DE1803033A1

DE1803033A1 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE1803033A1
Application number: DE19681803033
Authority: DE
Inventors: Lilley Charles Emerson
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1967-10-17
Filing date: 1968-10-14
Publication date: 1969-05-22
Also published as: GB1242881A; DE1803033C3; NL6814797A; BE722412A; BR6800370D0; DE1803033B2; FR1576870A; ES359169A1; US3558954A

Description

6626-68/ws ■ " 1503033'

ECA 59 689
Convention Date:
October 17, 196?

Radio Corporation of America, New York, N.T. , V.St.A.

Kathodenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre, insbesondere ein verbessertes Elektronenstrahlerzeugersystem hierfür. Die Erfindung ist besonders geeignet für (und nachstehend beispielsweise erläutert in Anwendung auf) eine Kathodenstrahlröhre mit einer einheitlichen Anordnung aus mehreren, Seite an Seite angeordneten Elektronenstrahlern, mittels deren eine entsprechende Anzahl von Elektronenstrahlen auf den Leuchtschirm der Röhre gerichtet und konvergiert werden. Derartige Elektronenstrahlerzeugersysteme werden z.B₀" verwendet in Direktsicht-Farbbildröhren vom Lochmaskentyp oder Schattenmaskentyp für Heimfernsehempfänger. Die Erfindung ist jedoch auch auf anderweitige Farbbildröhren sowie auf Einstrahl-Kathodenstrahlröhren für andere Zwecke anwendbar.

In der USA-Patentschrift 3 254 251 ist ein Mehrelektronenstrahlerzeugersystem mit drei gleichartigen Elektronenstrahlern beschrieben, die in einer Deltagruppierung symmetrisch um die

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mittlere Längsachse der Röhre angeordnet sind. Jeder Elektronenstrahler enthält (in der nachstehenden !Reihenfolge) eine Kathode, ein Steuergitter, ein-Schirmgitter, eine Fokussierelektrode und eine Anode oder Beschleunigungselektrode, die in axialer Ausrichtung miteinander fest auf drei länglichen Glas- ' stäben angeordnet sind. Die Fokussierelektrode und die Anode jedes Elektronenstrahlers arbeiten mit Betriebsgleichspannungen von ungefähr 5 kV bzw. 25 kV und bilden eine Zweipotential-Elektronenlinse zum fokussieren des Strahls auf einen kleinen Strahlfleck auf dem Schirm. Auf den drei Anoden ist ein magnetischer Konvergenzkäfig mit drei Paaren von magnetischen Polstücken zum Konvergieren der drei Strahlen auf den Schirm angebracht. Das Mehrstrahlerzeugersystem ist durch Röhrenfußzuleitungen und Kolbenabstandshalterteile im&ylindrischen Halsteil des Glaskolbens der Röhre gehaltert. Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind die Fokussierelektroden und Anoden, welche die Zweipotential-Fokussierlinse für jeden Strahl bilden, durch drei Fokussierelektroden ersetzt, die als Einpotential- oder "Einzellinse" arbeiten. Zu diesem Zweck sind die beiden Endelektroden zusammengeschaltet und an die Speisespannung für die Hochspannungsanode (z.B. 20 kV oder höher) angeschlossen und ist die mittlere Elektrode mit einer Quelle niedriger Spannung oder mit Nullspannung verbunden.

.Im Betrieb vieler Röhren, z.B. solcher mit Einzelfokussierlinsen, bildet sich im Röhrenhals ein blaues Glimmlicht aus, d. h. eine Fluoreszenz des Röhrenhaisglases, die durch mit hoher Geschwindigkeit auf das Glas auftreffende Elektronen hervorgerufen wird. Infolge des Beschüsses des Glases durch die Elektronen werden Gase aus dem Glas freigesetzt, wodurch das Glas.zersetzt und erodiert wird und andere unerwünschte Effekte entstehen. In manchen Fällen entwickelt sich das Glimmlicht zu einem Lichtbogen, durch den häufig die Kathode und/oder das Heizelement beschädigt werden. Es hat den Anschein, daß das blaue Glimmlicht die Folge einer Aufladung des Röhrenhalsglases und der tragenden Glasstäbe der Elektronenstränier auf hohe Beschleunigungsspannungen ist. In welcher Weise diese Aufladung

