viele Faktoren wichtig, wenn die Schicht 25 ein Vermindern der Sekundärelektronenemission herbeiführen soll. Der erste Faktor ist der, daß die Schicht 25, die ja die innerste Schicht des Schirmes 15 darstellt, die wichtigste Schicht in der Erzeugung

Energie sowohl den Kontrast als auch die Farbrein- 55 von Sekundärelektronen hoher Energie ist, obwohl heit des Bildes nachteilig beeinflußen. Dies wird im alle Schichten einen gewissen Anteil an Sekundärwesentlichen durch die Anbringung einer Schicht 25 elektronen beisteuern. Da die Schicht 25 aus einem beseitigt, die aus einem leitenden Material mit nie- Material mit niedriger Atomzahl besteht, so besitzt driger Atomzahl, das dem Elektronenbombardement sie relativ wenig Elektronen, mit denen der Elek-

ohne Zerstörungserscheinungen widerstehen kann, besteht. Diese Schicht 25 darf weiterhin die Aluminiumschicht 23 nicht beschädigen und soll sich vorzugsweise auf die Aluminiumfolie aufdampfen lassen. Je niedriger die Atomzahl der Schicht 25 ist, umso besser sind die erzielten Resultate, wobei die oberste Grenze kleiner als 13 ist — was die Atomzahl des Aluminiums ist. Für die meisten Anordnungen wird man die Atomzahl dieser Schicht 25

tronenstrahl in Wechselwirkung treten kann, mit dem Resultat, daß sie nur sehr wenig Sekundärelektronen hoher Energie aussendet. Ein anderer, die Sekundärelektronenemission vermindernder Faktor der Schicht 25 ergibt sich daraus, daß in ihr die Energie der Elektronen vermindert wird, da die Elektronen mit atomaren Partikeln kollidieren, wenn sie diese Schicht 25 durchlaufen. Je schneller ein Elektron diese Schicht 25 durchschlägt, umso weniger Energie

verliert das Elektron, weil ihm nur eine geringere Zeit zur Wechselwirkung mit den atomaren Teilchen verbleibt. Daraus ergibt sich, daß die Schicht 25 nur einen sehr geringen Einfluß auf die Energie des Elektronenstrahles, der die Leuchtstoffstreifen 21 anregt, besitzt, da dieser Strahl eine so große Energie besitzt, daß die Elektronen mit einer sehr großen Geschwindigkeit diese Schicht 25 durchlaufen. Die Sekundärelektronen jedoch, von den Leuchtstoffstreifen 21 und der Aluminiumschicht 23, die viel weniger Energie als der Elektronenstrom besitzen, durchlaufen diese Schicht 25 wesentlich langsamer und verlieren infolgedessen wesentlich mehr Energie in der Schicht 25 als die Elektronen des Elektronenstrahles. Die Schicht 25 reduziert also das Streulicht der Sekundärelektronen viel mehr als das Nutzlicht, das von dem Elektronenstrahl stammt, weil viele dieser Sekundärelektronen hoher Energie überhaupt nicht genügend Energie besitzen, um diese Schicht 25 zu durchlaufen. Um so weniger Energie besitzen noch die Elektronen, die diese Schicht zweimal durchlaufen, was sie ja tun müssen, um wieder auf die Leuchtstoffstreifen 21 aufzutreffen. Diese wenigen Sekundärelektronen, die dann noch die Leuchtstoffstreifen 21 erreichen, besitzen dann nach ihrem zweimaligen Durchlaufen der Schicht 25 eine so verminderte Energie, daß sie nicht mehr in der Lage sind, ein wesentliches Leuchten hervorzurufen. Diese Schicht 25 vermindert also nicht nur die Erzeugung von Sekundärelektronen hoher Energie, sondern vermindert darüber hinaus die Wirkung der Sekundärelektronen, die noch erzeugt werden.

Zur Erklärung der Fig. 2 wird vorausgesetzt, daß das Material der Schicht 25 so stark leitend ist, daß keine Aufladung der Oberfläche stattfindet — oder genauer ausgedrückt — nur die Oberfläche des Schirmes 15, die dem Elektronenstrahl zugewendet ist, braucht leitfähig zu sein. Es bildet sich dann kein Ladungsmuster aus, obwohl einige der Schichten des Schirmes 15 nicht leitend sind. In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, in welchem die Schicht, die die Sekundärelektronenemission vermindert, nicht leitend ist.

