DE4230207A1 - Elektronenkanone fuer eine farbkathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre, bei der die letzte Beschleunigungs­ elektrode, die eine Hauptlinse bildet, in spezieller Weise weiterentwickelt ist.

Im allgemeinen weist eine Kathodenstrahlröhre eine Frontplatte und einen Trichter auf, die einen Vakuumkörper bilden. Rote, grüne und gelbe Leuchtstoffe sind auf der Innenfläche der Frontplatte in Form von Streifen oder Punk­ ten vorgesehen und eine Lochmaskenrahmenanordnung befindet sich im Inneren des Vakuumkörpers. Ein zylindrischer Hals­ teil ist weiterhin am hinteren Ende des Trichters vorgese­ hen, in dem die Elektronenkanone aufgenommen ist, und ein Ablenkjoch zum Ablenken der Elektronenstrahlen von der Elek­ tronenkanone ist an der Außenfläche des Trichters ange­ bracht.

Bei einer Kathodenstrahlröhre mit dem oben beschriebe­ nen Aufbau gehen Elektronenstrahlen für die roten, grünen und blauen Signale von der Elektronenkanone im Halsteil durch die Lochmaske, so daß sie selektiv auf der Leucht­ stoffschicht landen. Die Qualität des Bildes, das von den auftreffenden Elektronenstrahlen gebildet wird, ist durch die Größe und die Form des fokussierten Elektronenstrahl­ fleckes und die Genauigkeit der Konvergenz der drei Elek­ tronenstrahlen bestimmt.

Fig. 7 der zugehörigen Zeichnung zeigt in einer schema­ tischen Darstellung eine Elektronenkanone, die in der US-Patentanmeldung Serial No. 07/43 70 592 beschrieben ist und verbesserte Fokussierungs- und Konvergenzeigenschaften hat.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Elektronenkanone sind Kathoden 2, eine Steuerelektrode 3 und eine Schirmelektrode 4, die eine Triode zum Erzeugen der Elektronenstrahlen bil­ den, sowie eine Fokussierungselektrode 5 und eine Beschleu­ nigungselektrode 6, die das Hauptlinsensystem zum Beschleu­ nigen, Fokussieren und Konvergieren der erzeugten Elektro­ nenstrahlen bilden, der Reihe nach in Laufrichtung der Elek­ tronenstrahlen angeordnet. Die Fokussierungselektrode 5 weist becherförmige erste und zweite Elemente 5a und 5b an der Ausgangsseite für die Elektronenstrahlen, die der Be­ schleunigungselektrode 6 zugewandt sind, und ein drittes Element 5c auf, das der Schirmelektrode 4 zugewandt ist und sich auf der Eingangsseite der Elektronenstrahlen befindet. Die Beschleunigungselektrode 6 weist becherförmige erste und zweite Elemente 6a und 6b auf, die auf der Eingangsseite der Elektronenstrahlen angeordnet sind.

Das erste Element 5a der Fokussierungselektrode 5 und das erste Element 6a der Beschleunigungselektrode 6 sind einander gegenüber und nahe aneinander angeordnet und weisen horizontal langgestreckte, für alle Strahlen gemeinsame, großkalibrige Elektronenstrahldurchgangslöcher 5H und 6H jeweils auf. Das zweite Element 5b der Fokussierungselek­ trode 5 weist einzelne kleinkalibrige Elektronenstrahldurch­ gangslöcher 5R, 5G und 5B auf und das zweite Element 6b der Beschleunigungselektrode 6 weist einzelne kleinformatige Elektronenstrahldurchgangslöcher 6R, 6G, und 6B, auf.

Wenn jeweilige Spannungen mit bestimmten Potentialun­ terschieden an die Fokussierungselektrode 5 und die Be­ schleunigungselektrode 6 mit dem oben beschriebenen Aufbau gelegt werden, dann bildet sich eine elektrostatische Linse zum Steuern der Elektronenstrahlen. Da jedoch die beiden großkalibrigen Elektronenstrahldurchgangslöcher 5H und 6H verschiedene vertikale und horizontale Symmetrielinien ha­ ben, werden die elektromagnetischen Felder zum Fokussieren der äußeren Elektronenstrahlen gestört, was zu einem un­ gleichmäßigen vertikalen und horizontalen Fokussierungsef­ fekt auf die Elektronenstrahlen führt, wenn diese durch die gemeinsamen Strahldurchgangslöcher hindurchgehen. Die Fokus­ sierung der Elektronenstrahlen ist somit aufgrund der Asym­ metrie der elektrostatischen Linse beeinträchtigt, so daß die Form des Elektronenstrahlfleckes auf dem Schirm abnorm verzerrt ist.

