DE3032623A1 - Elektronenstrahlsystem. - Google Patents

Description

RCA 71,344

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Elektronenstrahlsystem

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei mehrstrahligen Elektronenstrahlsystemen für eine Kathodenstrahlröhre, und insbesondere auf ein Elektronenstrahlsystem mit verbesserter Stabilität gegen Veränderungen der Abstände zwischen mehreren Kathodenanordnungen und zwei benachbarten Gitterelektroden.

Elektronenstrahlsysteme, wie sie bei Lochmasken-Farbbildröhren verwendet werden, werden so entworfen, daß sie vorzugsweise drei Elektronenstrahlen längs konvergierender Strahlwege erzeugen und auf einen kleinen Konvergenzbereich nahe dem Schirm der Röhre richten. Zwei generelle Typen von Strahlsystemen, die hauptsächlich in Benutzung sind, sind Inline-Strahlsysteme, bei denen drei Strahlen an drei Punkten auf einer Linie erzeugt werden, und Delta-Strahl systeme, bei denen drei Strahlen an drei Punkten eines Dreiecks erzeugt werden. Beide Typen verwenden drei getrennte Kathodenanordnungen und eine Reihe von in Abstand von diesen angeordneten Elektroden. Die Kathodenanordnungen und die Elektroden werden durch jeweils getrennte Befestigung an einer Mehrzahl von Glasstäben in gegenseitiger Anordnung zueinander

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gehalten. Die den Kathodenanordnungen am nächsten liegende Elektrode wird mit G1 bezeichnet und ist üblicherweise ein Steuergitter. Die folgende Elektrode wird mit G2 bezeichnet und ist üblicherweise ein Schirmgitter. Die Abstände zwischen den Kathoden und diesen beiden Gittern ebenso wie die Abstände zwischen den Gittern selbst sind sehr kritisch. Beispielsweise kann eine kleine Verschiebung von 0,025 mm (0,001 inch) im Abstand zwischen einer Kathode und dem Gitter G1 eine Veränderung der Sperrspannung des Elektronenstrahlsystems um 60 Volt zur Folge haben. Unglücklicherweise verändern sich während des Aufwärmens einer Röhre mit einem Strahlsystem, wie es vorstehend beschrieben ist, die Abstände zwischen den Kathoden und den Gittern G1 und G2 in einem gewissen Ausmaß. Diese Abstandsänderungen haben unstabile und ungleichförmige Sperrspannungen für die Strahlen eines Systems zur Folge, und damit ändern sich die auf dem Bildschirm erscheinenden Farben. Diese Ungleichförmigkeit zwischen den Strahlen erfordert eine zusätzliche Korrekturschaltung.

Es ist wünschenswert, eine Röhre zu entwickeln, bei welcher die Änderungen der Abstände zwischen den Kathodenanordnungen und den Elektroden G1 und G2 während des Aufwärmens der Röhre gleichmäßig erfolgen.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung bei einem Mehrstrahl-Elektronenstrahlsystem zur Verwendung bei einer Kathodenstrahlröhre. Ein solches Strahlsystem enthält mehrere Kathodenanordnungen und mindestens zwei im Abstand angeordnete aufeinanderfolgende Elektroden, in denen miteinander ausgerichtete Öffnungen ausgebildet sind. Die Verbesserung umfaßt die Kathodenanordnungen und die beiden Elektroden, die einzeln an einem einzigen Keramikteil befestigt sind. Das Keramikteil ist die einzige tragende Verbindung innerhalb des Strahlsystems zwischen den Kathodenanordnungen und den beiden Elektroden.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Strahl systems ohne Kathoden-Gitter-Untereinheit;

Fig. 2 eine Ansicht der Kathoden-Gitter-Untereinheit;

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-δ-Fig. 3 und 4 einen seitlichen Schnitt bzw. einen Schnitt in Draufsicht eines vollständigen Elektronenstrahl systems, bei welchem die Untereinheit gemäß Fig. 2 in den restlichen Teil des Strahl systems gemäß Fig. 1 eingefügt ist; und Fig. 5 und 6 Änderungen der Sperrspannungen bei einem bekannten Strahlsystem und einem gemäß der Erfindung aufgebauten Strahlsystem.

