DE3308360A1

DE3308360A1 - Bildwiedergabegeraet mit kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE3308360A1
Application number: DE3308360A
Authority: DE
Inventors: Tomosuke Matsudo Chiba Chiba; Masahiro Tokyo Kikuchi; Katsumi Machida Tokyo Kobayashi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1982-03-09
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1983-09-15
Also published as: FR2523367B1; GB2117561B; KR840003914A; GB2117561A; AU1205483A; KR900003214B1; AU563275B2; JPS58154145A; GB8306250D0; US4568852A; DE3308360C2; NL8300863A; CA1204142A; FR2523367A1

Description

TER MEER-MÜLLER · STEiNMErSTER- '..' *..·*.. Sony Corp. - S83P42

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf flüssigkeitsgekühlte Kathodenstrahlröhren enthaltende Bildwiedergabegeräte wie Videogeräte und dergleichen.

Bei Üblichen Farb-Videoprojektoren werden die von drei Kathodenstrahlröhren für je ein rotes, grünes und blaues Farbsignal erzeugten Bildanteile vergrößert und über ein Linsensystem auf einen Bildschirm projiziert. Da die hier verwendeten im Gegensatz zu sonst üblichen Kathodenstrahlröhren eine sehr große Helligkeit liefern müssen, werden sie mit relativ hoher Spannung und großer Stromdichte betrieben. Die Folge derartiger Betriebsbedingungen sind eine erhöhte Röntgenstrahlen-Emission und Schäden an den Phosphorschichten durch höhere Temperaturentwicklung im Phosphorschirmbereich.

Der Versuch, die Kathodenstrahlröhren zwecks Abschirmung der Röntgenstrahlung mit einem besonderen Glas mit hohem Absorptionseffekt für Röntgenstrahlung zu versehen, mußte wegen einer Helligkeitseinbuße als Folge des bei diesem besonderen Glas durch den auftreffenden Elektronenstrahl hervorgerufenen Bräunungseffekts aufgegeben werden. Statt dessen wurde lieber ein nicht zur Bräunung neigendes, dafür aber auch Röntgenstrahlung nur vermindert absorbierendes anderes Glas mit größerer Dicke verwendet. Da ein aus solchem Glas hergestellter dicker Röhrenbildschirm verminderte Wärmeabstrahleigenschäften hat, treten Probleme in Bezug auf Helligkeitsverluste bei erhöhten Schirmtemperaturen auf.

Zur Vermeidung der temperaturbedingten Röhrenbildschirm-Helligkeitseinbuße wurde eine Flüssigkeitskühlung bei Katho-

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_ C

denstrahlröhren-Bildwiedergabegeräten eingeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flüssigkeitsgekühlte Kathodenstrahlröhren enthaltendes verbessertes Bildwiedergabegerät zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, in Bildwiedergafoegeraten wie Farbvideoprojektoren solche Kathodenstrahlröhren zu verwenden, vor deren dem Elektronenstrahl ausgesetzter die Phosphorschicht tragender innerer Scheibe eine zweite äußere Scheibe angeordnet ist, die deutlich höhere Absorptionseigenschaften hat als die innere erste Scheibe.

Nach dieser, neuartigen Prinzip gebaute Projektorbildröhren zeichnen sich durch geringe Röntgenstrahlungswerj.e nach außen hin und gleichzeitig gute Wärmeableiteigenschaften im Bereich ihrer · inneren Scheibe aus. |

Die auch als Phosphorschirm bezeichnete erste Scheibe besteht aus einem Glas, das Röntgenstrahlung weniger absorbiert aber dafür auch keinem Bräunungseffekt unterworfen ist und somit eine unverminderte Bildhelligkeit gewährleistet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch Verwendung eines Linsensystems mit hohem optischem Transmissionsfaktor in Verbindung mit in der Gesamtdicke reduzierten Glasscheiben eine gegenüber dem Stand der Technik größere Bildhelligkeit erzielt.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Videoprojektors zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 und 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht und eine vergrößerte Teilschnittdarstellung zu einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre in einem entsprechenden Gerät,

Fig. 4a und B Darstellungen von erfindungsgemäßen Dicke- Relationen einer Phosphorscheibe und Frontscheibe, und

Fig. 5 eine grafische Darstellung der nutzbaren Dickenbereiche einer Phosphorseheibe und Frontscheibe.

