DE3309659A1

DE3309659A1 - Farbbild-projektionseinrichtung mit einer einzigen kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE3309659A1
Application number: DE19833309659
Authority: DE
Inventors: Akio Ohkoshi; Takashi Toyama; Toshiro Watanabe
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1982-03-19
Filing date: 1983-03-17
Publication date: 1983-10-06
Also published as: GB8307360D0; FR2523788B1; GB2118769B; JPS58162185A; US4533850A; AU1214883A; GB2118769A; CA1204141A; NL8301008A; FR2523788A1; AU563729B2; DE3309659C2

Description

-Z-

Farbbild-Projektionseinrichtung mit einer einzigen Katodenstrahlröhre

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Projektionseinrichtung und ist insbesondere auf eine Farbbild-Projektionseinrichtung mit einer einzigen Katodenstrahlröhre gerichtet, durch welche ein Farbbild, beispiels weise ein Fernsehfarbbild oder dergl., vergrößert und dann auf eine Projektionsfläche projiziert wird.

Es sind zahlreiche unterschiedliche Projektionseinrichtungen der genannten Art vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Projektionseinrichtung vorgeschlagen worden, die drei Katodenstrahlröhren IR, 16

u. IB enthält, welche Teilbilder der drei primären Farbkomponenten, nämlich Rot, Grün bzw. Blau erzeugen. Die wiedergegebenen Rot-, Grün- u. Blautei1bilder aus diesen Katodenstrahlröhren IR, IG u. IB werden jeweils vergrößert und auf eine gemeinsame Projektionsfläche 3 durch korrespondierende Linsensysteme 2R, 2G u. 2B in einer Weise projiziert, daß die wiedergegebenen Teilbilder aus den betreffenden Katodenstrahlröhren IR, IG u. IB miteinander auf der gemeinsamen Projetionsf1äche 3 zu einem Gesamtfarbbild zusammengesetzt werden.

In diesem Fall wird das betreffende Teilbild jeder der Farben durch jeweils eine monochromatische Katodenstrahlröhre gebildet, und es können demzufolge lichtstarke zusammengesetzte Farbbilder projiziert werden. Da die projizierten Teilbilder der betreffenden Farben miteinander eine Koinzidenz mit großer Genauigkeit auf der gemeinsamen Projektionsfläche 3 aufweisen müssen, sind die Positionen der jeweiligen Linsensysteme 2R, 2G u. 2B relativ zu den Katodenstrahlröhren IR, IG u. IB festgelegt, und ein Abstand zwischen der gemeinsamen Projektionsfläche 3 und jedem der Linsensysteme 2R, 2G u. 2B ist ebenfalls festgelegt, was zu einer starken Beschränkung des Gebrauchs der Einrichtung führt. Darüber hinaus tritt eine Farbabschattung in Abhängigkeit

der Betrachterposition auf.

Im Vergleich dazu ist in Fig. 2 eine weitere bereits vorgeschlagene Projektionseinrichtung gezeigt, bei der Rot-, 5Grün- u. Blautei1bi1 der von monochromatischen Katodenstrahlröhren IR, IG u. IB jeweils durch zwei Zweifarbenfilter-Spiegel 4a u. 4b übertragen werden, wobei die Teilbilder miteinander auf der optischen Achse einer gemeinsamen Linse 2 in Koinzidenz stehen, durch letztere vergrößert werden und dann auf eine gemeinsame Projektionsfläche 3 als ein zusammengesetztes Farbbild projiziert werden.

In diesem Fall sind die Abstände zwischen den Katodenstrahlröhren IR, IG u. IB der jeweiligen Farben, nämlich den "Dingpunkten" oder Objektpunkten, und dem gemeinsamen Linsensystem oder der gemeinsamen Linse 2 jeweils als gleich festgelegt. Dieser Abstand kann indessen nicht aufgrund des Vorhandenseins der Zweifarbenfi1ter-Spiegel 4a u. 4b, die die Verwendung der gemeinsamen Linse 2 einer großen Brennweite voraussetzen, auf zufriedenstellende Weise verringert werden. Auf diese Weise ist, wenn das gemeinsame Linsensystem oder die gemeinsame Linse 2 als eine unvergütete oder reflektierende Linse ausgebildet ist, d. h. bei der die Lichtstärke niedrig ist, eine Linse mit einer großen Öffnung oder Apertur erforderlich.

Als weiteres Beispiel für eine Projektionseinrichtung nach dem Stand der Technik ist eine Anordnung in Fig. 3 gezeigt, wobei zwei Zweifarbenfi1ter-Spiegel 4a¹ u. 4b¹ sich einander durchschneidend und in gleicher Position vorgesehen sind.

In diesem Fall sind, obwohl die Abstände zwischen den Katodenstrahlröhren IR, IG u. IB und dem gemeinsamen Linsensystern oder der gemeinsamen Linse 2 verhältnismäßig klein gewählt werden können, der Aufbau und die Herstellungs schritte in der Praxis verhältnismäßig schwierig. Darüber hinaus besteht ein Nachteil darin, daß die Farben durch die

Reflexion des Lichtes auf den zwei Zweifarbenfi1ter-Spiegeln 4a¹ u. 4b¹ verschlechtert werden.

