DE4220964A1 - Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gemäß Fig. 6 besteht eine bekannte Kathodenstrahlröh­ re aus einem Glaskolben mit einem Schirm 1 und einem Trichter 2. Ein Elektronenstrahl wird von einer Elek­ tronenkanone 4 erzeugt, die im Hals 3 des Trichters 2 angeordnet ist, und von einem Ablenkjoch 7 nahe eines Kegels 6 des Trichters 2 abgelenkt. Der Elektronen­ strahl wird dann auf eine Leuchtschirmschicht 8 in­ nerhalb des Schirms 1 fokussiert und tastet diese zur Wiedergabe eines Bildes ab.

Von einem Fernsehempfänger wird verlangt, daß er kom­ pakt und flach ist. Jedoch wird auch gefordert, daß er einen großen Bildschirm aufweist. Es ist daher wesentlich, die Kathodenstrahlröhre sehr kurz zu hal­ ten. Eine Maßnahme zur Erzielung dieses Zwecks be­ steht darin, den maximalen Ablenkungswinkel des Elek­ tronenstrahls zu vergrößern. Diese Maßnahme wird in bezug auf Fig. 7 beschrieben. Wie dargestellt wurde, erzeugt die Elektronenkanone 4 einen Elektronen­ strahl, dessen Richtung durch das Ablenkjoch 7 geän­ dert wird, während er ein durch das Joch 7 erzeugtes Magnetfeld passiert. Der Winkel, um den der Elektro­ nenstrahl abgelenkt wird, wird als "Ablenkwinkel" bezeichnet. Wenn der Elektronenstrahl die Peripherie des Leuchtschirms abtastet, weist er den maximalen Ablenkwinkel auf. Die Länge der Kathodenstrahlröhre hängt von dem maximalen Ablenkwinkel des Elektronen­ strahls ab. Beispielsweise wird, wenn der Bildschirm eine Höhe 25 besitzt, der Elektronenstrahl 5 von der Elektronenkanone 4 an einem Ablenkpunkt 0 um einen Winkel R abgelenkt. Es wird angenommen, daß der Elek­ tronenstrahl einen Ablenkwinkel R₀ (maximaler Ablenk­ winkel) an der Peripherie des Bildschirms aufweist. Die Gesamtlänge der Kathodenstrahlröhre wird wie folgt ausgedrückt:

F = T + L + M + G
L = S/tan R₀

worin L die Länge zwischen dem Ablenkpunkt 0 und dem Bildschirm, M die Länge zwischen dem Ablenkpunkt 0 und der Vorderkante der Elektronenkanone 4, G die Länge der Elektronenkanone 4 und T die Dicke des Schirms darstellen. Entsprechend dieser Gleichung kann reduziert werden durch Vergrößerung des maxima­ len Ablenkwinkels R₀, was eine Herabsetzung der Länge der Kathodenstrahlröhre bedeutet. Tabelle 1 zeigt beispielhaft die Beziehung zwischen den Ablenkwinkeln und der Gesamtlänge F für eine 94 cm (37 Zoll)-Katho­ denstrahlröhre.

Tabelle 1

Je größer der maximale Ablenkwinkel ist, desto kürzer ist die Kathodenstrahlröhre insgesamt. Jedoch ist es erforderlich, den Pegel der dem Ablenkjoch zugeführ­ ten Energie anzuheben und das zu erzeugende elektri­ sche Feld zu intensivieren, wenn der Ablenkwinkel so groß wie möglich gemacht wird, während der Elektro­ nenstrahl auf einem vorbestimmten Energiepegel gehal­ ten wird. Zu diesem Zweck sollte eine elektromagneti­ sche Ablenkvorrichtung mit einem hohen Ausgangspegel verwendet werden, was eine mögliche Vergrößerung des Fernsehempfängers und einen Anstieg der verbrauchten Leistung bedeutet.

Wenn der Ablenkwinkel groß ist, wird der Elektronen­ strahl unter einem großen Auftreffwinkel Φ auf den Leuchtschirm 8 gelenkt, wodurch eine Verzerrung eines wiedergegebenen Bildes im Umfangsbereich des Bild­ schirms bewirkt wird.

