DE19829031A1

DE19829031A1 - Kompensation von Bildrohralterungseffekten

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Publication number: DE19829031A1
Application number: DE19829031A
Authority: DE
Inventors: Helmut Sowig
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-05
Also published as: JP4141057B2; EP0969663A2; CN1241090A; EP0969663A3; US6288503B1; CN1151669C; JP2000059810A

Abstract

Zu Beginn der Alterung bzw. im weiteren Verlauf ihrer Lebensdauer zeigen Farbbildröhren relativ oft ein Ansteigen der Feldstärke zwischen der Kathode (K) und dem Wehnelt Elektrode (G¶1¶) des jeweiligen Strahlsystems infolge eines an sich bekannten Aufblüh-Effektes der Kathoden (K), das den Abstand zwischen Kathode (K) und Wehnelt-Elektrode (G¶1¶) verringert. Die Cutoff-Regelung auf einen derartigen Effekt in einer Weise reagieren, daß die zwischen Kathode (K) und Wehnelt-Elektrode (G¶1¶) wirkende Sperrspannung entsprechend reduziert wird, um den gleichen Referenz-Kathodenstrom Strom treiben zu können. Die Reaktion der Cutoff-Regelung ist jedoch für das Schaltungsdesign zu berücksichtigen, da diese sonst eine nicht tolerierbare Verringerung des Aussteuerungsbereichs zur Folge haben würde, was wiederum die maximale Kontrasteinstellung beeinträchtigen würde. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine Regeleinrichtung (10) vorgesehen, mit der eine alterungsbedingte Feldstärkeänderung zwischen der Kathode (K) und der Wehnelt-Elektrode (G¶1¶) des jeweiligen Röhrensystems einer Farbbildröhre (1) automatisch kompensierbar ist, wobei die infolge der Cutoff-Regelung sich im jeweiligen RGB-Farbkanal ergebende Cutoff-Regelspannung als Regelgröße für die Regeleinrichtung (10) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft die Ansteuerung von Bildröhren, insbesondere von in Fernsehempfangsgeräten oder Monitoren verwendeten Farbbildröhren.

Die in heutigen Farbfernsehgeräten zum Einsatz kommenden Farbbildröhren werden überwiegend über die Kathode des jeweiligen Strahlstromsystems gesteuert, wobei die maximal mögliche Lichtausbeute von dem jeweils verfügbaren Aussteuerungsbereich bestimmt wird. Die als Wehnelt- Elektrode ausgebildeten Steuerelektroden sind üblicherweise an Bezugspotential (Masse) angeschlossen. Um eine große Lichtausbeute zu erhalten, müssen Größen, die den Austeuerungsbereich begrenzen, wie z. B. max. Versorgungs spannung der RGB-Endstufen, Sättigung der RGB-Endstufen, Cutoff-Regelbereich, während des Schaltungsdesigns sorgfältig berücksichtigt werden.

Zur farblosen Wiedergabe von Schwarz-Weiß-Bildern ist es in heutigen Farbfernsehgeräten üblich, eine Cutoff- Regelung pro Farbkanal vorzusehen. Dabei wird während einer Bildaustastlücke jeweils eine sogenannte Cutoff- Meßzeile eingetastet, der ein Referenz-Kathodenstrom I_K1 von z. B. 10 µA entspricht. Eine derartige Cutoff-Regelung ist z. B. durch die Video Prozessor-Schaltung TDA4580 von Valvo bekannt.

