DE3225632C2

DE3225632C2 - Inline-Elektronenstrahlsystem

Info

Publication number: DE3225632C2
Application number: DE3225632A
Authority: DE
Inventors: Hsing-Yao Landisville Pa. Chen
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1986-05-07
Also published as: US4400649A; FR2509525A1; DE3225632A1; CA1182163A; IT8222314A0; GB2101803B; JPS5816446A; GB2101803A; KR840000972A; IT1151982B; FR2509525B1

Abstract

Eine verbesserte Farbbildröhre hat ein Inline-Elektronenstrahlsystem (26) zur Erzeugung von drei Elektronenstrahlen (28), nämlich eines Mittelstrahls und zweier Seitenstrahlen, und Richtung dieser Strahlen längs in einer Ebene liegenden Wegen auf den Schirm (22) der Röhre. Das Strahlsystem enthält eine Hauptfokussierlinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen, welche durch zwei in gegenseitigem Abstand befindliche Elektroden (40, 42) gebildet werden, in deren jeder drei getrennte, in einer Linie liegende Öffnungen (58, 60, 62; 64, 66, 68) ausgebildet sind. Jede Elektrode hat auch einen Umfangsrand (70, 72). Die Umfangsränder der beiden Elektroden liegen einander gegenüber. Der mit Öffnungen versehene Teil jeder Elektrode befindet sich innerhalb einer Vertiefung (54, 56), die gegen den Rand zurückversetzt ist. Die Vertiefung (56) in mindestens einer der Elektroden (42) hat beim Mittelstrahlweg eine größere Breite (C) als die Breite (D) bei den Seitenstrahlen, gemessen in senkrechter Richtung zur die Elektronenstrahlen enthaltenden Ebene.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Inline-Elektronenstrahlsystem, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt und in der älteren deutschen Patentanmeldung gemäß der DE-OS 31 43 022 vorgeschlagen ist.

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 einen Konvergenzpunkt oder kleinen Konvergenzbereich nahe dem Bildschirm konvergiert Bei einem Typ von Inline-Elektronenstrahlsystern, wie es in der US-PS 38 73 879 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 becherförmige Teile, die mit ihren Böden einander gegenüberliegen. Jeder Becherboden hat drei öffnungen, so daß drei Elektronenstrahen 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 mm 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 Fokussier-Iinsendurehmesser ist, desto kleiner ist bekanntlich die sphärische Aberration, weiche die Fokussierqualität bei hohen Strömen beschränkt

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

In der bereits erwähnten 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 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 Umfangsrand zurückgesetzt ist Die Wirkung dieser Hauptfokussierlinse besteht in einem allmählich verlaufendes 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.

Die Aufgabe der Erfindung besteht bei einem Inline-Elektronenstrahlsystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs i in der Angabe von Maßnahmen, durch weiche die Differenz der erforderlichen Fokussierspannungen für vertikale und horizontale Fokussierung minimal wird, so daß die vertikale und horizontale Fokussierung für alle Strahlen nahezu optimal wird.

Ausgehend von dem älteren Vorschlag gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zwar ist es aus der DE-OS 25 05 631 bekannt, bei einer aus zwei in gegenseitigem Abstand angeordneten Elektroden einer elektrostatischen Fokussierlinse eines Inline-Systems die mittlere der drei Strahlöffnungen in der dem Bildschirm näherliegenden Elektrode mit einem kleinerem Durchmesser als die beiden äußeren Strahldurchtrittsöffnungen auszubilden, die gegenüber den entsprechenden öffnungen der anderen Elektroden nach außen versetzt sind, jedoch ist bei dieser bekannten Elektrode die die Strahldurchtrittsöffnungen enthaltende Fläche nicht gegen den Elektrodenrand zurückversetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Lochmasken-Farbbildröhre;

F i g. 2 einen Axialteilschnitt durch das in F i g. 1 gestrichelt gezeichnete Elektronenstrahlsystem;

Fig.3 einen Axialschnitt durch die Elektroden G3 und G4 des filektronenstrahlsystems längs der Linie 3-3

35 25

inFig.2;

F i g. 4 eine Vorderansicht der Elektrode G4 längs der Linie 4-4 aus F i g. 3; und