Die japanische Patentveröffentlichung Sho 64-82 435 (1989) gibt ein Beispiel für ein Verfahren zur Ver­ ringerung des Auftreffwinkels des Elektronenstrahls, indem der Elektronenstrahl einmal elektromagnetisch und zweimal statisch abgelenkt wird.

Bei dem vorhergehenden Beispiel hat der Elektronen­ strahl nicht nur eine hohe Beschleunigungsspannung, sondern auch einen hohen Energiepegel. Daher sollte das Magnetfeld stark genug sein, um diesen Elektro­ nenstrahl zu beherrschen. Zusätzlich sollte die Span­ nung für die statische Ablenkung ausreichend hoch sein. Die Anwendung einer hohen Spannung erfordert, daß sowohl die elektromagnetische Ablenkvorrichtung und die statischen Ablenkvorrichtungen groß sind. Die Leistungszuführungsvorrichtung für diese Ablenkvor­ richtungen werden zwangsläufig ebenfalls groß. Der­ artig große Vorrichtungen haben einen hohen Lei­ stungsverbrauch.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kathodenstrahlröhre zu schaffen, bei der die genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen be­ seitigt sind und die einen Elektronenstrahl wirksam ablenken kann durch Verwendung von mit einer niedri­ gen Spannung betriebenen Ablenkvorrichtungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfin­ dungsgemäßen Kathodenstrahlröhre ergibt sich aus An­ spruch 2.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine niedrige Beschleunigungsspannung an die Elektronenkanone ange­ legt, damit der Elektronenstrahl einen niedrigen an­ fänglichen Energiepegel besitzt. Eine elektromagneti­ sche Ablenkvorrichtung erzeugt ein schwaches Magnet­ feld, um den Elektronenstrahl um einen ausreichenden Winkel abzulenken. Vier statische Ablenkvorrichtungen erzeugen Magnetfelder, um den Elektronenstrahl weiter abzulenken, so daß der Weg des Elektronenstrahls so korrigiert werden kann, daß er entlang der Normalen auf den Leuchtschirm auftrifft.

Von den vier statischen Ablenkvorrichtungen erzeugte elektrische Felder beschleunigen den Elektronen­ strahl, so daß dieser mit einem ausreichenden Ener­ giepegel auf den Leuchtschirm fokussiert wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird der Elektronenstrahl leicht in einem bremsenden Feld b (niedriges elektri­ sches Feld) abgelenkt. Andererseits ist der Elektro­ nenstrahl langsam zur Ablenkung in beschleunigenden Feldern a und c (hohe elektrische Felder). In einem Feld d wird der Elektronenstrahl kaum abgelenkt und bleibt nahe des Leuchtschirms 8 sehr stabil.

Mit dieser Anordnung kann die Kathodenstrahlröhre den Anstieg der Leistung des Ablenkjochs so gering wie möglich halten, wodurch der Leistungsverbrauch redu­ ziert wird.

Eine Analyse des Weges des Elektronenstrahls wird durch eine Computersimulation entsprechend der Ober­ flächenladungsmethode durchgeführt, auf die in Kapi­ tel 2.5 des Artikels über die Gewichtungsmethode der elektrischen Ladung und die Oberflächenladungsmethode auf den Seiten 44 bis 47 des "Electron Beam Handbook", Version 2, veröffentlicht von Nikkan Kogyo Shinbunnsha, Bezug genommen wird.

Die Simulation wurde unter der folgenden Bedingung durchgeführt. Es wird angenommen, daß der Zielauf­ treffwinkel R* geringer ist als die Hälfte des kon­ ventionellen Auftreffwinkels (R* < R/2), und daß der Zielablenkabstand d* größer ist als der konventionel­ le Ablenkabstand d (d* < d).

