DE3143022C2

DE3143022C2 - Inline-Elektronenstrahlsystem einer Farbbildröhre

Info

Publication number: DE3143022C2
Application number: DE3143022A
Authority: DE
Inventors: Richard Henry Hughes; Bruce George Lancaster Pa. Marks
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1985-04-18
Also published as: IT8124406A0; US4370592B1; FR2493039A1; SU1296020A3; CA1177514A; US4370592A; GB2086649B; JPS57103246A; BR8106792A; ES506450A0; SG35187G; DE3143022A1; JPH0136225B2; GB2086649A; DD201744A5; FR2493039B1; HK59987A; MX150485A; KR830008383A; FI70344B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Farbbildröhre mit Inline-Elektronenstrahlsystem zur Erzeugung mehrerer Elektronenstrahlen, die entlang in einer Ebene liegenden Wegen auf einen Schirm der Röhre gerichtet sind. Das Strahlsystem enthält eine Hauptfokuslinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen. Die Verbesserung umfaßt eine Änderung der beiden, die Hauptfokuslinse bildenden beabstandeten Strahlsystemelektroden (40, 42). Jede Elektrode hat mehrere Öffnungen (z.B. 60, 66) in gleicher Anzahl wie die Zahl der Elektronenstrahlen. Jede Elektrode hat auch einen Umfangsrand (70, 72), und die Umfangsränder der beiden Elektroden liegen einander gegenüber. Der mit Öffnungen versehene Teil jeder Elektrode liegt innerhalb einer gegenüber dem Rand zurückversetzten Vertiefung (54, 56). Die Vertiefung hat im wesentlichen gerade Wandabschnitte, die parallel zu den Elektronenstrahlwegen verlaufen. Zur Korrektur des durch die Hauptfokuslinse entstehenden Astigmatismus ist zwischen Hauptfokuslinse und Schirm eine Korrektureinrichtung (96, 98) vorgesehen.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Inline-Elektronenstrahlsystem, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist Ein Inline-Elektronenstrahlsystem dieser Art ist aus der US-PS 40 86 513 bekannt.

Dabei ist die elektrostatische Hauptfokussierlinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen zwischen zwei Elektroden ausgebildet, welche als erste und zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode bezeichnet werden. Diese Elektroden haben zwei becherförmige Teile, so die mit ihren Böden aufeinander zu weisen. In jeden Becherboden sind drei öffnungen zum Durchtritt der drei Elektronenstrahlen und zur Bildung einer Hauptfokussierlinse aus drei separaten Fokussierlinsen, nämlich eine für jeden Elektronenstrahl, vorhanden. Zum Bewirken der Konvergenz der drei Elektronenstrahlen ist der Becherboden der zweiten Beschleunigungs- und Fokussierelektrode zum Innern dieser Elektrode hin gewölbt. Der Gesamtdurchmesser des bekannten Elektronenstrahlsystems ist so bemessen, daß das Strahlsystem in einen 29-mm-Röhrenhals hineinpaßt. Wegen dieser Größenforderung haben die drei Fokussierlinsen einen sehr geringen gegenseitigen Abstand, und damit ergeben sich starke Beschränkungen beim Entwurf der Fokussierlinsen. Je größer der Fokussierlinsendurchmesser ist, desto kleiner ist bekanntlich die sphärische Aberration, welche die Fokussiergüte beeinträchtigt.

Ein Strahlsystem der eingangs genannten Art ist auch aus der JP-OS 52 70748 bekannt, bei dem zur Erzeugung der Konvergenz der Elektronenstrahlen, anstatt den Becherboden einer der Elektrode nach innen zu wölben, die den äußeren Strahldurchtrittsöffnungen benachbarten Randteile der ersten Fokussierelektrode mit auf die andere Elektrode zu ragenden Vorsprüngen versehen werden.

