DE4242594A1 - Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre und insbesondere eine Elektronenka­ none mit dynamischer Fokussierung, die Elektronenstrahlflec­ ken mit kleinem Hof am Rand eines Bildschirmes und Elektro­ nenstrahlflecken mit regelmäßiger Größe sowohl in der Mitte als auch an den Randbereichen des Bildschirmes bilden kann.

Das Auflösungsvermögen einer Farbkathodenstrahlröhre hängt stark von der Form der Elektronenstrahlflecken ab, die auf dem Bildschirm gebildet werden. Um ein Bild mit guter Qualität zu erzielen, sollten die Elektronenstrahlflecken auf dem Bildschirm so klein wie möglich sein und einen mög­ lichst geringen Hof um ihren Kern aufweisen sowie nur mini­ mal verzerrt sein. Da bei üblichen Elektronenkanonen die Einzelelektronenkanonen für die Farben Rot, Grün und Blau jedoch in einer Linie angeordnet sind und ein Ablenkjoch verwandt wird, das ein kissenförmiges horizontales Ablenk­ magnetfeld und eine tonnenförmiges vertikal es Ablenkmagnet­ feld erzeugt, sind die Elektronenstrahlflecken, die am Rand­ bereich des Bildschirmes ausgebildet werden, aufgrund des Einflusses eines Astigmatismus verzerrt, der auftritt, wenn die Elektronenstrahlen durch das ungleichmäßiges Magnetfeld hindurchgehen, das durch das Ablenkjoch gebildet wird.

Wenn somit die Elektronenstrahlen in der Mitte des Bildschirmes landen und daher das Ablenkmagnetfeld die Elek­ tronenstrahlen nicht beeinflußt, tritt kein Astigmatismus der Elektronenstrahlen auf, so daß sich kreisförmige Elek­ tronenstrahlflecken ohne Hofbildung ergeben. Wenn jedoch die Elektronenstrahlen zum Rand des Bildschirmes abgelenkt wer­ den, divergieren die Elektronenstrahlen aufgrund des starken Ablenkmagnetfeldes in horizontale Richtung und werden die Elektronenstrahlen in vertikaler Richtung übermäßig fokus­ siert, so daß Elektronenstrahlflecken mit hellem Kern und blassem Hof auf dem Bildschirm gebildet werden.

Ein Beispiel einer Elektronenkanone für eine herkömm­ liche Farbkathodenstrahlröhre, die das oben beschriebene Problem lösen soll, ist in Fig. 3 der zugehörigen Zeichnung dargestellt.

Diese Elektronenkanone umfaßt eine Triode zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, die aus einer Kathode 2, einer Steuerelektrode 3 und einer Bildschirmelektrode 4 besteht, und eine Hauptlinse zum Beschleunigen und Fokussieren des Elektronenstrahls, die aus einer statischen Fokussierungs­ elektrode 5 neben der Bildschirmelektrode 4, einer dynami­ sche Fokussierungselektrode 6 und einer Endbeschleunigungs- Elektrode 7 besteht.

Ein vertikal langgestrecktes Elektronenstrahldurch­ gangsloch 5H und ein horizontal langgestrecktes Elektronen­ strahldurchgangsloch 6H sind jeweils in den Elektronen­ strahldurchgangsebenen der statischen Fokussierungselektrode 5 und der dynamischen Fokussierungselektrode 6 ausgebildet, die einander zugewandt sind. An der statischen Fokussie­ rungselektrode 5 liegt eine bestimmte statische Fokussi­ erungsspannung Vf. An der Endbeschleunigungselektrode 7 liegt eine Anodenspannung Ve, die höher als die Fokussi­ erungsspannung Vf ist. An der dynamischen Fokussierungselek­ trode 6 liegt eine dynamische Fokussierungsspannung Vd, die mit den Ablenksignalen synchronisiert ist und deren negative Spitze gleich der Fokussierungsspannung Vf ist.

Eine magnetische Linse 100 repräsentiert das ungleich­ mäßige Magnetfeld des Ablenkjoches mittels einer optischen Linse.