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 den Weg eines Elektronenstrahls in der Kathodenstrahlröhre nach Fig. 1,

Fig. 3 die Art, in der der Elektronenstrahl in den elektrischen Feldern abgelenkt wird,

Fig. 4 die Beziehung zwischen einer an die Ablenkelektroden angelegten Spannung und der Bahn des Elektronenstrahls,

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 4,

Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung einer bekannten Elektronenstrahlröhre,

Fig. 7 die Gesamtlänge der Kathodenstrahlröh­ re und einen Ablenkwinkel des Elektro­ nenstrahls,

Fig. 8 die Beziehung zwischen einer angeleg­ ten Spannung und einem weiten Ablenk­ winkel, und

Fig. 9 die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und einem Auftreffwinkel des Elektronenstrahls.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält die Kathoden­ strahlröhre eines erste bis vierte Elektrode 14 bis 17 sowie die Teile 1 bis 8, die mit denen der in Fig. 6 dargestellten bekannten Kathodenstrahlröhre iden­ tisch sind. Jede der Elektroden 14 bis 17 weist eine Mehrzahl von Elektrodenelementen auf und dient als statische Ablenkelektrode. Eine vorbestimmte Spannung wird über einen Stift 12 und einen Zuleitungsdraht 13 an jede Elektrode angelegt zur Bildung eines elektri­ schen Feldes. Die Elektroden 14 bis 17 stellen eine statische Ablenkvorrichtung dar.

Eine Beschleunigungsspannung V₀ der Elektronenkanone 4 ist auf 5 kV eingestellt. Die an die erste bis vierte Elektrode 14 bis 17 angelegten Spannungen V₁, V₂, V₃ und V₄ sind 5 kV, 30 kV, 10 kV und 30 kV. Der Elektronenstrahl hat den in Fig. 2 dargestellten Weg.

Der von der Elektronenkanone 4 erzeugte Elektronen­ strahl hat, wie vorstehend beschrieben, eine niedrige Beschleunigungsspannung V₀. Daher kann der Elektro­ nenstrahl in einem schwachen elektrischen Feld um einen großen Winkel abgelenkt werden, so daß die sta­ tische Ablenkvorrichtung klein gehalten werden kann. Der durch die elektromagnetische Ablenkvorrichtung hindurchgehende Elektronenstrahl wird in Abhängigkeit von einer Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 14 und 15 (Bereich A in Fig. 3) beschleunigt. Der Elektronenstrahl wird weiterhin durch die zweite Elektrode 15 abgelenkt und zwischen der zweiten und dritten Elektrode 15 und 16 (Bereich B in Fig. 3) etwas abgebremst. Dann wird der Elektro­ nenstrahl durch die dritte Elektrode 16 so abgelenkt, daß sein Ablenkwinkel verringert wird. Unter dieser Bedingung, daß der Elektronenstrahl im Bereich B nach Fig. 3 abgebremst wurde, kann er leicht abgelenkt werden. Daher kann der Elektronenstrahl selbst dann abgelenkt werden, wenn eine niedrige Spannung an die dritte Elektrode 16 angelegt ist. Der Elektronen­ strahl wird zwischen der dritten und vierten Elektro­ de 16 und 17 (Bereich C in Fig. 3) beschleunigt. Da­ nach wird der Elektronenstrahl durch die vierte Elek­ trode 17 wieder abgelenkt und weiterhin durch die an den Leuchtschirm 8 angelegte Spannung beschleunigt. Der Elektronenstrahl hat einen ausreichenden Energie­ pegel, wenn er den Leuchtschirm 8 erreicht.

Unter dieser Bedingung hat der Elektronenstrahl 5 den in Tabelle 2 wiedergegebenen Ablenkabstand d und Auf­ treffwinkel Φ.

Tabelle 2

Es wird hier angenommen, daß eine Bezugsspannung H an den Leuchtschirm 8 angelegt wird. Die an die erste Elektrode 14 angelegte Spannung V₁ beträgt 20% ± 20% von H, die an die zweite Elektrode 15 angelegte Span­ nung V₂ beträgt 100% ± 20% von H, die an die dritte Elektrode 16 angelegte Spannung V₃ beträgt 30% ± 20% von H, und die an die vierte Elektrode 17 angelegte Spannung V₄ beträgt 100% ± 20% von H.