Der in Fig. 1 dargestellte Farbvideoprojektor enthält drei Kathodenstrahlröhren 1R, 1G und 1B zur Umsetzung der Farbsignale für rot, grün und blau in je ein entsprechendes rotes, grünes und blaues Bild. Diese Teilbilder werden durch Linsensysteme 2R, 2G und 2B vergrößert auf einen Schirm 3 projiziert und auf dessen Oberfläche zu einem Farbbild zusammengesetzt. Das Bildwiedergabegerät umfaßt ferner eine Videosignaltrennschaltung 4, welche abhängig von einem Videosignaleingang t an die drei Röhren 1R, 1G und 1B separate Farbsignale abgibt, eine Synchron-Separatorschaltung 5, eine Kochspannungsschaltung 6 und eine Ablenkschaltung 7. Die Ausgänge der Schaltungen 6 und 7 sind mit den Anodenzapfen 8 bzw. den Ablenkjochanschlüssen der Röhren 1R, 1G und 1B verbunden.

Da die Kathodenstrahlröhren 1R, 1G und 1B in einem derartigen Farbvideoprojektor eine besonders hohe Helligkeit liefern müssen, werden sie mit erhöhter Hochspannung von 26 kV bis 32 kV

TER MEER - MÜLLER · S"CE1&IMEIST£r: .:'::.: ;

und einer gegenüber normalen Kathodenstrahlröhren um den Faktor 20 bis 50 erhöhten Stromdichte betrieben. Derartige extreme Betriebsbedingungen sind die Ursache für die Erzeugung einer beträchtlichen Röntgenstrahlung und bewirken fer~ ner einen die Phosphorschichten schädigenden Temperaturanstieg im Röhrenbildschirm - ein unter der Bezeichnung "Temperature Quenching" bekanntes Problem.

Wie eingangs erläutert, haben sich Röntgenstrahlung stark absorbierende besondere Glassorten als Röhrenbildschirm-Material wegen des auftretenden Bräunungseffekts nicht bewährt. Der Ausweg, nicht dem Bräunungseffekt unterworfene aber auch nur eine relativ geringe Absorptionswirkung auf Röntgenstrahlung aufweisende Glassorten mit einer zur besseren Röntgenstrahlenabsorption erhöhten Dicke zu verwenden, führt zu einem Wärmestau in dem besonders dicken Glasschirm und damit zu Problemen in Gestalt einer schädlichen Helligkeitseinbuße. Außerdem sollten die Glasschirme der Röhren 1R, 1G und 1B in Fig. 1 wegen der vor sie gesetzten Linsensysteme 2R, 2G bzw. 2B so dünn wie möglich sein.

Bei flüssigkeitsgekühlten Kathodenstrahlröhren mit aus einem kaum dem Bräunungseffekt unterliegenden Glas hergestellter Phosphorscheibe und Frontscheibe haben diese beiden Scheiben oder Glasplatten im wesentlichen die gleiche Gesamtdicke wie ein üblicher Phosphorbildschirm.

Wenn eine Kathodenstrahlröhre Röntgenstrahlung der Stärke I_Q erzeugt, dringt durch deren t dicke und den Absorptionskoeffizient μ für Röntgenstrahlung aufweisende Glasscheibe eine

Reststrahlung I = I_oe~^Ut ...(D

nach außen.

TER

Eine bei einer herkömmlichen flüssigkeitsgekühlten Kathodenstrahlröhre verwendete Glassorte A hat folgende Zusammensetzung:

Zusammensetzung

SiO	2
Al₂ SrO	°3
BaO
ZrO	2
Na₂	0
κ₂ο CeO	2
TiO	2
Fe₂ ZnO	°2
MgO
CaO
PbO
As₂ B₂O	°3 3

Glassorte A	Gew. %
61,2	■1
2,0	■1
10,0	Il
8,2	Il
1,0	Il
7,7	11
7,7	Il
0,3	Il
0,5	Il
0,35	Il
0,05	Il
1,0

Absorptionskoeffizient _ ^

für Röntgenstrahlung u 1 3,5 cm

(27 kV; 0,000045 μΐη)

Bei Verwendung der Röntgenstrahlung absorbierenden Glassorte A genügt zur Erzielung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit eine gemeinsame Gesamtdicke Phosphorscheibe + Frontscheibe von etwa 11,5 mm, das sind bei gleichförmiger Dickenverteilung 5,75 mm Dicke für jede der beiden Scheiben.

