DE3530932C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbbildröhre mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie sie aus der US-PS 43 70 592 bekannt ist.

Ein Inline-Strahlsysten zeichnet sich dadurch aus, daß es drei Elektronenstrahlen in einer gemeinsamen Ebene erzeugt und diese Strahlen entlang konvergierender Wege auf einen Konvergenzpunkt oder kleinen Konvergenzfleck nahe dem Bildröhrenschirm richtet. Bei einem in der US-Patentschrift 38 73 879 beschriebenen Typ eines Inline-Strahlsystems ist zwischen zwei Elektroden, die als erste und zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode bezeichnet werden, eine elektrostatische Hauptfokussierungslinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen gebildet. Die erwähnten Elektroden enthalten zwei becherförmige Teile, deren Böden einander zugewandt sind. Im Boden jedes dieser Becher befinden sich jeweils drei Öffnungen, um den Durchgang von drei Elektronenstrahlen zu erlauben und drei getrennte Haupt-Fokussierungslinsen zu bilden, jeweils eine für jeden Elektronenstrahl. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gesamtdurchmesser des Strahlsystems derart dimensioniert, daß das System in einen 29 mm weiten Röhrenhals paßt. Wegen dieser Maßvorschrift haben die drei Fokussierungslinsen einen sehr kleinen Abstand voneinander, was den Spielraum für ihre Konstruktion stark einschränkt. Es ist bekannt, daß die sphärische Aberration, welche die Qualität der Fokussierung beschränkt, um so geringer ist, je größer der Durchmesser der Fokussierungslinse ist.

Neben dem Durchmesser der Fokussierungslinse ist auch der Abstand zwischen den Elektrodenflächen der Fokussierungslinsen wichtig, denn ein größerer Abstand bringt einen sanfteren Spannungsgradienten in der Linse, wodurch die sphärische Aberration ebenfalls vermindert wird. Leider ist jedoch ein größerer, eine bestimmte Grenze (typischerweise 1,27 mm) überschreitender Abstand zwischen den Elektroden im allgemeinen nicht zulässig, weil dann elektrostatische Ladungen am Glas des Röhrenhalses in den Zwischenraum zwischen den Elektroden hineinwirken und die Strahlen biegen können, was zur Fehlkonvergenz der Elektronenstrahlen führt.

In der US-Patenschrift 43 70 592, von der die Erfindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht, ist ein Strahlerzeugungssystem beschrieben, worin die Hauptfokussierungslinse durch zwei beabstandete Elektroden gebildet wird. Jede Elektrode enthält mehrere Öffnungen, gleich der Anzahl der Elektronenstrahlen, und hat außerdem einen erhabenen Randbereich oder "Bord" um ihren Umfang, wobei die Borde der beiden Elektroden einander zugewandt sind. Der mit den Öffnungen versehene Teil jeder Elektrode liegt innerhalb einer Vertiefung, die gegenüber dem Bord zurückversetzt ist. Diese Konstruktion der Hauptfokussierungslinse bringt den sanften Spannungsgradienten, der zur Reduzierung der sphärischen Aberration angestrebt wird. Wegen der in der erwähnten US-Patentschrift beschriebenen asymmetrischen Gestalt der Borde an den beiden Elektroden sind die horizontalen und die vertikalen Komponenten der Fokussierungsspannung für den inneren und die äußeren Strahlerzeuger nicht gleich. In der vertikalen Richtung erfährt der mittlere Elektronenstrahl mehr von der Wirkung eines Schlitzes und wird daher mehr fokussiert als die seitlichen Elektronenstrahlen, wo die Fokussierungsgeometrie zum Teil durch einen Kreisbogen begrenzt ist. Dies ist deswegen so, weil das Feld den Schlitz leichter durchdringt als eine eingeschriebene kreisförmige Umgrenzung in der vertikalen Richtung. In ähnlicher Weise wird die horizontale Fokussierungskomponente an den äußeren Elektronenstrahlen wirksamer sein als am mittleren Elektronenstrahl, weil das Feld in der horizontalen Richtung an den Seiten der Umfangsborde schneller schwächer wird als innerhalb des Zentrums des vertieften Raums.

Modifizierte Formen der Umfangsborde und Vertiefungen, die den Zweck haben, den durch die längliche Gestalt der Borde und Vertiefungen verursachten Unterschiede zwischen den horizontalen und vertikalen Fokussierungsstärken zumindest teilweise zu kompensieren, sind grundsätzlich aus der US-Patentschrift 43 88 552 (dortige Fig. 4) und aus der US-Patentschrift 44 00 649 (dortige Fig. 4) bekannt.

