DE3614429A1

DE3614429A1 - Kathodenstrahlroehre mit asymmetrischer strahlfokussierung

Info

Publication number: DE3614429A1
Application number: DE19863614429
Authority: DE
Inventors: Hsing-Yao Landisville Pa. Chen
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1986-04-29
Publication date: 1986-10-30
Also published as: CA1256931A; FR2581245B1; JPH0533494B2; GB8610020D0; FR2581245A1; GB2175743A; SG24692G; DE3614429C2; US4608515A; JPS61253749A; HK146594A; GB2175743B

Description

361U29

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Kathodenstrahlröhren und insbesondere FarbkathodenstrahLröhren für Farbwiedergabesysteme.

Die Erfindung ist speziell, anwendbar für selbstkonvergente Röhren-Joch-Kombinationen mit Kathodenstrahlröhren mit Mehrstrahl-In-Iine-Elektronenkanonen, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind.

Eine Inline-Elektronenkanone erzeugt drei in einer gemeinsamen Ebene liegende und längs konvergenter Strahlwege auf einen kleinen Fleck eines Leuchtschirms gerichtete Elektronenstrahlen. Ein selbstkonvergierendes Joch erhält die Konvergenz der Strahlen bei der Rasterabtastung durch spezifische Feldinhomogenitäten aufrecht, ohne daß andere Konvergenzvorrichtungen als das Joch selbst notwendig sind.

Bei einer Art von Inline-Elektronenkanonen, z. B. der in der US-PS 3,772,554 (R. H. Hughes) beschriebenen, wird zwischen zwei Elektroden, welche als erste und zweite Beschleunigungsund Fokussierelektroden bezeichnet werden, eine Hauptelektronenlinse zur Fokussierung der Elektronenstrahlen gebildet. Diese Elektroden enthalten zwei becherförmige Bestandteile, deren Böden einander zugewandt sind. Jeder der Becherböden hat drei Öffnungen zum Durchtritt der drei Elektronenstrahlen. Bei solchen Elektronenkanonen wird die statische Konvergenz der äußeren Strahlen gegenüber dem Mittelstrahl gewöhnlich durch Versetzen der äußeren Öffnungen in der zweiten Fokussierelektrode gegenüber den äußeren Öffnungen in der ersten Fokussierelektrode erreicht.

Es wurde festgestellt, daß sich bei Farbbildröhren mit der oben beschriebenen Elektronenkanone die Orte, wo die Strahlen

auftreffen, sich mit 'Änderungen der an die Elektronenkanone angelegten Fokussierungsspannung horizontal verschieben. Deshalb ist es wünschenswert, solche Inline-Elektronenkanonen so zu verbessern, daß diese Horizontal-Konvergenzempfindlichkeit für Änderungen der Fokussierungsspannung eliminiert oder zumindest reduziert wird.

Es besteht außerdem ein allgemeiner Trend zu Inline-Farbbi Idröhren mit größeren Ablenkwinkeln (Winkel größer als 90 ), um damit kürzere Röhren zu erhalten. Es hat sich gezeigt, daß bei solchen Röhren die Elektronenstrahlen stark verzerrt werden, wenn sie zu den äußeren Bereichen des Schirms hin abgelenkt werden. Solche Verzerrungen werden allgemein als Fahnen-oder Fackelbildung ("Flare") bezeichnet, sie erscheinen auf dem Schirm der Röhre in unerwünschter Weise'als ein Schweif oder eine Verschmierung mit geringer Intensität, ausgehend von einem Kern oder einem Fleck mit der gewünschten hohen Intensität. Solche "Flare"-Verzei— rungen werden, zumindest zum Teil, durch Einflüsse in den Randbereichen des Jochablenkfeldes auf den die Elektronenkanone passierenden Strahl und durch Inhomogenitäten des Jochablenkfeldes selbst verursacht.

Wenn sich das Randfeld des Jochs in den Bereich der Elektronenkanone hineinerstreckt, wie es gewöhnlich der Fall ist, werden die Strahlen leicht aus der Achse und in einen Bereich größerer Aberration einer Elektronenlinse der Elektronenkanone abgelenkt. Das Ergebnis ist häufig eine "Flare"-Verzerrung des Elektronenstrahlflecks, die vom Fleck zur Bildschirmmitte hin gerichtet ist. Dieser Umstand ist bei selbstkonvergenten Jochen mit einer Toroidvertikalablenkwicklung, wegen der verhältnismäßig starken Streufelder von Toroidwicklungen besonders störend.

5 361U29

SeLbstkonvergierende Joche haben konstruktionsbedingt ein inhomogenes Feld, um eine mit zunehmendem horizontalem Ablenkwinkel zunehmende Divergenz der Strahlen zu bewirken. Diese Inhomogenität bewirkt auch eine vertikale Konvergenz der Elektronen in jedem einzelnen Strahl. Daher sind die Strahlflecke an von der Bildschirmmitte horizontal versetzten Punkten "überkonvergiert", wodurch eine vom Kern des Strahlflecks vertikal nach oben und nach unten ausgehende Fahne ("Flare") entsteht.

Die sowohl auf die Wirkungen des Randfeldes des Jochs im Bereich der Elektronenkanone wie auf die Inhomogenität des Jochs selbst zurückzuführende vertikale Fahnenbildung stellt einen unerwünschten Zustand dar, der an den Rändern und in den Ecken des Bildschirms zu einer geringen Auflösung des Bildes beiträgt.