F i g. 5 eine Draufsicht auf die Stigmatoren auf der Elektrode G4 längs der Linie 5-5 aus F i g. 2. s

Gemäß der Draufsicht nach F i g. 1 hat die Rechteck-Farbbildröhre 8 einen Glaskolben 10 aus einer rechtekkigen Frontwanne 12 und einem röhrenförmigen Hals 14, die durch einen rechteckigen 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-Rasterlinienabtastung der Röhre verlaufen (also senkrecht zur Zeichenebene der Fi g. 1). Eine mit vielen öffnungen versehene Farbselektionselektrode oder Lochmaske 24 ist mit üblichen Mitteln in vorbestimmtem Abstand zum Schirm 22 entfernbar montiert. Ein Inline-Elektronenstrahlsystem 26, welches in F i g. 1 schematisch in gestrichelten Linien angedeutet ist, ist zentral innerhalb des Halses 14 montiert und erzeugt drei Elektronenstrahlen 28 und richtei sie längs in einer Ebene liegender konvergenter Wege durch die Maske 24 auf den Schirm 22.

Die Röhre nach F i g. 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 Ober den Schirm 22 streichen lassen. Die Able.nkebene ist durch die Linie P-Pm F i g. 1 etwa bei Mitte des Jochs 30 gezeichnet Wegen Störfeldern verläuft die Ablenkzone der Röhre axial vom Joch 30 in den Bereich des Strahlensystems 26 hinein. Der Einfachheit halber ist die wirkliche Krümmung der abgelenkten Strahlwege in der Ablenkzone in F i g. 1 nicht dargestellt

Einzelheiten des Elektronenstrahlsystems 26 sind den F i g. 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 (Gl), eine Schirmgitter 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 angeordnet sind. In jeder der Elektroden Gl 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-EIektrode 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-EIektrode 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-EIektrode 42 zurücksetzten, welcher die drei Öffnungen 64, 66 und 68 enthält Die restlichen Teiie der geschlossenen Enden der G3-EIektrode 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 einander am nächsten liegenden Teile der beiden Elektroden 40 und 4Z

Um die Vertikal- und Horizontalfokussierspannungsdifferenz möglichst klein zu halten, ist die innere Breitenabmessung der Vertiefungen 54 und 56 zwischen den der Umfangsrändern 70 bzw. 72 am Mittelstrahlweg größer als an jedem der beiden Seiu^strahlwege, wobei die Breite rechtwinklig zu der die drei Elekironenstrahlwege enthaltenden Ebene gemessen ist 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_

wobei
C D

d-Sshe
d-Mitte

tf-Seite
d-Mitte

die Breite der Vertiefungen 54 und 56 am Mittelstrahlweg (siehe F i g. 4)
die Breite der Vertiefungen 54 und 56 an den Seitenstrahlwegen (siehe F i g. 4)
der Durchmesser der Seitenstrahlöffnungen 58,62,64 und 68 (siehe F i g. 4) und
der Durchmesser der Mittelstrahlöffnungen 60 und 66 (siehe F i g. 4) ist.

Das Elektronenstrahlsystem 26 nach F i g. 2 stellt eine Hauptfokussierlinse dar, bei welcher die sphärische Aberration gegenüber den oben erwähnten bekannten Strahlensystem 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 Elektronenöffnungen. Bei den meisten bekannten Inline-Strahlensystemen sind die stärksten Äquipotentiallinien des elektrostatischen Feldes an jedem gegenüberliegenden Öffnungspaar konzentriert Bei dem Strahlsystem 26 gemäß Fig.2 verlaufen dir stärksten Äquipotentiallinien jedoch kontinuierlich zwischen den Rändern 70 und 72, so daß der wirksame Tei; der Hauptfokuss<erlinse als eine einzige große Linse erscheint, die sich über die drei Elektronenstrahlwege erstreckt. Der übrige Teil der Hauptfokussierünse wird durch schwächere Äquipotentiallinien gebildet, die be· den öffnungen in den Elektroden liegen. Die Eigenschaften und Vorteile eines Elektronenstrahlsystems nach der Art des Strahlensystems 26 sind in der oben erwähnten DE-OS 31 43 022 erläutert.