Während ihres Alterungsprozesses durchlaufen Röhren verschiedene Phasen. Zu Beginn kommt es häufig zum Aufrauhen und gewissermaßen zu einem Aufblühen der Kathoden oberflächen. Hierdurch verringert sich der effektive Abstand zwischen Kathode und Wehnelt-Elektrode. Bei konstant gehaltenen Betriebsspannungen nimmt daher die Feldstärke zwischen den Elektroden zu und somit der Kathodenstrom ab. Mit zunehmendem Alter wird mehr und mehr Kathodenmaterial abgetragen, sodaß sich der Effekt umkehrt. Auf den zuerst beschriebenen Anstieg der Feldstärke reagiert die Cutoff- Regelung in einer Weise, daß die zwischen Kathode und Wehnelt-Elektrode wirkende Sperrspannung entsprechend reduziert wird, um den gleichen Referenz-Kathodenstrom I_K1 Strom treiben zu können. Die Reaktion der Cutoff-Regelung ist jedoch für das Schaltungsdesign zu berücksichtigen, da diese eine Verringerung des Aussteuerungsbereichs zur Folge hat, was wiederum die maximal erreichbare Lichtausbeute beeinträchtigt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, insbesondere derartige alterungsbedingte Beeinträchtigungen einer Bildröhre sowie sonstige Änderungen, die über die Cutoff-Regelung den Aussteuerbereich reduzieren könnten, zu eliminieren.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Cutoff-Regelung derart zu modifizieren, daß eine alterungsbedingte Feldstärkeänderung zwischen der Kathode und der Wehnelt- Elektrode des jeweiligen Strahlsystems einer Farbbildröhre automatisch kompensiert wird. Erfindungsgemäß wird dabei das Absinken der Kathoden unter ein definiertes Potential dadurch verhindert, daß das Potential der Wehnelt-Elektroden in Bezug auf die Kathoden durch Regelung mittels eines Gleichspannungsoffsets entgegengesetzt verschoben wird. Somit wird sichergestellt, daß der im Gerätefertigungsprozeß üblicherweise abgeglichene Quasi-Cutoff, das ist das Spannungspotential der Meßzeile an der "niedrigsten" Kathode, das mit Hilfe des Schirmgitterspannungsabgleichs auf eine während des Schaltungsdesigns definierte Spannung abgeglichen wird, von keinem der bei einer Farbbildröhre vorhandenen drei Strahlsysteme unterschritten wird. Wesentlich ist, daß Unterschiede zwischen den Systemen nach wie vor über die Kathoden ausgeregelt werden.

Das gleiche erfindungsgemäße Prinzip läßt sich anwenden um ein Ansteigen der Kathoden über ein definiertes Potential zu verhindern.

Da alterungsbedingte Toleranzen nicht länger ausschließlich über die Bildrohr-Kathoden ausgeregelt werden, die von Verstärkerstufen mit begrenztem Aussteuerungsbereich (zwischen Bezugspotential und positiver Betriebsspannung V_CC) angesteuert werden, hat die Erfindung den Vorteil, daß der jeweilige verfügbare Aussteuerungsbereich für das Nutzsignal größer wird bzw. erhalten bleibt und damit besser genutzt werden kann.

Darüber hinaus hat die Erfindung den Vorteil, daß in einem Reparaturfall, der Einfluß auf die Cutoff-Schleife haben könnte (z. B. Bildröhre, Videoprocessor, µP respektive Memory), das Gerät in herkömmlicher Weise abgeglichen werden kann, indem die Wehnelt Elektroden einfach auf Nasse gelegt werden und nach korrektem Abgleich die Meßschleife neu initialisiert werden kann.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Darin zeigt die einzige Figur anhand eines Blockschaltbildes einen der gleichartigen Farbkanäle einer RGB-Farbsignale bearbeitenden Schaltung mit einer Cutoff-Regelung des jeweiligen Röhrensystems einer Farbbildröhre 1 und einer erfindungsgemäßen Regelung, durch die ein Absinken der Kathoden unter einen definierten Wert - zur Aufrechterhaltung eines größeren Aussteuerungsfensters - verhindert wird.

Im jeweiligen Farbkanal ist zwischen der Kathode K eines Röhrensystems der Farbbildröhre 1 und dem Ausgang einer einer Video-Endverstärkerstufe 2 ein Meßtransistor 3 für die Dunkelstrommessung angeordnet. Hierzu ist der Kollektor des als npn-Transistor ausgebildeten Meßtransistors 3 über einen sogenannten Meßwiderstand 4 mit Bezugspotential verbunden. Der Emitter des Meßtransistors 3 ist an einer Kathode K der Farbbildröhre 1 angeschlossen während die Basis mit dem Ausgang der Video-Endverstärkerstufe 2 verbunden ist, so daß die Ansteuerung der Farbbildröhre 1 über den jeweiligen Meßtransistor 3 erfolgt. Für die Messung des Dunkelstroms wird im jeweiligen Farbkanal während einer Bildaustastlücke eine Cutoff-Meßzeile mittels einer Austast- und Meßimpulsgenerator-Schaltung 5 eingetastet, die im Zuge des RGB-Farbsignalweges vor einer Additionsstufe 6 angeordnet ist.