In den US-PSen 4,513,2Z2 und 4,523,123 (Chen) werden jeweils Schirmgitterstrukturen beschrieben, die gleichzeitig die horizontale Empfindlichkeit der äußeren Strahlen der Inline-Elektronenkanone für Änderungen der Fokussierspannung und die Vertikal-"Flare"-Verzerrung des Elektronenstrahlflecks reduzieren. Bei den beschriebenen Strukturen wird eine Mehrzahl von rechteckigen Schlitzen benutzt, die mit den öffnungen des Schirmgitters fluchten und in der dem Steuergitter zugewandten Oberfläche des Schirmgitters gebildet sind, um eine astigmatisches Feld zu erzeugen, das eine Unterkonvergenz des Elektronenstrahls nur in der Vertikalebene bewirkt, um damit die vertikale Fahnenbildung zu kompensieren. Eine solche Schlitzstruktur ist auch in der US-PS 4,234,814 (Chen et al) beschrieben.

Bei einer in der US-PS 4,513,222 beschriebenen Schirmgitterstruktur wird ein Paar von Konvergenzschlitzen, welche in der der ersten

Fokuselektrode zugewandten Seite des Schirmgitters gebildet sind, verwendet, um die durch Fokussierspannungsänderungen bedingte verschiebende Brechung in der HauptLinse der Elektronenkanone zu kompensieren. Die RekonvergierungsschLitze sind nahe und innerhalb der äußeren Öffnungen im Schirmgitter angeordnet und bewirken eine Brechung des elektrostatischen Strahlenwegs zwischen dem Schirmgitter und der ersten Fokussierelektrode.

Bei einer in der US-PS 4,523,123 beschriebenen Schirmgitterstruktur wird ein Paar von kreisförmigen, asymmetrisch um die äußeren Öffnungen an der der ersten Fokussierelektrode zugewandten Seite des Schirmgitters angeordnete Vertiefungen benutzt, um die Horizontalkonvergenzempfindlichkeit gegen Änderungen der Fokussierspannung in der Hauptlinse der Elektronenkanone zu reduzieren. Die kreisförmigen Vertiefungen sind exakt zur zentralen Öffnung des Schirmgitters hin verschoben.

Die oben beschriebenen Strukturen haben eine Mehrzahl von rechteckförmigen Schlitzen, welche mit den Öffnungen des Schirmgitters auf einer Seite des Schirmgitters fluchtend angeordnet sind, um die vertikale Fahnenbildung zu kompensieren und entweder einwärts der äußeren Öffnungen angeordnete Rekonvergenzschlitze oder kreisförmige, asymmetrisch um die äußeren Öffnungen auf der Gegenseite des Schirmgitters angebrachte Vertiefungen, um die Horizontalkonvergenzempfindlichkeit der äußeren Strahlen für Fokussierspannungsänderungen zu reduzieren. Bei solchen Strukturen ist eine exakte Plazierung der rechteckförmigen Schlitze sowie der Konvergenzschlitze und der kreisförmigen Vertiefungen bezüglich der Öffnungen notwendig, und sie sind deshalb kostspielig herzustellen. Deshalb ist ein Schirmgitter, das sowohl die vertikale Fahnenbildung sowie die Horizontalkonvei— genzempfindlichkeit für Fokussierspannungsänderungen korrigiert und einfach und kostengünstig herzustellen ist, äußerst vorteilhaft.

In der US-PS 4,520,292 (van Hekken et al.) ist ein Schirmgitter beschrieben, weLches eine brechende Linse mit einem in die der HaupteLektronenlinse zugewandten Oberfläche vertieft eingeformten Bereich aufweist. Ein äußerer Rand, welcher mit der Oberfläche der Elektrode einen Winkel von etwa 63 einnimmt, umgibt den vertieften Bereich, in dem sich die öffnungen des Schirmgitters angebracht befinden. Die brechende Linse bewirkt eine Korrektur der Horizontalkonvergenzempfindlichkeit für Fokussierspannungsänderungen. Um die vertikale Fahnenbildung bei Röhren mit einem Ablenkwinkel über 90 zu korrigieren, ist über jeder der öffnungen des Steuergitters auf der dem Schirmgitter zugewandten Seite ein Schlitz angebracht. Die Schlitze sind symmetrisch bezüglich der öffnungen des Steuergitters angebracht und erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zur Ebene der öffnungen der Inline-Elektronenkanonen. Eine derartige Steuergitterstruktur ist auch in der US-PS 4,558,253 (Bechis et al.) beschrieben. Bei dieser Struktur ist eine exakte Formung der Schlitze im Steuergitter und der vertieften Bereiche im Schirmgitter notwendig, um die vertikale Fahnenbildung bzw. die Horizontalempfindlichkeit für Fokussierspannungsänderungen zu reduzieren. Die exakte Formung von zwei Gittern, dem Steuergitter und dem Schirmgitter, einer Elektronenkanone ist sogar teurer als die oben beschriebenen Schirmgitterstrukturen, die sowohl die Reduzierung der Fahnennbildung als auch die Korrektur der Horizontal-Konvergenzempfindlichkeit für Änderungen der Fokussierspannung bewi rken.