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Das in Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ilüssigkeitsgekühlten Kathodenstrahlröhre hat einen Glaskolben .11 mit konischem Trichterabschnitt 12 und einem eine Elektronenkanone 14 enthaltenden Halsabschnitt 13. Eine erste Glasscheibe 15 trägt innen eine dem Elektronenstrahl 22 aus der Elektronenkanone 14 ausgesetzte phosphorbeschichtete Platte 16 und ist im Bereich einer Fritteglasschicht 17 luftdicht mit dem Trichterabschnitt 12 verschmolzen.

Erfindungsgemäß ist in einem durch ein randseitiges Abstandselement 18 definierten Abstand vor der ersten Scheibe 15 eine zweite Glasscheibe 19 befestigt und der Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 15, 19 mit einer Kühlflüssigkeit 20 wie Äthylen-Glykol o.dgl. gefüllt. Das z.B. als Rahmen aus Aluminiumformguß hergestellte Abstandselement 18 ist flüssigkeitsdicht zwischen den beiden Scheiben 15 und 19 mittels eines Harzklebers 21 o.dgl. eingefaßt und dient sowohl als im direkten Wärmetausch-Kontakt mit der Kühlflüssigkeit 20 stehendes Wärmeableitelement als auch als Halterung zur Befestigung der gesamten Röhre in einem Gehäuse. Die von dem auf die phosphorbeschichtete Platte oder Fläche 16 treffenden Elektronenstrahl 22 erzeugte Wärme wird wirksam über die erste oder Phosphor-Scheibe 15, die Kühlflüssigkeit 2-J und weiter über das Abstandselement 18 und/oder die Frontplatte 19 abgeleitet und/oder abgestrahlt, so daß die phosphorbeschichtete Fläche relativ kühl bleibt und mit unverminderter Helligkeit arbeiten kann.

Die zweite oder Front-Scheibe 19 der erfindungsgemäßen Röhre besteht aus einer Glassorte, die zwecks erhöhter Röntgenstrahlen-Absorptionswirkung Metalloxid wie Bleioxid u.dgl. in größerer Menge enthält und bei der normalerweise, wenn sie von Elektro-

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nenstrahlen getroffen würde, mit dem gefürchteten Bräunungseffekt zu rechnen wäre. Da die Frontscheibe 19 aber keinem direkten Elektronenstrahlbeschuß ausgesetzt ist, kann sie erfindungsgemäß aus einem Glas mit hohem Röntgenstrahlen-Absorptionskoeffizienten μ und entsprechend reduzierter Dicke tj hergestellt werden, ohne daß Röntgenstrahlung durch sie nach außen gelangt.

Die zur Vermeidung des helligkeitsmindernden und die optische Durchlässigkeit beeinträchtigenden Bräunungs- oder Dunkelfärbungseffekts aus einer Glassorte mit kleinem Röntgenstrahlen-Absorptionskoeffizient μ hergestellte Phosphorscheibe 15 kann einer festigkeitserhöhenden Behandlung durch Abschrecken, Oberflächen-Ionenaustausch o.dgl. unterzogen sein. Wenn diese innere Phosphorscheibe 15 aus einem mechanisch besonders festen Glas besteht, kann ihre Dicke t₁ so reduziert werden, daß die im Betrieb auf der phosphorbeschichteten Fläche oder Platte 16 erzeugte Wärme problemlos über die Kühlflüssigkeit und durch Oberflächenabstrahlung abgeführt und eine relativ gleichförmige niedrige Temperatur eingehalten wird.

Wenn bei einer flüssigkeitsgekühlten Kathodenstrahlröhre die Phosphorscheibe 15 eine ausreichende mechanische Festigkeit hat, braucht die Frontscheibe 19 nicht so fest zu sein, so daß deren Dicke t_ unter Erhöhung des strahlenabsorbierenden Metalloxidanteils so weit reduziert werden kann, daß die über die Kühlflüssigkeit 20 zugeleitete Wärme gut an die Außenluft abgestrahlt wird.

Bei erfindungsgemäß reduzierbaren Dicken t.. der inneren Scheibe 15 und t_ der Frontscheibe 19 ergibt sich in Verbindung mit einer Dicke t₃ der Kühlflüssigkeitsschicht (s. Fig. 3) eine so geringe Gesamtdicke t + t₂ + t» des Röhrenbildschirms ,

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daß das Linsensystem 2 (Fig. 1) näher an den Phosphorschirm heransetzbar ist, so daß Linsensysteme mit einem höheren optischen Ubertragungs- und Wirkungsgrad verwendet werden können und auf diese Weise auf dem Schirm 3 eine noch größere Bildhelligkeit erreicht wird.