Außer dem Fokussierlinsendurchmesser ist der Abstand zwischen den Oberflächen der Fokussierlinsenelektroden wichtig, weil ein größer Abstand einen weicheren Spannungsgradienten in der Linse ergibt, der gleichfalls die sphärische Aberration verringert. Leider ist jedoch eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes über eine bestimmte Grenze (typischerweise 1,27 mm) D'cht zulässig wegen Strahlablenkungen aufgrund elektrostatischer Ladungen auf dem Glashals, deren Feld in den Raum zwischen den Elektroden eindringt und eine Fehlkonvergenz des Elektronenstrahls bewirkt

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Inline-Elektronenstrahlsystem der bekannten Art eine solche Konstruktion der Elektroden der Hauptfokussierlinse anzugeben, daß eine verringerte sphärische Aberration erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Elektrodenöffnungen innerhalb einer gegen den Elektrodenrand zurückgesetzten Vertiefung wird die vertikale Krümmung der Äquipotentiallinien dieser Linsen der Horizontalkrümmung angepaßt, so daß die Fokussierung der Elektronenstrahlen in beiden Ablenkrichtungen besser übereinstimmt und somit der sonst auftretende Astigmatismus stark verringert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise als Axialschnitt dargestellte Draufsicht auf eine Lochmasken-Farbbildröhre,

F i g. 2 einen Teilschnitt des in F i g. 1 gestrichelt gezeichneten Inline-Elektronenstrahlsystems als Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3 einen Teilschnitt durch die Elektroden G 3 und G 4 des in F i g. 2 gezeigten Elektronenstrahlsystems,

Fig.4 eine Vorderansicht des Elektronenstrahlsystems nach F i g. 2 längs der Linien 4-4 in F i g. 3,
- F i g. 5 und 6 von oben bzw. von der Seite gesehene Axialschnitte der Fokussierlinsenelektroden eines bekannten Elektronenstrahlsystems unter Veranschaulichüng einiger Äquipotentiallinien der elektrostatischen Fokussierlinsenfelder, wobei F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5 darstellt,

F i g. 7 und 8 von oben bzw. von der Seite gesehene Axialschnitte durch die Fokussierlinsenelektroden des Elektronenstrahlsystems nach F i g. 2 unter Veranschaulichung einiger Äquipotentiallinien der elektrostatischen Fokussierlinsenfelder, wobei F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in F i g. 7 zeigt, und

F i g. 9 eine Draufsicht auf die Elektrode G 4 des Strahlsystems nach F i g. 2 längs der Linie 9-9 in F i g. 2.

In Fi g. 1 ist eine Draufsicht auf eine Rechteck-Farbbildröhre mit einem Glaskolben 10 gezeigt, welcher eine rechteckige Frontwanne 12 und einen rohrförmigen Hals 14 enthält, die durch einen Konus 16 verbunden sind. Die Frontwanne weist eine Sichtscheibe 18 mit einer Umfangswand 20 auf, die mit dem Konus 16 verbunden ist. Ein Dreifarben-Mosaik-Leuchtstoffschirm 22 befindet sich auf der Innenfläche der Frontscheibe 18. Der Schirm ist vorzugsweise ein Linienschirm mit prak-

tisch rechtwinklig zur hochfrequenten Rasterlinienabtastung der Röhre verlaufenden Leuchtstofflinien (senkrecht zur Ebene der F i g. 1). Eine mit vielen öffnungen versehene Farbwählelektrode oder Lochmaske 24 ist mit üblichen Mitteln abnehmbar in einem bestimmten Abstand vom Schirm 22 montiert Ein in F i g. 1 durch gestrichelte Linien schematisch angedeutetes Inline-Elektronenstrahlsystem 26 ist zentrisch im Hals 14 montiert und erzeugt drei Elektronenstrahlen 28, die längs in einer Ebene liegender konvergenter Wege durch die Maske 24 auf den Schirm 22 gerichtet sind.

Die Röhre gemäß F i g. 1 ist für die Verwendung mit einem äußeren Magnetablenkjoch bestimmt, wie etwa dem Joch 30, das in schematischer Darstellung den Hals 14 und den Konus 12 in der Nähe ihrer Verbindung umgibt Bei Erregung läßt das Joch 30 vertikale und horizontale Magnetfelder auf die drei Strahlen 28 einwirken, so daß diese in horizontaler bzw. vertikaler Richtung in Form eines rechtwinkligen Rasters über den Schirm 22 abgelenkt werden. Die anfängliche Ablenkebene (für die Ablenkung null) ist in F i g. 1 durch die Linie P-P etwa in der Mitte des Joches 30 veranschaulicht Wegen Störfeldem ragt die Ablenkzone der Röhre axial vom Joch 30 weg in den Bereich des Strahlsystems 26. Der Einfachheit halber ist der tatsächliche Verlauf der Wege der abgelenkten Strahlen in der Ablenkzone in F i g. 1 nicht gezeigt

