DE3225632A1 - Farbbildroehre mit verbessertem inline-strahlsystem mit ausgedehnter fokussierlinse - Google Patents

Description

RCA 76,834 Sch/Vu
U.S. Ser. No. 282,231
vom 10. Juli 1981

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

Farbbildröhre mit verbessertem Inline-Strahlsystem mit ausgedehnter Fokussierlinse

Die Erfindung bezieht sich auf Farbbildröhren mit verbesserten Inline-Elektronenstrahlsystemen und betrifft insbesondere ein solches Strahlsystem mit einer verbesserten ausgedehnten Fokussierlinse für geringere sphärische Aberration. 5

Ein Inline-Elektronenstrahlsystem ist so aufgebaut, daß es vorzugsweise drei Elektronenstrahlen in einer Ebene erzeugt und diese Strahlen längs konvergenter Wege in dieser Ebene zu einem Konvergenzpunkt oder kleinen Konvergenzbereich nahe dem Bildschirm konvergiert. Bei einem Typ von Inline-Elektronenstrahlsystemen, wie es in der US-PS 3 873 879 (Erfinder Hughes, Ausgabedatum 25. März 1975) beschrieben ist, werden die elektrostatischen Hauptfokussierlinsen zur Fokussierung der Elektronenstrahlen zwischen zwei Elektroden gebildet, die als erste und zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektroden bezeichnet werden. Diese Elektroden haben zwei becherförmiqe Teile, die mit ihren Böden einander gegenüberliegen. Jeder Becherboden hat drei öffnungen, so daß drei Elektronenstrahlen hindurchtreten können und drei separate Hauptfokussierlinsen, für jeden Elektronenstrahl eine, gebildet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gesamtdurchmesser des Elektronenstrahlsystems so bemessen, daß das

System in einen Röhrenhals von 29 nun (Durchmesser) hineinpaßt. Wegen dieses Größenerfordernisses haben die drei Fokussierlinsen nur einen sehr geringen Abstand voneinander, und dies führt zu erheblichen Einschränkungen bei der Konstruktion der Fokussierlinsen. Je größer der Fokussierlinsendurchmesser ist, desto kleiner ist bekanntlich die sphärische Aberration, welche die Fokussierqualität bei hohen Strömen beschränkt.

Außer dem Fokussierlinsendurchmesser ist der Abstand zwischen den Oberflächen der Fokussierlinsenelektroden wichtig, weil ein größerer Abstand zu einem allmählicheren Spannungsgradienten in der Linse führt, wodurch gleichfalls die sphärische Aberration verringert wird. Eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den Elektroden über eine bestimmte Grenze (typischerweise 1,27 mm) hinaus ist leider nicht zulässig, weil elektrostatische Ladungen auf dem Glas des Röhrenhalses in den Raum zwischen den Elektroden eindringen und dadurch den Strahl verbiegen und seine Konvergenz verschlechtern.

In der DE-OS 31 43 022 ist ein Elektronenstrahlsystem beschrieben, bei welchem die Hauptfokussierlinse von zwei in gegenseitigem Abstand befindlichen Elektroden gebildet wird. In jeder Elektrode befindet sich eine Anzahl von öffnungen, die gleich der Anzahl der Elektronenstrahlen ist, und jede Elektrode hat ferner einen Umfangsrand, und die Umfangsränder der beiden Elektroden liegen einander gegenüber. Der Öffnungsteil jeder Elektrode liegt in einer Vertiefung, die gegen den Rand zurückgesetzt ist. Die Wirkung dieser Hauptfokussierlinse besteht in einem allmählichen Spannungsgradienten, wie er zur Verringerung der sphärischen Aberration angestrebt wird. Wegen der länglichen Form der Vertiefung und wegen der Umfangsränder der im Abstand befindlichen Elektroden ergibt sich eine Spannungsdifferenz, die erforderlich ist, um die Vertikalfokussierung und die Horizontalfokussierung des Mittelstrahls und der Seitenstrahlen zu optimieren. Es ist nun erwünscht, diese Fokussierspannungsdifferenz minimal zu machen, so daß die vertikale und horizontale Fokussierung für alle

Strahlen nahezu optimiert wird. Die Erfindung schafft Maßnahmen, um diese Verringerung der Fokussierspannungsdifferenz zu erreichen.