Eine Elektronenstrahlröhre gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat eine Inline-Elektronenkanone, die drei Elektronenstrahlen, einen Mittelstrahl und zwei äußere Strahlen erzeugt, die längs entsprechender Strahlenwege auf einen Schirm gerichtet sind. Die Elektronenkanone enthält drei Kathoden zur Erzeugung

der Elektronenstrahlen sowie ein Steuergitter, ein Schirmgitter und eine Hauptelektronenlinse, welche aufeinanderfolgend in einer Linie mit den Kathoden zur Fokussierung der Elektronenstrahlen angeordnet sind. Das Steuergitter, das Schirmgitter und die Hauptelektronenlinse haben je drei voneinander getrennte, fluchtende öffnungen, eine Mittelöffnung und zwei äußere öffnungen, die in einer Ebene angeordnet sind, um die Elektronenstrahlen passieren zu lassen. Das Schirmgitter hat einen funktionellen Gitterbereich, der die Schirmgitteröffnungen, eine Vorrichtung zur asymmetrischen Strahlfokussierung und eine brechende Linse beinhaltet. Die Vorrichtung zur asymmetrischen Strahlfokussierung enthält einen transversal verlaufenden, rechteckförmigen Schlitz. Der Schlitz hat eine Länge, die größer ist als der Abstand zwischen den äußeren öffnungen und eine Breite, die größer ist als der Durchmesser der öffnungen. Die brechende Linse (Refraktionslinse) enthält einen transversal verlaufenden vertieften Bereich mit einem im wesentlichen rechteckförmigen mittleren Bereich und im wesentlichen dreieckförmigen Endteilen. Der vertiefte Bereich hat eine in der Elektronenstrahlebene verlaufende Länge, die mindestens die Schlitzlänge umfaßt und eine im wesentlichen senkrecht zur Elektronenstrahlebene verlaufende Breite, die wesentlich größer ist als die Schlitzbreite. Der vertiefte Bereich ist von einem umlaufenden Rand umgeben, der die gleiche Form hat wie der vertiefte Bereich. Der mittlere Teil des umlaufenden Randes ist von der mittleren öffnung entfernt, die dreieckförmigen Endteile des Randes befinden sich in der Nähe der äußeren öffnungen, so daß das elektrostatische Feld in der Nachbarschaft der äußeren öffnungen durch Neigen oder Kippen der Feldlinien in den vertieften Bereich beeinflußt wi rd.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 eine zum Teil axial, geschnittene Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen KathodenstrahLrohre;

Fig. 2 eine teilweise axial geschnittene Ansicht der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Elektronenkanone;

Fig. 3 einen vergrößerten Aufriß des Schirmgitters längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt des Schirmgitters längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt des Schirmgitters längs der Linie 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt, längs der Linie 6-6 in Fig. 3, aus dem ersichtlich ist, wie der Elektronenstrahl in einer Horizontalebene geformt wird;

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt, längs der Linie 7-7 in Fig. 3, aus dem ersichtlich ist, wie der Elektronenstrahl in einer Vertikal ebene geformt wird;

Fig. 8 einen vergrößerten Aufriß einer zweiten Ausführungsform des Schirmgitters;

Fig. 9 einen vergrößerten Schnitt der zweiten Ausführungsform des Schirmgitters längs der Linie 9-9 in Fig. 8.

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer rechteckigen Farbkathodenstrahlröhre (10) mit einem Glaskolben, der eine rechteckförmige Frontglaswanne oder -kappe (12) und einen über einen rechteckföi— migen Trichter (16) verbundenen röhrenförmigen Hals (14) enhält. Die Frontglaswanne beinhaltet ein Bildfenster (18) und einen

36U429

umgebenden Flansch oder eine Seitenwand (20), die mit dem Trichter (16) verschmolzen ist. Ein Dreifarben- Mosaikleuchtschirm (22) ist auf die innere Oberfläche des Bildfensters (18) aufgebracht. Beim Schirm (22) handelt es sich vorzugsweise um einen Linienschirm, dessen Leuchtstoff linien sich im wesentlichen senkrecht zur hochfrequenten Rasterabtastung der Röhre erstrecken (senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1). Alternativ könnte der Schirm ein bekannter Punktschirm sein. Eine mit einer Vielzahl von öffnungen versehene Farbwahlelektrode oder Schattenmaske (24) ist auf übliche Weise in vorgegebener Lage im Abstand vom Schirm (22) abnehmbar angebracht. Eine verbesserte Inline-Elektronenkanone (26), die in Fig. 1 schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt ist, ist im Hals (14) zentral angebracht, um drei Elektronenstrahlen (28) zu erzeugen und längs getrennter, in einer Ebene liegender, konvergenter Wege durch die Maske (24) auf den Schirm (22) zu richten.

