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Verfahren zur Vermeidung von Farbfehlern bei Farbfernsehbildröhren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Farbfehlern bei Ein- und
Mehrstrahl-Farbfernsehbildröhren mit einem metallhinterlegten Bildschirm, mit Leuchtstoffelementen
unterschiedlicher Farbemission und einer vor dem Bildschirm angeordneten Fokussierelektrode,
z. B. aus einem Drahtgitter oder in Form einer Lochmaske, deren Potential gegenüber
Kathodenpotential wesentlich kleiner als das Bildschirmpotential ist und vorzugsweise
ein Viertel oder ein Drittel davon beträgt.
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Es sind Farbfernsehbildröhren bekannt, deren Bildschirm aus punktförmigen
Leuchtstoffelementen besteht, von denen jeweils drei mit unterschiedlicher Farbemission
durch eine der Öffnungen einer Maskenelektrode von dem jeweils zugeordneten Elektronenstrahl
zum Leuchten angeregt werden. Sofern die Maske an einem positiven Potential liegt,
das wesentlich kleiner als das am Schirmpotential ist, bildet sich hier ein Linsensystem,
das die Elektronen auf einen kleinen Teil des Bildschirmes konzentriert und ihnen
zwischen Maskenelektrode und Schirm gleichzeitig eine Nachbeschleunigung verleiht.
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Trotz der Konzentration des Elektronenstrahls auf dem Bildschirm ist
bei diesen Röhren in den Randzonen eine mangelhafte Korrelation zwischen der Auftreffstelle
des Elektronenstrahls und den geometrisch gleichförmig angeordneten Leuchtstoffelementen
sowie eine Defokussiererscheinung festzustellen, wodurch Farbfehler auftreten.
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Auch bei den bekannten Farbfernsehbildröhren mit gitterförmigen Fokussierelektroden
und streifenförmigen Leuchtstoffelementen unterschiedlicher Farbemission ergeben
sich ähnliche Mängel.
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Es gibt Röhren dieses Typs, die drei in bestimmter Konfiguration zueinander
befindliche Elektrodenstrahlsysteme und solche, die nur ein einziges Elektrodenstrahlsystem
besitzen.
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Bei der Dreistrahl-Farbbildröhre stehen die Ablenkzentren dreier Elektronenstrahlsysteme
vermittels eines in geringem Abstand vor dem Bildschirm und parallel zu den Farbstreifen
gespannten Drahtgitters als Fokussierungselektrode, deren Potential wesentlich geringer
als das Schirmpotential ist, durch das sich bildende konvergierende Linsensystem
und die zwischen Gitter und Bildschirm wirkende Nachbeschleunigung in einer derartigen
Beziehung, daß jeweils das mit der einen Farbinformation gesteuerte Elektronenstrahlsystem
nur den Leuchtstoffstreifen der zugehörigen Farbemission beaufschlagt.
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Bei der Einstrahl-Farbbildröhre werden die drei Farbinformationen
vorzugsweise in einem Punktfolgerhythmus wechselnd an die Steuerelektrode des einzigen
Elektronenstrahlsystems gelegt. Die in diesem Falle erforderliche sequentielle Ausblendung
der beiden jeweils nicht betroffenen Leuchtstoffstreifen erfolgt durch eine zur
Signalkommutierung an der Strahlelektrode des Elektronenstrahlsystems synphase wechselweise
Mikroablenkung mittels zweier kammartig ineinander verschachtelter Drahtgitter,
die mit dem auf wesentlich höherem Potential liegenden Bildschirm ein konvergierendes
Linsensystem bilden und eine Nachbeschleunigung Ezwischen Gitter und Bildschirm
bewirken.