Das Strahlsystem 26 ist in den F i g. 2 bis 4 in Einzelheiten gezeigt Es enthält zwei gläserne Tragstäbe 32, auf denen die verschiedenen Elektroden montiert sind. Diese Elektroden umfassen drei in gleichem Abstand voneinander befindliche, in einer Ebene liegende Kathoden 34 (eine für jeden Strahl), eine Steuergitterelektrode 36 (Gl), eine Schirmgitterelektrode 38 (G2), eine erste Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 40 (G3), und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 42 (G4), die in der angeführten Reihenfolge im Abstand entlang der Tragstäbe 32 angeordnet sind. Alle auf die Kathoden folgenden Elektroden haben drei in einer Linie liegt nde öffnungen zum Durchtritt der drei in einer Ebene verlaufenden Elektronenstrahlen. Die elektrostatische Hauptfokussierlinse im Strahlsystem 26 wird zwischen der G3-Elektrode 40 und der G4-Elektrode 42 gebildet. Die G3-Elektrode 40 wird durch vier becherförmige Elemente 44,46,48 und 50 gebildet. Die offenen Enden zweier dieser Elemente 44 und 46 sind miteinander verbunden, und ebenfalls sind die offenen Enden der beiden anderen Elemente 48 und 50 miteinander verbunden. Das geschlossene Ende des dritten Elementes 48 ist an dem geschlossenen Ende des zweiten Elementes 46 befestigt. Obwohl die Elektrode 40 (G3) als vierstöckiges Teil daigestellt ist, kann sie auch aus einer beliebigen Anzahl von Einzelelementen hergestellt werden, einschließlich eines einzelnen Elementes der gleichen Länge. Die Elektrode 42 (G4) ist ebenfalls becherförmig, jedoch ist sie an ihrem offenen Ende mit einer Platte 52 verschlossen, in der Öffnungen ausgebildet sind.

In den einander zugewandten geschlossenen Enden der Elektroden 40 (G3) und 42 (G4) sind große Vertiefungen 54 bzw. 56 ausgebildet. Diese Vertiefungen setzen denjenigen Teil des geschlossenen Endes der Elektrode 40 (G3), der drei öTfnungen 58, 60 und 62 enthält, gegen denjenigen Teil des geschlossenen Endes der Elektrode 42 (G4) zurück, welcher drei Öffnungen 64,66 und 68 hat. Die verbleibenden Teile der geschlossenen Enden der Elektroden 40 (G3) und 42 (G4) bilden Ränder 70 bzw. 72, die am Umfang um die Vertiefungen 54 und 56 verlaufen. Die Ränder 70 und 72 sind die am dichtesten beieinanderliegenden Teile der beiden Elektroden 40 und 42.

Die F i g. 5 und 6 zeigen von oben bzw. von der Seite gesehen Schnitte durch die beiden Elektroden 74 und 76, welche die Hauptfokussierlinse eines bekannten Elektronenstrahlsystems zeigen. Die Elektrode 74 ist die G3-EIektrode, die Elektrode 76 die G4-Elektrode. Die Elektrode 74 ist becherförmig und hat in ihrem Boden drei separate Öffnungen 78, 80 und 82. Ähnlich ist die Elektrode 76 becherförmig und hat in ihrem Boden drei separate Öffnungen 84,86 und 88. Im Betrieb der Röhre wird der G3-Elektrode 74 eine Spannung von 7 kV und der G4-Elektrode 76 eine Spannung von 25 kV zugeführt Wegen dieser Potentiale bildet sich in der Nähe der Öffnungen 78,80 und 82 der Elektrode G3 und der öffnungen 84,86 und 88 der Elektrode G4 ein elektrostatisches Feld aus. Die Form der Äquipotentiallinien dieses elektrostatischen Feldes definiert die Hauptfokussierlinse dieses Strahlsystems. Einige dieser Äquipotentiallinien 90 sind in den F i g. 5 un·,- ö gezeigt Ein Vergleich dieser Äquipotentiallinien 90 ze^:-gt daß die Krümmung der äußeren Linien 90 bei der Draufsicht nach F i g. 5 wesentlich geringer als die Krümmung der äußeren Linien 90⁷ in der Seitenansicht nach F i g. 6 ist Ein solcher Krümmungsunterschied ist auch bei den Äquipotentiallinien für 8,9,5,22 und 24 kV festzustellen. Wegen dieses Krümmungsunterschiedes, der als Astigmatismus bezeichnet wird, wird ein durch die Mittelöffnungen 80 und 86 hindurchlaufender Elektronenstrahl 92 vertikal stärker fokussiert (siehe F i g. 6) als horizontal (siehe F i g. 5). Jedoch sieht man anhand von F i g. 5, daß die beiden äußeren Elektronenstrahlen auf stärker gekrümmte elektrostatische Linien treffen als der Mittelstrahl und daher horizontal etwas stärker fokussiert werden als der Mittelstrahl, so daß sich für die äußeren Strahlen ein etwas geringerer Astigmatismus ergibt