In den US-Patentanmeldungen Serial No. 07/43 70 592 und 07/43 88 552 sind bereits Lösungen für dieses Problem vor­ geschlagen worden. Die in Fig. 8 dargestellte Form der dort beschriebenen Elektronenkanone ist ähnlich der in Fig. 7 dargestellten Elektronenkanone insofern, als eine Beschleu­ nigungselektrode 6 aus einem ersten Element 61 mit einem gemeinsamen großkalibrigen Elektronenstrahldurchgangsloch 6H und aus einem zweiten Element 62 mit einzelnen Elektronen­ strahldurchgangslöchern 6R, 6G und 6B gebildet ist.

Das gemeinsame Elektronenstrahldurchgangsloch 6H des ersten Elementes 61 ist etwa erdnußförmig mit Kreisbogent­ eilen 6S und 6S′, die Teile eines gedachten Kreises 6 mit einem bestimmten Durchmesser oder einer vertikalen Breite W2 sind und an beiden Enden, die den äußeren Elektronenstrahl­ durchgangslöchern 6R und 6B des zweiten Elementes 62 ent­ sprechend, vorgesehen sind und mit Vorsprüngen 7, deren lineare Kanten in einem Abstand einer vertikalen Breite W1 einander gegenüberliegen, die kleiner als der Durchmesser (vertikale Breite W2) der Kreisbogenteile 6S ist, und die parallel zueinander in der Mitte des ersten Elementes 61 angeordnet sind.

In der Beschleunigungselektrode 6 mit dem großkalibri­ gen Elektronenstrahldurchgangsloch 6H sind Scheitel 6a an den Stellen gebildet, an denen die Kreisbogenteile 6S und 6S′ an den beiden Enden des großkalibrigen Elektronenstrahl­ durchgangsloches 6H auf die Vorsprünge 7 treffen. Eine Strecke L längs der ebenen Teile der Vorsprünge 7 kann daher durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

L = H-2R(1+cosα),

wobei die horizontale Breite des für alle Strahlen gemein­ samen Elektronenstrahldurchgangsloches 6H mit H bezeichnet ist, der Radius jedes Kreisbogenteils mit R bezeichnet ist und der spitze Winkel zwischen einem Radius ausgehend von der Mitte eines der Kreisbogenteile 6S oder 6S′ zum benach­ barten Scheitelpunkt und einer horizontalen Linie X-X′ mit α bezeichnet ist.

Der Scheitel ist scharf und wirkt daher als Blitzablei­ ter, der elektrische Teilchen absorbiert, so daß die Ver­ teilung des umgebenden elektrischen Feldes abnorm gestört ist. Eine derartige Störung der Verteilung des elektrischen Feldes tritt in dem Bereich auf, durch den die Elektronen­ strahlen hindurchgehen. Der Grund dafür besteht darin, daß der Scheitel neben dem Elektronenstrahldurchgangsbereich liegt. Wie es in Fig. 8 dargestellt ist, werden daher die äußeren Elektronenstrahlen 81 und 83 (rote und blaue Signa­ le), die durch die äußere elektrostatische Linse hindurch­ gehen, die zwischen der Fokussierungselektrode 5 und der Beschleunigungselektrode 6 gebildet ist, zu den scharfen Scheiteln angezogen, an denen das elektrische Feld konzen­ triert ist, so daß die Querschnitte der Elektronenstrahlen in eine Dreieckform verzerrt werden. Wenn die Elektronen­ strahlen, die durch die elektrostatische Linse hindurch gegangen sind, zum äußeren Rand des Bildschirmes aufgrund des Ablenkjoches abgelenkt werden, stehen die Elektronen­ strahlen unter dem Einfluß eines starken Astigmatismus, so daß sie in der in Fig. 9 dargestellten Weise verzerrt sind. Auf der linken Seite des Bildschirmes erstreckt sich der Fleck des Elektronenstrahles 83 (blaues Signal) horizontal weiter als der des roten Signals. Umgekehrt verläuft der Fleck des Elektronenstrahls 81 des roten Signals horizontal weiter als der des blauen Signals auf der rechten Seite des Bildschirms. Dieser Unterschied in den Elektronenstrahlflecken für die einzelnen Signale führt zu einer Beeinträchti­ gung der Farbreinheit des Bildes.