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Die Güte der Farbselektion solcher Röhren ist wesentlich von einer
über die gesamte Schirmfläche gleichmäßigen Nachfokussierung zwischen Gitter und
Bildschirm abhängig. In der Praxis zeigt sich jedoch der Nachteil, daß bei Ablenkwinkeln
größer als 65° elektronenoptische Rasterverzerrungen und Defokussierungen des nachfokussierten
Elektronenstrahls auftreten, die ohne besondere Korrekturmaßnahmen zu sehr unangenehmen
Farbstichen an den Schirmrändern führen. Diese Verzerrungen treten bei gewölbten
Schirm-Gitter-Konstruktionen infolge des reduzierten Einfallwinkels des Elektronenstrahls
an den Bildrändern erst bei größeren Ablenkwinkeln in Erscheinung.
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Bei der Einstrahl-Farbbildröhre mit Leuchtstoffstreifen kommt hinzu,
daß durch eine verhältnismäßig starke Variation der Empfindlichkeit der Mikroablenkung
infolge unterschiedlicher relativer Verweilzeiten des Elektronenstrahls auf den
einzelnen Komponenten der Farbtripletts an den einzelnen Schirmstellen zusätzliche
Farbfehler auftreten.
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Es ist bekannt, zur Vermeidung der erwähnten elektronenoptischen Rasterverzerrungen
zwischen Elektronenstrahlerzeugungssystem und Fokussierungselektrode (Gitter) eine
sich dem Röhrenkonus anschmiegende, ringförmig geschlossene Ililfsclrktrode
anzuordnen,
deren gegenüber dem Gitter positives Potential im Takte mit der horizontalen und
vertikalen Ablenkung des Elektronenstrahls in geeigneter Weise dynamisch variiert
wird.
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Diese Maßnahme hat aber den Nachteil, daß sie, abgesehen von einem
zusätzlichen Einbauteil, den Defokussierungstendenzen des Elektronenstrahls auf
dem Bildschirm nicht entgegenwirkt und durch die Vergrößerung des Strahleinfallwinkels
zum Bildrand hin sogar noch eine Verschlechterung bewirkt.
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Es ist ferner bekannt, den Ungleichmäßigkeiten der Fokussierung bei
Einstrahl-Farbbildröhren mit Leuchtstoffstreifen durch Anbringen eines zusätzlichen
Gitters mit geeignetem Potential entgegenzuwirken.
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Hierbei wird das unmittelbar vor dem Bildschirm liegende Gitter zum
Teil jalousieförmig ausgebildet. Ein solches Jalousiegitter ist insbesondere für
größere Bildschirme außerordentlich schwierig herzustellen.
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Solche Farbbildröhren mit zwei Gittern haben ebenfalls den Nachteil,
daß sie technologisch sehr schwer zu beherrschen sind und nur einen ungenügenden
Erfolg bringen.
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Um Störungen in den Randgebieten des Bildschirmes auszuschließen,
ist es ferner bekannt, eine elektrisch leitende Randelektrode zu verwenden oder
für die Korrektur einstellbare Magnete am Bildröhrenumfang anzubringen.
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Es ist auch bekannt, eine Korrekturelektrode zwischen der Umfangselektrode
am Röhrenkonus und der Fokussierungselektrode anzubringen, die von den beiden anderen
Elektroden isoliert ist und auf die Elektronen des Elektronenstrahls eine Anziehungskraft
ausüben kann, die die dem Elektronenstrahl in dem Raum zwischen der Fokussierungselektrode
und dem Schirm erteilte Störablenkung wenigstens teilweise in horizontaler und/oder
vertikaler Richtung kompensiert..
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Schließlich ist es bekannt, die unvorteilhaften Auswirkungen der mit
dem Ablenkwinkel variierenden Empfindlichkeit der Mikroablenkung der Einstrahl-Farbbildröhre
mit Leuchtstoffstreifen durch eine Änderung der relativen Breiten der einzelnen
Dreifarbenkomponenten in Abhängigkeit von ihrer Lage auf dem Bildschirm zu kompensieren.
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Diese Maßnahme hat den Nachteil. daß sie die Schirmstruktur kompliziert,
die nutzbare Schirmfläche schlecht ausnutzt und die Defokussierung in keiner Weise
beeinflußt.
