DE3336948A1

DE3336948A1 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE3336948A1
Application number: DE19833336948
Authority: DE
Inventors: Antonius Joannes van den Beld; Jan Bijma; Jan Eindhoven Gerritsen; Antonius Henricus Petrus Maria Peels
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1984-05-03
Also published as: IT8323453A0; KR840006554A; FR2535522A1; NL8204185A; CA1200835A; ES526812A0; FR2535522B1; US4620134A; JPS5996635A; IT1171782B; ES8406793A1; SG3988G; GB2130004A; KR900004260B1; HK29288A; DD212355A5; GB2130004B; GB8328336D0

Description

PHN 10 488 -4- '3' 23.5-1983

Kathodenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre, die in einem evakuierten Kolben Mittel zum Erzeugen zumindest eines Elektronenstrahls und zur Bildung eines Bündelknotens (oder Kreuzungspunktes) enthält, hinter dem - in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls gesehen nacheinander eine beschleunigende Vorfokussierungslinse mit einer um eine Achse zentrierten ersten und zweiten Linsenelektrode und eine Hauptfokussierungslinse mit zumindest zwei Linsenelektroden angeordnet sind, welche Kathodenstrahlröhre mit Mitteln zum Anlegen elektrischer Spannungen an die Linsenelektroden versehen ist.

Eine derartige Kathodenstrahlröhre kann zum Wiedergeben von Monochrom- oder Mehrfarbenbildern benutzt werden, wie beispielsweise Fernsehbilder. In diesem Fall ist die Kathodenstrahlröhre eine mit einem Bildschirm ausgerüstete Bildröhre. Eine derartige Kathodenstrahlröhre lässt sich jedoch auch zum Aufnehmen von Bildern benutzen. In diesem Fall ist die Kathodenstrahlröhre eine Kameraröhre mit einer fotoempfindlichen Schicht, beispielsweise einer Fotoleitschicht.

Die Mittel zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und zur Bildung eines Bündelknotens, auch mit "cross-over" bezeichnet, werden meistens von einer Triode gebildet, die aus einer Kathode, einem Steuergitter und einer Anode besteht. Jedoch ist es auch möglich, einen Elektronenstrahl mit Hilfe einer Halbleiteranordnung gemäss der DE-OS 30 25 9^-5 zu erzeugen und zu einem Bündelknoten zu fokussieren.

Eine Kathoden«trahlröhre eingangs erwähnter Art ist aus der ^L-OS 7 ⁽>02 808 bekannt. Die dort beschriebene Kathodens trahlröhre enthält eine Kathode, ein Steuermittel", eine erste Linsenelektrode (in dieser Patentanmeldung mit G-2 bezeichnet) und eine zweite Linsenelektrode (die in

PHN 10 488 -S- -If· 23.5. H>83

dieser Patentanmeldung mit G-3 bezeichnet ist). Diese Kathode, dienes Steuergitter und diese ei'ste Linsenelektrode sorgen für die Erzeugung eines Elektronenstrahls, der in der Nalle der ersten Linsenelektrode zu einem Bündelknoten fokussiert wird. Dieser Bündelknoten wird mit Hilfe einer oder mehrerer Fokussierungslinsen am Bildschirm der Kathodenstrahlröhre abgebildet. Der abgebildete Auftreffleck am Bildschirm muss eine hohe Qualität haben. Das bedeutet, dass der Auftreffleck geringe Abmessungen hat und in möglichst geringem Mass von einer Verwischung umgeben sein darf.

Bei der bekannten Kathodenstrahlröhre wird ein Auftreffleck mit einer höheren Qualität durch Verwendung einer verhältnismässig dicken ersten Linsenelektrode und auch dadurch erhalten, dass dafür gesorgt wird, dass ein kräftiges flaches elektrisches Feld zwischen der ersten und zweiten Linsenelektrode angelegt ist und/oder die Hauptfokussierungslinse einen grösseren Gegenstandsabstand als bisher üblich, besitzt. Vorzugsweise wird bei der bekannten Röhre die Vorfokussierung des Elektronenstrahls durch die erste be-

2" schleuni&endeFokussierungslinse hinter dem Bündelknoten eliminiert oder zumindest stark reduziert. Dennoch führen die beschriebenen Verbesserungen nicht zu einem optimalen Ergebnis.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstrahlröhre zu schaffen, mit der die Qualität des Auftrefflecks verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Kathodenstrahlröhre eingangs erwähnter Ai't erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Offnungsdurclirnesser in der zweiten Linsenelektrode