Eine verbesserte Farbbildröhre gemäß der Erfindung hat ein Inline-Elektronenstrahlsystem zur Erzeugung von drei Elektronenstrahlen, nämlich einem Mittelstrahl und zwei Seitenstrahlen, und zur Ausrichtung dieser drei Strahlen längs in einer Ebene liegenden Wegen in Richtung auf den Bildschirm.

Das Elektronenstrahlsystem enthält eine Hauptfokussierlinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen, welche durch zwei im Abstand.befindliche Elektroden gebildet wird, von denen jede mit drei separaten, in einer Linie liegenden öffnungen ausgebildet ist. Jede Elektrode hat ferner einen Umfangsrand, und die ümfangsränder der beiden Elektroden liegen einander gegenüber. Der Öffnungsteil jeder Elektrode befindet sich innerhalb einer Vertiefung, die gegen den Rand zurückgesetzt ist. Die Breite der Vertiefung in mindestens einer der Elektroden ist bei den Seitenstrahlwegen geringer als beim Mittelstrahlweg, gemessen in senkrechter Richtung zur Ebene, in welcher die drei Elektronenstrahlwege verlaufen.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Lochmasken-Farbbildröhre gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen Axialteilschnitt durch das in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Elektronenstrahlsystem;

Fig. 3 einen Axialschnitt durch die Elektroden G3 und G4 des Elektronenstrahlsystems nach Fig. 2; Fig. 4 eine Vorderansicht der Elektrode G4 längs der Linie

4-4 aus Fig. 3; und
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Stigmatoren auf der Elektrode

G4 längs der Linie 5-5 aus Fig. 2. 35

Gemäß der Draufsicht nach Fig. 1 hat die Rechteck—Farbbildröhre einen Glaskolben 10 aus einer rechteckigen Frontwanne und einem röhrenförmigen Hals 14, die durch einen rechtecki-

gen Konus 16 miteinander verbunden sind. Die Frontwanne enthält eine Frontscheibe 18 mit einem Umfangsflansch 20, der mit dem Konus 16 fest verbunden ist. Auf der inneren Oberfläche der Frontplatte 18 befindet sich ein Dreifarben-Mosaikleuchtschirm 22, der vorzugsweise ein Linienschirm ist, dessen Leuchtstofflinien im wesentlichen rechtwinklig zur Hochfrequenz-Rasterlinienabstastung der Röhre verlaufen (also senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1). Eine mit vielen öffnungen versehene Farbselektionselektrode oder Lochmaske 2 4 ist mit üblichen Mitteln in vorbestimmtem Abstand zum Schirm 22 entfernbar montiert. Ein verbessertes Inline-Elektronenstrahlsystem 26, welches in Fig. 1 schematisch in gestrichelten Linien angedeutet ist, ist zentral innerhalb des Halses 14 montiert und erzeugt drei Elektronenstrahlen 28 und richtet sie längs in einer Ebene liegender konvergenter Wege durch die Maske 24 auf den Schirm 22.

Die Röhre nach Fig. 1 ist zur Verwendung mit einem äußeren magnetischen Ablenkjoch bestimmt, wie etwa dem Joch 30, welches schematisch um den Hals 14 und den Konus 12 in der Nähe ihrer Verbindungsstelle gezeichnet ist. Im aktivierten Zustand setzt das Joch 30 die drei Strahlen 28 Magnetfeldern aus, welche die Strahlen horizontal und vertikal in einem Rechteckraster über den Schirm 22 streichen lassen. Die Anfangsablenkebene (bei der Ablenkung Null) ist durch die Linie P-P in Fig. 1 etwa bei der Mitte des Joches 30 gezeichnet. Wegen Störfeldern verläuft die Ablenkzone der Röhre axial vom Joch 30 in den Bereich des Strahlsystems 26 hinein. Der Einfachheit halber ist die wirkliche Krümmung der abgelenkten Strahlwege in der Ablenkzone in Fig. 1 nicht dargestellt.