Die in Fig. 1 dargestellte Röhre ist für die Verwendung mit einem äußeren magnetischen Ablenkjoch (30) konstruiert, das schematisch dargestellt ist und den Hals (14) und den Trichter (16) in der Nachbarschaft ihrer Verbindung umgibt. Beim Betrieb werden die drei Strahlen (28) vom Joch (30) einem vertikalen und horizontalen magnetischen Fluß unterworfen, der bewirkt, daß die Strahlen horizontal bzw. vertikal in einem rechteckförmigen Raster über den Schirm (22) abgelenkt werden. Die Anfangsablenkebene (bei Null-Ablenkung) ist durch die Linie P-P in Fig. 1 ungefähr in der Mitte des Jochs (30) dargestellt. Zur Vereinfachung ist die tatsächliche Krümmung der abgelenkten Strahlwege in der Ablenkzone in Fig. 1 nicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine, zum Teil axial geschnittene Ansicht der Elektronenkanone (26). Die Elektronenkanone umfaßt zwei Glasträgerstäbe (32a) und (32b), an denen die verschiedenen Elektroden parallel zueinander angebracht sind. Die Elektroden der Elektronen-

kanone (26) umfassen drei durch gLeiche Abstände getrennte, in einer Ebene Liegende Kathoden (34) (von denen in der Seitenansicht der Fig. 3 nur eine sichtbar ist), einen strahLformenden Bereich mit einem Steuergitter (36) (61) und einem Schirmgitter (38) (G2) und eine HaupteLektronenLinse mit einer ersten FokussierungseLektrode (40) (G3) und einer zweiten FokussierungseLektrode (42) (G4) . Ein Abschirmbecher (44) ist an einem Ende der ELektrode (42) (G4) angebracht.

Die Kathoden (34) fLuchten jeweiLs mit entsprechenden, in einer Ebene Liegenden öffnungen in den ELektroden (GD, (G2), (G3) und (G4),eine mittLere öffnung und zwei äußere öffnungen, durch die die von den Kathoden emittierten ELektronen hindurchtreten. Aus den ELektronen werden durch die entsprechenden eLektrostatischen strahLformenden Linsen, die zwischen den gegenüberLiegenden, mit öffnungen versehenen Bereichen der auf verschiedenen PotentiaLen (z. B. 0 VoLt bzw. zwischen +500 und +1000 VoLt) gehaLtenen G1- und G2-ELektroden (36) und (38) gebiLdet werden, die drei obengenannten StrahLen (28) geformt. Die Fokussierung der StrahLen auf den Schirm (22) erfoLgt in erster Linie durch eine eLektrostatische HauptfokussierLinse, die zwischen den benachbarten Bereichen der G3- und der G4-ELektrode (40) und (42) gebiLdet wird. Die G3-ELektrode (40) wird typischerweise auf einem FokussierpotentiaL (z. B. +6500 VoLt) gehaLten, das ungefähr 26% des an die G4-ELektrode (42) geLegten PotentiaLs (z. B. +25000 VoLt) beträgt.

Die G3~ELektrode (40) enthäLt eine Baugruppe aus zwei becherförmigen ELementen (40a und 40b), deren offene Enden zusammenstoßen. In der G3-ELektrode (40) ist der G2-ELektrode (38) benachbart ein magnetischer Einsatz (46), der aus einem magnetisierbaren MateriaL (z. B. aus einer NickeL-Eisen-Legierung aus 52% NickeL und 48% Eisen) mit einer im VergLeich zu der des für die FokussiereLektroden verwendeten MateriaLs (z. B. rostfreier StahL) hohen

PermeabiLität geformt ist, angebracht, um den StrahLweg im vorfokussierenden Bereich gegen die Einflüsse der magnetischen Felder abzuschirmen. Die G4-Elektrode (42) enthält ebenfalls eine Baugruppe aus zwei becherförmigen Elementen (42a, 42b), deren offene Enden aneinanderstoßen. Das geschlossene Ende des Elements (42b) stößt an das geschlossene, mit öffnungen versehene Ende des Abschirmbechers (44).

Soweit beschrieben, gleicht die Elektronenkanone (26) der in der DE'OS 32 25 633 (Morrell et al) beschriebenen. Die Elektronenkanone (26) unterscheidet sich jedoch von dieser bekannten Elektronenkanone darin, daß die G1-Elektrode (36) der ersteren so geprägt ist, daß sie im Bereich der öffnungen eine effektive Dicke von 0,1 mm (4 mi Is) hat, was 27,3% dünner ist als die G1-Elektrode der letzteren, die so geprägt ist, daß sie im Bereich der öffnungen eine effektive Dicke von 0,14 mm (5,5 mi Is) hat. Dadurch wird auf dem Schirm bei hohen Strömen eine geringere Fleckgröße erreicht. Weiterhin haben die öffnungen der G1-Elektrode (36) einen Durchmesser von 0,53 mm (21 mils), verglichen mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,615 mm (25 mi Is) bei dem oben erwähnten bekannten System weiterhin entfällt bei der vorliegenden Konstruktion der vertikale Schlitz, der bei dem oben erwähnten bekannten System bei jeder der G1-öffnungen vorgesehen ist.

Wie die Figuren 2 bis 5 zeigen, hat die G2-Elektrode (38) eine zur G1-Elektrode (36) gerichteten erste Oberfläche (50) und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche (52). Die erste Oberfläche (50) hat einen funktionellen Gitterbereich (54), in den eine Vorrichtung zur asymmetrischen Strahlfokussierung gebildet ist, die einen transversal angeordneten, rechteckigen Schlitz (56) enthält, welcher in der Ebene der drei Kathoden (34) liegt. Die zweite Oberfläche (52) hat ebenso einen funktionellen Gitterbereich (58), in den eine brechende Linse (Refraktionslinse)

eingeformt ist, die u.a. einen transversal oder quer verlaufenden, vertieften Bereich (60) enthält.