Wenn die angelegten Spannungen die vorgenannten Werte übersteigen, kollidiert der Elektronenstrahl 5 mit der Ablenkelektrode und bewegt sich entlang eines durch die gestrichelte Linie 25 in Fig. 4 dargestell­ ten Weges, bevor er den Leuchtschirm 8 erreicht. Zu­ sätzlich kann der Elektronenstrahl 5 seine Zielposi­ tion auf den Leuchtschirm 8 verfehlen und sich manch­ mal entlang eines Weges 26 gemäß Fig. 5 bewegen.

Die Tabelle 3 zeigt die Beziehung zwischen den ange­ legten Spannungen und den magnetischen Ablenkfeldern.

Tabelle 3

Daher ist es erforderlich, die an die Elektroden an­ gelegten Spannungen angemessen zu bestimmen, um zu verhindern, daß sich der Elektronenstrahl entlang der unerwünschten Wege 25 oder 26 gemäß Fig. 4 und 5 bewegt.

Wenn beispielsweise die an die zweite Elektrode ange­ legte Spannung erhöht wird, wird entsprechend der Elektronenstrahl weiter abgelenkt. Wenn jedoch der Elektronenstrahl mit einem Winkel, der über dem vor­ bestimmten Winkel liegt, abgelenkt wird, kann der Fall eintreten, daß der Elektronenstrahl den Leucht­ schirm 8 nicht erreicht. Ein Randwert ist durch die strichpunktierte Linie in Fig. 8 dargestellt. Die obere Grenze der an die zweite Elektrode 15 angeleg­ ten Spannung wird entsprechend diesem Randwert be­ stimmt. Wenn die an die vierte Elektrode 17 angelegte Spannung erhöht wird, wird der Auftreffwinkel Φ ent­ sprechend herabgesetzt. Wenn eine Spannung oberhalb des voreingestellten Wertes angelegt wird, wird der Auftreffwinkel Φ negativ, wodurch der durch einen großen Ablenkwinkel R erhaltene Vorteil ausgeglichen wird. Daher ist die an die vierte Elektrode angelegte Spannung so zu bestimmen, daß der Auftreffwinkel Φ positiv gehalten wird. Es wurden Versuche durchge­ führt zur Bestimmung der an die Elektroden anzulegen­ den Spannungen, derart, daß der Elektronenstrahl nicht die Wege in den Fig. 4 und 5 zeigt. Es ist bevorzugt, daß jede Spannung an jeder Elektrode ±20% der Bezugsspannung sein sollte.

Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel wurde eine mo­ nochromatische Bildröhre beschrieben. Jedoch auch eine Röhre jedes anderen Typs verwendet werden wie beispielsweise eine solche vom Lochmaskentyp.

Gemäß der Erfindung kann der Elektronenstrahl in ei­ nem schwachen elektrischen Feld elektromagnetisch abgelenkt werden. Da der Elektronenstrahl im Ver­ gleich zu den bekannten Anordnungen unter einem klei­ nen Winkel auf den Leuchtschirm auftrifft, hat der Elektronenstrahl einen kleinen Ablenkwinkel und wird in dessen Teilfläche nicht verzerrt. Daher gewährlei­ stet die Kathodenstrahlröhre eine ausgezeichnete Bildwiedergabe und ergibt einen Fernsehempfänger von hoher Qualität zu verringerten Kosten.

Claims (2)

1. Kathodenstrahlröhre mit einer Vakuumröhre, die einen Schirm, eine Leuchtfläche, einen Trichter, eine Elektronenkanone zur Erzeugung eines Elek­ tronenstrahls und eine einzelne elektromagneti­ sche Ablenkvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von statischen Ablenkvorrich­ tungen (14 bis 17) vorgesehen ist zur Ablenkung des Elektronenstrahls (5), derart, daß der Elek­ tronenstrahl (5) durch von der Mehrzahl von sta­ tischen Ablenkvorrichtungen (14 bis 17) gebilde­ ten elektrischen Feldern beschleunigt wird.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier statische Ablenkvor­ richtungen (14 bis 17) relativ zueinander je­ weils ein schwaches elektrisches Feld, ein star­ kes elektrisches Feld, ein schwaches elektri­ sches Feld und ein starkes elektrisches Feld erzeugen.