Wenn bei der oben beschriebenen Elektronenkanone der Elektronenstrahl nicht abgelenkt wird, d. h. wenn der von der Elektronenkanone ausgesandte Elektronenstrahl den mitt­ leren Bereich des Bildschirmes abtastet, dann liegt eine dynamische Fokussierungsspannung Vd, deren negative Spitzen­ spannung gleich der Fokussierungsspannung Vf ist, an der dynamischen Fokussierungselektrode 6. Daher wird keine Linse zum Steuern des Elektronenstrahls zwischen der statischen und der dynamischen Fokussierungselektrode 5 und 6 gebildet. Der Elektronenstrahl behält daher seine unbeeinflußte Kreis­ form, während er durch die statische und die dynamische Fokussierungselektrode 5 und 6 hindurchgeht, und es wird ein nahezu kreisförmiger Elektronenstrahlfleck auf dem Bild­ schirm gebildet.

Wenn die Elektronenstrahlen, die von der Kathode 2 ausgesandt werden, jedoch den Randbereich des Bildschirmes abtasten, dann liegt eine dynamische Fokussierungsspannung Vd, die größer als die statische Fokussierungsspannung Vf an der statischen Fokussierungselektrode 5 ist, an der dynami­ schen Fokussierungselektrode 6, so daß eine Elektronenlinse insbesondere eine Quadrupollinse 56 zwischen der statischen Fokussierungselektrode 5 und der dynamischen Fokussierungs­ elektrode 6 gebildet wird. Diese Quadrupollinse 56 besteht aus einem ersten Linsenelement 56a, das eine divergierende Kraft in vertikaler Richtung hat und einem zweiten Linsen­ element 56b, das eine fokussierende Kraft in horizontaler Richtung hat, was auf dem vertikal langgestreckten Elektro­ nenstrahldurchgangsloch 5H, das in der Ausgangsebene der statischen Fokussierungselektrode 5 ausgebildet ist, und auf dem horizontal langgestreckten Elektronenstrahldurchgangs­ loch 6H beruht, das in der Eingangsebene der dynamischen Fokussierungselektrode 6 ausgebildet ist. Der Elektronen­ strahl divergiert somit in vertikaler Richtung und fokus­ siert in horizontaler Richtung, während er durch die Quadru­ pollinse 56 hindurchgeht, wodurch er vertikal gedehnt wird. Anschließend wird die geringe Breite in horizontaler Rich­ tung des vertikal gedehnten Elektronenstrahls dadurch kom­ pensiert, daß die Defokussierung infolge der exzessiven vertikalen Fokussierung durch das ungleichmäßige Magnetfeld kompensiert wird, so daß ein Elektronenstrahlfleck ohne Hof auf dem Bildschirm erhalten werden kann.

Da bei der herkömmlichen Elektronenkanone mit dynami­ scher Fokussierung die dynamische Fokussierungsspannung Vd an der Mitte des Bildes höher als die statische Fokussie­ rungsspannung Vf ist, muß eine extrem hohe dynamische Fokus­ sierungsspannung Vd anliegen, um eine Hofbildung entlang der Diagonallinien des Bildschirmes auszuschließen. Es ist je­ doch schwierig, eine Treiberschaltung zu verwirklichen, die Spannungen jeder Elektrode der Elektronenkanone liefert. Darüberhinaus ist die Stehspannungscharakteristik der Elek­ tronenkanone beeinträchtigt.

Obwohl weiterhin bei der Elektronenkanone die Hofbil­ dung am Rand des Bildschirmes durch die Quadrupollinse un­ terdrückt werden kann, ist der Kompensationseffekt auf die Querschnittsform des Elektronenstrahles, der durch das Ab­ lenkmagnetfeld des Ablenkjoches hervorgerufen wird, unvoll­ ständig. Aus diesem Grunde kann die Verzerrung des Elektro­ nenstrahlfleckes nicht in ausreichendem Maße kompensiert werden, so daß die Größe des Lichtstrahlfleckes in vertika­ ler Richtung kleiner als der Abstand zwischen den Löchern der Lochmaske wird und ein Moir´effekt auf dem Bildschirm auftritt, wenn der vertikale Durchmesser des Elektronen­ strahlfleckes nicht mehr größer als der doppelte Abstand zwischen den Löchern der Lochmaske ist.

Durch die Erfindung sollen die oben beschriebenen Pro­ bleme überwunden werden. Durch die Erfindung soll daher eine Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre geschaffen werden, die wirksam die Verzerrung der Elektronenstrahlflec­ ken am Randbereich des Bildschirmes kompensieren und Elek­ tronenstrahlflecken mit regelmäßiger Größe über den gesamten Bildschirm bilden kann.