Einzelheiten des verbesserten Elektronenstrahlsystems 10 sind in den Fig. 1 bis 4 gezeigt. Die Fig. 1 und 2 zeigen Teile des Strahl systems, die im zusammengebauten Zustand das fertige Strahlsystem gemäß den Fig. 3 und 4 ergeben. Das Strahlsystem 10 umfaßt zwei Glasträgerstangen 12, sogenannte "beads", an denen die verschiedenen Elektroden des Strahlsystems montiert sind. Diese Elektroden enthalten drei im gleichen Abstand angeordnete Inline-Kathodenanordnungen 14 (eins für jedes Strahlsystem), eine Steuergitterelektrode 16, eine Schirmgitterelektrode 18, eine erste Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 20, eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 22 und einenAbschirmbecher 24, welche sämtlich in der Reihenfolge der Aufzählung im Abstand von der Kathode angeordnet sind.

Jede Kathodenanordnung 14 enthält eine Kathodenhülse 26, die am vorderen Ende durch eine Kappe 28 abgeschlossen ist, auf welcher ein elektronenemittierender Oberzug 30 vorgesehen ist. Die Kathodenhülsen 26 werden an ihren offenen Enden in Tragröhren 32 gehalten. Jede Kathode wird durch eine Heizwicklung 34, die innerhalb der Hülse 26 angeordnet ist, indirekt geheizt. Die Heizwicklungen 34 haben Schenkel 36, die an Heizerstreifen 38 angeschweißt sind, welche ihrerseits an in den Glasstäben 12 eingebettete Tragvorsprünge 40 angeschweißt sind. Die Steuer- und Schirmgitterelektroden 16 und 18 sind zwei in engem Abstand beieinander angeordnete Elemente mit je drei ausgerichteten öffnungen, die mit den Kathodenüberzügen 30 zentriert sind. Das Steuergitter 16 ist eine im wesentlichen flache Platte mit einer um die drei öffnungen herumlaufenden Umfangsrippe

42. Die Schirmgitterelektrode 18 wird von den beiden Elementen 44 und 46 gebildet. Das erste Element 44 ist eine im wesentlichen flache Platte, von der zwei parallele Flansche 48 wegragen. Das zweite EIe-

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ment 46 ist ebenfalls eine im wesentlichen flache Platte mit Ausnahme des vom E"!ement 44 leicht weggewölbten Mittelteiles. Beide Elemente 44 und 46 haben drei mit den öffnungen der Steuergitterelektrode 16 ausgerichtete öffnungen.

Die Kathodenanordnung 14 und die Steuergitter- und Schirmgitterelektroden 16 und 18 sind als eine getrennte Untereinheit 50 aufgebaut, die in Fig. 2 gezeigt ist. All diese drei Komponenten sind an metallisierte Bereiche auf der Oberfläche eines einzigen plättchenförmigen Teils 52 aus flachem Keramikmaterial angelötet. Die Kathodenanordnungen 14 werden mit dem Keramikplättchen 52 über ein ringförmiges Teil 54 verbunden, welches an eine Seite des Keramikplättchens 52 angelötet ist. Die Röhre 32 jeder Kathodenanordnung ist mit dem ringförmigen Teil 54 verschweißt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Röhre 32 auch direkt an das Keramikplättchen 52 angeschweißt sein kann. Die Steuergitterelektrode 16 ist an die gegenüberliegende Seite des Keramikplättchens 32 längs ihrer Umfangsrippe 42 angelötet. Die Schirmgitterelektrode ist an den Enden der beiden parallelen Flansche 48 mit dem Keramikplättchen verlötet. Man sieht, daß die Abstände zwischen Steuer- und Schirmgitterelektroden 16 und 18 in direkter Beziehung zu der Höhe der Umfangsrippe 42 und der Länge der Flansche 48 stehen, da beide dieselbe flache Oberfläche des Keramikplättchens 52 berühren. Wenn erst einmal die Kathodenröhrchen 26 in die Tragröhren 32 eingesetzt sind und der Abstand zwischen den Kathodenüberzügen 30 und der Steuergitterelektrode 16 auf den gewünschten Wert justiert ist, dann werden die Röhrchen 26 in die Rohre 32 zur Bildung der fartigen Untereinheit 50 eingeschweißt. Die Untereinheit 50 wird mit dem restlichen Teil des Strahlsystems durch Anschweißen der Schirmgitterelektrode 18 an einen Tragbügel 55, der sich zwischen den beiden Glasstäben 12 erstreckt, verbunden.