^ kleiner als das Zweifache des Durchmessers der Öffnung in der ersten Linsenelektrode ist und der wirksame Abstand S-eff. zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode kleiner als 1 mm ist, wobei S-eff. als das Minimum der Funktion
- τη—r definiert ist, worin

&\ Z I

.^V der Spamiuiigöuri cerschied zwischen der zweiten und der

ersten Linsenelektrode und _x E(z) die elektrische Feldstärke zwischen der ersten und

PHN 10 hse 3~ .0. 23.5.1083

der zweiten Linsenelektrode auf der Achse als Funktion der Stelle ζ auf der Achse ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode ein derartiger elektrischer Feldverlauf geschaffen werden muss, dass die Randteilstrahlen des erzeugten Elektronenstrahls kurz hinter dem Bündelknoten so viel weiter als die übrigen Teilstralilen nach innen gebogen werden, dass diese Randteilstrahlen des Klektronenstrahls in der Hauptfokussierungslinse keine Randteils tralilen mehr sind. Als Folge davon wirkt die sphärische Aberration der Hauptfokussierungslinse auf andere Teils tralilen ein als die sphärische Aberration, die den Elektronenstrahl schon in der Vorfokussierungslinse hat. Dadurch wird die gesamte sphärische Aberration des ¹^ vollständigen Elektronenstrahlerzeugungssystems über mehrere Teilstrahlen des Elektronenstrahls verteilt, wodurch eine Verringerung des Effekts der sphärischen Aberration im Auftreffleck erhalten wird. Der Auftreffleck wird daher bei gleichen Strahlströmen kleiner und ist von weniger Ver- ^ wischung umgeben als bei den bisher benutzten Elektronenstrahlerzeuger^ Der Verlauf des elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Linsenelektrode wird durch den Abstand zwischen diesen Elektroden, durch die Abmessungen der Offnungen in diesen Elektroden und durch die Potentiale dieser Elektroden bestimmt. In der Vorfokussierungslinse werden die Randteilstralilen ausreichend nach innen gebogen, wenn der Offnungsdurchmesser in der zweiten Linsenelektrode kleiner als das Zweifache des Offnungsdurchmessers in der ersten Linserielektrode ist und der wirksame Abstand S— eff. 3" zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode, wie bereits angegeben, unter 1 nun liegt. Das elektrische Feld auf der Achse zwischen den zwei Linsenelektroden ist durch die erste Ableitung nach der Stelle ζ des Potentialverlaufs en I lau ι"; der Achse l'es ! -·>;ο i q;\t , also

p, ,, «» V(r).

^LU) = d

d ζ

Der Potentialverlauf entlang der Achse bei gegebenen St.ruhlerzcugerabmessungen und bei gegebenen Potentialen auf den

PIlN IO Ί88 «4- . (ρ ■ 23-3· iyÖ'}

E1 ek t roden ist moss beil* und/oder bei-echenbar. Der Abstand zwischen dor ersten und zweiten Linsenelektrode ist vorzugsweise kleiner· alts 0,8 mm. Die Untergrenze dieses Abstands wird von den Potentialen au!¹ den Elektroden und von der Elektrodenform bestimmt, beispielsweise durch.

mögliche scharfe Ränder. Der Abstand darf nicht zu klein, beispielsweise unter 0,2 mm gewählt werden, weil in diesem Fall elektrischer Durchschlag auftreten kann.

Erfindungsgemässe Kathodenstrahlröhren mit einer sehr hohen Auftreffleckgüte werden erhalten, wenn der Offnungsdurchmesser in der ersten Linsenelektrode kleiner als 0,9 mm und der Durchmesser der Öffnung in der zweiten Linseneiektrode .kleiner als 1,6 mm "oder wenn der Offnungsdurchmesser in der zweiten Linsenelektrode gleich oder nahezu gleich dem Offnungsdurchmesser in der ersten Linsenelektrode ist. Wenn dabei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode gleich oder ungefähr gleich 0,k mm ist, ist die Möglichkeit des Auftretens elektrischen Durchschlags vernachlässigbar klein. Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen horizontalen Längsschnitt durch eine Kathodenstrahlröhre,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen der Elektronen· strahlerzeuger der Kathodenstrahlröhre nach Fig. 1,