Wie die Figuren 3 bis 5 zeigen, enthalten die im wesentlichen kreisförmigen öffnungen des Schirmgitters eine Mittelöffnung (62) und zwei äußere öffnungen (64) und (66), die sich durch das Schirmgitter (38) erstrecken und den in der ersten Oberfläche (50) gebildeten Schlitz (56) mit dem in der zweiten Oberfläche (52) geformten vertieften Bereich (60) verbinden. Die kreisförmigen öffnungen (62), (64) und (66) des Schirmgitters bewirken eine symmetrische Vorfokussierung der in die Hauptelektronenlinse eintretenden Strahlen. Ein Paar von Befestigungsteilen (68) erstrecken sich von zwei gegenüberliegenden Seiten der G2-Elektrode (38) nach außen, um die Befestigung an den Trägerstäben (32a) und (32b) zu erleichtern.

Der vertiefte Bereich (60) ist von einem Umfangsrand (70) umgeben, der mit der Form des vertieften Bereichs (60) übereinstimmt und im wesentlichen senkrecht zu diesem zwischen dem vertieften Bereich und dem funktionellen Gitterbereich (58) verläuft. Der vertiefte Bereich 60 und der Umfangsrand (70), welche die brechende Linse bilden, sind symmetrisch bezüglich der Mittelöffnung (62), jedoch bezüglich der äußeren öffnungen (64) und (66) asymmetrisch.

Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Schirmgitteröffnungen (62), (64) und (66) einen Durchmesser von 0,53 mm (21 mils). Der seitliche Abstand g zwischen benachbarten öffnungen beträgt 5,08 mm (200 mi Is) von Mitte zu. Mitte. Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, hat der vertiefte Bereich (60) eine sich in der Ebene der Elektronenstrahlen erstreckende Länge L· von 12,50 mm (492 mi Is) und eine sich im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Elektronenstrahlen erstreckende, bei in der Mitte der öffnung (62) gemessene Breite W₁ von 3,81 mm (150 mils). Der vertiefte

14 ■. . _ _

36H429

Bereich (60) erstreckt sich von gegenuberLiegenden Seiten der MitteLöffnung (62) seitLich um etwa 3,94 mm (150 mi Ls) nach außen, um einen im wesentLichen rechteckförmigen MitteLteiL zu biLden. Die Enden des vertieften Bereichs (60) biLden mit der HorizontaLen einen WinkeL θ von ungefähr 30 und sind daher im wesentLichen dreieckförmig, wobei der ScheiteL jedes
EndteiLes abgerundet ist und einen, von der Mitte einer jeden der äußeren öffnungen (64) und (66) gemessenen Radius R von ungefähr 1,17 mm (46 mi Ls) hat. Die G2-ELektrode (38) hat eine Gesamtdicke von ungefähr 0,51 mm (20 mi Ls), ungefähr 0,21 mm (8 mi Ls) dünner ist aLs die in der obengenannten US-PS 45 20 292 beschriebene G2-ELektrode. Der vertiefte Bereich (60) hat eine Tiefe a.. von ungefähr 0,15 mm (6 mi Ls) und wird durch einen Stanzvorgang geformt, der gLeichzeitig einen entsprechenden erhabenen Bereich (72), vergL. Fig. 4 erzeugt, der sich von der ersten OberfLäche (50) nach außen erstreckt. Der transversaL verkaufende rechteckförmige SchLitz (56), im funktioneLLen
Gitterbereich (54) der ersten OberfLäche (50) geformt ,
hat eine Breite w_? von ungefähr 0,71 mm (28 mi Ls) . Die SchLitzbreite w- ist größer aLs der Durchmesser der Öffnungen (62), (64)
und (66) und ist bezügLich der öffnungen nach oben und nach unten symmetrisch. Der SchLitz (56) hat eine Länge L_? von ungefähr 12,5 mm (492 mi Ls), weLche größer ist, aLs der Abstand zwischen den äußeren öffnungen (64) und (66). Der SchLitz (56) und der in die zweite OberfLäche (52) eingeformten, vertieften Bereichs (60) haben sich gLeicherstreckende Längen L- bzw. L_. Der hier beschriebene SchLitz (56) ist bezügLich der öffnungen (62), (64) und (66) insofern asymmetrisch, aLs die Länge des SchLitzes ITi der Umgebung der öffnungen wesentLich größer ist aLs die Breite des SchLitzes. Der SchLitz (56) hat eine Tiefe a_? von ungefähr 0,25 mm (10 mi Ls) und steht mit jeder der G2-ELektrodenöffnungen (62), (64) und (66) in Verbindung. ObwohL die Länge
Lp des SchLitzes (56) in der ersten OberfLäche (50) und die Länge L. des vertieften Bereichs (60) in der zweiten OberfLäche (52) aLs gLeich beschrieben worden sind, kann der SchLitz (56)

15 - -

tatsächlich auch Langer sein als der vertiefte Bereich dieser Ausführungsform, ohne die im folgenden beschriebene Wirkung der durch den Schlitz (56) hervorgerufenen asymmetrischen Strahlfokussierung negativ zu beeinflussen.