Die erste Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 20 umfaßt zwei rechteckige becherförmige Teile 56 und 58, die an ihren offenen Enden miteinander verbunden sind. Die Bodenteile jedes der Teile 56 und 58 haben drei öffnungen, die mit den öffnungen der Steuer- und Schirmgitterelektroden 16 und 18 ausgerichtet sind. Die zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 22 ist ebenfalls rechteckig und becher-

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förmig, und ihr offenes Ende zeigt von der Elektrode 20 weg. In der Elektrode 22 sind ebenfalls drei öffnungen ausgebildet, deren mittlere mit der benachbarten Mittelöffnung in der Elektrode 20 ausgerichtet ist. Jedoch sind die beiden äußeren öffnungen gegenüber den äußeren öffnungen der Elektrode 20 leicht nach außen versetzt, um zur Konvergenz der beiden äußeren Strahlen mit dem Mittelstrahl beizutragen. Der Abschirmbecher 24, der an der Austrittsseite des Strahlsystems 10 angeordnet ist, hat an seiner Grundfläche um oder nahe den Elektronenstrahlwegen verschiedene Komakorrekturglieder 60.

Es sei darauf hingewiesen, daß sich die hier beschriebene Erfindung um die Untereinheit 50 dreht und daß der übrige Teil des Strahlsystems von der dargestellten Ausführungsform sehr verschieden sein kann. Beispielsweise kann das Fokussiersystem des Strahlsystems gemäß dem US-Patent 3 932 786 (Erfinder F. J. Campbell, Ausgabedatum 13. Januar 1976) ausgebildet sein, welches ein Widerstandslinsen-Strahlsystem zeigt, oder gemäß dem US-Patent 3 946 266 (Erfinder T. Saito et al., Ausgabedatum 23. März 1976), welches Fokussierelektroden mit nur einer öffnung beschreibt.

Das hier beschriebene Strahlsystem, dessen Kathodenanordnung und Steuer- und Schirmgitterelektroden als einzige Untereinheit auf einem Keramiksubstrat ausgebildet ist, bietet beträchtliche Vorteile gegenüber bekannten Elektronenstrahlsystemkonstruktionen. Bei den meisten Strahl systemen nach dem Stande der Technik ist jedes Bauteil für sich an den Glasstäben befestigt und daher der Wärmeeinwirkung unterworfen, die zur Erweichung der Stäbe bei der Montage der Teile benötigt ist. Bei der hier beschriebenen Erfindung ist keines der Bestandteile in der Untereinheit dieser Hitze ausgesetzt, welche während einer Behandlung auftritt, die gemeinhin als "Beading"-Behandlung bezeichnet wird. Deshalb wird keines der Bestandteile der Untereinheiten beschädigt, wie es bei bekannten Röhren der Fall sein kann.