Fig. 3a bis 3d scheinatisch einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt einer Anzahl von Elektronenstrahlerzeugern ,

Fig. '4 der Verlauf der Funktion - <--V/E (z) für die Elektronenstrahlerzeuger gemäss Fig. 3a bis 3d,

Fig. 5 und 6 die Ausschnitte nach den Fig. 3a bzw. 3c abermals mit einer Anzahl von Elektronenbahnen des

■ ·

Elektronenstrahls und mit einer Anzahl von Aquipotentiallinien,
Fig. 7a und 7b die gemessene Intensitätsverteilung in einem Auftreffleck, die in einer bekannten Kathodens ti-iüilröhre ermittelt wurde, und schliesslich Fig. 8a und 8b die gemessene Intensitätsverteilung

PHN 10 -'työ .£- *t 23.3.1< >8;5

in einem Auftreffleck, die in einer erfindungsgemässen Kathodens trahlröhre ermittelt wurde.

Fig. 1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre zum Darstellen von Farbfernsehbildern, im nachfolgenden mit Farbfernsehbildröhre bezeichnet. In einem Glaskolben 1, der aus einem Bildfenster 2, einem Konus 3 und einem Hals h aufgebaut ist, ist in diesem Hals ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 5 angeordnet, das mit Hilfe von drei Elektronenstrahlerzeugem 6, 7 und 8 drei mit ihren Achsen in einer Ebene (in dei" Zeichenebene) liegende Elektronenstrahlen 9» 10 und 11 erzeugt. Die Achse des mittleren Elektronens trahlerzeiJ-gers 7 deckt sich mit der Höhrenachse 12. Das Bildfenster 2 ist an der Innenseite mit einer Vielzahl von Trlpeln von Leuchtstofflinien versehen. Jedes Tripel enthält eine Linie aus einem blau leuchtenden Leuchtstoff, eine Linie aus einem grün leuchtenden Leuchtstoff und eine Linie aus einem rot leuchtenden Leuchtstoff. Alle Tripel miteinander bilden den Bildschirm 13· Die Leuchtstofflinien verlaufen im wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene. Vor dem Bildschir-m 13 1st eine Lochmaske i4 angeordnet, in der eine Vielzahl länglicher Öffnungen 15 angebr-acht ist, durch die hindurch die Elektronenstrahlröhren Ps 10 und 11 gehen, die je nur Leuchtstofflinien mit einer Farbe treffen. Die drei in einer Ebene liegenden Elektronenstrahlen werden vom Ablenk- ^⁵ spulensystem Ib abgelenkt. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 5 der Farbfernsehbildröhre besteht in diesem Fall aus drei getrennten Elektronenstrahlerzeugern 6, 7 und 8. Es ist jedoch auch möglich, die Erfindung in einem sog. integrierten Elektronenstrahlerzeugungssystem zu verwenden, ■Ό wie es beispielsweise in der bereits erwähnten NL-OS 7 902 8ό8 beschrieben ist, in der die Elektronenstrahlerzeuger eine Anzahl von Elektroden gemeinsam haben. Die Erfindung ist auch in Fax-bfernsehbildröhren verwendbar, In denen statt Leucin s to t'f linien LeuchtstoiTpunkte benutzt

m J. nil , tiiul weiter in monochromen Iv.11 hod on.-· ι rahl l> i 1 dröhren inn] in Kinine raröhri'ii.

in Ki,";. 2 Lsi ο in l.äii,·· s.^i-hii i t t durch i'im^vii der j-zouct·!' nach Fi₁'¹.- 1 ilarr.e^l t;l I t. l.iu

PHN 10 ·Ί 88 -*r . ζ · 23 . 5 . 1 983

S t energ L t. t er 2O befindet sich eine Kalliode 21 mit einem Heizelement 22 in einem Kathodenschaft 23» der gegenüber der Öffnung 2-^ im Steuergi ttei" 20 mit einer emittierenden Oberfläche versehen ist. Die Kathode 21 ist im Steuergitter 20 isoliert aufgehängt. Die Anode, die auch die erste Linsenelektrode 25 ist, bildet zusammen mit der zweiten Linsenelektrode 26 eine Vorfokussierungslinse. Die Linsenelektroden 2ö und 27 bilden zusammen die Hauptfokussierungslin.se. Es sind Hauptfokussierungslinsen bekannt, die aus einer jriisiereii Anzahl von Elektroden bestehen. Audi derartige Haupti"okussierungslinsen können in einer erfindungsgeinässen Kathodenstrahlröhre benutzt werden.

