DE3400067C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildröhre mit einem evakuierten Außenkolben mit einem im wesentlichen recht­ eckigen Bildfenster, das an seiner Innenseite mit einem Bildschirm ausgerüstet ist und vor dessen Außenseite im wesentlichen parallel dazu ein lichtdurchlässiges zweites Fenster angeordnet ist, wobei durch den Raum zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster eine lichtdurchlässige Kühlflüssigkeit fließt, und wobei die Ein- und Austritts­ öffnungen für das in den Raum fließende Kühlmittel einander gegenüberliegen.

Eine derartige Röhre ist durch die DE 30 21 431 A1 bekannt. Der Bildschirm einer derartigen Bildröhre enthält eine Leuchtstoffschicht, auf der mit Hilfe eines Elektronenstrahls ein Raster beschrieben wird. Durch den Elektronenbeschuß steigt die Temperatur des Bildschirms an, wodurch die Lichtausbeute des Bildschirms reduziert wird. Dieser Effekt wird als Thermodrosselung (thermal quenching) bezeichnet. Er tritt insbesondere bei Bild­ röhren für Projektionsfernsehen auf, wobei zum Erhalten der erforderlichen großen Helligkeiten die Bildschirme von Elektronenstrahlen mit großen Strahlströmen abgetastet werden. Zum Unterbinden des Absinkens der Lichtausbeute ist es aus der erwähnten offengelegten Patentanmeldung DE 30 21 431 A1 bekannt, das Bildfenster und den damit verknüpften Bildschirm zu kühlen. Dies geschieht auf die eingangs erwähnte Weise. Ein Nachteil dieser Kühlungs­ art ist jedoch, daß in der Kühlflüssigkeit Inhomogenitäten des Brechungsindex auftreten, die in Form von Brechungs­ mustern im dargestellten Bild zum Ausdruck kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher keine Inhomogenitäten des Brechungsindex der Kühl­ flüssigkeit auftreten, und bei der außerdem die Wärme­ kapazität der Kühlflüssigkeit optimal ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Bildröhre der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß die Ein- und Austrittsöffnungen im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die jeweiligen Querschnitte durch den Raum senkrecht und parallel zum Bildschirm haben, wobei zumindest die Eintrittsöffnung sich stromlinienförmig erweiternd in eine sich über die gesamte Breite des Bildschirms erstreckende Kammer mündet, deren Abmessungen größer als der Abstand zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster sind, und wobei dieser Abstand und die Viskosität der Kühlflüssigkeit derart gewählt sind, daß die Strömung der Kühlflüssigkeit durch den Raum laminar ist.

Diese Laminarströmung bietet den Vorteil, daß der Temperaturgradient und daher der Dichtegradient homogen über die Fläche des Bildfensters verläuft. Da in der Kühl­ flüssigkeit im Raum vor dem Bildfenster keine Wirbelungen auftreten, die von verhältnismäßig großen Temperatur- und Dichtegradienten begleitet werden, treten keine Inhomoge­ nitäten des Brechungsindex der Kühlflüssigkeit auf, die Brechungsmuster im dargestellten Bild verursachen (der sog. Schlieren-Effekt). Eine Laminarströmung der Kühl­ flüssigkeit entsteht, wenn der Abstand zwischen dem Bild­ fenster und dem zweiten Fenster vorzugsweise kleiner als 1 mm ist. Die Untergrenze des Abstands zwischen dem Bild­ fenster und dem zweiten Fenster wird durch die Genauigkeit bestimmt, mit der es möglich ist, einen engen Raum zu bilden. Dies hängt u. a. von der Ebenheit des Bildfensters und des zweiten Fensters ab (10 bis 20 µm).

Zum Erreichen einer besonders wirksamen Kühlung ist es außerdem zweckmäßig, eine Kühlflüssigkeit mit einer hohen Wärmekapazität und einer verhältnismäßig niedrigen Viskosität zu verwenden. Es ist insbesondere die niedrige Viskosität, die bei einer nicht sorgfältig ausgebildeten Eintrittsöffnung die genannten Wirbelungen verursacht. Deshalb muß das Einströmen und vorzugsweise auch das Aus­ strömen der Kühlflüssigkeit stromlinienartig erfolgen, um Wirbelungen zu vermeiden.