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geschieht, ist noch nicht völlig klar. Wahrscheinlich wird die Aufladung durch das starke elektrische Feld der Hochspannung an der ersten (dem Schirmgitter zunächst "befindlichen) Einzelllnsenelektro&e unter Erzeugung von. Feldemissionselektronen vom relativ niedervoltigen (z.B. 400 V) Schirmgitter und Beschleunigung dieser Elektronen gegen die Glasteile eingeleitet. Da das Glas ein Sekundäremissionsverhältnis von größer als 1 hat, lädt eich das G-las bei Beschüß mit Elektronen positiv auf, und durch diese Ladung werden weitere Elektronen in Richtung auf das Glas beschleunigt. Außerdem wird der Elektronenbeschuß des Glases wahrscheinlich bei ansteigendem Glaspotential durch thermionische Elektronen von der Kathode und Feldemission vom Steuergitter sowie der metallischen Elektrode gefördert. Diese Effekte erfolgen mitunter lawinenartig, bis ein Lichtbogenübersahlag auftritt, durch den das Glas entladen wird, woraufhin sich der ganze Vorgangsablauf wiederholt.

Man hat versucht, unerwünschte Entladungen im Röhrenhals als Folge einer Aufladung der Wandung dadurch zu verhindern, da£ man auf dem das Strahlerzeugersystem umgebenden Teil der Kolbenhalswand einen niedervoltigen Widerstands- oder Halbleiterbelag anbrachte. Diese Versuche verliefen Jedoch nicht zufriedenstellend, da derartige Beläge dazu neigen, durch Besohuß mit Elektronen, die' in ähnlicher Weise wie bei der Wandaufladung beschleunigt sind, entfernt zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kathodenstrahlröhren-Strahlerzeugersystem zu schaffen, bei dem unerwünschte Entladungen dadurch weitgehend unterbunden werden, daß die Kathode und das Heizelement vor schädigenden Lichtbögen geschützt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die oben erwähnten unerwünschten Glimmlicht- und/oder LichtbogenbildungeB. dadurch verhindert oder mindestens stark verringert, daß zwischen benachbarten Niedereρannungs- und Hochspannungselektroden des Strahlerzeugersystems im Bereich zwischen den Strahlerzeugerelektroden und der umgebenden Glaswand eine Erdebene oder

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Nullebene gebildet ist, ohne daß daduröh die Beschleunigung und Fokussierung der Strahlen nennenswert beeinträehtigt wird.

Erfindungsgemäß ist eine Kathodenstrahlröhre mit einem Glaskolben mit einem zylindrischen Halsteil, der ein Elektronenstrahlerzeuger sys tem mit einer Niederepannungs-Loohelektrodenanordnung und einer hiervon beanstandeten, benachbarten

zur Bildung eines Elek»

tronenlinsenfeldes im' Trennspalt sswisohen den Elektroden umschließt, vorgesehen, bei der ein Hiederspannungs-Bremsring den j linsenbildenden Spalt im Abstand außen umgibt., derart, daß die ' Außenfläche der liiederspannungselektrode gegen die starken

elektrischen Felder, die sich an der Hoohspannungselektrod© und fc auf dem Kolbenhalsteil ausbilden, abgeschirmt wird.

Bei einem Mehrstrahlerzeugersystem wird die Erdebene in einer Qjierebene an den Strahlbeschleunigungsspalten zwischen den Schirmgittern und den benachbarten Hochepannungs-iOkiiBsierelektroden gebildet. Dies wird mittels eines Bremsringes erreicht, der die Strahlbeschleunigungsspalte im Abstand außen umgibt.

In der Zeichnung zeigen:

Figur T einen teilweisen Längesohnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kathodenstrahlröhre, wobei Teile der Röhre weggebrochen sind; und

Figur 2 einen Querschnitt des Elektronenstrahlerzeugersystema der Röhre entlang der Linie 2-2 in Figur 1.

Figur 1 veranschaulicht beispielsweise die Anwendung der Erfindung auf eine Direktsioht-Farbbildröhre 10 vom Loch- oder Schattenmaskentyp. Die Rohre 10 besteht aus einem Glaskolben mit einem zylindrischen Hals 12, einem Konusteil 13, einer Schirmträgerplatte 14 und einem Röhrenfuß 15· In den Röhrenfuß 15 sind eine Anzahl von Sockelstiften oder Zuleitungen 16, auf denen eine Einstell- oder Orientierungsscheibe 17 angebrächt ist, eingeschmolzen. Auf der Innenfläche der Schirmträgerplatte 14.ist ein Mosaik- oder Rasterleuohtschirm 18, der in bekannter