Die Erfindung ist auch in Elektronenstrahlerzeugern anwendbar, in denen das Bündel nahe beim Bündelknoten abge— lenkt wird, wie beispielsweise in der US-PS k 291 251 beschrieben ist, oder in Elektronenstrahlerzeugern, in denen das Bündel in der Hauptfokussierungslinse abgelenkt wird.

In Fig. 3a bis 3d wird schematisch ein Ausschnitt eines Längsschnitts einer Anzahl von Elektronenstrahlerzeugern dargestellt, unter ihnen der Strahlerzeuger nach Fig. 2. Die Schnitte durch die Elektroden sind nur an einer Seite dei^ Z-Achse dargestellt. Die Liige und die Abmessungen der Kathode ^rJO, des Steuergitters 31 und dex' ersten Linsenelektrode 32, die ebenfalls die Anode ist, sind in allen vier Figuren '}sl bis 3d gleich. Die Abmessungen können aus der längs der Z-Achse und der R-Achse angebrachten Skalenteilung abgelesen werden. Die Spannung in Volt an den verschiedenen Elektroden sind in Fig. 3a· bis 3d

³^ angegeben.

Bei dem Elektronenstrahlerzeuger nach Fig. 3a ist

die zweite Linsenelektrode 33 mit einer Öffnung 3^- mit einem Durchmesser von 1,5 mm versehen. Der Durchmesser der Öffnung 35 i-π der Elektrode Ί2 beträgt 0,05 mm. Der Abstand zKi.srhen der ernten Linsenelek trode 32 und der zweiten Lin.sei'ie L ek Lrode 33 beträgt U,8 mm. Dieser Elektronenstrahlerzeuger entspricht einem Elektronenstrahlerzeuger nach der NL-OS 7 902 808.

PHN 10 hS8 q. Q .23.5.1003

In Fig. 3b ist ein Ausschnitt eines Schnitts durch einen Elektronenstrahlerzeuger dargestellt, der ungefähr gleich dem Ausschnitt nach Fig. 3a ist. Der Unterschied ist lediglich, deiss der Durchmesser der Öffnung 36 in der zweiten Linsenelektrode 37 wesentlich kleiner ist und 0,t>3 πιπί be trägt.

Bei dem Elektronenstrahlerzeuger nach Fig. 3c ist der Durchmesser der Öffnung 38 in der zweiten Linsenelektrode 3S' genau so gross wie der Durchmesser der Öffnung 3ö in Fig. 3b, wobei aber der Abstand z\i/ischen der ersten Linsenelektrode 32 und der zweiten Linsenelektrode 39 nur 0,h mm beträgt.

Fig. 3d zeigt einen Ausschnitt durch einen Elektronenstrahlerzeuger, bei dem in der zweiten Linsenelektrode ■'+(.) zwar eine Öffnung -¹M mit einem Durchmesser von 0,05 mm angebracht ist, aber der Abstand von der ersten Linsenelektrode 32, !,5 mm beträgt.

In Fig. 4 ist für die Anordnungen nach Fig. 3a bis 3d die Funktion - . V/E(z) in den Kurven A bis D dargestellt. Das Minimum dieser Funktion gibt einen wirksamen Abstand wieder: S-eff. Dieser Abstand ist von den Linsenelektrodenabmessungen und von der Lage der Linsenelektroden abhängig. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass der Durchmesser der Öffnung in der zweiten Linsenelektrode kleiner als das Zweifache des Durchmessers der Öffnung in der ersten Linsenelektrode und der wirksame Abstand 6-eff. kleiner als 1 min sein muss. In diesem Fall werden die Randteil s ti'aJil en des El ek Lroneiibünde Is kurz hinter dem Bündelknoten wesentlich weiter nach innen gebogen als der übrigen Teilstrahlen. Die gestricheiten Linien geben für die Anordnungen nach Fig. 3a bis 3d den Wert von S-eff., den wirks amen Ab s tand, an.

In Fig. 3 ist dex· Ausschnitt; nach Fig. 3a abermals dargestellt, aber jetzt mit einer Anzahl berechneter Teil — s trahlen 30 (Elektrunenbahnon) des Elektronenstrahls.