Eine zweite Ausführungsform der G2-Elektrode (138) ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Elemente der zweiten Ausführungsform mit identischer Struktur sind mit einem um 100 vergrößerten Bezugszeichen bezeichnet. Wie Fig. 8 zeigt, ist die G2-Elektrode (138) im wesentlichen identisch mit der G2-Elektrode (38) mit der Ausnahme, daß die aus dem im wesentlichen rechteckförmigen Schlitz (156) gebildete Vorrichtung zur asymmetrischen Strahlfokussierung in dieselbe Seite der G2-Elektrode eingeformt ist, wie die den vertieften Bereich (160) und den Umfangsrand (170) enthaltende Refraktionslinse. Die Enden des Schlitzes (156) sind zur Angleichung an die Radien der Scheitel der rechteckförmigen Enden des vertieften Bereichs (160), die für jedes Ende 1,17 mm (46 mi Is) betragen, stetig gekrümmt. In Hinsicht auf alle anderen Merkmale ist die G2-Elektrode (138) identisch mit der G2-Elektrode (38). Die G2-Elektrode (138) ist in der Elektronenkanone so angeordnet, daß der Schlitz (156) und der vertiefte Bereich (160) zur G3-Elektrode (40) hin gerichtet sind.

Die Funktionsweise der Elektronenkanone (26) soll in Bezug auf einen der äußeren, durch die äußere öffnung (66) der G2-Elektrode gehenden Elektronenstrahlen (28) beschrieben werden. Die G2-Elektrode (38) enthält in Kombination den Schlitz (56), der als Mittel zur asymmetrischen Strahlfokussierung und damit zur Reduzierung der Fahnen- oder "Flare"-Verzeichnung dient, und den vertieften Bereich (60) mit dem Umfangsrand (70), der eine brechende Linse zur Reduzierung der Horizontalkonvergenzempfindlichkeit für Fokussierspannungsänderungen bildet. Wie die Figuren 6 und 7 zeigen, werden die von der Kathode (34) emittierten Elektronen durch ein rotationssymmetrisches elektrisches Feld mit konvergenten, in die kreisförmige, öffnung

der Gi-Elektrode zur Kathode hin eintauchenden Feldlinien (80) in einen Bündelknoten fokussiert. Wie Fig. 6 und 7 zeigen, wird auf der Strahleintrittsseite der ersten Oberfläche (50) der öffnung (66) der G2-Elektrode als Folge des rechteckförmigen Schlitzes (56) ein astigmatisches elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld wirkt auf konvergente Elektronen in einer Horizontalebene anders als auf konvergente Elektronen in einer Vertikalebene.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, bewirken die, in einer Horizontalebene liegenden divergenten Feldlinien (82) dieses astigmatisehen Feldes ein leichtes Geraderichten der Elektronenstrahlbündel, so daß sich ein relativ schmaler Bündelknotenwinkel ergibt. Wegen der Asymmetrie des Schlitzes (56) verlaufen die Feldlinien (82) links von der öffnung (66) flacher als rechts von der öffnung; wegen des geringen Abstands (ungefähr 0,23 mm) zwischen der G1-Elektrode (36) und der G2-Elektrode (38), ist dieser Unterschied elektronenoptisch jedoch nicht wahrnehmbar und beeinflußt den Elektronenstrahl nicht nachteilig. Die in Fig. 6 dargestellten Elektronentrajektorien zeigen die äußersten Strahlen (84) in einer horizontalen Ebene. Fig. 7 zeigt eine ähnliche Darstellung, wobei die in einer Vertikalebene liegenden divergierenden Feldlinien (86) des astigmatischen Feldes stärker gekrümmt sind als die Feldlinien (82) und daher ein stärkeres Feld erzeugen als die Feldlinien (82). Als Resultat unterliegen die äußersten Elektronenstrahlen (88) in der Vertikalebene einer stärkeren Streckung oder Geraderichtung und konvergieren daher mit einem noch flacheren Überkreuzungswinkel zu einem Bündelknoten, der weiter vorne liegt, als der der in Fig. 6 dargestellten horizontalen Strahlen. Das Resultat ist ein zweigeteilter Bündelknoten mit einer ersten überkreuzungs- oder Schnittline (90) der horizontalkonvergenten Strahlen und einer weiter vorne liegenden zweiten überkreuzungs- oder Schnittlinie (92) der vertikalkonvergenten Strahlen.

Der Schlitz (56), der mit jeder der öffnungen C62), (64) und (66) der G2-ELektrode in Verbindung steht, erzeugt daher zusammengesetzte StrahLenbündel_; die horizontal konvergierende Strahlen aufweisen, welche in eine Linie oder einen länglichen Punkt auf dem Leuchtschirm der Röhre fokussiert sind, wogegen die vertikal konvergierenden Strahlen unterfokussiert sind und tatsächlich zu einer Linie oder einem länglichen Punkt jenseits des Leuchtschirms konvergieren.