Ein weiteres Beispiel für eine Projektionseinrichtung nach dem Stand der Technik ist in Fig. 4 gezeigt, wobei eine monochromatische Katodenstrahlröhre, beispielsweise eine Katodenstrahlröhre IG, zum Erzeugen eines Farbkomponentenbildes für Grün, und eine Katodenstrahlröhre IRB zum Erzeugen zweier weiterer Farbkomponenten der Farbbilder für Rot u. Blau vorgesehen sind. Die dadurch wiedergegebenen Teilbilder werden in einem einzigen Zweifarbenfilter-Spiegel 4 zusammengesetzt und dann auf eine gemeinsame Projektionsfläche 3 durch ein gemeinsames Linsensystem oder eine gemeinsame Linse 2 als ein Farbbild projiziert.

In diesem Fall werden die beiden Farbkomponententei1bi1 der für Rot u. Blau durch die gemeinsame Katodenstrahlröhre IRB erzeugt, und das Grün-Tei1bi1d, für das eine hohe visuelle Empfindlichkeit besteht, wird durch die monochromatische Katodenstrahlröhre IG als ein lichtstarkes Teilbild ezeugt, auf welche Weise ein verhältnismäßig lichtstarkes projiziertes Farbbild erzeugt wird. Verglichen mit den bekannten Projektionseinrichtungen des Drei-Röhrentyps in Fig. 1 bis Fig. 3 hat die Projektionseinrichtung gemäß dem letzten Beispiel einen Vorteil, der darin besteht, daß diese Einrichtung kompakt in ihren Abmessungen aufgebaut werden kann und daß der Aufbau und die Herstellungsschritte dafür einfach und leicht zu bewerkstelligen sind.

Im folgenden werden einige Betrachtungen zu der Katodenstrahlröhre gemacht, die in einer Projektionseinrichtung verwendet wird. In der Katodenstrahlröhre muß, um ein Bild hoher Lichtstärke wiedergeben zu können, die Energie des Elektronenstrahls, der den Phosphorschirm der Katodenstrahl rohre anregt, hoch sein, d. h. es muß die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls hoch sein, oder es muß der Strahlstrom hoch sein. Dementsprechend verursacht in der Katodenstrahlröhre, bei der der Phosphorschirm mit zwei

-δ-getrennten Arten von 1ichtemittierenden Phosphorsubstanzen oder mehr bedeckt ist, um Teilbilder mit zwei oder mehr als zwei primären Farben zu erzeugen, beispielsweise bei der Katodenstrahlröhre IRB für zwei Teilbilder, die in der Einrichtung gemäß dem Stand der Technik, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, verwendet wird, der fortlaufende Betrieb dieses Typs von Katodenstrahlröhre eine Farbverschiebung und eine Verschlechterung des Farbtons, und letztlich kann kein lichtstarkes Farbbild mehr erzeugt werden. Der Grund dafür besteht darin, daß die gewöhnliche Farb-Katodenstrahlröhre hinter ihrem Phosphorschirm eine Elektronenstrahl-Auftreffpositions-Bestimmungselektrode, beispielsweise eine Lochmaske oder ein Strahl 1ochgitter, aufweist, die mit Öffnungen versehen ist, durch welche der Elektronenstrahl für die betreffenden Farben auf der betreffenden Farb-Phosphorsubstanz auftrifft, um die Auftreffpositi on des Elektronenstrahls auf dem Phosphorschirm zu bestimmen. Dementsprechend wird, falls die Energie des Elektronenstrahls erhöht wird oder der Strahlstrom erhöht wird, um ein lichtstärke^res Bild zu erzeugen, nicht nur die Temperatur des Phosphor schirms aufgrund des Aufpralls des Elektronenstrahls darauf erhöht, sondern es wird außerdem die Temperatur der Elektro nenstrahl -Auftreff posi ti ons-Bestimmungselektrode merklich erhöht, weil etwa 80% der Energie des Elektronenstrahls in Wärme durch den Aufprall des Elektronenstrahls auf diese Elektrode umgesetzt werden. Aufgrund der Tatsache, daß das Innere des Röhrenkörpers auf einem hohen Vakuumwert gehalten wird, ist es schwierig, die Wärme, die auf dieser Elektrode erzeugt wird, zur Außenseite der Röhre zu übertragen, so daß die Temperatur der Elektrode auf einen sehr hohen Wert steigt. Dies führt zu einer starken thermisch bedingten Ausdehnung der Elektrode, beispielsweise des Strahlloch gitters oder der Lochmaske, und es tritt dann eine Versetzung der Elektroden auf, wodurch verursacht wird, daß der Elektronenstrahl auf die falsche Position auftrifft, was eine Farbverschiebung bewirkt. Aufgrund des Anstiegs der Temperatur auf dem Strahllochgitter oder der Lochmaske und desweiteren aufgrund des Aufpralls des Elektronenstrahls