Ausserdem ist. eine Any. aiii. \ on Ai)u ij>o t uii ι L.iLlinien "1 ilargos teilt.

In Fig. O 1st der Längi-^rhni 11 nach Fig. '5c aber-

PHX 10 -188 -6- ^rff-, .' 23.5.1983

πι.ι I;· -mil i'iiu-r Anzahl Immhm-Jhic ! ν ν Tr i 1 s-. t f;vJi t cn (it) (Elrk-( ruiUMili.tlmen ) dr.·-; -Kick I roncii.s Lrah 1 :■* iukI mil r Lner Anv.ah.l \ mi Ai|ii i |H)U'iii. i.al.I ini.en ο I ti arr.r.^ Lei J I.. SowuJil Ln 1''L₁ ¹J,'. j al.b auch Ln Fi.,";. ο sind aneinander anscliliessende Teile det7 Elektronenstralils untereinander dargestellt.

Im Elektronenstralilerzeuger nach. Fig. ό werden bedexiterid mehr Rtindteilstralilen weiter in das Bündel gebogen als im Elek tronens tralilerzeuger nach. Fig. 5· In Fig. 7a und ?b ist eine gemessene Intensitätsverteilung in zwei zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen in einem Aui'tx^eri'leck an einem Bildschirm eines bekannten Elektronen- r aiii erz euger s d arge stellt.

In Fig. 8a und 8b ist auf analoge Weise eine gemessene In tens L tätsver teilung in einem Aul'tref fleck eines er f iiKhiiigsgemässen Elektronens fcralilerzeugers dargestellt. Der Vergleich der Fig. 7a und 8a und der Fig. 7b und 8b zeigt, dass die Auftreffleckgüte eines erfindungsgemässen Eleki roiienstrahlerzeugers wesentlich besser ist als die des bekannten Elektronenstrahlerzeugers.

•Μ'

Leerseite

Claims

PHN 10 488 *-9- 23.5.1983

Patentansprüche

j. Kathodenstrahlröhre, die in einem evakuierten Kolben Mittel zum Erzeugen zumindest eines Elektronenstrahls und zur Bildung eines Bündelknotens enthält, hinter dem - in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenbündels gesehen - nacheinander eine beschleunigende Vorfokussierungalinse mit einer um eine Achse zentrierten ersten und zweiten Linsenelektrode und eine Hauptfokussierungslinse mit zumindest zwei Linsenelektroden angebracht sind, welche Kathodenstralilröhre mit Mitteln zum Zuführen elektrischer Spannungen zu den Linsenelektroden versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Öffnung (36, 38) in der zweiten Linsenelektrode (37, 39) kleiner als das Zweifache des Durchmessers der Öffnung (35) in der ersten Linsenelektrode (32), und der wirksame Abstand S-eff.

zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode kleiner als 1 mm ist, wobei S-eff. als das Minimum der Funktion

V
- ■ definiert ist, worin

■■- V der Spannungsunterschied zwischen der zweiten und der ersten Linsenelektrode und E(z) die elektrische Feldstärke zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode auf der Achse als Funktion der Stelle ζ auf der Achse ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen eines Elektronenstrahls einer Kathode (30), ein Steuergitter (31) und eine Anode (32) enthalten, welche Anode ebenfalls die erste Linsenelektrode bildet.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der zweiten Linsenelektrode (37) von dor ersten LinscMieiuk trode (3~) kleinur al.- ü, 8111111 bei i-üf.vt-.

■'(. Ka t lunleii!) 1 ruh 1 röhre naiii An.^prin-Ji 1, ..' odor ),

dadurch i'ektMixiv.i· Lehm; t , »Int^ ύοι- Dm γ1ιιιη·.·..-;ογ iU>i oiTnuii,··, ('i;")) Ln di'V iTSU'ii 1 i. μ-·«»ιη· 1 i-k t i'mli· {>'■·) Ulfimt al:· <>,< > nun

π in ιο ''(.SH Η> ^

und der Durchmesser der Öffnung (36) in der zweiten Linsenelektrode (37) kleiner als 1,6 mm ist.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1,2, 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Öffnung (36) in der zweiten Linsenelektrode (37) gleich oder nahezu gleich dem Durchmesser der Öffnung (35) in der ersten Linsenelektrode (32) ist.

6. Kathodens trahlröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadux-cli gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode (32, 39) gleich oder ungefähr gleich O,k mm ist.