Die erfindungsgemäße Elektronenkanone für eine Farb­ kathodenstrahlröhre umfaßt dazu eine Triode mit einer Katho­ de, einer Steuerelektrode und einer Bildschirmelektrode zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, und eine erste, eine zwei­ te, eine dritte und eine vierte Fokussierungselektrode sowie eine Endbeschleunigungselektrode zum Beschleunigen und Foku­ ssieren des Elektronenstrahls, wobei ein vertikal langge­ strecktes Elektronenstrahldurchgangsloch und ein horizontal langgestrecktes Elektronenstrahldurchgangsloch jeweils in der Ausgangsebene der dritten Fokussierungselektrode und der Eingangsebene der vierten Fokussierungselektrode ausgebildet sind, eine bestimmte statische Fokussierungsspannung an der ersten und der dritten Fokussierungselektrode liegt, eine dynamische Fokussierungsspannung, die mit einem Ablenksignal synchronisiert ist, an der zweiten und der vierten Fokussi­ erungselektrode liegt und eine Anodenspannung, die höher als die höchste dynamische Fokussierungsspannung ist, an der Endbeschleunigungselektrode liegt.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenkanone für eine Farbkathoden­ strahlröhre, wobei die Steuerung des Elektronenstrahls für den Fall dargestellt ist, daß der mittlere Bereich des Bild­ schirmes abgetastet wird,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenkanone für eine Farbkathoden­ strahlröhre, wobei die Steuerung des Elektronenstrahls für den Fall dargestellt ist, daß der Randbereich des Bildschir­ mes abgetastet wird, und

Fig. 3 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Elek­ tronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht eine Triode zum Erzeugen eines Elektronenstrahls aus einer Kathode 11, einer Steuerelektrode 12 und einer Bildschirmelektrode 13, die der Reihe nach am vorderen Teil einer Elektronenkanone angeordnet sind. Anschließend an die Bildschirmelektrode 13 sind die Elektroden des Hauptlinsensystems zum Beschleunigen und Fokussieren des Elektronenstrahls vorgesehen. Das Haupt­ linsensystem besteht aus einer ersten Hilfslinse, die durch eine erste, eine zweite und eine dritte Fokussierungselek­ trode 14, 15 und 16 gebildet wird, einer zweiten Hilfslinse, die durch die dritte, eine vierte und eine fünfte Fokussie­ rungselektrode gebildet wird, und einer Hauptlinse 300, die von der fünften Fokussierungselektrode und einer Endbe­ schleunigungselektrode 18 gebildet wird.

Im einzelnen ist ein vertikal langgestrecktes Elektro­ nenstrahldurchgangsloch 16H in der Ausgangsebene 16a der dritten Fokussierungselektrode 16 ausgebildet und ist ein horizontal langgestrecktes Elektronenstrahldurchgangsloch 17H in der Eingangsebene 17a der vierten Fokussierungselek­ trode 17 ausgebildet. Die Form der jeweiligen vertikal und horizontal langgestreckten Elektronenstrahldurchgangslöcher 16H und 17H ist rechtwinklig oder elliptisch.

Bei der erfindungsgemäßen Elektronenkanone mit dem oben beschriebenen Aufbau liegt eine bestimmte statische Fokussi­ erungsspannung Vf an der ersten und der dritten Fokussie­ rungselektrode 14 und 16. Eine dynamische Fokussierungsspan­ nung Vd liegt an der zweiten und der vierten Fokussierungs­ elektrode 15 und 17. Die dynamische Fokussierungsspannung Vd ist mit einem Ablenksignal der Kathodenstrahlröhre synchro­ nisiert. Eine Anodenspannung Ve, die höher als die höchste dynamische Fokussierungsspannung Vd ist, liegt an der Endbe­ schleunigungselektrode 18. In Fig. 2 ist eine magnetische Linse 400 dargestellt, die das ungleichmäßige Magnetfeld des Ablenkjoches in Form einer optischen Linse wiedergibt.

Bei der Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahl­ röhre gemäß der Erfindung mit oben beschriebenem Aufbau wird der von der Triode erzeugte Elektronenstrahl durch die zwi­ schen den benachbarten Elektroden gebildeten Linse foku­ ssiert und beschleunigt, während er durch die Strahldurch­ gangslöcher der Elektroden hindurchgeht.