Durch die Erfindung soll das oben beschriebene Problem beseitigt werden und somit eine Elektronenkanone für eine Kathodenstrahlröhre geschaffen werden, die ein Bild mit guter Qualität liefert, indem die Verzerrungen der Elektro­ nenstrahlen aufgrund einer gemeinsamen großkalibrigen Linse beseitigt oder unterdrückt werden.

Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre mit einer Triode, die drei in einer Linie liegende Elektroden aufweist, um einen zentralen Elektronenstrahl und zwei äußere Elektronenstrahlen an den Seiten zu erzeugen, mit Steuer- und Schirmelektroden, die jeweils drei in einer Linie liegende Elektronenstrahldurch­ gangslöcher aufweisen, und mit einer Hauptlinse, die eine Fokussierungslinse und eine Beschleunigungselektrode auf­ weist, um die drei Elektronenstrahlen zu fokussieren und zu beschleunigen, ein erdnußförmiges erstes Element mit einem für alle Elektronenstrahlen gemeinsamen Elektronenstrahl­ durchgangsloch, durch das die drei Elektronenstrahlen ge­ meinsam hindurchgehen können, das aus zwei äußeren Kreisbog­ enteilen, die die äußeren Bereiche der beiden äußeren Elek­ tronenstrahldurchgangsbereiche umgeben, und zwei Vorsprün­ gen, die zwischen den beiden äußeren Kreisbogenteilen an­ geordnet sind und in Richtung auf die Fortpflanzungsachse des zentralen Elektronenstrahls über eine bestimmte Länge verlaufen und einander gegenüber angeordnet sind, während sie den Durchgangsbereich des zentralen Elektronenstrahls überbrücken, und ein zweites Element mit einzelnen Elek­ tronenstrahldurchgangslöchern, durch die die drei Elektro­ nenstrahlen jeweils gehen, wobei die Länge L der Vorsprünge in horizontaler Richtung die folgende Ungleichung erfüllt:

L < H-2R (1+ cosα),

wobei H die horizontale Breite des großkalibrigen Elektro­ nenstrahldurchgangsloches bezeichnet, R der Radius des Kreisbogenteils ist, und u den Winkel bezeichnet, der zwi­ schen einer Linie von der Mitte eines der Kreisbogenteile zum benachbarten Scheitelpunkt der Vorsprünge und einer Linie gebildet ist, die die Mitten der beiden Kreisbogen­ teile verbindet.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A eine Vorderansicht einer Beschleunigungselek­ trode eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elek­ tronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre,

Fig. 1B eine Vorderansicht einer Beschleunigungselek­ trode für ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre,

Fig. 1C in einer perspektivischen Ansicht eine teilwei­ se weggeschnittene Beschleunigungselektrode eines Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre,

Fig. 2 in einer computersimulierten Ansicht den Zustand der gesteuerten Elektronenstrahlen bei einer herkömmlichen Elektronenkanone,

Fig. 3 in einer computersimulierten Ansicht den Zustand der gesteuerten Elektronenstrahlen bei einer weiteren her­ kömmlichen Elektronenkanone,

Fig. 4, 5 und 6 in computersimulierten Ansichten die jeweiligen Zustände der gesteuerten Elektronenstrahlen bei den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Elektronen­ kanone,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer üblichen, herkömmlichen Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre,

Fig. 8 eine Vorderansicht einer Beschleunigungselek­ trode einer weiteren herkömmlichen Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre und

Fig. 9 die Bildung der Elektronenstrahlflecken auf dem Bildschirm bei einer Elektronenkanone für eine herkömmliche Farbkathodenstrahlröhre gemäß Fig. 8.

Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei­ spiele der erfindungsgemäßen Elektronenkanone 1 vom soge­ nannten In-Line-Typ für eine Farbkathodenstrahlröhre umfas­ sen Kathoden 2, eine Steuerelektrode 3 und eine Schirmelek­ trode 4, die eine Triode bilden, sowie eine Fokussierungs­ elektrode 5, die ein Hauptlinsensystem bildet, wie es bei der in Fig. 7 dargestellten Elektronenkanone für eine her­ kömmliche Farbkathodenstrahlröhre der Fall ist. Wie es in den Fig. 1A, 1B oder 1C dargestellt ist, ist weiterhin eine Beschleunigungselektrode 10 vorgesehen.