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.'Weise aluminisiert sein kann, angebracht. In der Nähe des Leuchtschirmes ist eine Lochmaske 20 mit einer der Anordnung von Leuchtstoffpunkten auf dem Leuchtachirm 18 zugeordneten Lochanordnung angebracht. Eine Elektronenstrahlerzeugereinheit 22, bestehend aus drei im wesentlichen identischen Elektronenstrahlern, ist im Röhrenhals 12 so angeordnet, daß drei getrennte Elektronenstrahlen durch eine Strahlablenkzone 24 gegen den Leuchtschirm 18 gerichtet werden. Für die Erzeugung der Ablenkfelder in der Ablenkzone 24 zum rasterförmigen Ablenken der Strahlen auf dem Schirm 18 ist ein magnetisches Ablenkjoch vorgesehen. Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Elektronenetrahler der Einheit 22 symmetrisch um die Längsmittelachse der Röhre in Form eines gleichseitigen Dreiecks (Deltaanordnung) angeordnet. In Figur 1 sind nur zwei der Elektronenstrahler gezeigt.

Jeder der drei Elektronenstrahler besteht aus einer Kathodenanordnung 26, einem Steuergitter 27, einem Schirmgitter 28 und drei hintereinander angeordneten Fokussierelektroden 29» 30 und 31, die sämtlich in axialer Ausrichtung im Abstand voneinander durch drei Glasstäbe gehaltert sind. Wie in Figur 2 gezeigt, sind die einzelnen Halterungsstäbe 32 jeweils längs zweier der drei Elektronenstrahler auswärts derselben angeordnet. In Figur 1 sind nur zwei der Stäbe gezeigt. Die Schirmgitter 28 und die drei Sätze von Fokussierelektroden 29, 30 und 31 sind an den Glasstäben 32 mittels Haltebügeln 34 gehaltert, wie man am besten in Figur 2 sieht. Die Kathodenanordnungen 26 und die Steuergitter 27 sind an den Stäben 32 durch angeformte bügelartige Laschen 42 befestigt, wie in der USA.-Patentschrift 3 254 251 beschrieben. Auf den letzten Fokussierelektroden 31 ist ein magnetischer Strahlkonvergenzkäfig 44 angeordnet, der im Zusammenwirken mit einer äußeren Magnetanordnung (nicht gezeigt) die drei Elektronenstrahlen über das gesamte Abtastraster auf dem Schirm 18 konvergiert hält.

Jede der Kathodenanordnungen 26 besteht aus einer sektorförmigen, durchbrochenen Kathodentragplatte 70 mit zwei angeformten Halterungslaschen 42, einer Kathodentraghülse 72 und

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einem Kathodenröhrchen 74 niit einer Stirnwand 80, die einen elektronenemittierenden Belag 81 trägt. Die Kathoden 74 enthalten Heizfäden 82, die durch Bügel 83 an den Glasstäben 32 gehaltert sind. Jedes der Steuergitter 27 besteht aus einer sektorfSrmigen, in der Mitte durchbrochenen Platte 60 und zwei angeformten Halterungslaschen 42, die an den entsprechenden Glasstäben 32 befestigt sind.

Die Sockelstifte 16 sind über Leitungen (nicht gezeigt) an die Heizfäden 82, die Kathodenanordnungen 26, die Steuergitter 27 und die Schirmgitter 28 angeschlossen. Einer der Sockelstifte 16 ist über einen Verbindungsdraht 84- an die mittleren Fokussierelektroden 30, die sämtlich elektrisch untereinander verbunden sind, angeschlossen. Ein auf der Innenwand des Konusteils 13 angebrachter elektrisch leitender Belag 86 reicht vom Leuchtschirm 18 in den Halsteil 12 hinein, wo er mit einer Anzahl von auf dem Konvergenzkäfig 44 angebrachten Metallfeder-Abstandshaltern 87 Kontakt gibt. Die beiden äußeren Fokussierelektroden 29 und 31 sind durch einen leitenden Draht oder Bügel 88 direkt untereinander verbunden. Auf diese Weise werden die äußeren Fokussierelektroden 29 und 31, der Konvergenzkäfig 44 und der Schirm 18 auf der Endanodenhochspannung (z.B. 20 kV) gehalten, die dem Belag 86 über eine Durchführungsklemme in der Wandung des Konusteils 13 (schematisch .angedeutet durch den Pfeil 89) zugeleitet wird. Die mittleren Fokussierelektroden 30 werden über den Verbindungsdraht 84 auf Massepotential oder einem anderen niedrigen Potential gehalten. Unter diesen Verhältnissen bilden die drei Fokussierelektroden 29 > 30 und 31 jedes Elektronenstrahlers eine Einzellinse zum Fokussieren des betreffenden Strahls auf dem Schirm 18.