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Alle bekannten konstruktiven Änderungen der Farbfernsehbildröhren
und auch zusätzlichen Mittel haben daher nicht zur Beseitigung der Fehler geführt,
dagegen die Röhren immer komplizierter gestaltet.
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Die Erfindung bezweckt deshalb ein Verfahren zur Vermeidung von Farbfehlern
bei Farbfernsehbildröhren mit einem oder mehreren Elektronenstrahlsystemen, einem
metallhinterlegten Bildschirm. mit Leuchtstoffelementen unterschiedlicher Farbemission
und einer vor dem Bildschirm angeordneten Fokussierelektrode, z. B. aus einem Drahtgitter
oder in Form einer Lochmaske, deren Potential gegenüber Kathodenpotential wesentlich
kleiner als das Schirmpotential ist, ohne die Zuhilfenahme zusätzlicher Röhreneinbauteile.
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Durch die Erfindung soll deshalb eine Nachfokussierung des Elektronenstrahls
zwischen Fokussierungselektrode und Bildschirm auf die entsprechenden Farbkomponenten
unabhängig vom Einfallwinkel des Elektronenstrahls erzielt werden, um die Beschränkung
des Ablenkwinkels bei Farbbildröhren gegenüber Schwarz-Weiß-Bildröhren zu beseitigen.
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Die Vermeidung von Farbfehlern schließt auch die Homogenisierung der
Ablenkempfindlichkeit im Falle einer bipotentialen Fokussierungselektrode ein.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete
leistungsarme zeilen- und,/oder bildfrequente dynamische Nachführung des Potentials
der Fokussierungselektrode die genannten Fehler auszuschließen.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Vermeidung
von Farbfehlern bei Ein-und Mehrstrahl-Farbfernsehbildröhren mit einem metallhinterlegten
Bildschirm, mit Leuchtstoffelementen unterschiedlicher Farbemission und einer vor
dem Bildschirm angeordneten Fokussierungselektrode, z. B. aus einem Drahtgitter
oder in Form einer Lochmaske, deren Potential gegenüber Kathodenpotential wesentlich
kleiner als das Bildschirmpotential ist und vorzugsweise ein Viertel oder ein Drittel
davon beträgt, dadurch gelöst worden, daß an die Fokussierungselektrode eine im
Rhythmus der horizontalen und,loder vertikalen Ablenkung des oder der Elektronenstrahlen
variierende korrigierte Fokussierspannung
oder eine dieser angenäherte, vorwiegend sinusförmige Spannung gelegt wird, wobei
UZ die Spannung gegenüber Kathode am Bildschirm, K das Vielfache der Bildschirmspannung
zur nicht korrigierten Fokussierspannung, u die vertikale und ü die horizontale
Komponente des Elektroneneinfallwinkels << auf die Fokussierelektrode ist.
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Eine brauchbare Näherungsspannung kann beispielsweise bei einer Farbbildröhre
mit einem ebenen Schirm-Gitter-Komplex und einem Ablenkwinkel von 90@ mit einer
Sinusspannung an der Fokussierelektrode
erreicht werden.
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Zweckmäßig wird die korrigierte Fokussierspannung U, bzw. U, .v gleichzeitig
dem vom Farbschirm isolierten leitenden Belag im Röhrenkonus zugeführt und vorzugsweise
um einen kleinen konstanten positiven Betrag erhöht. Diese Bedingung ist bei Farbbildröhren.
deren Gitter mit dem leitenden Belag im Konus bereits verbunden ist, ohnehin errdllt,
und andererseits ist sie auch bei einer getrennten Anordnung der beiden Elemente
leicht herzustellen.
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Vorteilhaft wird die korrigierte Fokussierspannung aus den Ablenkspannungen
des oder der Elektronenstrahlen abgeleitet. Dadurch ist das Verfahren in einfacher
Weise durchzuführen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich die folgenden Vorteile:
Das im Bereich zwischen Fokussierelektrode und Bildschirm nachfokussierte Raster
wird elektronenoptisch auf einem aus linearen, parallelen und äquidistanten Leuchtstoffstreifen
bestehenden ebenen Bildschirm justiert und urabhängig vom Einfallswinkel, d. h.
von der Lage des Elektronenstrahls auf dem Bildschirm, exakt fokussiert.