Einzelheiten des Elektronenstrahlsystems 26 sind den Fig. 2 bis 5 zu entnehmen. Das Strahlsystem hat zwei gläserne Tragstangen 32, an welchen die verschiedenen Elektroden montiert sind. Zu diesen Elektroden gehören drei in gleichen Abständen in einer Ebene liegende Kathoden 34 (für jeden Strahl eine), eine Steuergitterelektrode 36 (G1), eine Schirmgitter-

— I mm

elektrode 38 (G2), eine erste Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 40 (G3) und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 42 (G4), welche in der genannten Reihenfolge mit gegenseitigem Abstand längs der Glasstäbe 32 ange-5 ordnet sind. In jeder der Elektroden G1 bis G4 sind drei in einer Linie liegende öffnungen ausgebildet, durch welche drei in einer Ebene liegende Elektronenstrahlen hindurchtreten können. Die elektrostatische Hauptfokussierlinse im Strahlsystem 26 wird zwischen der G3-Elektrode 40 und der G4-Elektrode 42 gebildet. Die G3-Elektrode 40 ist mit vier becherförmigen Elementen 44, 46, 48 und 50 ausgebildet. Die offenen Enden zweier dieser Elemente 44 und 46 sind aneinander befestigt, und die offenen Enden der anderen beiden Elemente 48 und 50 sind ebenfalls aneinander befestigt. Das geschlossene Ende des dritten Elementes 48 ist am geschlossenen Ende des zweiten Elementes 46 befestigt. Zwar ist die G3-Elektrode 40 als vierteiliger Aufbau beschrieben, jedoch kann sie aus irgendeiner Anzahl von Elementen inklusive eines einzigen Elementes derselben Länge hergestellt werden.

Die G4-Elektrode 42 ist ebenfalls becherförmig, jedoch ist ihr offenes Ende von einer mit öffnungen versehenen Platte 52 verschlossen.

In den einander gegenüberliegenden geschlossenen Enden der G3-Elektrode 40 und der G4-Elektrode 42 befinden sich große Vertiefungen 54 bzw. 56, welche denjenigen Teil des geschlossenen Endes der G3-Elektrode 40, der die drei öffnungen 58, 60 und 62 enthält, gegen denjenigen Teil des geschlossenen Endes der G4-Elektrode 42 zurücksetzten, welcher die drei öffnungen 64, 66 und .68 enthält. Die restlichen Teile der geschlossenen Enden der G3-Elektrode 40 und der G4-Elektrode 42 bilden Ränder 70 bzw. 72, welche um den Umfang der Vertiefungen 54 und 56 herumlaufen. Die Ränder 70 und 72 sind die am nächsten zusammenliegenden Teile der beiden Elektroden und 42.

Um die Vertikal- und Horizontalfokussierspannungsdifferenz möglichst klein zu halten, ist die innere Breitenabmessung

der Umfangsränder 70 und 72 am Mittelstrahlweg größer als an jedem der beiden Seitenstrahlwege, wobei die Breite rechtwinklig zu der die drei Elektronenstrahlwege enthaltenden Ebene gemessen ist. Dementsprechend sind die Vertiefungen und 56 am Mittelstrahlweg ebenfalls breiter als an den Seitenstrahlwegen. Außer die Vertiefungen am Mittelstrahl breiter zu machen ist es ebenfalls erwünscht, die Größe der mittleren Öffnungen 60 und 66 zu verringern, um die zur richtigen Fokussierung der drei Elektronenstrahlen benötigten Fokussierspannungen gleich zu machen. Vorzugsweise erfolgt die Veränderung der Öffnungsgröße nach der Näherungsgleichung