Die Additionsstufe 6 im jeweiligen Farbkanal steuert über eine Ausgangstufe 7 die Video-Endverstärkerstufe 2 mit einem Summensignal. Bei der Bearbeitung des Videosignals setzt sich das Summensignal aus der Signalspannung eines RGB- Signals und einer Spannung zusammen, die z. B. jeweils halbbildweise aktualisiert und in einer Speicherkapazität C_R (bzw. C_G und C_B für die Farbkanäle "Grün" und "Blau") als Regelspannung für die Cutoff-Regelung des RGB-Signals abgespeichert wird. Bei der Ermittlung der Regelspannung - im folgenden Cutoff-Regelspannung genannt - bilden dagegen die Impulspannung der eingetasten Cutoff-Meßzeile und die Cutoff-Regelspannung, die sich dabei aufgrund des Vergleichs der am Meßwiderstand 4 gemessenen Spannung U_m mit einer Referenzspannung U_ref ergibt, das Summensignal.

Bei der Ermittlung der Cutoff-Regelspannung wird die am Meßwiderstand 4 gemessene Spannung U_m über eine Reihenschaltung aus einer Pufferstufe 8 und der Spannungsquelle für die Erzeugung einer Referenzspannung U_ref dem invertierenden Eingang eines als Vergleicher ausgebildeten Operationsverstärker 9 zugeführt, dessen nichtinvertierender Eingang über eine Speicherkapazität C_LR mit Bezugspotential verbunden ist, die für die Speicherung einer dem Leckstrom proportionalen Spannung vorgesehen ist. Für die z. B. halbbildweise Aktualisierung dieser, den Einfluß des Leckstromes kompensierenden Spannung ist ein Abtastschalter S_LR vorgesehen. Durch den Abtastschalter S_LR der wie die dargestellte Speicherkapazität C_LR dem Farbkanal "Rot" zugeordnet sein soll, ist die Referenzspannungquelle U_ref derart mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärker 9 verbindbar, daß sie zusammen mit den beiden Eingängen des Operationsverstärkers 9 bei der Messung und Abspeicherung der dem Leckstrom proportionalen Spannung überbrückt wird. Die dargestellte Schalterstellung wird bei der Ermittelung der Cutoff-Regelspannung eingenommen.

Die Cutoff-Regelspannung, die mit dem als Vergleicher ausgebildeten Operationsverstärker 9 erzeugt und entsprechend dem jeweiligen Meßzyklus aktualisiert wird, wird dabei für die Cutoff-Regelung über einen Abtastschalter S_R in der Speicherkapazität C_R (bzw. C_G und C_B für die Farbkanäle Grün und Blau) gespeichert. Die Schalterstellung entspricht der RGB-Signalbearbeitung.

Dem soweit beschriebenen, ansich bekannten Teil der Schaltung ist erfindungsgemäß eine Regeleinrichtung 10 hinzugefügt, mit der unter anderem alterungsbedingte Feldstärkeänderungen zwischen Kathode und Wehnelt-Elektrode G₁ des jeweiligen Röhrensystems einer Farbbildröhre 1, die zu einer Reduzierung des zur Verfügung stehenden Aussteuerfensters führen würden, automatisch kompensiert werden. Die Regeleinrichtung 10, die dabei in vorteilhafter Weise die jeweilige Cutoff-Regelspannung als Regelgröße nutzt, umfaßt im wesentlichen einen als Regler ausgebildeten Operationverstärker 11, einen nichtflüchtigen Schreib/Lese- Speicher 12 zur Speicherung eines als Führungsgröße verwendeten Referenzwertes, einen ersten steuerbaren Schalter 13, einen zweiten steuerbaren Schalter 14 und eine Meßschaltung, mit der vorgenannte alterungsbedingte Feldstärkeänderungen ermittelt werden können.