Im normalen Betrieb der Kathodenstrahlröhre sind die Kathodenanordnungen 26 und die Steuergitter 27 mit einer Gleichspannung von null oder nahe null und die Schirmgitter 28 mit einer Gleichspannung von ungefähr 400 V vorgespannt. Es ist daher die Potentialdifferenz zwischen der ersten Fokussierelektrode 29 und den drei vorausgehenden Elektroden (Kathode, Steuergitter und Schirmgitter) in jedem Elektronenstrahler sehr hoch.

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Nahezu der volle Betrag dieser hohen Potentialdifferenz liegt über den Besohleunigungsspalten zwischen den benachbarten Teilen der Schirmgitter 28 und der ersten Fokuseierelektroden 29» wodurch in jedem Spalt ein beschleunigendes Elektronenlinsenfeld gebildet wird. Was die Erzeugung, Beschleunigung, Fokussierung und Konvergierung der drei .Elektronenstrahlen betrifft, ist daa bisher beschriebene Strahlerzeugersystem sehr zufriedenstellend» Jedoch hat sich, wie bereits erwähnt, herausgestellt, daß viele Höhren mit derartigem Strahlerzeugersystem dazu neigen, ein blaues Glimmlicht oder sogar einen Lichtbogen-Überschlag im Röhrenhaie 12 im Bereich um das Strahlerzeugerayjitem zu erzeugen. Das Glimmlicht oder die Glimmentladung setzt gewöhnlich im Gebiet hinter dem Schirmgitter 23 ein und breitet sich nach rückwärts längs des Halses 12 und/oder der Glasstäbe 32 zum Kathodengebiet aus.

Srfindungsgemäß sind die äußeren (Teile der Schirmgitter 28, der Steuergitter 27, der Kathodenanordnungen 26 sowie ihre metallischen Halterungen und Zuleitungen effektiv gegen das starke elektrische Feld der in der Nähe befindlichen Hochspannungs-Fokus si er elektrode 29 isoliert und abgeschirmt, indem zwischen diesen Niederspannungs- und Hochspannungselektroden eine Erdebene im Bereich zwischen den Strahlerzeugerelektroden und der umgebenden Röhrenhals-Glaswand gebildet ist, ohne daß dadurch die Elektronenstrahlen oder die beschleunigenden Idnsenfelder im Spalt zwischen den Elektroden 28 und 29 nennenswert beein trächtigt werden. Bei der in der Zeichnung gezeigten speziellen Ausführungsform wird beispielsweise diese Erdebene dadurch hergestellt, daß um das Strahlerzeugersystem 22 herum außerhalb und dicht bei den drei Glasstäben 32 in der Ebene der Beschleunigungsspalte zwischen den Schirmgittern 28 und den Fokussierelektroden 29 ein .Fiederspannungs-Bremsring 90 angeordnet ist. Die Ebene dieses Bremsringes verläuft im wesentlichen senkrecht, zur Achse des Elektronenstrahlerzeugersystems.

Wie in der Zeichnung gezeigt, kann der' Bremsring 90 zweckmäßigerweise durch ein Mittelteil des Drahtes 84 gebildet werden, über den die mittleren Fokussierelektroden 30 mit der

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- Niederspannung gespeist werden. Der Bremsring 90 sollte frei -von scharfen Spitzen oder Kanten sein, die Feldemissionsquellen bilden wurden. Allgemein kann der Hing 90 entweder geschlossen, gespalten oder geteilt (als Segmentring) sein. Ein Spaltring, wie in der Zeichnung gezeigt, ist Jedoch vorzuziehen, um eine ' Kopplung mit dem HI-Feld, das normalerweise zum Erhitzen tmd Entgasen der Elektronenstrahlerelemente beim Evakuieren der Höhre verwendet wird, zu verhindern. Ein weiterer Vorteil des gezeigten Spaltringes besteht darin, daß er als flexible Verbindung zwischen dem Sockelstift 16 und der Fokussierelektrode 30 dient. Der Bremsring 90 kann stattdessen auch an Masse oder eine niederohmige Niederspannungsquelle unabhängig vom Anschluß 84 an die Fokussierelektroden 50 angeschlossen sein. Bei t Verwendung eines Segmentringes sollten die einzelnen Segmente einen verhältnismäßig dichten Abstand haben, damit die gewünschte Erdebene effektiv hergestellt wird«