In den F i g. 7 und 8 ist gezeigt, daß das Elektronenstrahlsystem 26 gemäß F i g. 2 eine Hauptfokussier'unse mit wesentlich verringerter sphärischer Aberration im Vergleich zu derjenigen des bekannten Strahlsystems nach den F i g. 5 und 6 bildet die Verringerung der sphärischen Aberration beruht auf einer Vergrößerung der Hauptfokussierlinse. Dieser Größenzuwachs ergibt sich aus der Zurückversetzung der Elektrod'inöffnungen. Bei dem bekannten Strahlsystem nach den F i g. 5 und 6 sind die stärksten Äquipotentiallinien des elektrostatischen Feldes bei jedem einander gegenüberliegenden Öffnungspaar konzentriert. Jedoch verlaufen bei dem Strahlsystem 26 nach F i g. 2 auch die Äquipotentiallinien mit dem höchsten Potential kontinuierlich von Stellen zwischen den Rändern 70 und 72, so daß der wirksame Teil der Hauptfokussierlinse als eine einzige große Linie erscheint, welche sich über die drei Elektronenstrahlwege erstreckt. Der übrige Teil der Hauptfokussierlinse wird durch Äquipotentiallinien geringeren Potentials gebildet, die an den Elektrodenöffnungen verlaufen. Einige der Äquipotentiallinien 94 des Hauptfokussierfeldes sind in Praufsicht und Seitenansicht in den F i g. 7 bzw. 8 gezeigt. Wie man sieht, ist die vertikale Krümmung der Äquipotentiallinien nach F i g. 8 ähnli· eher der Horizontalkriimmung nach F i g. 7, ?.ls es in den entsprechenden Ansichten des bekannten Strahlsystems der Fall ist. Wegen dieser Ähnlichkeit der Krümmungen wird ein längs eines d.T Elektronenstrahlwege verlaufender Elektronenstrahl in der Vertikal- und der Horizontalebene gleichmäßiger fokussiert. Daher wird der zuvor im Zusammenhang mit dem bekannten Strahisy-

stem nach den Fig.5 und 6 erläuterte Astigmatismus stark verringert.

Bei dem Strahlsystem 26 (F i g. 3 und 4) betragen die Tiefen F der Vertiefungen 54 und 56 etwa V₄ der Abstände C zwischen den beiden geraden Seiten dieser Vertiefungen. Der Durchmesser öder öffnungen in der G3-Elektrode 40 ist so gewählt, daß sie gerade eine ÄquipotentialHnie innerhalb 4% eier Elektrodenspannung berührt, welche vorliegen würde, wenn der mit öffnung versehene Teil der Elektrode nicht vorhanden wäre. Bei der dargestellten Ausführungsform ist diese 4%-Linie näherungsweise ein Halbkreis. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 40 und 42 soll eng genug sein, um auszuschließen, daß Röhrenhalsaufladungen die Elektronenstrahlen beeinflussen.