Die Hauptfokussierlinse ergibt einen Schlitzeffekt-

astigmatismus, weil das Fokussierfeld in die asymmetrischen offenen Bereiche der Vertiefungen eindringt. Dieses Feldeindringen läßt die Fokussierlinse eine größere vertikale als horizontale Brechkraft haben. Eine Korrektur dieses Astigmatismus im Elektronenstrahisystem 26 nach F i g. 2 erfolgt durch Einfügung einer horizontalen Schlitzöffnung am Austritt der G4-Elektrode 42. Dieser Schlitz ist vorzugsweise um 86% des Linsendurdhmessers von der der G3-Elektrode 40 gegenüberliegenden Oberfläche der G4-Elektrode entfernt. Der Schlitz wird durch zwei Streifen 96 und 98 gebildet (Stigmatoren in F i g. 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 etwa größer als die Länge Fin 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 sie hinsichtlich der versetzten öffnungen in der US-PS 37 72 554 erläutert worden ist.

Einige typische Abmessungen für das Elektronenstrahisystem 26 nach F i g. 2 sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle

Außendurchmesser des Röhrenhalses 29,00 mm

Innendurchmesser des Röhrenhalses 24,00 mm

Abstand zwischen den G3- und

G4-Elektroden40und42 1,27 mm

Mittelabstand zwischen benachbarten öffnungen in der G3-Elektrode 40

(Dimension A in F i g. 3) 5,0 mm

Innendurchmesser der öffnungen 58,62,

64und68(W-Seitein Fig. 4) 4,0 mm

Innendurchmesser der Offnungen 60

und66(W-MiUe in Fig.4) 3,59 mm

Breite der Vertiefung 56 in der G4-Elektrode 42 am Mittelstrahlweg

(Breite Cin Fig.4) 7,02 mm

Breite der Vertiefung 56 in der

G4-Elektrode 42 nahe den Außenstrahl-

wegen (Breite Din Fig. 4) 6,30 mm

Länge der Vertiefung 56 in der

G4-Elektrode 42(Länge Fin F i g. 3) 20,8 mm

Länge der Vertiefung 54 in der

G3-Elektrode40(LängeFinFig. 3) 20,2 mm

Tiefe der Vertiefungen in den Elektroden 40 und 42

(Maß Gin Fig.3) 1,65 mm

Bei anderen Ausführungsformen von Inline-Strahlsystemen kann die Tiefe G der Vertiefungen in den Elektroden 40 und 42 von 130 mm bis 2,80 mm variieren, und die Tiefen der Vertiefungen in den Elektroden 40 und 42 können auch unterschiedlich voneinander sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Inline-Elektronenstrahlsystem einer Farbbildröhre, welches drei Elektronenstrahlen, einen Mittelstrahl und zwei Seitenstrahlen, längs in einer Ebene liegenden Wegen in Richtung auf den Schirm der Röhre erzeugt, mit einer die Elektronenstrahlen fokussierenden Hauptfokussierlinse, die durch zwei im Abstand voneinander befindliche Elektroden gebildet wird, in welchen jeweils drei getrennte Inline-Öffnungen ausgebildet sind und welche 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, daß die Vertiefung (56) in mindestens einer der Elektroden (42) am Mittelstrahlweg, gemessen senkrecht zu der die Elektronenstrahlwege enthaltenden Ebene, eine Breite (C) hat, die größer als ihre Breite (D) an den beiden Seitenstrahlwegen ist

2. Inline-Elektronenstrahlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelöffnung (66) der drei Öffnungen in mindestens einer der Elektroden (42) einen Durchmesser (d-Mitte) hat, weicher kleiner als der Durchmesser fü-Seite) der Seitenöffnungen (64,68) ist.

3. Inline-Elektronenstrahlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer Elektrode (42) das Verhältnis des Durchmessers (d-Mitte) der fvn'ttelöffnung (66) zum Durchmesser (d-Seite) der Seitenöffnwng (6?·, 68) näherungsweise gleich ist dem Verhältnis der Breite (D) der Vertiefung (56) an den Seitenstrahlv- igen zur Breite (C) der Vertiefung (56) am Mittelstrahlweg.