Die Meßschaltung wird vorzugsweise mit drei, je einem RGB- Farbkanal zugeordneten Meßtransistoren 15, 16, 17 gebildet, die als Emitterfolger geschaltet sind und einen gemeinsamen Emitterwiderstand 18 haben und somit eine ODER-Schaltung bilden. Die Meßtransistoren 15, 16, 17 sind z. B. npn Transistoren, deren Basis über eine Verbindungsleitung 20, 21 bzw. 23 die in der Speicherkapazität C_R, C_G bzw. C_B gespeicherte Cutoff-Regelspannung zugeführt wird. Der Kollektor der Meßtransistoren 15, 16, 17 ist mit einem positiven Potential einer nicht dargestellten Betriebsspannungsquelle verbunden. Durch die Schaltungskonfiguration der drei Meßtransistoren 15, 16, 17 als Emitterfolger wird gewährleistet, daß die jeweilige, sich mit dem Eingangswiderstand eines Meßtransistors 15, 16 bzw. 17 und einer Speicherkapazität C_R, C_G bzw. C_B ergebende Zeitkonstante praktisch keinen Einfluß auf das Speicherverhalten für die Gutoff-Regelspannung und damit auf die eigentliche Cutoff-Regelung hat.

Der gemeinsame Emitterwiderstand 18 der drei Meßtransistoren 15, 16, 17 dient als Meßwiderstand. An diesem Widerstand 18 ist erfindungsgemäß die jeweils größte auftretende Cutoff- Regelspannung meßbar. Nach erfolgtem Fertigungsabgleich des Schirmgitters wird diese Spannung über den Schalter 13 in den Speicher 12 eingelesen und dient alsdann als Referenzwert.

Die an dem Emitterwiderstand 18 abgegriffene Cutoff- Regelspannung wird als Regelgröße über einen Widerstand 19 in den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 eingespeist, wo sie mit dem in den invertierenden Eingang eingespeisten Referenzwert des Schreib/Lese-Speichers 12 verglichen wird, um eine Regelspannung UR_G1 zu gewinnen, die vom Signalausgang des Operationsverstärkers 11 dem gemeinsamen Anschluß der Wehnelt-Elektroden G₁ zugeführt wird, um ein Absinken der Kathodenpotentiale unter einen definierten Pegel als Reaktion der Cutoff-Regelung auf alterungsbedingte Effekte zu kompensieren, die sonst bei der Auslegung des Schaltungsdesigns des jeweiligen RGB-Farbkanals zu berücksichtigen wäre. Z.B. ist die alterungsbedingte Feldstärkezunahme erfindungsgemäß mit einer gegenüber Bezugspotential (Masse) positiv gerichteten Regelspannung UR_G1 an den Wehnelt-Elektroden G₁ kompensierbar. Dadurch läßt sich der Signalausgang des Operationsverstärkers 11 in vorteilhafter Weise mit einem Emitterfolger realisieren, denn der Signalausgang kann damit so niederohmig gemacht werden, daß an den Wehnelt-Elektroden G₁ auf einen Erdungskondensator verzichtet werden kann.

Für die Gewinnung des Referenzwertes und dessen Speicherung in dem Schreib/Lese-Speicher 12 ist vorzugsweise ein Initialisierungsbetrieb des Gerätes vorgesehen, der z. B. werksseitig (oder im Reparaturfall) über eine nicht dargestellte Gerate-Fernbedienung gestartet werden kann. Hierzu wird bei geschlossenem Schalter 14 der Geräteabgleich bzgl. G2 und Cutoff vorgenommen.

Anschließend wird durch kurzzeitiges Schließen des Schalters 13 die an dem gemeinsamen Emitterwiderstand 18 abgegriffene Cutoff-Regelspannung dem Schreibeingang des Schreib/Lese- Speichers 12 zugeführt und als Referenzwert bzw. Führungsgröße für die Regeleinrichtung 10 abgespeichert.