C = d-Seite
D d-Mitte

wobei C = die Breite der Vertiefungen 5 4 und 5 6 am

Mittelstrahlweg (siehe Fig. 4) D = die Breite der Vertiefungen 54 und 56 an den Seitenstrahlwegen (siehe Fig. 4) d-Seite = der Durchmesser der Seitenstrahlöffnungen

58, 62, 64 und 68 (siehe Fig. 4) und d-Mitte = der Durchmesser der Mittelstrahlöffnungen 60 und 66 (siehe Fig. 4) ist.

Die Wirkung der kleineren Mittelstrahlöffnungen gleicht die größeren öffnungen an den Seitenstrahlwegen aus, so daß man eine gleiche oder nahezu gleiche Fokussierspannung erhält, wie sie für die Seitenelektronenstrahlen erforderlich ist.

Das Elektronenstrahlsystem 26 nach Fig. 2 stellt eine Hauptfokussierlinse dar, bei welcher die sphärische Aberration gegenüber den oben erwähnten bekannten Strahlsystemen ganz erheblich verringert ist. Die Verringerung der sphärischen Aberration ergibt sich aus der Vergrößerung der Hauptfokussierlinse. Dieses Anwachsen der Linsengröße resultiert aus der Rückversetzung der Elektrodenöffnungen. Bei den meisten bekannten Inline-Strahlsystemen sind die stärksten Äquipotentiallinien des elektrostatischen Feldes an jedem gegenüberliegenden Öffnungspaar konzentriert. Bei dem Strahlsystem 26 gemäß

— Q —

Fig. 2 verlaufen die stärksten Äquipotentiallinien jedoch kontinuierlich von einer Stelle zwischen den Rändern 70 und 72, so daß der vorherrschende Teil der Hauptfokussierlinse als eine einzige große Linse erscheint, die sich über die drei Elektronenstrahlwege erstreckt. Der übrige Teil der Hauptfokussierlinse wird durch schwächere Äquipotentiallinien gebildet, die bei den öffnungen in den Elektroden liegen. Die Eigenschaften und Vorteile eines Elektronenstrahlsystems wie das Strahlsystem 26 sind in der oben erwähnten DE-OS 31 43 022 erläutert.

Die Hauptfokussierlinse ergibt einen Schlitzeffektastigmatismus, weil das Fokussierfeld durch die asymmetrischen offenen Bereiche der Vertiefungen hindurchdringt. Dieses Feldeindringen läßt die Fokussierlinse eine größere vertikale als horizontale Brechkraft haben. Eine Korrektur dieses Astigmatismus im Elektronenstrahlsystem 26 nach Fig. 2 erfolgt durch Einfügung einer horizontalen Schlitzöffnung am Austritt der G4-Elektrode 42. Dieser Schlitz ist vorzugsweise um 86% des Linsendurchmessers von der gegenüberliegenden Oberfläche der G4-Elektrode entfernt. Der Schlitz wird durch zwei Streifen 96 und 98 gebildet (siehe Fig. 2 und 5), die auf die Öffnungsplatte 52 der G4-Elektrode 42 aufgeschweißt sind und sich über die drei öffnungen in der Platte 52 erstrecken.

Zur statischen Konvergierung der beiden äußeren Strahlen mit dem Mittelstrahl kann die Länge E der öffnung 56 in der G4-Elektrode 42 etwas größer als die Länge F in der Vertiefung 54 der G3-Elektrode 40 gemacht werden (Fig. 3). Die Wirkung dieser größeren Vertiefungslänge in der G4-Elektrode 42 ist die gleiche, wie es hinsichtlich der versetzten öffnungen gemäß der US-PS 3 772 554 erläutert worden ist.