Der Schirm 15 in der Fig. 3 besteht aus Leuchtstoffstreifen 21 und einer Aluminiumschicht 23 — wie in Fig. 2 —, jedoch ist auf dieser Aluminiumschicht 23 an Stelle einer leitenden Schicht eines Materials mit niedriger Atomzahl eine nichtleitende Schicht 27 vorgesehen, deren Atomzahl kleiner als 13 und vorzugsweise nicht größer als 8 ist. Natürlich muß dieses Material ebenfalls dem Elektronenbombardement ohne Zerstörungserscheinungen widerstehen können; es darf die Aluminiumschicht 23 nicht beschädigen und sollte sich möglichst auch aufdampfen lassen. Einige gebräuchliche Materialien für die Schicht 27 sind Berylliumfluorid (BeF₂), Lithiumfluorid (LiF) und Aluminiumfluorid (AlF₃); die für die Stärke der Schicht in der Beschreibung für die Fig. 2 gemachten Ausführungen gelten in gleicher Weise für die Schicht 27.

Eine leitende Schicht 29, die vorzugsweise aus einer sehr dünnen Aluminiumschicht besteht, wird auf dieser Schicht 27 angebracht so daß auf der Oberfläche des Schirmes 15 kein Ladungsmuster entstehen kann. Aluminium eignet sich besonders gut für die Schicht 29, da es eine sehr große Leitfähigkeit besitzt, gut aufgedampft werden kann und darüber hinaus eine ziemlich niedrige Atomzahl aufweist, was in Anbetracht dessen, daß die Schicht 29 die wirksamste Schicht in der Erzeugung von Sekundärelektronen ist, wichtig ist. Die Schicht 29 soll dünn genug sein, damit sie nicht viel Sekundärelektronen hoher Energie erzeugt und dick genug sein, die erwünschte Leitfähigkeit zu gewährleisten. Für die meisten Anordnungen beträgt die Stärke der Schicht 29 1 bis 500 Mikrogramm/cm²; mit der Stärke einer Aluminiumschicht 29 von 10 Mikrogramm/cm² hat man sehr zufriedenstellende Ergebnisse erreicht. In einigen Anordnungen könnte man die Aluminiumschicht 23 weglassen und die Schicht 29 dazu verwenden, das in die Röhre fallende Licht zu reflektieren und zusätzlich die anderen Funktionen der üblichen Aluminiumschicht 23 zu übernehmen.

Die Schicht 27 wie auch die Schicht 25 mit niedrigen Atomzahlen vermindert die Anzahl der Sekundärelektronen hoher Energie, die in dem Schirm 15 erzeugt werden und vermindert darüber hinaus die Wirkung der Sekundärelektronen, die noch entstehen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Farbbildröhre mit wenigstens einer Elektronenkanone, einem Leuchtschirm und Mitteln zur Erzeugung eines Nachbeschleunigungsfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Vermeidung von Farbunreinheiten durch auf dem Schirm ausgelöste und auf diesen diffus zurückfallende Sekundärelektronen auf der der Elektronenkanone zugewandten Oberfläche des Leuchtschirmes eine elektrisch leitende Schicht aus einem Material mit einer Atomordnungszahl kleiner als 13, vorzugsweise kleiner als 9, angeordnet ist.

2. Farbbildröhre mit wenigstens einer Elektronenkanone, einem Leuchtschirm und Mitteln zur Erzeugung eines Nachbeschleunigungsfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Vermeidung von Farbunreinheiten durch auf dem Schirm ausgelöste und auf diesen diffus zurückfallende Sekundärelektronen auf der der Elektronenkanone zugewandten Oberfläche des Leuchtschirmes eine elektrisch nichtleitende Schicht aus einem Material mit einer Atomordnungszahl kleiner als 13, vorzugsweise kleiner als 9, angeordnet ist, und daß auf dieser nichtleitenden Schicht eine leitende Schicht angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht mit niedriger Atomzahl eine Schichtstärke von 50 bis 1000 Mikrogramm/cm² aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht mit niedriger Atomzahl aus LiBO₂, NaBO₂, Li₂S oder AlN besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitende Schicht mit niedriger Atomzahl eine Schichtstärke von 50 bis 1000 Mikrogramm/cm² aufweist und daß die die darauf angeordnete leitende Schicht eine Schichtstärke von 1 bis 500 Mikrogramm/cm² aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitende

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Schicht mit niedriger Atomzahl aus BeF₂, LiF oder AlF₃ besteht.

7. Anordnung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der nichtleitenden Schicht angeordnete leitende Schicht aus Al besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1014 238; österreichische Patentschrift Nr. 144 607; schweizerische Patentschrift Nr. 222 639; Proceedings of the IRE, August 1955, S. 590.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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