Mit Beendigung des Initialisierungsbetriebes werden die beiden Schalter 13, 14 in die dargestellte (i.e. geöffnete) Stellung gesteuert. Sie entspricht dem normalen Betrieb des Gerätes.

Die Erfindung wurde zwar anhand konventioneller Bauelemente beschrieben, diese lassen sich jedoch in einen als Integrierten Schaltkreis ausgebildeten Videoprozessor integrieren. Das Prinzip ist ebenso anwendbar auf Konzepte, bei denen die Regelspannungen an Cr, Cg und Cb digitalisiert in einem Halbleiterspeicher vorliegen.

Claims

1. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung für eine Farbbildröhre (1) oder eine Projektionsröhre mit einer Einrichtung zur Cutoff-Regelung des jeweiligen Röhrensystems der Farbbildröhre (1) mittels eines Referenzkathodenstromes, dem ein Kunstschwarzwert entspricht und der durch einen Meßimpuls hervorgerufen wird, der in jedem RGB-Farbkanal jeweils während der vertikalen Bildaustastzeit von einem Videosignalprozessor in die Ansteuersignale der Farbbildröhre (1) oder der Projektionsröhren eingefügt wird, wobei mit der sich infolge der Cutoff-Regelung ergebenden Regelspannung der Cutoff-Punkt des jeweiligen Meßimpulses über einen Gleichspannungs-Offset so geregelt wird, daß sich jeweils der Referenzstrahlstrom ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (10) vorgesehen ist, die verhindert, daß ein an den Kathoden (K) eingestellter minimaler Quasi-Cutoff unterschritten wird.

2. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung für eine Farbbildröhre (1) oder eine Projektionsröhre mit einer Einrichtung zur Cutoff-Regelung des jeweiligen Röhrensystems der Farbbildröhre (1) mittels eines Referenzkathodenstromes, dem ein Kunstschwarzwert entspricht und der durch einen Meßimpuls hervorgerufen wird, der in jedem RGB-Farbkanal jeweils während der vertikalen Bildaustastzeit von einem Videosignalprozessor in die Ansteuersignale der Farbbildröhre (1) oder der Projektionsröhren eingefügt wird, wobei mit der sich infolge der Cutoff-Regelung ergebenden Regelspannung der Cutoff-Punkt des jeweiligen Meßimpulses über einen Gleichspannungs-Offset so geregelt wird, daß sich jeweils der Referenzstrahlstrom ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (10) vorgesehen ist, die verhindert, daß ein an den Kathoden (K) eingestellter maximaler Quasi-Cutoff überschritten wird.

3. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge der Cutoff-Regelung sich im jeweiligen RGB- Farbkanal ergebende Cutoff-Regelspannung als Regelgröße für die Regeleinrichtung (10) verwendet wird.

4. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (10) eine Meßschaltung für die Messung der sich infolge der Cutoff-Regelung im jeweiligen RGB-Farbkanal ergebenden Cutoff-Regelspannungen aufweist.

5. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung vorzugsweise mit drei, je einem RGB-Farbkanal zugeordneten Meßtransistoren (15, 16, 17) gebildet wird, die als Emitterfolger geschaltet sind und einen gemeinsamen Emitterwiderstand (18) haben.

6. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung teilweise oder komplett digital in einem Prozessor realisiert ist.

7. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung einer Regelspannung (UR_G1), die den Wehnelt- Elektroden (G₁) der Farbbildröhre (1) zugeführt wird, die am Emitterwiderstand (18) abgegriffene Cutoff- Regelspannung mit einem Referenzwert verglichen wird, die in einem nichtflüchtigen Speicher (12) gespeichert wird.

8. Videosignale bearbeitende Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß steuerbare Schalter (13, 14) für einen Initialisierungsbetrieb des Gerätes vorgesehen sind, der werksseitig oder im Reparaturfall gestartet werden kann und durch den die in diesem Betrieb an dem gemeinsamen Emitterwiderstand (18) abgegriffene Cutoff-Regelspannung dem Schreibeingang des Schreib/Lese-Speichers (12) zugeführbar und als Referenzwert bzw. Rührungsgröße für die Regeleinrichtung (10) abspeicherbar ist.