Damit
entfällt für Farbbildröhren mit Fokussierelektroden und streifenförmigen Leuchtstoffelementen
die Beschränkung des Ablenkwinkels gegenüber Schwarz-Weiß-Bildröhren.
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Es wird auch bei diesen eine einwandfreie Farbqualität in den Randzonen
erzielt.
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Bei der Einstrahl-Farbbildröhre mit Fokussierelektrode und streifenförmigen
Leuchtstoffelementen wird darüber hinaus eine Homogenisierung der Ablenkernpfindlichkeit
an der Fokussierungselektrode und damit leichter eine gleichmäßige Farbreinheit
über die gesamte Schirmfläche erreicht.
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Insbesondere bei Dreistrahl-Farbbildröhren mit Leuchtstoffstreifen
erweist es sich als sehr vorteilhaft, die dynamisch korrigierte Fokussierspannung
aus den dynamischen Konvergenzspannungen abzuleiten.
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Die für die dynamische Korrektur erforderlichen Leistungen sind so
gering (einige Watt), daß in bekannter Weise eine Einkopplung der korrigierten Fokussierspannung
erfolgen kann.
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Die Erfindung ist mit entsprechenden Änderungen der korrigierten Fokussierspannung
auch auf solche Ausführungsformen der Farbfernsehbildröhren anzuwenden, bei denen
der Leuchtschirm unmittelbar auf dem gewölbten Kolbenboden der Röhre angebracht
ist.
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Das Verfahren ist ferner auch bei Farbbildröhren mit Lochmaske zu
verwenden, wenn die Lochmaske gleichzeitig als Fokussierungselektrode benutzt wird.
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Der technisch-ökonomische Vorteil liegt insbesondere in der wirtschaftlichen
Fertigung infolge der geringeren Anforderungen an die Justierung des Schirm-Gitter-Komplexes.
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel einer
Farbfernsehbildröhre mit gitterförmiger Fokussierelektrode und vertikalen Leuchtstoffstreifen
auf einem ebenen Farbschirm erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 die wesentlichen
Funktionselemente mit der Strahlablenkung in einem Koordinatensystem, F i g. 2 eine
Draufsicht auf die gleichen Funktionselemente mit der Strahlablenkung, F i g. 3
eine grafische Darstellung der elektronenoptischen Rasterverzerrung und F i g. 4
eine grafische Darstellung der Breite des Elektronenstrahls in Abhängigkeit von
den Einfallswinkeln.
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In F i g. 1 sind in perspektivischer Darstellung die wesentlichen
Funktionselemente einer Farbfernsehbildröhre mit einer gitterförmigen Fokussierungselektrode
1 und vertikalen Leuchtstoffstreifen 2 auf einem ebenen metallhinterlegten Farbschirm
3 vor dem Schirm 4 im Ausschnitt dargestellt. In dem gleichzeitig eingezeichneten
Koordinatensystem mit dein Ablenkzentrum 5 und den Koordinaten x, _v, z ist ein
Elektronenstrahl 6 dargestellt, der mit der Längsachse der Röhre (z-Achse) den Ablenkwinkel
y bildet, der aus einer horizontalen Komponente ti und einer vertikalen Komponente
u besteht. Diese Komponenten entsprechen in diesem Fall gleichzeitig den Elektroneneinfallwinkeln
auf die gitterförmige Fokussierelektrode 1, da der Elektronenstrahl nach der Grundablenkung
im Ablenkzentrum 5 erst im Raum zwischen der Fokussierelektrode 1 und dem
Farbschirm 3 durch deren unterschiedliche Potentiale auf einen der Leuchtstoffstreifen
2 konzentriert und nachbeschleunigt wird. Der Elektronenstrahl ist daher nur bis
zum Eintritt in die Gitterebene gezeichnet. Zwischen dem Ablenkwinkel (j und seinen
Komponenten « und ii ergibt sich die Beziehung tg2 (1 = tg2 « + tg2 ü. In F i g.