Wenn der Elektronenstrahl den mittleren Bereich des Bildschirmes abtastet, liegt an der zweiten und vierten Elektrode 15 und 17 eine dynamische Fokussierungsspannung Vd, deren negative Spitze gleich der statischen Fokussi­ erungsspannung Vf ist, die an der ersten und der dritten Fokussierungselektrode 14 und 16 liegt.

Zu diesem Zeitpunkt besteht kein Potentialunterschied zwischen den statischen Fokussierungselektroden 14 und 16 und den dynamischen Fokussierungselektroden 15 und 17, so daß keine Linse zwischen den Fokussierungselektronen gebil­ det wird, sondern nur eine Hauptlinse zwischen der letzten dynamischen Fokussierungselektrode 17 und der Beschleuni­ gungselektrode 18 entsteht. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, behält daher der Elektronenstrahl seinen kreisförmigen Querschnitt bei, da er nicht beeinflußt wird, während er durch die Fokussierungselektroden hindurchgeht. Anschließend wird der Elektronenstrahl lediglich beschleunigt und fokussiert, während er schließlich durch die Hauptlinse 300 hindurchgeht, so daß sich ein kreisförmiger Fleck am mitt­ leren Bereich des Bildschirmes bildet.

Wenn der Elektronenstrahl den Umfangsbereich des Bild­ schirmes abtastet, dann liegt an der zweiten und vierten Fokussierungselektrode 15 und 17 eine dynamische Fokussi­ erungsspannung Vd, die höher als die Fokussierungsspannung an der ersten und dritten Fokussierungselektrode 14 und 16 ist. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wird somit eine axi­ alsymmetrische erste Hilfslinse 100 mit höherer Fokussie­ rungskraft aufgrund einer Synchronisation mit dem Ablenksi­ gnal zwischen der ersten, der zweiten und der dritten Fokus­ sierungselektrode 14, 15 und 16 gebildet und wird eine zwei­ te Quadrupolhilfslinse 200 mit höheren Divergierungs- und Fokussierungskräften aufgrund einer Synchronisation mit dem Ablenksignal gebildet. Es wird weiterhin eine relativ schwa­ che Hauptlinse 300 zwischen der vierten und der fünften Fokussierungselektrode 17 und 18 gebildet.

Der Elektronenstrahl wird somit durch die erste Hilfs­ linse 100 zwischen der ersten, der zweiten und der dritten Fokussierungselektrode 14, 15 und 16 vorfokussiert und be­ schleunigt und anschließend durch die zweite Hilfslinse 200 zwischen der zweiten und der dritten Fokussierungselektrode 16 und 17 erneut fokussiert und beschleunigt. Dabei ist die zweite Hilfslinse 200 eine Quadrupollinse, so daß der Elek­ tronenstrahl in vertikaler Richtung abgelenkt wird und in horizontaler Richtung weniger als in vertikaler Richtung divergiert. Da insbesondere das vertikal langgestreckte Elektronenstrahldurchgangsloch 16H an der Ausgangsseite 16a der dritten Fokussierungselektrode 16 gebildet ist und das horizontal langgestreckte Elektronenstrahldurchgangsloch 17H an der Eingangsseite 17a der vierten Fokussierungselektrode 17 gebildet ist, ist der Elektronenstrahl, der durch die zweite Hilfslinse 200 hindurchgeht, einer starken Divergenz­ kraft und einer schwachen Fokussierungskraft in vertikaler Richtung und einer starken Fokussierungskraft und einer schwachen Divergenzkraft in horizontaler Richtung ausge­ setzt.

Der Elektronenstrahl, der durch die Durchgangslöcher gegangen ist, wird daher vertikal auseinandergezogen, wäh­ rend er durch die zweite Hilfslinse 200 geht. Der Elektro­ nenstrahl wird anschließend endfokussiert und -beschleunigt, während er durch die statische Hauptlinse 300 hindurchgeht, so daß er am Außenumfang des Bildschirmes landet. Da zu diesem Zeitpunkt der Elektronenstrahl durch eine magnetische Linse geht, die durch das ungleichmäßige Ablenkmagnetfeld des Ablenkjoches erzeugt wird, wird die Verzerrung des Strahls kompensiert, so daß ein nahezu kreisförmiger Fleck gebildet wird.