Bei der Hauptfokussierlinse tritt ein Schlitzeffekt-Astigmatismus auf, weil das Fokussierfeld durch die offene Fläche der Vertiefungen hindurchtritt. Dieser Effekt wird ersichtlich durch einen Vergleich der Zusammendrückung der Äquipotentiallinien $4 an den Seiten der Ausführung nach Fig. 7 mit der Zusammendrükkung derselben Linien an den beiden Bereichen nahe der Mitte der Fokussierlinse. Dieser Felddurchgriff hat zur Folge, daß die Fokussierlinse eine größere vertikale als horizontale Linsenstärke hat. Eine Korrektur dieses Astigmatismus im Strahlsystem 26 nach F i g. 2 erfolgt durch Einfügung einer Horizontalschiitzöffnung an der Austrittsseite der G4-Elektrode 4Z Dieser Schlitz ist optimal halb so breit wie der Linsendurchmesser und vorzugsweise um 80% des Linsendurchmessers von der gegenüberliegenden Oberfläche der Elektrode G4 entfernt. Dieser Schlitz wird durch zwei Streifen % und 98 (siehe F i g. 2 und 9) gebildet, die an die mit den öffnungen versehene Platte 52 der G4-Elektrode 42 so angeschweißt sind, daß sie über die drei öffnungen in der Platte 52 verlaufen.

Damit die beiden äußeren Strahlen mit dem mittleren Strahl statisch konvergieren, ist die Breite E der Vertiefung 56 in der G4-EIektrode 42 etwas größer als die Breite D der Vertiefung 54 in der G3-Elektrode 40 (F i g. 3). Die Auswirkung der größeren Vertiefungsbreite in der G4-Elektrode 42 ist dieselbe, wie sie bezüglich der versetzten öffnungen in der US-PS 37 72 554 beschrieben ist.

Einige typische Abmessungen für das Elektronen-Strahlsystem 26 nach F i g. 2 sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Tabelle

Außendurchmesser des Röhrenhalses 29,00 mm

Innendurchmesser des Röhrenhalses 24,00 mm

Abstand zwischen den Elektroden 40

und 42 (G3 bzw. G4) 1,27 mm

Mittenabstand zwischen benachbarten

öffnungen in der G3-Elektrode 40

(MaßΛ in Fig. 3) 6,60 mm

Innendurchmesser der öffnungen 58,

60 und 62 in der G3-Elektrode 40

(MaßBin Fig.3) 5,44 mm

Abstand zwischen den geraden Seiten der Vertiefungen in den

Elektroden 40 und 42 (Maß Cin F i g. 4) 6,99 mm

Breite der Vertiefungen in der

G3-Elektrode40(MaßDinFig.3) 20,19 mm

Breite der Vertiefung in der

G4-Elektrode42 (Maß Fin F i g. 3) 2030 mm

Tiefe der Vertiefung in den

Elektroden 40 und 42 (Maß Fin F i g. 3) 1,65 mm

Bei anderen möglichen Ausführungsformen von InIine-Elektronenstrahlsystemen kann die Tiefe der Vertiefungen in den Elektroden 40 und 42 von 1,30 bis 2,80 mm variieren.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Inline-Elektronenstrahlsystem einer Farbbildröhre, welches mehrere, insbesondere drei Elektronenstrahlen (28) längs in einer Ebene liegenden Wegen erzeugt und auf einen Leuchtschirm (22) der Röhre richtet und eine Hauptfokussierlinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen enthält, die durch zwei im Abstand voneinander befindliche Elektroden (40,42) gebildet wird, die jeweils einen Teil mit mehreren öffnungen (58, 60,62; 64, 66, 68) in gleicher Anzahl wie die Elektronenstrahlen haben und jeweils einen Umfangsrand (70,72) aufweisen, wobei sich die Umfangsränder der beiden Elektroden einander gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der mit öffnungen versehene Teil jeder Elektrode innerhalb einer gegen den Rand in axialer Richtung zurückversetzten Vertiefung .(54, 56) liegt und- daß die Vertiefungen (54, 56) ebene Wandabschsffte aufweisen, die parallel zur Ebene der Elektronenstrahlen (28) verlaufen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (E) der Vertiefung (56) in der Ebene der Elektronenstrahlen (28) in der dem Schirm (22) näherliegenden Elektrode (42) größer ist als die Breite (D) der Vertiefung (54) in der anderen Elektrode (40).

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hauptfokussierlinse eine Astigmatismi'.s-Korrektureinrichtung vorgesehen ist, welche als in der Ebene der Elektronenstrahien (28) liegender Schlitz an dem Su ahlsystem (26) angebracht ist, der sich zwischen der Hauptfokussierlinse und dem Leuchtschirm (22) befindet

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz durch zwei Streifen (96,98) gebildet wird.