Ausgehend von der obengenannten US-PS 43 70 592 besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die horizontalen und vertikalen Fokussierfelder besser einander anzugleichen und gleichzeitig die Bildung einer größeren Fokussierlinie zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vertiefung der Fokussierelektrode, in welcher die Strahldurchtrittsöffnungen liegen, werden stärkere Unterschiede zwischen den horizontalen und vertikalen Fokussierfeldern verringert, und die Vertiefungen in den Fokussierelektroden lassen sich größer ausbilden, was bei bekannten Konstruktionen wegen der Haltestäbe, an denen die einzelnen Elektroden montiert sind, nicht ohne weiteres möglich ist. Vorzugsweise sind diese Haltestäbe dort am Elektrodenrand befestigt, wo die Diagonalen zur Inline und dazu senkrechten Richtung verlaufen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schattenmasken- Farbbildröhre von oben, teilweise axial aufgeschnitten;

Fig. 2 und 3 zeigen von oben bzw. von der Seite und teilweise axial aufgeschnitten das Elektronenstrahlsystem, das in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist;

Fig. 4 ist eine Frontansicht einer Fokussierungslinsen- Elektrode des Strahlsystems nach den Fig. 2 und 3;

Fig. 5, 6 und 7 sind Frontansichten dreier verschiedener Fokussierungselektroden nach dem Stand der Technik;

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Röhrenhals;

Fig. 9 und 10 zeigen Querschnitte durch Röhrenhälse mit darin angeordneten Strahlsystemen nach dem Stand der Technik;

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht eines Röhrenhalses mit einem darin angeordneten erfindungsgemäßen Strahlsystem.

Im einzelnen zeigt die Fig. 1 eine rechteckige Farbbildröhre mit einem gläsernen Kolben 10, der aus einer rechteckigen Vorderkappe 12, einem rohrförmigen Hals 14 und einem dazwischenliegenden rechteckigen Trichter 16 besteht. Die Kappe 12 besteht ihrerseits aus einer Frontscheibe 18 und einer um den Umfang verlaufenden Seitenwand 20, die dichtend mit dem Trichter 16 verbunden ist. Auf der inneren Oberfläche der Frontscheibe 18 befindet sich ein Leuchtstoffschirm 22, der aus einem Mosaik von Leuchtstoffen dreier Farben besteht. Der Schirm ist vorzugsweise ein Linien- oder Streifenschirm, dessen Leuchtstoffstreifen sich im wesentlichen senkrecht zur hochfrequenten Raster-Zeilenabtastung der Röhre erstrecken (also senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1). Alternativ könnte der Schirm auch ein Punktschirm sein. In vorbestimmtem Abstand zum Schirm 22 ist lösbar durch herkömmliche Mittel eine mit vielen Öffnungen versehene Farbselektionselektrode oder Schattenmaske 24 befestigt. Ein verbessertes Inline-Strahlsystem 26, das schematisch mit gestrichelten Linien in Fig. 1 dargestellt ist, sitzt zentral innerhalb des Halses 14, um drei Elektronenstrahlen 28 zu erzeugen und sie entlang koplanaren konvergenten Wegen durch die Maske 24 hindurch auf den Schirm 22 zu richten.

Die Röhre nach Fig. 1 ist in Verbindung mit einem äußeren magnetischen Ablenkjoch 30 zu verwenden, das sich in der Nähe des Übergangs zwischen Trichter und Hals befindet. Im aktivierten Zustand bringt das Joch 30 die drei Strahlen 28 unter den Einfluß magnetischer Ablenkfelder, welche die Strahlen veranlassen, horizontal und vertikal in einem rechteckigen Raster über den Schirm 22 zu tasten. Die Initialebene der Ablenkung (bei Null-Ablenkung) ist durch die Linie P-P in Fig. 1 ungefähr in der Mitte des Jochs dargestellt. Wegen Randfeldern erstreckt sich die Ablenkzone der Röhre in Axialrichtung vom Joch 30 in den Bereich des Strahlsystems 26. Die tatsächliche Krümmung der Strahlwegablenkung in der Ablenkzone ist der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht dargestellt.