Ein Vorteil einer derartigen dünnen Kühlflüssigkeits­ schicht gegenüber einer dickeren besteht darin, daß Ein­ flüsse von Unterschieden in den Brechungsindizes der Kühl­ flüssigkeit, des Bildfenstermaterials und des Materials des zweiten Fensters viel geringer sind als bei einer dickeren Schicht. Bei einem Abstand von etwa 300 µm zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster ist die Kühlflüssigkeitsschicht so dünn, daß eine Anpassung der Brechungsindizes aneinander überflüssig ist. Weniger viskose Flüssigkeiten, wie Wasser oder einer Wasser- Alkohol-Mischung (vgl. DE 30 21 431 A1), sind statt der bisher benutzten dickflüssigen Äthylenglykol-Lösung in Wasser verwendbar.

Beim Projektionsfernsehen wird ein auf dem Bildschirm dargestelltes Objekt mit Hilfe einer Linse oder eines Linsensystems auf einem Projektionsschirm abgebildet. Ein Vorteil der Verwendung einer erfindungsgemäßen Bildröhre ist, daß durch die verhältnismäßig dünne Flüssigkeits­ schicht die erste Komponente des Projektionslinsensystems näher bei dem darzustellenden Objekt angeordnet werden kann. Dies ist für die Korrektur der Bildfeldkrümmung wichtig, für die eine gekrümmte brechende Oberfläche nahe bei der Objektfläche erforderlich ist. Dazu ist es wünschenswert, daß der Abstand zwischen dem Bildschirm und der Linse nicht größer als 8 bis 10 mm ist. Bei den meisten Flüssigkeitskühlsystemen mit natürlicher Konvexion, wie sie beispielsweise in der erwähnten offen­ gelegten Patentanmeldung DE 30 21 431 A1 beschrieben ist, ist die Dicke der Flüssig­ keitsschicht allein schon 5 mm darüber.

Wenn das zweite Fenster die erste Komponente eines Linsensystems ist, wie es an sich durch die DE-PS 6 88 582 bekannt ist, wird neben einer guten Kühlung auf einfache Weise eine optische Kopplung zwischen Linsensystem und Bildröhre erhalten.

Wenn das zweite Fenster in durch die nachveröffentlichte DE 33 08 360 A1 vorgeschlagenen Weise aus Röntgenstrahlung absorbierendem Glas besteht, ist es möglich, das Bildfenster dünner als die üblichen 8 mm herzustellen, weil die Röntgenstrahlungs­ absorption des Bildfensters dann geringer sein kann.

Bei einer erfindungsgemäßen Bildröhre wird eine besonders wirksame Kühlung verwirklicht. Bei einem Kühl­ flüssigkeitsstrom, beispielsweise einer Wasser-Alkohol­ Mischung, von etwa 5 cm³/s (0,3 l/min) kann eine Leistung voll etwa 100 Watt abgeleitet werden. Dies bewirkt einen Temperaturanstieg der Kühlflüssigkeit von etwa 5°C. Zum Erhalten der gleichen Kühlkapazität beispielsweise mit Luft ist ein Luftstrom längs des Bildfensters von etwa 17,5 l/s erforderlich.

Bei einem konstanten Volumenstrom der Kühlflüssigkeit bietet ein verhältnismäßig kleiner Abstand zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster den Vor­ teil, daß die Durchflußgeschwindigkeit längs des Bild­ fensters viel größer als bei einem großen Abstand ist. Für einen Kühlflüssigkeitsstrom von 5 cm³/s und einen Ab­ stand zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster von 300 µm beträgt diese Geschwindigkeit für eine 6-Zoll-Röhre etwa 17 cm/s. Durch diese hohe Geschwindigkeit stellt sich sehr schnell der Gleichgewichtszustand ein. Bei Bildfenstern mit einer Dicke von 8 mm und mit einer Kühlung mit Laminar­ strömung wurde innerhalb von zwei Minuten der Gleichge­ wichtszustand festgestellt. Bei den bekannten Projektions­ fernsehsystemen mit Konvexionskühlung, wie sie in der erwähnten offengelegten Patentanmeldung DE 30 21 431 A1 beschrieben wird, dauert das Einstellen des Gleichgewichtszustands viel länger, beispielsweise 10 Minuten.