auf dem Phosphorschirm selbst wird ein starker Anstieg der Temperatur auf dem Phosphorschirm verursacht. Der Anstieg der Temperatur auf dem Phosphorschirm verursacht eine Verschlechterung in der Helligkeit. Es tritt nämlich eine sog. "thermische Auslöschung" des Phosphors auf. Diese "thermische Auslöschung" ist ein Phänomen, bei dem die Helligkeit der Phosphorsubstanz mit dem Ansteigen von deren Temperatur herabgesetzt wird. Da der Grad der "thermischen Auslöschung" unterschiedlich abhängig von den Phosphorsubstanzen der betreffenden Farben ist, kommt die sog.. Weißbalance aus dem Gleichgewicht. Das Ungleichgewicht der Weißbalance ist insbesondere in der Mitte des Phosphorschirms erkennbar, weil der Wärmestrahl-Effekt insbesondere in der Mitte des Phosphorschirms gering ist und der Anstieg der Temperatür dort besonders hoch ist, was zu einer starken Verschlechterung der Bildqualität führt.

Es ist bereits eine sog. Strahlindex-Farb-Katodenstrahlröhre vorgeschlagen worden, um die Anordnung der Elektronenstrahl-Auftreffpositions-Bestimmungselektrode , nämlich des Strahl 1ochgitters oder der Lochmaske, die dem Phosphorschirm gegenübersteht und wie sie in einer Katodenstrahlröhre nach dem Stand der Technik benutzt wird, die Teilbilder mit mehr als zwei Farben erzeugen kann, wie sie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, zu vermeiden. Wie dem Fachmann bekannt ist, hat einer derartige bereits vorgeschlagene Strahlindex-Farb-Katodenstrahlröhre einen Aufbau derart, daß auf einem Phosphorschirm, der aus einer Vielzahl von Farb-Phosphorelementen gebildet ist, um ein Farb-Phosphormuster zu bilden, ein Erfassungsabschnitt mit einer vorbestimmten ortsmäßigen Beziehung zu dem Phosphormuster angeordnet ist, um die Überlaufpositi on des Elektronenstrahls zu erfassen. Der Elektronenstrahl wird dabei durch ein Indexsignal gesteuert, um die vorbestimmten Phosphorbi1 delemente zu überlaufen. Folglich kann die Katodenstrahlröhre des Strahlindex-Typs anders als die Katodenstrahlröhre des gewöhnlichen Strahl!ochgitter-Typs oder Lochmasken-Typs, bei dem die Elektronenstrahl-Auftreffpositions-Bestimmungs-

elektrode, nämlich das Strahl 1ochgitter oder die Lochmaske, dem Phosphorschirm, welcher an der inneren Oberfläche des Bildschirms ausgebildet ist, gegenübersteht, den Verlust von Strahlenergie vermeiden, der durch die Maskierung mit

■5 der Elektronenstrahl-Auftreffpositions-Bestimmungselektrode verursacht wird, auf welche Weise ein Bild erzeugt wird, das lichtstärker als dasjenige der Katodenstrahlröhre des Strahllochgitter-Typs oder des Lochmasken-Typs ist.

In jüngster Zeit ist eine Forderung dahingegehend aufgekommen, daß Farbbild-Projektionseinrichtungen eine kompakte-"^ re Bauweise, ein einfachere Konstruktion, einen vereinfachten Aufbau und dadurch eine vereinfachte Herstellung sowie eine leichte Handhabung aufweisen sollten. Zusätzlich ist der Wunsch nach einem lichtstarken Bild der Projektionseinrichtung stärker geworden. In dieser Hinsicht kann selbst die Farbbi1d-Projektion seinrichtung des Zwei-Röhrentyps, der anhand von Fig. 4 erläutert worden ist, nicht vollständig diese Forderungen nach kompaktem Aufbau usw. erfüllen und zeigt nach wie vor ein Problem, das besonders schwerwiegend ist, nämlich das Bestimmen der positionsmäßigen Beziehung der zwei Katodenstrahlröhren. Desweiteren kann selbst dann, wenn als die Katodenstrahlröhre der Zwei-Röhrentyp-Farbbild-Projektionseinrichtung gemäß Fig. 4 eine Katodenstrahl röhre IRB des Strahlindex-Typs verwendet wird, aufgrund der "thermischen Auslöschung" durch den Aufprall des Elektronenstrahls auf dem Phosphorschirm eine zufriedenstellende Verbesserung der Helligkeit nicht erreicht werden,

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Farbbild-Projektionseinrichtung zu schaffen, die die zuvor erläuterten Nachteile, die den verschiedenen Einrichtungen nach dem Stand der Technik anhaften, überwindet. Außerdem besteht die Aufgabe für die vorliegende Erfindung

35darin, eine Farbbild-Projektionseinrichtung mit geringen Abmessungen zu schaffen, bei der der Aufbau, die Herstellung und die Handhabung sehr einfach sind und die ein Farb-Projektinnsbild mit einer genügenden Helligkeit und einer

!guten Bildqualität erzeugt. Desweiteren besteht die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine Farbbild-Projektionseinrichtung mit einer Farb-Katodenstrahlröhre des Strahlindex-Typs zu schaffen, die in der Lage ist, eine ausreichend hohe Helligkeit durch Erhöhen der Energie des Elektronenstrahls unter gegebenen Bedingungen ohne das Aufkommenlassen des Problems der Farbverschiebung zu erzeugen. Schließlich besteht die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine Farbbild-Projektionseinrichtung mit einer Farb-Katodenstrahlröhre des Strahlindex-Typs zu schaffen, die projizierte Bilder lichtstark und gut inder Bildqualität durch Beseitigen einer "thermischen Auslöschung" erzeugen kann.