2 ist eine Draufsicht auf die gleichen Funktionselemente mit den Koordinaten x und
z dargestellt. Irr dem Ablenkzentrum 5 wird der Elektronenstrahl 6 mit der Komponente
ji des Ablenkwinkels @i auf die gitterförmige Fokussierelektrode 1
und durch
die an der Fokussierelektrode und am Farbschirm 3 liegende Potentiale auf den Auftreffpunkt
7 des Farbschirmes 3 gelenkt. Hierbei stellt 1 x die x-Komponente des Abstandes
des Auftreffpunktes 7 von dem vom Durchstoßpunkt 8 im Zentrum der beaufschlagten
Gitteröffnung auf den Farbschirm 3 gefällten Lot dar. Die Größe von I x ist abhängig
von der Größe der horizontalen Komponente ,', des Ablenkwinkels (l. Der Abstand
zweier Gitterdrähte ist mit D und der Abstand der Gitterdrähte von dem Farbschirm
mit d bezeichnet. Der Gleichspannungsanteil von U1 an der Fokussierelektrode 1 ist
kleiner als die Gleichspannung U2 am Farbschirm.
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In F i g. 3 ist die elektronenoptische Rasterverzerrung durch die
Nachbeschleunigung zwischen Fokussiergitter und Farbschirm der genannten Fernsehbildröhre
(Kurven 1, 11) in bezug auf eine parallele Schirmstruktur konstanter Streifenbreite
(Kurve 111)
in Abhängigkeit von den Einfallswinkeln des Elektronenstrahls
auf das Gitter grafisch dargestellt. Hierbei ist eine relative Potentialdifferenz
zwischen Fokussiergitter und Farbschirm
angenommen. Die Kurven entsprechen folgenden Beziehungen:
Die Kurven I und 1I zeigen die unkorrigierte Rasterstruktur in verschiedenen Zeilenhöhen
(u = 0, 30j). Kurve Ill zeigt die exakt korrigierte Rasterstruktur, die mit einer
linear vergrößerten homogenen Gitterstruktur koinzidiert. Der vertikale Abstand
zwischen
den Kurven I, 1I und der Kurve III ist ein Maß für die
winkelabhängige Rasterkorrektur.
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In F i g. 4 ist die auf die Gitteröffnung (D) bezogene Elektronenstrahlbreite
(b) in Abhängigkeit von den Einfallswinkeln auf dem Fokussiergitter ohne und mit
der vorgeschlagenen Korrektur grafisch dargestellt. Die einzelnen Kurven stellen
diese Abhängigkeit dar bei Uz = 25 kV für
| 0 UZ Ul |
| II'. a = 30° } bei U = 3 (ohne Korrektur), |
| III'. die korrigierte Fokussierspannung U1 laut |
| Hauptanspruch, |
| bei einer sinusförmigen Näherungs- |
| IV'. a = 0 spannung von |
| V'. a = 30° U1 N = 7,7 - cos 4,5 @3 |
| - 0,5 cos 6 a [KV] . |
Aus dem Kurvenverlauf ist zu entnehmen, daß durch die Benutzung der korrigierten
Fokussierspannung (III') unabhängig vom Ablenkwinkel eine konstante Breite des Elektronenstrahls
und durch die Benutzung einer sinusförmigen Näherungsspannung eine nur in geringen
Grenzen variierende Breite des Elektronenstrahls auf dem Farbschirm erzielt wird.
Damit ist die scharfe Fokussierung des bzw. der Elektronenstrahlen auf einen aus
linearen äquidistanten Farbstreifen bestehenden Farbschirm gewährleistet.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Einstrahl-Farbfernsehbildröhren
mit Fokussierungselektrode und streifenförmigen Leuchtstoffelementen unterschiedlicher
Farbemission auch eine Homogenisierung der Ablenkempfindlichkeit erzielt, die in
gleicher Weise durch den Kurvenverlauf nachweisbar ist.