Aufgrund des hohen Potentials der dynamischen Fokussi­ erungsspannung ist weiterhin der Unterschied zwischen der vierten Fokussierungselektrode 17 und der Endbeschleuni­ gungselektrode 18 kleiner als bei der Abtastung des mitt­ leren Bereiches des Bildschirms und ist die Vergrößerung der Hauptlinse 300 nahezu in gleichem Maße verringert. Folglich wird die Brennweite oder Fokussierungsstrecke des Elektro­ nenstrahls, der durch die Linse hindurchgegangen ist, ver­ längert, so daß es möglich ist, daß die Fleckgröße am Außen­ umfang des Bildschirmes ähnlich der in der Mitte des Bild­ schirmes ist.

Die erste Hilfslinse in Form einer Unipotentiallinse erhöht insbesondere den Einfallswinkel zur Hauptlinse und den Durchmesser des Elektronenstrahlfleckes in der Mitte des Bildschirmes, so daß der Versetzungseffekt der Abstoßung zwischen den Elektronen in Folge der Zunahme der sphärischen Aberration verstärkt ist. Der Durchmesser des Elektronen­ strahlfleckes wird daher klein, so daß die Auflösung zu­ nimmt. Wenn weiterhin der Elektronenstrahl zum Außenumfang des Bildschirmes abgelenkt wird, werden der Einfallswinkel zur Hauptlinse und der Durchmesser der Elektronenstrahlen in der Hauptlinse und der magnetischen Linse des Ablenkjoches klein, so daß die sphärische Aberration durch die Hauptlinse und die magnetische Linse des Ablenkjoches abnimmt. Ein übermäßige Fokussierung in vertikaler Richtung wird dadurch vermieden, so daß Moir´effekte und Helligkeitsabnahmen auf­ grund einer zu starken Verkleinerung des Elektronenstrahl­ durchmessers in vertikaler Richtung vermieden werden können.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektronenkanone ist der Astigmatismus des Elektronenstrahlfleckes am Außenumfang des Bildschirmes durch eine dynamische Quadrupollinse verringert, so daß ein nahezu kreisförmiger Elektronenstrahlfleck gebildet wird, dessen Hof so gering wie möglich ist. Gleichzeitig wird die Fokussierungsstrecke des Elektronenstrahls durch die dynami­ schen Änderungen der Hauptlinse reguliert, so daß die Größe des Elektronenstrahlfleckes am Außenumfang des Bildschirmes ähnlich der in der Mitte des Bildschirmes wird. Das hat zur Folge, daß die erfindungsgemäße Elektronenkanone ein klares Bild mit hoher Auflösung über den gesamten Bildschirm lie­ fern kann.

Claims (2)

1. Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre, die eine Triode mit einer Kathode (11), einer Steuerelek­ trode (12) und einer Bildschirmelektrode (13) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Fokussierungselektrode sowie eine Endbeschleunigungselektrode (14, 15, 16, 17, 18) zum Be­ schleunigen und Fokussieren des Elektronenstrahls umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß
ein vertikal langgestrecktes Elektronenstrahldurch­ gangsloch (16H) und ein horizontal langgestrecktes Elektro­ nenstrahldurchgangsloch (17H) jeweils in der Ausgangsebene (16a) der dritten Fokussierungselektrode (16) und der Ein­ gangsebene (17a) der vierten Fokussierungselektrode (17) ausgebildet sind,
an der ersten und dritten Fokussierungselektrode (14, 16) eine bestimmte statische Fokussierungsspannung (Vf) liegt,
eine dynamische Fokussierungsspannung (Vd), die mit einem Ablenksignal synchronisiert ist, an der zweiten und der vierten Fokussierungselektrode (15, 17) liegt, und
einer Anodenspannung (Ve), die höher als die höchste dynamische Fokussierungsspannung ist, an der Endbeschleuni­ gungselektrode (18) liegt, wodurch eine axialsymmetrische Unipotentialelektronenlinse, die mit dem Ablenksignal syn­ chronisiert ist und deren Fokussierungskraft stark ist, durch die erste, die zweite und die dritte Fokussierungs­ elektrode (14, 15, 16) gebildet wird und eine Quadrupollin­ se, die mit dem Ablenksignal synchronisiert ist und die Defokussierung in Folge des Astigmatismus eines Ablenkjoches und der Unterschiede zwischen den Ablenkstrecken kompen­ siert, durch die dritte und die vierte Fokussierungselek­ trode (16, 17) gebildet wird.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Form des vertikal langgestreckten Elek­ tronenstrahldurchgangsloches (16H) und des horizontal lang­ gestreckten Elektronenstrahldurchgangsloches (17H) recht­ winklig oder elliptisch ist.