Falls kein Wert auf eine geringere Gesamtdicke t. + t„ + t, gelegt wird, kann auf Grund der reduzierten Dickenwerte t^ und t₂ eine entsprechend dickere und besser wärmeableitende Kühlflüssigkeitsschicht t₃ zwischengesetzt werden.

Die Frontscheibe 19 der erfindungsgemäßen Röhre kann z.B. aus einer Glassorte B oder C nach folgender Tabelle hergestellt sein:

Zusammensetzung	Glassorte B	Gew.%	Glassorte C	Gew.
SiO₂	51,4	M	33,4	Il
Al₂O₃	3,7	Il	0,2	Il
BaO	0,5	H	5,0	Il
Na₂O	6,0	Il	0,5	Il
K₂O	8,5	Il	2,0	Il
Sb₂O₂	0,2	Il	0,5
. MgO	2,0	Il		Il
CaO	4,0	Il	0,3	Il
PbO	23,5	Il	55,0
As₂O₃	0,2			Il
B₂O₃		3,1

2 5 Absorptionskoeffizient für Röntgenstrahlung μ:

(27 kV; 0,000045 um)

30 an

-1

90 an

-1

Wenn eine Röhre zum Beispiel eine Phosphorscheibe 15 aus der Glassorte A mit dem Absorptionskoeffizient u- = 13,5 cm und

TER MEER · MÜLLtiH · ο ιτ=.ΐΝΐνη=ζρι c.

üony Corp. -

- 12 -

eine Frontscheibe 19 aus der Gissorte B mit dem Absorptionskoeffizienten u_ = 30 cm" hat, ergibt sich aus den gewählten Dicken t₁ und t₂ der Scheiben 15 und 19 der Gesamtabsorptionswert für Röntgenstrahlung. Gängige Werte für eine flüssigkeitsgekühlte 7-Zoll-Kathodenstrahlröhre sind t₁ =" 5 nun für Scheibe 15 und t₂ = 2 mm für die Scheibe 19. Für eine t₁ = 5,75irm dicke Scheibe 15 ergibt sich aus der Gleichung (1): _T _ _T - (13,5 x 1,15) _ _ - ( 13,5 χ 0,575 + 3Ox t,) ,„.

X — 0 ■" 0 ' m m m \Al

Unter diesen Verhältnissen ist die Frontscheibe (s. Fig. 4B) etwa t₂ = 2,6 mm dick. Aus der Gleichung (2) kann, bei gleichbleibendem Strahlungsabsorptionswert, die Dicke t.. und t_ in cm ausgerechnet werden:

χ t₁ +

= 1/15 x 13,5 = 15,525

Wenn zum Beispiel die Röntgenstrahlungs-Absorptionswerte U₁ = etwa 13,5 cm" für Scheibe 15 und u₂ ⁼ etwa 30 cm"

für

die Frontscheibe 19 vorgegeben werden, können nach Gleichung (3) die Dickenwerte für t^ und t₂ in folgenden Kombinationen aus folgender Tabelle gewählt werden:

Dicke t, der

Pho sphorscheibe 15:

5,0 mm 6,0 mm 7,0 mm 5,75 mm

Dicke t-, der Frontscheibe 19:

2, 9 nun 2,5 mm 2,0· mm 2 ,6 mm

Gesamtdicke	* *
I₁ + t₂	mm
7,9	mm
8,5	mm
9,0	mm
8,35

Weil erfindungsgemäß die.Irontscheibe 19 aus einem Glas mit einem größeren Strahlungsabsorptionswert u₂ als die Phosphorscheibe 15 hergestellt ist, kann die Gesamtdicke t.j und t₂

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des Röhrenbildschirms gegenüber einer Röhre, bei der beide Scheiben aus Glas mit dem gleichen μ-Wert bestehen, um 2,5 bis 3,6 mm reduziert werden.

Aus der grafischen Darstellung in Fig. 5 ergibt sich für eine herkömmliche Ausführung, bei der beide Scheiben 15 und 19 gemäß Fig. 4A etwa gleich dick sind, eine durch die Gerade I bestimmte Gesamtdicke t.. und t₂, wobei die Dickenwerte t₁ und t_ innerhalb des schraffierten Feldes (A) wählbar sind, und eine durch die Gerade II bestimmte Gesamtabsorption für Röntgenstrahlung.