Die Einzelheiten des Strahlsystems 26 sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Das Strahlsystem 26 enthält drei gleich beabstandete koplanare Kathoden 34 (eine für jeden Strahl), eine Steuergitterelektrode (G1-Elektrode) 36, eine Schirmgitterelektrode (G2-Elektrode) 38, eine erste Beschleunigungs- und Fokussierungungselektrode (G3-Elektrode) 40 und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode (G4-Elektrode) 42. Diese Elektroden sind in der genannten Reihenfolge in gegenseitigem Abstand angeordnet. Jede der Elektroden G1 bis G4 hat drei nebeneinanderliegende Löcher (Inline-Löcher), um den Durchtritt dreier koplanarer Elektronenstrahlen zu erlauben. Die elektrostatische Hauptfokussierungslinse im Strahlsystem 26 ist zwischen der G3-Elektrode 40 und der G4-Elektrode 42 gebildet. Die G3-Elektrode 40 ist aus vier becherförmigen Elementen 44, 46, 48 und 50 aufgebaut. Die offenen Enden zweier dieser Elemente, nämlich der Elemente 44 und 46, sind aneinander befestigt, und die offenen Enden der anderen beiden Elemente 48 und 50 sind ebenfalls aneinander befestigt. Das gelochte geschlossene Ende des dritten Elementes 48 ist am gelochten geschlossenen Ende des zweiten Elementes 46 befestigt. Obwohl die G3-Elektrode 40 hier als vierstückiger Aufbau dargestellt ist, kann sie auch aus einer anderen Anzahl von Elementen bestehen, um dieselbe Länge zu erreichen. Die G4-Elektrode 42 ist ebenfalls becherförmig, ihr offenes Ende ist jedoch mit einem gelochten Abschirmbecher 52 verschlossen.

Die zueinander gelochten geschlossenen Enden der G3-Elektrode 40 und der G4-Elektrode 42 haben jeweils eine neuartige große Vertiefung 54 bzw. 56. Die Vertiefungen 54 und 56 lassen denjenigen Teil des geschlossenen Endes der G3-Elektrode 40, der drei Löcher 58, 60 und 62 enthält, von demjenigen Teil des geschlossenen Endes der G4-Elektrode 42 zurückspringen, der drei Löcher 64, 66 und 68 enthält. Die übrigen Teile der geschlossenen Enden der G3- und G4-Elektroden 40 und 42 bilden kranzartige Erhebungen oder Borde 70 und 72, die sich jeweils rings um die zugehörige Vertiefung 54 bzw. 56 erstrecken. Die Borde 70 und 72 sind diejenigen Teile der beiden Elektroden 40 und 42, die einander am nächsten liegen.

Die beiden Beschleunigungs- und Fokussierungselektroden 40 und 42 sind durch vier elektrisch isolierende Haltestäbe 74, 76, 78 und 80 verbunden. Die Haltestäbe sind symmetrisch in Winkelabständen von jeweils etwa 90° um das Strahlsystem 26 herum angeordnet. Die Stäbe können sich bis zu den G1- und G2-Gitterelektroden 36 und 38 erstrecken und diese Elektroden halten, oder die erwähnten Gitterelektroden können durch irgendwelche anderen Mittel an der G3-Elektrode 40 befestigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Haltestäbe aus Glas, das erhitzt und dann auf den von Elektroden abstehende Klauen gedrückt wurde, um die Klauen in die Stäbe einzubetten.