Obwohl der Elektronenstrahl leck im Zentrum des Bildschirms eine größere vertikale als horizontale Ausdehnung hat, ist gerade das Gegen/teil für den Querschnitt des durch die Hauptfokussierungslinse der Elektronenkanone, d. h., zwischen der 63-Elektrode (40) und der G4-Elektrode (42) hindurchtretenden Elektronenstrahles der Fall. Dort hat der Elektronenstrahl wegen des kleineren Überkreuzungswinkels in der Vertikalebene eine kleinere vertikale als horizontale Ausdehnung. Daher wird der Strahl durch eine durch das Randfeld des Jochs bewirkte Ablenkung aus der Achse in vertikaler Richtung nicht so nachteilig beeinflußt, da sich der Strahl nicht völlig in den Aberrationsbereich der Linse bewegt. Die durch das Randfeld des Jochs bewirkte vertikale Fahnenbildung wird daher reduziert.

Darüber hinaus wird, da der zusammengesetzte Strahl in der Vertikalebene durch eine Unterfokussierung charakterisiert ist, die durch die Auswirkung des Jochfeldes auf den Strahl bewirkte vertikale überfokussierung durch jene Unterfokussierung kompensiert. Dementsprechend wird die Bildung vertikaler Fahnen in außermittigen Bildschirmpositionen sowohl oberhalb wie unterhalb des Elektronenstrahl beträchtlich reduziert.

Wie Fig. 6 zeigt, erstrecken sich die in der Horizontalebene liegenden Feldlinien (94) zwischen der G2-Elektrode (38) und der G3-Elektrode (40) der Elektronenkanone (26). Bei der vorliegenden Ausführungsform der Elektronenkanone (26) beträgt der

Abstand zwischen der G2-ELektrode (38) und der G3-ELektrode (40) etwa 1,22 mm. Durch die asymmetrische Form und die Tiefe des vertieften Bereichs (60) der ELektrode (38) sowie durch die Nähe des Umfangsrandes (70) zur äußeren öffnung (66) und durch die Spannungsdifferenz zwischen der G2-ELektrode (38) und der G3-ELektrode (40) wird eine brechende Linse gebiLdet, weLche durch Kippen oder Neigen der HorizontaLfeLdLinien (94) in den vertieften Bereich (60) das eLektrostatische FeLd in der Umgebung des äußeren ELektronenstrahLs beeinfLußt.

Wenn, z. B. die an der G3-ELektrode (40) Liegende Fokussierspannung positiver gemacht wird und das PotentiaL der G4-ELektrode (42) unverändert bLeibt, dann wird die Wirkung der G3-G4-HaupteLektronen-Linse geschwächt und die äußeren StrahLen haben die Tendenz zur FehLkonvergenz nach außen. GLeichzeitig wird durch das Anwachsen der G3-Fokussierspannung gegenüber dem festgehaLtenen PotentiaL der G2-ELektrode (38) die Wirkung der G2-G3-Linse verstärkt. Das zwischen der G2-ELektrode (38) und der G3-ELektrode (40) gebiLdete eLektrostatische FeLd wird stark verformt, so daß der äußere ELektronenstrahL durch die FeLdLinien (94) horizontaL zum mittLeren ELektronenstrahL hin zur Konvergenz gebracht wird, sobaLd die StrahLen die öffnungen der G2-ELektrode (38) passieren. Dies ist in Fig. 6 gezeigt. Die brechende Linse kompensiert daher die in der HaupteLektronenLinse auftretende FehLkonvergenz.

In ähnLicher Weise wird, wenn die G3-Fokussierspannung weniger positiv gemacht wird, die Wirkung der G3-G4-HaupteLektronenLinse verstärkt und die äußeren StrahLen haben die Tendenz nach innen zusammenzuLaufen. GLeichzeitig wird durch die Abnahme der Fokussierungsspannung an der G3-ELektrode (40) gegenüber dem festgehaLtenen PotentiaL der G2-ELektrode (38) die Wirkung der G2-G3~Linse geschwächt, so daß die FeLdLinien (94) weniger stark verformt

sind und die äußeren ELektronenstrahlen die Tendenz zu einem KonvergenzfehLer vom mittleren Elektronenstrahl, nach außen haben, sobald die Strahlen die öffnungen in der G2-Elektrode (38) passieren.

Der Nettoeffekt ist, daß durch die brechende Linse ein Kompensationsfeld zwischen der G2-Elektrode (38) und der G3-Elektrode (40) erzeugt wird, das irgendwelche durch Fokussierspannungsänderungen hervorgerufene Abweichungen in der Hauptelektronenlinse, d.h. zwischen der G3-Elektrode (40) und der G4-Elektrode (42), ausgleicht.

Wegen der Vertikalsymmetrie des vertieften Bereichs (60) und des wesentlich größeren Abstandes zwischen der öffnung (66) und dem umgebenden Rand (70) in vertikaler Richtung, sind die in der Vertikalebene liegenden Feldlinien (96), wie Fig. 7 zeigt, symmetrisch bezüglich der öffnung (66), so daß die drei Elektronenstrahlen in der Vertikalrichtung unbeeinflußt bleiben. Daher beeinflußt die brechende Linse nur die Horizontalkonvergenz der äußeren Elektronenstrahlen bei Änderungen der Fokussierungsspannung. Die Stärke des obengenannten Effekts wird durch die Tiefe der Vertiefung (60,) durch den Radius der dreieckförmigen Endteile und die Feldstärke zwischen der G2- und der G3-Elektrode bestimmt. Die Feldstärke ist definiert als die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden G2 und G3 geteilt durch den dazwischenliegenden Abstand. Je größer der Radius der dreieckförmigen Endteile ist, desto weiter ist der umgebende Rand (70) von den äußeren öffnungen (72) entfernt und desto tiefer muß die Vertiefung sein, um die Wege der Elektronenstrahlen zu beeinflussen.