Bei einer bekannten Strahl systemtype ist die Kathode als Untereinheit *" mit einer becherförmigen Steuergitterelektrode ausgebildet. Jedoch wird diese Untereinheit getrennt von der Befestigung des Schirmgitters an den Glasstäben angebracht. Im Betrieb der Röhre heizen sich die

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Glasstäbe auf und dehnen sich aus. Da die Stäbe voneinander getrennt sind, kann die Erhitzung der Stäbe etwas unterschiedlich erfolgen, so daß sie sich verschieden ausdehnen. Dies ist nur eine der möglichen Ursachen, welche Änderungen der Elektrodenabstände zur Folge haben können, aufgrund deren die Sperrspannungen der Strahlen sich verändern. Solche Änderungen der Sperrspannungen, die vom Einschaltzeitpunkt aus zunehmen, sind in der Darstellung gemäß Fig. 5 für ein typisches bekanntes Elektronenstrahlsystem veranschaulicht. Die drei Kurven zeigen Veränderungen der Sperrspannungen für den roten (R), grünen (G) und blauen (B) Strahl. Innerhalb eines bestimmten Strahl systems und Röhrentype können sich die Kurven gegenseitig als auch hinsichtlich ihrer einzelnen Werte stark verschieben. Der diese Veränderungen der Sperrspannungen bei bekannten Röhren verursachende Mechanismus ist nicht völlig geklärt. Da die Änderungen bei unterschiedlichen Röhren innerhalb desselben Röhrentypes nicht gleichmäßig sind, nimmt man an, daß es sich um eine Kombination von Einflußgrößen handelt. Solche Faktoren umfassen eine ungleichmäßige Aufheizung der Glasverbindungen, die ihrerseits ungleichmäßige Ausdehnungen und/oder in gewissem Maße einen Ulkänncheneffekt der Gitterelektroden bewirken, wenn diese aufgeheizt werden. Die Verbesserung, welche erreichbar ist durch Einbau einer Ausführungsform der Erfindung in ein Elektronenstrahlsystem, wird aus Fig. 6 sehr deutlich. Alle drei Strahlen verlaufen sehr dicht beieinander während der Aufwärmung der Röhre. Es kann angenommen werden, daß diese Verbesserung im Verhalten während des Aufwärmens der Röhre resultiert aus der Kombination der Befestigung der drei Kathodenstrahlanordnungen und der Steuer- und Schirmgitter an einem einzigen flachen Keramikplättchen mit der Befestigung der Keramikuntereinheit an den Glasstäben in einer solchen Weise, daß ungleichmäßige Aufheizung und Ausdehnung der Glasstäbe nicht den Abstand zwischen Kathode und Gittern beeinträchtigt.

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Claims (4)

1. DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

   MARIA-THERESIA-STRASSE 22

   Postfach 86 02 60 D-eOOO MUENCHEN 86

   TELEFON O89M7 6PO6 47 68

   AB SEPT. Ι9βθι 4706006 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ

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   RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

   Patentansprüche

   /1 ))Mehrstrahl-Elektronenstrahlsystem zur Verwendung in einer Kathodenstrahlröhre mit mehreren Kathodenanordnungen und mindestens zwei aufeinanderfolgenden, im Abstand angeordneten Elektroden, die miteinander ausgerichtete öffnungen zum Durchtritt einer Mehrzahl von Elektronenstrahlen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnungen (14) und die beiden Elektroden (16,18) einzeln an einem einzigen Keramikteil (52) angeordnet sind, welche die einzige tragende Verbindung innerhalb der Röhre (10) zwischen den Kathodenanordnungen und den beiden Elektroden darstellt.
2. 2) Strahlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden mit Vorsprüngen (42,48) ausgebildet sind, die von ihnen mit jeweils unterschiedlichen Längen wegragen und dieselbe Seite des Keramikplättchens (52) berühren und an ihrer Oberfläche befestigt sind, und deren vorbestimmte Längen einen gewünschten Abstand zwischen Steuergitter und Schimigitterelektrode bestimmen.

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3. 3) Strahlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung der einen Elektrode (16) eine Umfangsrippe (42) und die Vorsprünge der anderen Elektroden (18) von diesen wegragende Flansche (48) sind. 5
4. 4) Strahlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikplättchen flach ist und auf seinen Oberflächen metallisierte Bereiche aufweist, an welche die Kathodenanordnungen und die beiden Elektroden angeschweißt sind. 10

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