Die Verwendung der vier Haltestäbe 74, 76, 78 und 80 macht es möglich, die Vertiefungen 54 und 56 in den Fokussierungselektroden 40 und 42 wesentlich größer zu machen, als es beim Stand der Technik der Fall ist. Die Fig. 4 zeigt eine Frontansicht der G3-Elektrode 40. Die G4-Elektrode 42 kann genauso ausgebildet sein oder in gewissem Maß davon abweichen, um spezielle Konstruktionserfordernisse zu erfüllen. So kann z. B. die Breite der Vertiefung 56 in der G4-Elektrode 42, gesehen in der Ebene der Fig. 2, etwas größer sein als die Breite der Vertiefung in der G3-Elektrode 40, um etwas zur Konvergenz der Elektronenstrahlen beizutragen. Ebenso können die Radien der Seiten der Vertiefung 56 in der Inline-Richtung von den entsprechenden Radien an der Vertiefung 54 abweichen, um eine punktzentrische (stigmatische) Fokussierung der äußeren Strahlen sicherzustellen oder ein gewünschtes Maß an Astigmatismus in die Fokussierung einzuführen. Die Längen der Vertiefungen 54 und 56 in Richtung senkrecht zur Inline-Richtung und auch die Radien der Vertiefungsseiten in dieser Richtung können in ähnlicher Weise unterschiedlich sein, um einen geeigneten Astigmatismus in der Fokussierung des mittleren Strahls zu erhalten. Wie in Fig. 4 gezeigt, hat die Vertiefung 54 der G3-Elektrode 40 in einer Richtung senkrecht zur Inline-Richtung der Löcher 58, 60 und 62 im wesentlichen die gleiche Breite wie in der Inline-Richtung der Löcher. Die vergrößerte Vertiefung 54 wird dadurch ermöglicht, daß die vier Halteklauen 82, 84, 86 und 88 an der Elektrode 40 dort vorgesehen werden, wo sich die vier Einbuchtungen in der Kreuzesform der Elektrode befinden. Wegen der vergrößerten Vertiefung 54 in der G3-Elektrode 40 und der vergößerten Vertiefung 56 in der G4-Elektrode 42 bilden die zugehörigen Borde 70 und 72 eine vergrößerte elektrostatische Fokussierungslinse, die weniger Aberrationen hat als die Linsen, die durch die länglicheren Borde in den bekannten Konstruktionen gebildet werden.

In der nachfolgenden Tabelle sind einige typische Abmessungen für ein Strahlsystem, wie z. B. das Strahlsystem 26 nach den Fig. 2 und 3, angegeben.

Tabelle

Außendurchmesser des
Röhrenhalses29,00 mm Innendurchmesser des
Röhrenhalses24,00 mm Kleinster Abstand
(von Bord zu Bord)
zwischen G3- und G4-Elektrode
40 und 42 1,27 mm Mitte-Mitte-Abstand
zwischen benachbarten Löchern
in der G3-Elektrode 40 5,1 mm Innendurchmesser der
Löcher 58, 60 und 62
in der G3-Elektrode 40 4,1 mm Größte Ausdehnung der
Vertiefung 54 in der
G3-Elektrode 4019,0 mm Diagonalabmessung der
Vertiefung 54 in der
G3-Elektrode 4012,7 mm Tiefe der Vertiefungen
54 und 56 in der
G3- und der G4-Elektrode
40 und 42 2,92 mm

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen zum Stand der Technik gehörende Konstruktionen dreier Fokussierungselektroden, wie sie eingangs diskutiert worden sind. Eine erste, in Fig. 5 gezeigte Elektrode 90 ist in der erwähnten US- Patentschrift 43 70 592 offenbart. Die Elektrode 90 enthält einen Umfangsbord 92 und eine längliche Vertiefung 94, die einen gelochten Teil 96 vom Bord 92 zurückspringen läßt. Die Vertiefung 94 enthält zwei geradlinige parallele Seiten und zwei gebogene Seiten. Wie in der erwähnten US-Patentschrift beschrieben, bewirkt diese Konstruktion der Elektrode 90 einen Schlitz-Astigmatismus, der durch andere Mittel im Strahlsystem korrigiert werden muß.

Eine zweite bekannte, in der Fig. 6 gezeigte Elektrode 98 ist in der eingangs erwähnten US-Patentschrift 43 88 552 offenbart. Die Elektrode 98 hat ebenfalls einen um den Umfang verlaufenden Bord 100 und eine längliche Vertiefung 102. Im vorliegenden Fall ist jedoch die Vertiefung 102 am Ort der seitlichen Strahlwege breiter ausgebildet als am Ort des mittleren Strahlweges, um zumindest teilweise den oben erwähnten Schlitz-Astigmatismus zu kompensieren.

Eine dritte bekannte, in der Fig. 7 erwähnte Elektrode 104 ist in der eingangs genannten US-Patentschrift 44 00 649 offenbart. Die Elektrode 104 enthält ebenfalls einen Umfangsbord 106 und eine längliche Vertiefung 108. Im vorliegenden Fall ist die Breite der Vertiefung 108 am Ort des mittleren Strahlweges größer als am Ort der seitlichen Strahlwege, und das Loch für den mittleren Strahl ist kleiner als die Löcher für die seitlichen Strahlen, um den durch die längliche Gestalt der Vertiefung 108 bewirkten Unterschied zwischen der Horizontal- und der Vertikal-Fokussierungsspannung minimal zu machen.