Einige typische Abmessungen für das Elektronenstrahlsystem 26 nach Fig. 2 sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle

Außendurchmesser des Röhrenhalses . . 29,00mm

Innendurchmesser des Röhrenhalses 24,00mm

Abstand zwischen den G3- und G4-Elektroden 40 u. 42. 1,27mm Mittelabstand zwischen benachbarten öffnungen in

der G3-Elektrode 40 (Dimension A in Fig. 3) 5,0 mm

Innendurchmesser der Öffnungen 58, 62, 6 4 und 68
(d-Seite in Fig. 4) 4,0 mm

Innendurchmesser der öffnungen 60 und 66

(d-Mitte in Fig. 4) 3,59mm

Breite der Vertiefung 56 in der G4-Elektrode 42

am Mittelstrahlweg (Dimension C in Fig. 4) 7,02mm

Breite der Vertiefung 56 in der G4-Elektrode 42
nahe den Außenstrahlwegen (Dimension D in Fig.4) - 6,30mm

Länge der Vertiefung 56 in der G4-Elektrode 42

(Dimension E in Fig. 3) 20,8 mm

Länge der Vertiefung 5 4 in der G3-Elektrode 40

(Dimension F in Fig. 3) 20,2 mm

Tiefe der Vertiefungen in den Elektroden 40 und 42
(Dimension G in Fig. 3) 1,65mm

Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen von Inline-Strahlsystemen kann die Tiefe G der Vertiefungen in den Elektroden 40 und 42 von 1,30 mm bis 2,80 mm variieren, und bei anderen Ausführungsformen können die Tiefen der Vertiefungen in den
Elektroden 40 und 42 unterschiedlich voneinander sein.

Leerseite

Claims (3)

15

ΡΑΐΕΝΐΑΝ WALTE

DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESIA-STRASSF. 22 POSTFACH 860260

D-8OOO MUENCHEN 86

RCA 76,834 Sch/Vu
U.S. Ser. No. 282,231
vom 10. Juli 1981

ZUGELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS

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

Patentansprüche

10

Farbbildröhre mit einem Inline-Elektronenstrahlsystem zur"Erzeugung von drei Elektronenstrahlen, einem Mittelstrahl und zwei Seitenstrahlen, und Richten dieser drei Strahlen längs in einer Ebene liegenden Wegen auf den Schirm (22) der Röhre zu, mit einer die Elektronenstrahlen fokussierenden Hauptfokussierlinse, die durch zwei in gegenseitigem Abstand befindliche Elektroden gebildet werden, in jeder von denen drei getrennte, in einer Ebene liegende öffnungen ausgebildet sind und die ferner je einen Umfangsrand haben, wobei die Umfangsränder der beiden Elektroden einander gegenüberliegen und der mit öffnungen versehene Teil jeder Elektrode innerhalb einer gegen den Umfangsrand zurückversetzten Vertiefung liegt, dadurch gekennzeichnet,

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 691 48- 800

BANKKONTO HYPOBANK MÜNCHEN (BLZ 700 2OO 40) KTO. 60 60 267 378 SWIFT HYPO DE

daß die Vertiefung (56) in mindestens einer der Elektroden (42) beim Mittelstrahlweg, gemessen senkrecht zu der die Elektronenstrahlwege enthaltenden Ebene, eine Breite (G) hat, die größer als ihre Breite (D) an den beiden Seitenstrahlwegen ist.

2) Farbbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelöffnung (66) der drei getrennten, in einer Linie liegenden öffnungen in mindestens einer der Elektroden (42) einen Durchmesser (d-Mitte) hat, welcher kleiner als der Durchmesser (d-Seite) der Seitenöffnungen (64,68) ist.

3) Farbbildröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer Elektrode (42) das Verhältnis des Durchmessers (d-Mitte) der Mittelöffnung (66) zum Durchmesser (d-Seite) der Seitenöffnung (64,68) näherungsweise gleich ist dem Verhältnis der Breite (D) der Vertiefung (56) an den Seitenstrahlwegen zur Breite (C) der Vertiefung (56) am Mittelstrahlweg.