Zur Lösung dieser Aufgaben für die vorliegende Erfindung wird eine Farbbild-Projetionseinrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine einzige Farb-Katodenstrahlröhre des Strahlindex-Typs vorgesehen ist, die eine erste transparente Frontplatte mit Phosphorelementen der drei primären Farben und Indexelementen?, die an der Innenseite eines Röhrenkolbens ausgebildet sind, enthält, daß eine zweite transparente Frontplatte vorgesehen ist, die vor der ersten transparenten Frontplatte der Farb-Katodenstrahlröhre angeordnet ist, daß ein metallischer rahmenför-·

25miger Abstandshalter zum Halten der zweiten transparenten Frontplatte vorgesehen ist und daß ein transparentes flüssiges Kühlmittel vorgesehen ist, das in einen Zwischenraum zwischen der ersten Frontplatte und der zweiten transparenten Frontplatte eingefüllt ist.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der im folgenden anhand von Figuren gegebenen Beschreibung ersichtlich, wobei in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und Teile bezeichnen.

Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen jeweils schematische Darstellungen, die verschiedene Beispiele für Farbbild-Projektionseinrichtungen nach dem Stand der Technik dar-

stellen.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Farbbi1d-Projektionseinrichtung mit einer einzigen Katodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beipiels für eine Farb-Katodenstrahlröhre, die in einer Farbbild-Projektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 7 zeigt ein erläuterndes Diagramm dazu.

Fig. 8 zeigt eine Kurvenschar, die die Beziehung zwischen der Strahlenergie und einer Beschleunigungsspannung bzw. dem Katodenstrom angibt.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm für eine Katodenstrahlröhre, die eine E1ektronenstrahl-Auftreffpostions-Bestimmungselektrode aufweist.

Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Helligkeit von Phosphorsubstanzen und deren Temperatur darstellt.

Fig. 11 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur einer Frontplatte und der Betriebsdauer bei ununterbrochenem Betrieb der Katodenstrahlröhre darstellt.

Fig. 12 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Helligkeit und der Betriebsdauer darstellt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Farbbild-Projektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der betreffenden Figuren beschrieben.

-ΙΟΙ Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 5 u. Fig. 6 gezeigt ist, werden farbige Teilbilder der betreffenden Farben, beispielsweise Rot, Grün u. Blau, durch eine einzige Farb-Katodenstrahlröhre 11, insbesondere durch eine Farb-Katodenstrahlröhre des Strahlindex-Typs gebildet. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 11 allgemein eine Farb-Katodenstrahlröhre des Strahlindex-Typs. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Röhrenkolben, der aus einer Frontplatte 14a, einem Trichter 14b und einem Verjüngungsteil 14c besteht. Insbesondere auf der inneren Fläche der Frontplatte 14a ist ein Phosphorschirm 15 aufgebracht, der aus "roten", "grünen" und "blauen" Phosphorsubstanzen R, G u. B besteht, die getrennt, beispielsweise als Streifen mit dazwischenliegenden Trennstreifen S eines lichtabsorbierenden Materials aufgebracht sind. An vorbestimmten Stellen dieses Phosphorschirms 15, beispielsweise auf und längs der Trennstreifen S, sind Index-Phosphorelemente 16 zum Erzeugen eines Indexsignals, beispielsweise Ultravio-1ett-Strahlen, aufgrund der Anregung durch den Elektronenstrahl, aufgebracht. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Elektronenkanone, die innerhalb des Ver'jüngungsteils 14c untergebracht ist. Beispielsweise wird ein Elektronenstrahl Ib, der von dieser ausgesendet wird, durch eine elektromagnetische Horizontal- u. Vertikalablenkeinrichtung 18 abgelenkt, um den Phosphorschirm 15 in horizontalen und vertikalen Richtungen zu überstreichen. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet einen Fotodetektor, der den Ultraviölett-Strahl erfaßt, der von den Index-Phosphorelementen 16 in Abhängigkeit von dem Überlaufen des Elektronenstrahls b auf dem Phosphorschirm 15 abgegeben wird, und dann diesen Ultraviolett-Strahl in ein elektrisches Signal umsetzt. Das elektrische Signal oder das Indexsignal, das daraus gewonnen wird, wird einer Verarbeitungsschaltung 20 zugeführt und in ein benötigtes Steuersignal umgesetzt. Dieses Steuersignal wird der Elektronenkanone 17 zugeführt, um dieselbe zu steuern, wodurch der Elektronenstrahl b_, der durch ein Videosignal einer vorbestimmten Farbe moduliert wird, auf der korrespondierenden Phosphorsubstanz auftrifft.