Alle drei vorstehenden bekannten Elektroden haben längliche Vertiefungen. Die diese Vertiefungen umgebenden Borde bilden die größte Fokussierungslinse, die bei Verwendung zweier Tragstabstrukturen gemäß dem Stand der Technik möglich ist. Die Bedeutung der verbesserten Elektrodenstruktur läßt sich erkennen, wenn man die Fig. 8, 9, 10 und 11 miteinander vergleicht. Die Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Röhrenhals 14′. Der gestrichelte Kreis 110 innerhalb des Halses 14′ zeigt eine notwendige Grenze für den Durchmessser eines Strahlsystems, um einen Mindestabstand zwischen Strahlsystem und innerer Halswandung einzuhalten, der notwendig ist, um Überschläge zwischen diesen beiden Teilen zu vermeiden. Die Fig. 9 zeigt den Hals 14′ mit dem die Fokussierungselektrode bildenden Teil eines darin eingesetzten Exemplars 112 der Strahlsysteme nach dem Stand der Technik. Das Strahlsystem 112 hat zwei Tragstäbe 114 und 116. Die Fig. 10 zeigt ein in den Hals 14′ eingesetztes Strahlsystem 118 eines anderen Typs. Dieses Strahlsystem 118 ist von der Art, wie sie in der Japanischen Gebrauchsmuster- Offenlegungsschrift 51-52668 beschrieben ist, die am 21. April 1976 offengelegt wurde. Jede der Fokussierungselektroden dieses Systems 118 hat einen kreisförmigen Bord 120 und einen gegenüber dem Bord 120 zurückgesetzten gelochten Teil 122. Der größte Teil der Hauptfokussierungslinse wird durch die Borde 120 gebildet. Obwohl man meinen könnte, daß die kreisförmige Konfiguration die größtmögliche Hauptlinse ergeben würde, zeigt die Fig. 10, daß der Durchmesser des Bordes 120 wegen der Notwendigkeit der Tragstäbe 124 und 126 begrenzt werden muß.

Die Fig. 11 zeigt einen Fokussierungselektrodenteil des gemäß der Erfindung aufgebauten Strahlsystems 26 innerhalb des Halses 14′. Die Verwendung der kreuzförmigen Struktur gemeinsam mit den vier, etwas kleineren Tragstäben 74, 76, 78, 80 erlaubt innerhalb der Grenzen des gestrichelten Kreises 110 die Bildung einer größeren Fokussierungslinse, als es mit irgendeiner der vorstehend beschriebenen bekannten Konstruktionen möglich ist. Bei dem weiter oben ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der größte Teil der Fokussierungslinse durch die einander gegenüberliegenden Borde 70 und 72 gebildet, welche die zugehörigen Vertiefungen 54 und 56 umgeben. Da die Vertiefungen 54 und 56 in den Fokussierungselektroden größer sind, das heißt 19 mm × 19 mm gegenüber 19 mm × 7 mm beim Stand der Technik nach Fig. 5, haben die elektrostatischen Feldlinien der Fokussierrungslinse viel größere Krümmungsradien in der vertikalen Richtung. Somit werden die horizontale und die vertikale Fokussierungswirkung der Fokussierungslinse einander nahezu gleich.

Claims (2)

1. Farbbildröhre mit einem Inline-Strahlsystem zum Erzeugen dreier Elektronenstrahlen, wobei das Strahlsystem eine Hauptfokussierungslinse zum Fokussieren der Elektronenstrahlen enthält, die durch zwei beabstandete Elektroden gebildet ist, deren jede drei getrennte und in einer Linie nebeneinanderliegende Löcher hat und außerdem einen in Umfangsrichtung verlaufenden Bord aufweist, und wobei die Borde der beiden Elektroden einander zugewandt sind und der gelochte Teil jeder Elektrode innerhalb einer Vertiefung liegt, die vom Bord zurückversetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (54 und 56) der Elektroden (40 und 42) senkrecht zur Verbindungslinie der nebeneinanderliegenden Löcher (58, 60, 62 bzw. 64, 66, 68) die gleiche Ausdehnung haben wie parallel zu dieser Verbindungslinie und jeweils eine kleinere Ausdehnung entlang Diagonalen, die in einem Winkel von 45° gegenüber der erwähnten Verbindungslinie geneigt sind.

2. Farbildröhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vier Tragstäbe (74, 76, 78, 80), die am Umfang an den Elektroden (40, 42) am Ort der Diagonalen befestigt sind.