Ein ähnlicher Effekt tritt auch bei dem anderen äußeren Elektronenstrahl auf, der durch die öffnung (64) der G2-Elektrode geht.

Da der Schlitz (156) bei der zweiten Ausführungsform auf der Hochspannungsseite der G2-Elektrode (138) liegt, bewegen sich

die Elektronen aufgrund der Beeinflussung durch die Spannung an der G3-Elektrode mit einer höheren Geschwindigkeit. Folglich ist die asymmetrische Strahlfokussierung bei der zweiten Ausführungsform schwächer als bei der ersten Ausführungsform, wo der Schlitz (56) auf der Niederspannungsseite der G2-Elektrode (38) gebildet ist, und wo die Elektronen eine niedrigere Geschwindigkeit haben und eine längere Zeit im asymmetrischen Feld verbringen. Die Wirkungsweise der brechenden Linse ist die gleiche, wie oben für die G2-Elektrode (38) beschrieben wurde.

Die G2-Elektroden (38 und 138), von denen jede einen einzigen Schlitz (56 bzw. 156) zur asymmetrischen Strahlenfokussierung aufweist, welcher sich über alle drei strahlformenden öffnungen erstreckt und mit der brechenden Linse fluchtet, sind den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, wie den in den obengenannten US-PSen 45 13 222 und 45 23 123 beschriebenen, überlegen, bei denen jeweils ein eigener Strahlfokussierungsschlitz um jede der öffnungen gebildet ist. Bei den bekannten Vorrichtungen bewirkt eine Abweichung eines der Schlitze, entweder bezüglich der zugeordneten öffnung oder bezüglich der auf der gegenüberliegenden Oberfläche eingeformten brechenden Linse, eine nachteilige Dejustierung des Elektronenstrahls. Durch die Bildung eines einzigen Schlitzes zur asymmetrischen Strahlfokussierung, der sich über alle drei öffnungen erstreckt und den Fokussierungsschlitz exakt mit der brechenden Linse fluchten läßt, werden die im Zusammenhang mit den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik genannten Probleme vermieden.

— Leerseite

Claims

36H429 ANSPRÜCHE

1. Kathodenstrahlröhre (10) mit einem Bildschirm (22) und einer drei, einen mittleren und zwei äußere, Elektronenstrahlen (28) längs von Strahlwegen auf den Bildschirm projizierenden Inline-Elektronenkanone (26), die drei Kathoden (34) zur Erzeugung der Elektronenstrahlen enthält sowie ein Steuergitter (36), ein Schirmgitter (38, 138) und eine Hauptelektronenlinse, welche zur Fokussierung der Elektronenstrahlen mit den Kathoden fluchtend der Reihe nach angeordnet und welche jeweils drei beabstandete, in einer Ebene angeordnete, fluchtende öffnungen, eine Mittelöffnung (62) und zwei äußere öffnungen (64, 66), zum Durchtritt der Elektronenstrahlen aufweisen, wobei das Schirmgitter einen die Schirmgitteröffnungen, eine Vorrichtung zur asymmetrischen Strahlfokussierung zur Reduzierung von "Flare"- Verzerrungen und eine brechende Linsenanordnung enthaltenden funktionellen Gitterbereich (54, 58) umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung zur asymmetrischen Strahlfokussierung einen transversal verlaufenden, rechteckförmigen Schlitz (56, 156) mit einer den Abstand (2g) zwischen den äußeren Schirmgitteröffnungen übersteigenden Länge (l_?) und einer den Durchmesser der Schirmgitteröffnungen überschreitenden Breite (w,,) aufweist und

daß die brechende Linse einen transversal angeordneten vertieften Bereich (60, 160) mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Mittelteil und im wesentlichen dreieckförmigen Enden aufweist, wobei der vertiefte Bereich eine in der Elektronenstrahlebene verlaufende und sich im wesentlichen mi-t der des Schlitzes gleicherstreckende Länge (L) und eine im wesentlichen senkrecht zur Elektronenstrahlebene verlaufende, . die des Schlitzes wesentlich übersteigende Breite (w.) aufweist, wobei der vertiefte

36U429

Bereich von einem umLaufenden Rand (70, 170) umgeben ist, welcher eine mit dem vertieften Bereich übereinstimmende Form, einen MitteLteiL, der von der Mittelöffnung entfernt ist, und dreieckförmi ge Enden, die sich in der Nähe der äußeren 'öffnungen befinden,aufweist, so daß er das elektrostatische Feld in der Nachbarschaft der äußeren Strahlwege durch Kippen der Feldlinien (94) in den vertieften Bereich beeinflußt.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L·) des Schlitzes (56, 156) die Länge (L) des vertieften Bereiches (60, 160) überschreitet.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (56) in die eine Seite des Schirmgitters (38) und der vertiefte Bereich (60) in die gegenüberliegende Seite des Schirmgitters eingeformt sind.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Schlitz (156) und der vertiefte Bereich (160) in dieselbe Seite des Schirmgitters (138) eingeformt sind.