Durch den Niederspannungs-Bremsring 90 wird das Spannungsgefälle an den Außenflächen der Fiederspannungselemente des Strahlerzeugersystems mit Ausnahme der mittleren Fokussierelektroden 30 stark verringert und die Feldemission von diesen Elementen effektiv verhindert, ebenso wie auch der Beschüß des Glashalses 12 und der Glasstäbe 32 durch thermionisch von den Seiten der Kathoden 74- (zwischen den Kathodentragplatten 70 und den Steuergitterplatten 60) nadh außen emittierte Elektronen verhindert wird. Ferner werden etwaige durch Feldemission von den Außenflächen der mittleren Fokuseierelektroden 30 emittier- * te Elektronen von der durch den Bremsring 90 gebildeten Erdebene abgebremst oder abgelenkt, so daß die Aufladung des Röhrenhalses oder der Glasstäbe auf die Bereiche hinter dem Bremsring beschränkt wird. In der Praxis führt diese Aufladung nicht zu den unerwünschten Bildungen von blauem Glimmlicht oder Lichtbögen, die manchmal bei Röhren ohne Bremsring auftreten.

Die Erfindung ist nicht auf die hier erläuterte Anwendung auf eine Lochmasken-Farbbildröhre mit drei Elektronenstrahlern und Einzel-Fokussierlinsen beschränkt. Ein entsprechendes Bremselement oder Unterdrückungselement kann auch bei einer

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Farbbildröhre mit Zweipotential-lokussierlinsen oder "bei einer , Einstrahl-Kathodenstrahlröhre, wie sie für Schwärzweiß-Fernseh-■ empfänger verwendet werden, angewendet werden. Bei Röhren mit Schirmgitter sollte der Bremsring zwischen dem Schirmgitter und der umgebenden Glaswand in der Ebene des Spaltes zwischen dem Schirmgitter und der benachbarten Hochspannungselektrode, entsprechend dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, angeordnet sein. Bei Röhren ohne Schirmgitter sollte der Bremsring in entsprechender Weise in bezug auf den Spalt zwischen der letzten Niederspannungselektrode (z.B. dem Steuergitter) und der ersten Hochspannungselektrode angeordnetwerden.

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Claims

Patentansprüche

1. Kathodenstrahlröhre, bestehend aus einem Glaskolben mit einem zylindrischen Halsteil, der ein Elektronenstrahlerzeugersystem mit einer durchbrochenen Niederspannungselektrodenanordnung und einer angrenzenden, im Abstand hiervon angeordneten durchbrochenen Hochspannungselektrodenanordnung zur Bildung eines Elektronenlinsenfeldes im Spalt zwischen den Elektroden umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niederspannungs-Bremsring (90) den linsenbildenden Spalt im Abstand außen umgibt, derart, daß die. Außenfläche der Niederspannungselektrodenanordnung (26, 27₅ 28) gegen die hohen elektrischen Felder, die sich an der Hochspannungselektrodenanordnung (29) und am Kolbenhalsteil ausbilden, abgeschirmt wird.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand des Bremsringes vom linsenbildenden Spalt im Vergleich zur Spaltbreite ausreichend groß ist, um eine übermäßige Verzerrung des Elektronen linsenfeldes zu verhindern.

3· Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bremsring in einer zur .Achse' des Elektronenstrahlerzeugersystems im wesentlichen senkrechten Ebene liegt.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederspannungselektrodenanordnung eine thermionische Kathode enthält.

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenanordnung zwei miteinander ausgerichtete, durchbrochene Pokussierelektroden enthält, die durch eine Niederspannung

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führende dritte, mit dem Bremsring verbundene fokussiereliktrode getrennt sind.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Bremsring einen Schleifenteil eines Drahtes "bildet, der die dritte Fokussierelektrode mit einer äußeren Niederspannungsquelle verbindet.

7· Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, d ad u r c h gekennzeichnet , daß die Ifiederspannungsele.ktrodenanordnung und die Hochspannungselektrodenanordnung innerhalb des Röhrenkolbens durch einen isolierenden Halterungsstab gehaltert sind und daß der Bremsring zwischen dem Halterungsstab und der Wand des Röhrenhalses verläuft.

8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet", daß die Niederspannungs- und Hochspannungselektrodenanordnungen Bestandteile eines Mehrstrahl -Elektronenstrahlerzeugersystems sind.

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