Im beschriebenen Beispiel mit einer 300 µm dicken Kühlflüssigkeitsschicht in einer 6-Zoll-Röhre beträgt die Verlustleistung durch die viskose Strömung nur etwa 10 mW. Bei Luftkühlung würde bei einen Abstand von 1 cm zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster zum Erhalten der gleichen Kühlkapazität eine Verlustleistungsenergie von mehr als 3 Watt erforderlich sein. Diese Energien sind die Verluste in dem zu kühlenden System. Daneben treten noch Verluste in Gebläsen und Filtern auf, die für eine Luft­ kühlung benötigt werden. Eine Kühlung mit einer Laminar­ flüssigkeitsströmung nach der Erfindung ist daher ener­ getisch vorteilhafter als Luftkühlung.

Eine Analyse der Wärmeübertragung auf den Lami­ narkühlflüssigkeitsstrom zeigt, daß nur bei einer dünnen Kühlflüssigkeitsschicht die Wärmekapazität des umlaufenden Kühlmittels optimal ausgenutzt wird. Wenn die Kühlflüs­ sigkeitsschicht dick ist (einige mm), wird die Wärme des Bildfensters nur in einer dünnen Schicht kurz vor dem Bildfenster abgeleitet, während der größere Teil der Kühl­ flüssigkeit unerwärmt durch den Raum zwischen dem Bild­ fenster und dem zweiten Fenster fließt.

Versuche haben erwiesen, daß nicht nur der Leuchtstoff zu kühlen ist, sondern auch das Bildfenster der Bildröhre. Luftgekühlte Bildröhren mit einem er­ zwungenen Luftstrom können nur bis etwa 10 bis 15 Watt Elektronenstrahlleistung und Röhren mit Konvexionskühlung bis etwa 20 Watt betrieben werden. Röhren mit laminarer Flüssigkeitsstromkühlung können ohne Bruchgefahr bis zu Leistungen von 60 bis 80 Watt betrieben werden, weil diese besonders wirksame Kühlung eine isotherme flache Tempera­ turverteilung auf den Bildschirm zur Folge hat. Die Tempe­ raturverteilung und die damit verknüpfte Spannung im Glas werden bei diesen Röhren nur durch die Wärmeleitung des Glases des Bildfensters, durch die Dicke des Bildfensters und durch die abzuleitende Wärmemenge bestimmt. Dünne Bild­ fenster werden daher vor den üblichen dicken Bildfenstern mit einer Dicke von etwa 8 mm bevorzugt. Wie gesagt, kann die bei einem dünnen Bildfenster reduzierte Röntgenstrah­ lungsabsorption durch röntgenstrahlenabsorbierendes Glas des zweiten Fensters übernommen werden.

Versuche mit erfindungsgemäßen Röhren mit Bild­ schirmen mit den üblichen Leuchtstoffen, wie z. B. Willemit (Zn₂ SiO₄:Mn) und Y₂O₃:Eu, zeigen, daß die Kühlung keinen großen Einfluß auf die Ausbeute der Leuchtstoffe hat. Es ist aber möglich, in den Bildröhren viel größere Elek­ tronenstrahlströme als üblich zu verwenden und so eine viel größere Bildhelligkeit zu erhalten.

Bei einer Kühlung mit Laminarströmung der Kühl­ flüssigkeit nach der Erfindung hat die Kühlflüssigkeit die höchste Geschwindigkeit vor dem Bildfenster, wodurch es wenig Probleme mit Luftblasen und Verunreinigungen gibt. An anderen Stellen im Kühlkreis ist die Fließgeschwindigkeit wegen des größeren Querschnitts der Kühlleitung viel niedriger, wodurch sich mögliche Verunreinigungen ab­ setzen.

Durch die Anwendung der Flüssigkeitskühlung kann das Bildfenster über die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit geerdet werden, so daß keine Probleme mit elektrosta­ tischen Ladungen oder Staub im Lichtweg auftreten.

Im Gegensatz zur Konvexionskühlung, bei der die Bildröhren mit dem Bildschirm vertikal anzuordnen sind, können die erfindungsgemäßen Bildröhren in allen Stellungen montiert werden. Dies ist zum Erhalten kleiner Projektions­ fernsehanordnungen wichtig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach­ stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bildröhre in der Perspektive und zum Teil aufgebrochen und