Gemäß Fig. 1A und 1C umfaßt die Beschleunigungselek­ trode 10 ein erstes becherförmiges Element 11 mit einem erdnußförmigen, großkalibrigen Elektronenstrahldurchgangs­ loch 11H und ein zweites becherförmiges Element 12 mit drei einzelnen Elektronenstrahldurchgangslöchern 12R, 12G und 12B, die in einem bestimmten Abstand von dem großkalibrigen Elektronenstrahldurchgangsloch des ersten becherförmigen Elementes 11 vorgesehen sind. Das großkalibrige Elektronen­ strahldurchgangsloch 11H hat einen horizontalen Verlauf, der ausreicht, damit alle drei Elektronenstrahlen hindurchgehen können, die in derselben horizontalen Ebene verlaufen. Kreisbogenteile 11S und 11S′ jeweils mit einem bestimmten Radius sind auf den beiden Enden von Bereichen mit linearen Rändern 11L und 11L′ vorgesehen, die parallel zueinander in einem bestimmten Abstand verlaufen, während Vorsprünge 13 und 13′ zur Mitte des zentralen Elektronenstrahldurchgangs­ loches 12G verlaufen. Die Länge L jedes Vorsprungs ist gemäß der Erfindung durch die folgende Ungleichung bestimmt:

L < H-2R (1+cosα),

wobei H die horizontale Breite des großkalibrigen Elektro­ nenstrahldurchgangsloches 11H bezeichnet, R der Radius eines Kreisbogenteils ist und u den spitzen Winkel zwischen einem Radius, der von der Mitte eines Kreisbogenteils zum benach­ barten Scheitel 13a des Vorsprungs 13 oder 13′ gezogen ist, und einer horizontalen Linie X-X′ bezeichnet, die durch die Mitten der einzelnen Elektronenstrahldurchgangslöcher gehen.

Die obige Ungleichung gibt an, daß sich die Scheitel 13a an beiden Enden der Vorsprünge 13 außerhalb gedachter Kreise 11V und 11V′ befinden, die die Kreisbogenteile 11S bilden. Vorzugsweise sind abgestufte Verbindungsteile 13b für das Herstellungsverfahren am günstigsten.

Weiterhin sind die Größen der Kreisbogenteile 11S und 11S′ auf beiden Seiten des großkalibrigen Elektronenstrahl­ durchgangsloches 11H vorzugsweise so gewählt, daß sie klei­ ner als die Hälfte des gedachten Kreises sind. D. h., daß der zentrale Winkel R1 des Kreisbogenteils 11S′ 180° haben kann, wie es in Fig. 1A dargestellt ist. Der zentrale Winkel R2 kann kleiner als 180° sein, wie es in Fig. 1B dargestellt ist.

Die erfindungsgemäße Elektronenkanone für eine Farb­ kathodenstrahlröhre mit dem oben beschriebenen Aufbau arbei­ tet in der folgenden Weise:

Beim Anlegen bestimmter Spannungen an jede Elektrode bildet sich eine Vorfokussierungslinse zwischen der Schirm­ elektrode 4 und der Fokussierungselektrode 5 und eine Haupt­ linse zwischen der Fokussierungselektrode 5 und der Be­ schleunigungselektrode 10. Die in der Triode erzeugten Elek­ tronenstrahlen werden daher vorfokussiert und in der Vor­ fokussierungslinse beschleunigt und schließlich in der Hauptlinse fokussiert und beschleunigt, so daß sie auf dem Leuchtstoffschirm der Kathodenstrahlröhre landen. Durch eine Begrenzung der Länge L der Vorsprünge 13 und 13′ des großka­ librigen Elektronenstrahldurchgangsloches 11H in der Be­ schleunigungselektrode 10 bekommt jeder Scheitel 13a eine Lage außerhalb des normalen Verlaufes der Kreisbogenteile 11S oder 11S′.

Da in der oben beschriebenen Weise der Scheitel außer­ halb des Verlaufes der Kreisbogenteile angeordnet ist, ist die Konzentration des elektrischen Feldes in dem Bereich geringer, in dem die Elektronenstrahlen hindurch gehen, und beeinflußt das konzentrierte elektrische Feld an den Schei­ teln, die außerhalb dieses Bereiches liegen, die innerhalb des Verlaufes des Kreisbogenteils hindurchgehenden Elektro­ nenstrahlen nur gering. D. h. mit anderen Worten, daß die Scheitel 13a der Vorsprünge 13 und 13′ außerhalb des Berei­ ches des virtuellen Kreises der Kreisbogenteile liegen, so daß der Einfluß der Vorsprünge auf die Elektronenstrahlen gering ist, die innerhalb dieses virtuellen Kreises hin­ durchgehen.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen die jeweiligen Zustände der Elektronenstrahlen, die durch die Hauptlinsen bei den oben beschriebenen herkömmlichen und bei den erfindungsgemäßen Elektronenkanonen gesteuert werden. Fig. 2 zeigt den Zustand eines gesteuerten Elektronenstrahls in der Hauptlinse einer sogenannten COTY-Elektronenkanone, die in Fig. 7 dargestellt ist, Fig. 3 zeigt den Zustand eines gesteuerten Elektronen­ strahls in der Hauptlinse einer Elektronenkanone, deren Aufbau ähnlich ist, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, und Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Zustände gesteuerter Elektronen­ strahlen in den Hauptlinsen bei den erfindungsgemäßen Elek­ tronenkanonen.

Wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, verlaufen die Scheitel der Vorsprünge 7 bei herkömmlichen Elektronen­ kanonen in die äußeren Elektronenstrahldurchgangsbereiche, was die Elektronenstrahlen R und B verzerrt. Bei den Aus­ führungsbeispielen der erfindungsgemäßen Elektronenkanone sind die Längen der Vorsprünge 13a voneinander verschieden, wie es in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt ist. Jeder Schei­ tel der Vorsprünge 13a bleibt jedoch außerhalb des Elektro­ nenstrahldurchgangsloches oder -bereiches, so daß die äuße­ ren Elektronenstrahlen im Gegensatz zur herkömmlichen Elek­ tronenkanone nicht verzerrt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre, wie sie oben beschrieben wurde, wird die Länge des Vorsprunges in der Mitte des großkalibri­ gen Elektronenstrahldurchgangsloches der letzten Beschleuni­ gungselektrode in spezieller Weise gewählt. Das hat zur Folge, daß ein Hof der auf der dem Leuchtstoffschirm landen­ den Elektronenstrahlen vermieden werden kann und die Fokus­ sierung verbessert ist, was das Auflösungsvermögen einer Kathodenstrahlröhre mit der erfindungsgemäßen Elektronenka­ none verbessert.

Claims (4)

1. Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre mit einer vorgeschalteten Triode, die drei in einer Linie liegende Kathoden (2) zum Erzeugen eines zentralen Elektro­ nenstrahls und zweier äußerer Elektronenstrahlen auf der Seite des zentralen Elektronenstrahls aufweist, einer Steu­ er- und einer Schirmelektrode (3, 4) jeweils mit drei in einer Linie liegenden Elektronenstrahldurchgangslöchern und eine Hauptlinse, die eine Fokussierungslinse (5) und eine Beschleunigungselektrode (10) zum Fokussieren und Beschleu­ nigen der Elektronenstrahlen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode (10) ein erdnußförmiges erstes Element (11) mit einem gemeinsamen Elektronenstrahl­ durchgangsloch, durch das die drei Elektronenstrahlen ge­ meinsam hindurchgehen können und das aus Kreisbogenteilen (11S) und (11S′), die die äußeren Teile der beiden äußeren Elektronenstrahldurchgangsbereiche umgeben, und Vorsprüngen (13) und (13′) gebildet ist, die sich zwischen den beiden äußeren Kreisbogenteilen befinden und zur Fortpflanzungs­ achse des zentralen Elektronenstrahls über eine bestimmte Länge verlaufen sowie einander gegenüber angeordnet sind, während sie den zentralen Elektronenstrahldurchgangsbereich überbrücken, und ein zweites Element (12) umfaßt, das ein­ zelne Elektronenstrahldurchgangslöcher aufweist, durch die die drei Elektronenstrahlen jeweils hindurchgehen, wobei die Länge der Vorsprünge in horizontaler Richtung der folgenden Ungleichung genügt: L < H-2R (1+cosα),wobei H die horizontale Breite des großkalibrigen Elektro­ nenstrahldurchgangsloches bezeichnet, R der Radius der Kreisbogenteile ist und u den Winkel bezeichnet, der zwi­ schen einer Linie, die von der Mitte eines der Kreisbogen­ teile zum benachbarten Scheitel (13a) der Vorsprünge geht, und einer Linie gebildet ist, die die Mitten der beiden Kreisbogenteile verbindet.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Verbindungsteil, der die Kreisbogenteile (11S und 11S′) und den Scheitel (13a) verbindet, in Form von Stufen ausgebildet ist.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zentrale Winkel der Kreisbogenteile unter 180° liegt.

4. Elektronenkanone nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Verbindungsteil, der die Kreisbogenteile und den Scheitel verbindet, stufenförmig ausgebildet ist.