Bei einer mit einer Spannung von 32 kV betriebenen flüssigkeitsgekühlten 5-Zoll-Kathodenstrahlröhre, deren Phosphorscheibe 15 aus der Glassorte A mit dem Absorptionskoeffizienten μ. = 13,5 cm und deren Frontscheibe 19 aus der Glas-

-1 sorte C mit dem Absorptionskoeffizienten μ₂ = 90 cm für

Röntgenstrahlung besteht, kann die Scheibe 15 t. = 4 mm dick und die Scheibe 19 t. = 3 nun dick gewählt sein.

Da in dem erfindungsgemäßen Bildwiedergabegerät Kathodenstrahlröhren mit einerseits stark reduzierter Röntgenstrahlungsdurchlässigkeit und andererseits wirksam gekühlter Phosphorscheibe unter gezielter Verwendung geeigneter Glassorten enthalten sind, wird das Phosphormaterial vor Hitzeschäden geschützt und durch Vermeidung von Glasbräunungseffekten auch langzeitig'Vgroße Bildhelligkeit erzielt. Durch eine erfindungsbedingt mögliche Dickereduzierung des Röhrenbildschirms können ferner Linsensysteme mit besserem optischem Wirkungsgrad verwendet und so eine noch größere Bildhelligkeit erzielt werden.

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-/Nt-

Leerseite

Claims

TER MEER-MULLER-STEINMEISTER

PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dlpl.-Ing. H. Steinmeister ?&ί : ^MÜller Artur-LadebecK-Strasse _öi

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Case: S83P42

Mü/Gdt./b 9. März 1983

SONY CORPORATION 7-35 Kitashinagawa 6-chome, Shinagawa-ku, Tokyo, Japan

Bildwiedergabegerät mit Kathodenstrahlröhre

Priorität: 9. März 1982, Japan, Ser. No. 36965/1982

PATENTANSPRÜCHE

Bildwiedergabegerät mit mindestens einer Kathodenstrahlröhre, deren Hüllkörper

- eine im Bereich ihrer inneren Oberfläche mit einer Phosphorbeschichtung versehene erste Scheibe,

- einen eine Elektronenkanone enthaltenden Halsabschnitt und

- einen mit der ersten Scheibe und dem Halsabschnitt verbundenen Trichterabschnitt aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand von der äußeren Oberfläche der ersten Scheibe (15) eine zweite Scheibe (19) -angeordnet ist, die einen wesentlich größeren Absorptionskoeffiz-ienten für Röntgenstrahlung hat als die erste Scheibe (15).

TER MEER -MÜLLER ■ ST Ej^MBSTER· -.,' ' -..^: ·..· _{Sony Cor}~; I ~_S83~P4~2
2. Gerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe (15) mindestens 5 mm und die zweite Scheibe (19) mindestens 2 mm dick sind, und daß die Gesamtdicke (t.. + t_) der beiden Scheiben höchstens etwa 9 mm beträgt.
3. Gerät für die Bildprojektion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- in dem Gerät (z.B. Fig. 1) mehrere Kathodenstrahlröhren (1R ..,) mit je einem durch ein Abstandselement (18) definierten Zwischenraum (t-J zwischen der ersten und zweiten Scheibe (15, 19) angeordnet,

- der Zwischenraum (t₃) zwischen beiden Scheiben (15, 19) jeder Röhre mit einer Kühlflüssigkeit (20) gefüllt und

- jeder Kathodenstrahlröhre (1R ...) ein individuelles optisches Linsensystem (2R ...) zugeordnet sind.
4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenabmessungen der ersten und zweiten Scheibe (15 und 19) so gewählt sind, daß sie in den schraffierten Bereich (A) einer in Fig. 5 der anliegenden Zeichnung enthaltenen grafischen Darstellung fallen.
5. Gerät nach Anspruch 1 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionskoeffizient für Röntgenstrahlung der zweiten Scheibe (19) mindestens doppelt so groß wie derjenige der ersten Scheibe (15) ist.
6. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die vordere zweite Scheibe (19) aus einer Glassorte besteht, die einen beträchtlichen Anteil an PbO enthält.

TER MEER - MÖLLER •STE.INMPSTE.R-·..' ·.."..' Sony Corp. - S83P42

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7. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Frontscheibe (19) bildende zweite Scheibe aus einem wärmebehandelten Sicherheitsglas besteht.