-πι Der äußeren Oberfläche der Frontplatte 14a des Röhrenkolbens 14 steht eine transparente Frontplatte 20a mit einem vorbestimmten Abstand, der zwischen diesen Frontplatten gehalten wird, gegenüber. Zwischen diesen beiden Frontplatten 14a u. 20a ist ein flüssigkeitsdichter Zwischenraum 21 definiert, der mit einem flüssigen Kühlmittel 22 gefüllt ist. Zwischen der Frontplatte 14a und der Frontplatte 20a ist ein rahmenförmiger Abstandshalter 23, der beispielsweise aus Aluminium mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, an den vier Außenkanten angeordnet. Der rahmenförmige Abstandshalter 23 und die beiden Frontplatten 14a u. 20a sind miteinander in flüssigkeitsdichter Weise durch eine Dichtung 24, beispielsweise aus Kunstharz oder Silikon· gummi oder dergl., abgedichtet. Eine Wärmeabstrahlrippe 25 ist zur Außenseite hin von dem Abstandshalter 23 aus verlän· gert ausgebildet.

Das flüssige Kühlmittel 22 kann aus einem Gemisch von beispielsweise Äthylenglykol mit einer Lichtdurchlässigkeit und einer geringen Viskosität und Wasser gebildet sein, welches in den Zwischenraum 21 injiziert und darin flüssigkeitsdicht abgedichtet wird.

Mit einer Farbbild-Projektionseinrichtung, die in dieser Art vorgesehen ist, wird ein Farbbild mit drei primären Farben, beispielsweise Rot, Grün u. Blau, durch die einzige Farb-Katodenstrahlröhre 11 wiedergegeben und dann durch ein einziges Linsensystem 12 auf eine Projektionsfläche 13 (vergl. Fig. 5) projiziert. Es ist folglich in diesem Fall möglich, Schwierigkeiten bezüglich des Zusammenbaus und der Herstellung, beispielsweise betreffend die Positionierung von mehreren Katodenstrahlröhren, bei der Verwendung einer Vielzahl von optischen Systemen und deren Anordnung, wenn die Bilder, die durch eine Vielzahl von Katodenstrahlröhren erzeugt werden, zusammengesetzt und dann auf die Projektionsfläche projiziert werden, zu vermeiden. Darüber hinaus kann die gesamte Anordnung der Farbbild-Projektionseinrichtung kompakt aufgebaut werden, und es kann deren Handhabung

-12-leicht gestaltet werden.

Durch die vorliegende Erfindung kann, da die einzige Katodenstrahlröhre zum Erzeugen des Farbbildes als eine Farb-Katodenstrahlröhre des Strahlindex-Typs ausgebildet ist und die Strahlindex-Katodenstrahlröhre außerdem eine Flüssigkeitskühlung durchführt, die Farbbild-Projektionseinrichtung ein beträchtlich lichtstarkes Farbbild mit ausgezeichneter Bildqualität erzeugen.

Im folgenden werden die Eigenschaften der Strahlindex-Katodenstrahlröhre beschrieben. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist eine Anordnungsteilung Pj der streifenförmigen Phosphorelemente R, G u. B der betreffenden Farben auf dem Phosphorschirm 15-der Farb-Katodenstrahlröhre 11, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, nämlich die Breite eines Satzes oder eines Triplett von zusammengehörenden "roten", "grünen" u. "blauen" streifenförmigen Phosphorelementen R, 6 u. B definiert, die mit 0.35 mm angenommen wird. Es sei außerdem angenommen, daß eine Breite von einem Phosphorstreifen zu den angrenzenden Phosphorstreifen an seinen Seiten oder eine Strahl auftreff-ToIeranzbreite W_p, innerhalb derer der Elektronenstrahl auf einen Phosphorstreifen auftreffen darf, zu 0.18 mm gewählt ist. Unter dieser Bedingung wird nun die Treiber-Impuls-

25form, wie sie durch das Bezugszeichen 30 in Fig. 7 angedeutet ist, auf dem Phosphorschirm 15 in Richtung quer zu den Phosphorstreifen R, G u. B oder die Treiber-Impulsform, bei der der Maximalpunkt der Treiberspannung zu dem Zeitpunkt auftritt, zu dem der Strahl im wesentlichen das Zentrum jedes der Phosphorstreifen überläuft, und bei der der Minimalpunkt zu dem Zeitpunkt auftritt, zu dem der Strahl im wesentlichen die Zentren der Trennstreifen S an den beiden Seiten jedes der betreffenden Farb-Phosphorstreifen überläuft, geprüft. Diese Prüfung offenbart, daß die Verteilung der Strahl stromdichte des Strahlflecks (relativ zu jedem Phosphorstreifen) durch eine Gauß'sche Verteilungskurve, die durch eine Kurve 31 in Fig. 7 dargestellt ist, repräsentiert wird. Auf diese Weise ist es, um das Auftreten einer

Farbverschiebung zwischen den Phosphorstreifen zu vermeiden, notwendig, daß die Breite W, des Strahlflecks, der die Gauß'sche Verteilungskurve aufweist, in dem Maximalpunkt der Treiberspannung nicht quer über dem angrenzenden Phosphorstreifen liegt, oder in anderen Worten ausgedrückt, daß die Breite W, des Strahlflecks gleich oder kleiner als die Strahlauftreff-Toleranzbreite W (W_b < W) ist.