Fig. 2 schematisch eine Farbfernsehprojektions­ anordnung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Bildröhre in der Perspektive und zum Teil aufgebrochen dargestellt. Die Glashülle 1 ist mit einem im wesentlichen rechteckigen Bildfenster 2, einem Konus 3 und einem Hals 4 ausgerüstet. Im Hals 4 befinden sich Mittel (hier nicht sichtbar) zum Erzeugen zumindest eines Elektronenstrahls, der beim Betrieb der Röhre abgelenkt wird und auf dem Bildschirm 5 an der Innenseite des Bildfensters 2 ein Raster beschreibt. Der Bildschirm 5 besteht aus einem Leuchtstoff oder aus einem Muster verschiedener Leuchtstoffbereiche. Parallel zum Bildfenster 2 ist ein zweites Fenster 6 mit Hilfe einer Abdichtung 7 angeordnet, die an einem um das Bildfenster angeordneten Kragen 8 anliegt. Zwischen dem Bildfenster 2 und dem zweiten Fenster 6 befindet sich ein Raum 9, durch den die Kühlflüssigkeit hindurchfließt. Der Abstand zwischen dem Bildfenster 2 und dem zweiten Fenster 6 be­ trägt 300 µm. Die Ein- und Austrittsöffnungen 10 (hier ist nur die Eintrittsöffnung dargestellt) haben im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie ein Schnitt durch den Raum 9 senkrecht zur Flußrichtung, die mit Pfeilen 11 ange­ deutet ist. Die Ein- und Austrittsöffnungen 10 münden in Kammern 12, die mit Ein- und Austrittsrohren 13 versehen sind. Die Kammern 12 (insbesondere die Kammer nahe bei der Eintrittsöffnung), die stromlinienförmig an die Ein- und Austrittsöffnungen angeschlossen sind, werden für die geeignete hydrodynamische Ein- und Ausfuhr der Kühlflüssig­ keitsströmung benötigt. Der stromlinienförmige Anschluß wird dadurch erhalten, daß die Wände 14 etwa entlang der Stromlinien in der Flüssigkeit verlaufen. Diese Kammern 12 haben Abmessungen, die größer sind als der Abstand zwischen dem Bildfenster 2 und dem zweiten Fenster 6.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Farbfernsehprojek­ tionssystem. Es enthält drei Bildröhren 20, 21 und 22 nach Fig. 1. Die Ein- und Austrittsröhre 13 der drei Röhren sind derart miteinander verbunden, daß die Räume, durch die die Kühlflüssigkeit hindurchfließt, zueinander in Serie geschaltet sind. Die mittels der Pumpe 23 umlaufende Kühlflüssigkeit wird im Kühler 24 gekühlt. Da das Bild­ fenster 2 ziemlich dünn ist, absorbiert es die in den Bild­ röhren erzeugte Röntgenstrahlung ungenügend. Deshalb ist das zweite Fenster 25 und/oder eine der folgenden Linsen­ komponenten 26 und 27 aus einem röntgenstrahlenabsorbie­ renden Glas hergestellt.

Claims (7)

1. Bildröhre mit einem evakuierten Außenkolben mit einem im wesentlichen rechteckigen Bildfenster, das an seiner Innenseite mit einem Bildschirm ausgerüstet ist und vor dessen Außenseite im wesentlichen parallel dazu ein licht­ durchlässiges zweites Fenster angeordnet ist, wobei durch den Raum zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster eine lichtdurchlässige Kühlflüssigkeit fließt, und wobei die Ein- und Austrittsöffnungen für das in den Raum fließende Kühlmittel einander gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Austritts­ öffnungen im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die jeweiligen Querschnitte durch den Raum senkrecht und parallel zum Bildschirm haben, wobei zumindest die Eintrittsöffnung sich stromlinienförmig erweiternd in eine sich über die gesamte Breite des Bildschirms erstreckende Kammer mündet, deren Abmessungen größer als der Abstand zwischen dem Bildfenster und dem zweiten Fenster sind, und wobei dieser Abstand und die Viskosität der Kühlflüssig­ keit derart gewählt sind, daß die Strömung der Kühl­ flüssigkeit durch den Raum laminar ist.

2. Bildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Abstand kleiner als 1 mm ist.

3. Bildröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Abstand etwa gleich 300 µm ist.

4. Bildröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit eine Wasser-Alkohol- Mischung ist.

5. Bildröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fenster die erste Komponente eines Linsensystems ist.

6. Bildröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fenster aus Rönt­ genstrahlung absorbierendem Glas besteht.

7. Farbfernsehprojektionsanordnung mit drei Bild­ röhren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitsstrom durch die drei in Serie geschalteten Kühlräume der Bildröhren fließt.