In diesem Fall ist es selbst dann, wenn der Rand des Strahlflecks quer über dem angrenzenden Phosphorstreifen liegt, ausreichend oder verursacht keine Schwierigkeit, weil verglichen mit der Lichtabgabe der Phosphorsubstanz in dem Zentrum des Lichtflecks die Lichtabgabe des Phosphorstreifens, die sich aus dem Aufprall des Elektronenstrahls in dem Randabschnitt des Lichtflecks ergibt, im wesentlichen vernachlässigbar ist. In diesem Fall kann ein derartiger Wert als ein Zehntel der maximalen Stromdichte I des Strahlflecks betrachtet werden, so daß die wirksame Breite ^:. W, des Strahlflecks als die Breite zwischen den beiden Zehn-: 20teln der maximalen Stromdichte I in einer Treiber-Impulsform, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, gewählt wird.

Es wird nun eine Erklärung der Energie P des Elektronen-Strahls, der jedes der Phosphorelemente beim Überlaufen des Schirms überstreicht, gegeben. Mit einer Beschleunigungsspannung eines Elektronenstrahls, nämlich der Phosphorschirmspannung, als H und im Hinblick auf das Vorhandensein und den effektiven Betrag der Trennstreifen S (wobei angenommen wird, daß die betreffenden Phosphorstreifen R, G

3Ou. B und die Trennstreifen S in der Breite gleich sind, ist die Energie P mit der folgenden Gleichung gegeben:

Es wird eine Prüfung der Beziehung zwischen der Phosphorschirm-Spannung H_y und dem Katodenstrom I., (beim Spitzenwert des Treiberimpulses) vorgenommen, wenn die Energie P jeweils zwischen 1 - 6W variiert wird. Dazu wird die oben

angegebene Beziehung jeweils durch gestrichelt dargestellte Kurven 41 bis 46 in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 8 angezeigt. In diesem Fall wird, bevor die Punkte, bei denen die Breite W. des Strahlflecks, wie zuvor gesagt, jeweils 0.2 mm, 0.18 mm und 0.16 mm für eine der Kurven 41 bis 46 ist, aufgesucht werden, sichergestellt, daß die Stellen der betreffenden Fälle, in denen die Breite W_fa des Strahlflecks 0.2 mm, 0.18 mm u. 0.16 mm ist, als Kurven 51, 52 bzw. 53 ausgezogen sind. Dementsprechend wird, wenn die Strahl auftreff-ToIeranzbreite W des einen Phosphorstreifens zu 0.18 mm gewählt ist, wie dies zuvor erläutert wurde, dann, falls die Strahlenergie P so erhöht wird, daß die Werte der Spannung H_v und des Katodenstroms I^ in einem Bereich der schraffierten Zone gewählt werden, die unter der Kurve 52 in Fig. 8 liegt, festgestellt, daß der Strahlfleck daran gehindert wird, sich auf andere Phosphorstreifen auszudehnen, um keine Farbverschiebung oder Fehlanzeige zu verursachen. Dann hängt die Lichtabgabe-Intensität der Phosphorsubstanz von der Strahl energie P ab, oder wenn die Strahl energie P ansteigt, steigt ebenfalls die Lichtabgabeintensität an. Dies offenbart, daß wenndie Strahl energie P genügend stark erhöht ist, es möglich ist, die Lichtabgabeintensität der Phosphorsubstanz ohne Verursachung einer Farbverschiebung zu erhöhen.

Zum Zwecke des Vergleichs wird eine gleiche Prüfung für die herkömmliche Katodenstrahlröhre, die die Elektronenstrahl-Auftreffpositions-Bestimmungselektrode, nämlich das Strahllochgitter oder die Lochmaske, enthält, die dem Phosphorschirm gegenübersteht, vorgenommen. Die Strahlenergie P eines Strahl aufpral1s auf einer Phosphorsubstanz durch die Elektronenstrahl-Auftreffpositions-Bestimmungselektrode, durch welche der Strahl Übertragungsfaktor 20% (1/5) beträgt, ist wie folgt gegeben:

^p = τ ¹K · ^Hv

Eine Beziehung zwischen der Phosphorschirm-Spannung H und

dem Katodenstrom \_v (in diesem Fall die Summe der Katodenströme mit Bezug auf die Dreifachstrahlen, die mit Rot, Grün u. Blau korrespondieren, ist dann wenn, diese Strahlenergie P jeweils zu IW, 3.24W u. 5W gewählt ist, durch Kurven 61, 62 bzw. 63 in Fig. 9 gezeigt. In diesem Fall ist der Durchmesser des Strahlflecks an sich für die Farbverschiebung irrelevant, da das Auftreffen des Strahls auf jedem Farb-Phosphorstreifen durch die Elektrode, nämlich das Strahl lochsieb oder dergl. bestimmt ist. Neben dem Problem der Auflösung des Bildes verursacht der große Durchmesser des Strahls an sich keinerlei Schwierigkeiten. Indessen treffen 80% des Elektronenstrahls auf die Elektrode, nämlich das Strahl 1ochsieb oder dergl., wodurch ein Ansteigen der Temperatur der Elektrode, nämlich des Strahl 1ochsiebs oder dergl., bewirkt wird, und dadurch wird die Elektrode der thermischen Ausdehnung ausgesetzt, auf welche Weise die Position der Strahldurchlaßöffnungen verschoben wird. Auf der Grundlage dieses Experiments kann geschlossen werden, daß die Farbverschiebung nicht in einem Bereich der schraf-

2Ofierten Zone in Fig. 9 aufgetreten ist. In anderen Worten heißt dies, daß sichergestellt war, daß die Katodenstrahlröhre, die mit einer derartigen Elektronenstrahl-Auftreffpositions-Bestimmungselektrode versehen ist, die Strahlstärke oder die Lichtabgabe-Intensität der Phosphorsubstanz nicht erhöhen konnte, ohne dabei eine Farbverschiebung zu verursachen.

Auf der Grundlage dieser Klärung verwendet die Farbbild-Projektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Strahlindex-Röhre als die einzige Katodenstrahlröhre.

Indessenverb leibt ungeachtet der wesentlichen Verbesserung der Lichtstärke, wie sie zuvor erläutert wurde, das nach wie vor ungelöste Problem der "thermischen Auslö-35schung", die in der Phosphorsubstanz selbst begründet ist.

In Fig. 10 zeigen Kurven 7OB, 7OR u. 7OG jeweils Änderungsbeträge der Helligkeits-Intensitat in Abhängigkeit von der

Temperatur der Frontplattenfläche an, wobei jede Intensität der Blau emittierenden Phosphorsubstanz ZnS:Ag, der Rot emittierenden Phosphorsubstanz Y₂O₃IEu und der Grün emittierenden Phosphorsubstanz Gd₂O₂SiTb, die auf die innere Fläehe der Frontplatte in dem Katodenstrahlröhren-Kolben aufgetragen sind, mit 100% bei Raumtemperatur angenommen ist. Wie aus Fig. 10 klar ersichtlich ist, ist die "thermische Auslöschung" in der Grün emittierenden Phosphorsubstanz Gd_?0«S:Tb besonders markant. Die deutliche Verschlechterung der Intensität der Grün emittierenden Phosphorsubstanz, für die eine hohe visuelle Empfindlichkeit gegeben ist, rührt von einem starken Ungleichgewicht der Weißbalance her, das die Bildqualität stark beeinträchtigt.

Indessen kann der Temperaturanstieg der Frontplatte 14a in der zuvor erläuterten Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Phosphorschirm 15 insbesondere auf der Frontplatte 14a des Röhrenkolbens 14 beschichtet ist und das flüssige Kühlmittel 22 gegenüber dieser Frontplatte 14a vorgesehen ist, wirksam vermieden werden, und es kann außerdem die "thermische Auslöschung" der Phosphorsubstanz vermieden werden. Deutlicher ausgedrückt heißt dies, daß mit der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, gegenüber der Frontplatte 14a der Zwischenraum 21 vorgesehen ist, der mit dem flüssigen Kühlmittel 22 gefüllt ist. Wenn die Temperatur insbesondere in dem Zentrum der Frontplatte 14a erhöht wird, von wo die Wärme schwierig abzustrahlen oder abzugeben ist, veranlaßt dies ein Ansteigen der Temperatur in dem flüssigen Kühlmittel 22, das in Kontakt mit dem zentralen Teil der Frontplatte 14a steht. Wenn die Frontplatte 14a im wesentlichen längs der Richtung der Schwerkraft aufgerichtet ist, verringert der Anteil des flüssigen Kühlmittels 22 mit erhöhter Temperatur sein spezifisches Gewicht und bewegt sich aufwärts in dem Zwischenraum, was zu einem Ansteigen der Konvektion darin führt. Auf diese Weise wird die Wärme, in dem Zentrum des Kühlmittels 22 nach außen transportiert, um so den lokalen Temperaturanstieg zu vermeiden. Zusätzlich kann die

W V V/ VV/ V

Wärme, die an die Peripherie übertragen wird, mit hoher Wirksamkeit von der Peripherie, beispielsweise mittels des rahmenförmigen Abstandshalters 23 und mittels der verlängerten Wärmeabstrahlrippen 25 abgestrahlt werden, so daß die Temperatur der Frontplatte 14a daran gehindert wird, sich ■ merklich zu erhöhen.

In Fig. 11 zeigt eine Kurve 81 ein Ergebnis der Messung der Änderung der Temperatur in dem Zentrum der Frontplatte 14a in der Farb-Katodenstrahlröhre 11 mit einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung als Funktion der Zeit an, wenn nur der zentrale Teil der Frontplatte 14a fortlaufend ausgeleuchtet wird, während eine Kurve 82 in Fig. 11 ein Ergebnis der Messung der Änderungen der Temperatur auf der Front· platte einer ähnlichen Katodenstrahlröhre gemäß dem Stand der Technik ohne flüssiges Kühlmittel anzeigt. Aus diesem Vergleich der Kurve 81 mit der Kurve 82 wird ersichtlich, daß der Anstieg der Temperatur wirksam mittels der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert werden kann.

Die Kurven 91 und 92 in Fig. 12 zeigen jeweils gemessene Ergebnisse der Änderungsbeträge (relative Werte) der Helligkeit in der "grünen" Phosphorsubstanz Gd^O₂SrTb an, die

sich aus den korrespondierenden Änderungen der Temperatur auf der Frontplatte 14a ergeben, was bereits durch die Kurven 81 und 82 in Fig. 11 erklärt worden ist. Das Kurvendiagramm gemäß Fig. 12 sagt aus, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die Verschlechterung der Helligkeit, nämlich die "thermische Auslöschung", wirkungsvoll vermieden wird. Für diese Messung wurde die Phosphorschirm-Spannung H zu 26 kV und der Katodenstrom I. zu 430 μΑ gewählt.

Wie zuvor beschrieben, macht die Erfindung wirkungsvollen Gebrauch der Eigenschaften der Strahlindex-Katodenstrahlröhre, um eine Farbbild-Projektionseinrichtung mit einer einzigen Röhre zu schaffen. Dadurch kann ein lichtstarkes projiziertes Bild mit einer ausgezeichneten Bildqualität

erreicht werden. Einhergehend mit den Vorteilen, die sich beim Zusammenbauen, Herstellen und Handhaben des Einröhrentyps ergeben, ist die Farbbild-Projektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich im praktischen Gebrauch vortei1haft.

Im übrigen wird in der Farbbild-Projektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn die wirksame Bildschirmgröße (Diagonal1änge) der Farb-Katodenstrahlröhre 11 zu 5 Zoll, die Phosphorstreifen-Anordnungsteilung P_T zu 0.36 mm, die Phosphorschirm-Spannung H zu 33 kV, der mittlere Katodenstrom zu 0.5 mA gewählt werden und wenn die jeweiligen Farb-Phosphorsubstanzen R, G u. B aus Y₂03:Eu, Gd_?0_?S:Tb und ZnS:Ag gebildet sind, die Lichtstärke oder die F-Zahl des Linsensystems 12 zu 1.0 und der Schirmgewinn zu 5.0 gewählt, und die Helligkeit des Standardfarbbalken-Weißanteils einer 50-Zol1-Bi Idf1äche wird zu 16 FL. Währenddessen wird diese bei einer Projektionseinrichtung, die als Katodenstrahlröhre ein Trinitron (eingetragenes Warenzeichen) verwendet, die eine Lochmaske derselben Größe und Teilung hat, zu 9 FL gewählt.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ein einziges bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung. Es ist jedoch ersichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen durch den Fachmann durchgeführt werden können, ohne daß dazu der allgemeine Erfindungsgedanke und die neuartigen Konzepte der vorliegenden Erfindung verlassen werden müßten. Der Schutzumfang für die vorliegende Erfindung ist durch die Ansprüche bestimmt.

Patentanwalt

Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH '· ' D-8000 MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN SteinsdorfstraßelO

Dr.rer.not. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹> ' ^{29 66 84}

D ipl.-In g. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

DlpL-lng. W. ΜθΙΖθΚ 17. März 1983

SONY CORPORATION

7-35, Kitashinagawa 6-chome, Shinagawa-ku, Toki o/Japan

Ansprüche:

\\J Farbbild-Projektionseinrichtung, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine einzige Farb-Katodenstrahlröhre (11) des Strahlindex-Typs vorgesehen ist, die eine erste transparente Frontplatte (14a) mit Phosphorelementen der drei primären Farben (R,G,B) und Index-Elementen (16), die an der Innenseite eines Röhrenkolbens (14) ausgebildet sind, enthält, daß eine zweite transparente Frontplatte (20a) vorgesehen ist, die vor der ersten transparenten Frontplatte (14a) der Farb-Katodenstrahlröhre (11) angeordnet ist, daß ein metallischer, rahmenförmiger Abstandshalter (23) zum Halten der zweiten transparenten Frontplatte (20a) vorgesehen ist und daß ein transparentes flüssiges Kühlmittel (22) vorgesehen ist, das in einen Zwischenraum (21) zwischen der ersten Frontplatte (14a) und der zweiten Frontplatte (20a) eingefüllt ist.
2. Farbbild-Projektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische, rahmenförmige Abstandshalter (23) in Kontakt mit dem transparenten, flüssigen Kühlmittel (22) steht und eine Wämeableitfunktion erfüllt.
3. Farbbild-Projektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische, rahmenförmige Abstandshalter (23) zwischen der ersten transparenten Frontplatte (14a) und der zweiten, transparenten Frontplatte (20a) angeordnet ist und zusammen mit diesen durch eine elastische Dichtung (24) abgedichtet ist.