DE69015438T2

DE69015438T2 - Kathodenstrahlröhrenanzeige mit erhöhter Kathodenleistungsfähigkeit.

Info

Publication number: DE69015438T2
Application number: DE69015438T
Authority: DE
Inventors: Adrian Mark Clitheroe; David John Eagle; Andrew John Morrish; Julian David Williams
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-05-20
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: EP0399713B1; DE69015438D1; EP0399713A2; US5130606A; JPH0333891A; JP2757066B2; GB8911656D0; EP0399713A3; GB2232044A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Kathode in einer Kathodenstrahlröhr (CRT) und im einzelnen auf einen Kathoden-Heizkreis für eine CRT-Anzeige.
CRT-Anzeigen können der optische Ausgang von Computern, Fernsehempfängern und elektrischen Meßapparaten sein. Der IBM- Farbmonitor 8515 ist ein Beispiel einer CRT-Anzeige als optischer Ausgang eines Computers.
In der Kathodenstrahlröhre (CRT) wird eine Kathode zur Erzeugung heißer Elektronen durch thermionische Emission verwendet. Die Elektronen werden beschleunigt und abgelenkt und ergeben ein Bild auf einem Bildschirm. Die Helligkeit oder Lichtstärke dieses Bilds kann auf die Anzahl von Elektronen bezogen werden, die jeweils an den Bildschirm angezogen werden (dieser Elektronenstrom wird als Strahlstrom bezeichnet), wobei eine größere Helligkeit durch höhere Strahlströme entsteht.
Die Kathode setzt sich häufig aus Barium- und Strontiumkarbonaten zusammen, die in einem Vakuum in Oxide umgewandelt werden. Wenn die Kathode aktiviert wird, wird ein Überschuß an Bariumoxid (oder Strontiumoxid) erzeugt und in diesem Zustand wird die Kathode bei Betriebstemperatur (im typischen Fall bei etwa 1000 ºK) hoch leitfähig, wodurch eine reichliche Menge an Elektronen entsteht. Die Menge des überschüssigen Bariumoxids und damit die Menge der Elektronen nimmt mit dem Temperatur zu. Die Kathode hat jedoch nur eine endliche Menge von Barium und nachdem sie sich einmal entleert hat, werden keine Elektronen mehr geliefert.
Zwischen der Kathodentemperatur, der Lebensdauer der CRT und der an das elektrische Heizelement zum Heizen der Kathode angelegten Spannung besteht eine Beziehung. Nach dem bisherigen Stand der Technik sind zwei Wege üblich, um die Heizspannung bereitzustellen; beim ersten wird eine horizontale Zeilenrückschlagspannung mit geeigneten Begrenzungswiderständen verwendet, um eine Effektivspannung (RMS-Spannung) zu liefern; beim zweiten handelt es sich um eine gleichstromregulierte Spannungsversorgung. In beiden Fällen wird die durchschnittliche Heizleistung stark auf einen festen Wert reguliert (basierend auf einem vorausgesagten durchschnittlichen Strahlstrom), wie er vom CRT-Hersteller zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer empfohlen wird. Probleme können entstehen, wenn hohe Strahlströme erforderlich sind, und zwar dadurch, daß nicht genügend freie Elektronen an der Oberfläche der Kathode vorhanden sind und es zu einem Abstreifen der Kathode kommt (das heißt, die CRT-Anzeige kann die geforderte Helligkeit nicht mehr leisten). Ein Erhöhen der Kathoden-Temperatur (als eine Funktion der Spannung der Kathodenheizelement) würde dies verhindern, würde jedoch notwendigerweise zu einer Verkürzung der Lebensdauer der CRT führen.
Bei dem kontinuierlichen Bemühen um eine Leistungsverbesserung ist eine der Forderungen an moderne Monitoren, daß sie eine bessere Wiedergabehelligkeit bei gleichzeitiger langer Lebensdauer der CRT aufweisen.
Im IBM Technical Disclosure Bulletin Band 29, Nr. 9, Februar 1987, wird eine automatische Steuereinheit für ein CRT- Heizelement beschrieben, mit dem die Lebensdauer einer CRT in einer CRT-Anzeige verlängert werden kann. Diese Einheit setzt bei Einschalten der CRT-Anzeige die Heizelementspannung auf den Wert zurück, der benötigt wird, um einen vorbestimmten Strahlstrom zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ausgleichs zwischen den einander entgegenstehenden Forderungen nach einer längeren Lebensdauer der CRT und der gleichzeitigen Erzielung einer erhöhten Helligkeitsleistung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jetzt ein Kathoden- Heizkreis für eine CRT-Anzeige bereitgestellt, wobei der Heizkreis Steuermittel zum Verändern einer Spannung am Kathoden-Heizelement umfaßt, in Antwort auf eine Veränderung der Strahlstromdichte innerhalb der CRT; dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkreis folgendes umfaßt: einen Spannungsgenerator zum Erzeugen einer endgültigen CRT-Anodenspannung; eine Stromquelle, die Strom an den Spannungsgenerator liefert, um die endgültige Anodenspannung zu erzeugen und um Strom an das Kathoden-Heizelement zu liefern; und ein elektronisches Netz zur Übertragung der Stroms von der Stromquelle zum Spannungsgenerator, wobei das Netz so konfiguriert ist, daß es die Spannung des Heizelements verändert, in Antwort auf eine Veränderung des von dem Spannungsgenerator von der Stromquelle abgezogenen Stroms.
Dies hat den Vorteil, daß das Steuermittel die Spannung des Heizelements beim Betrieb der Anzeige dynamisch verändert, um die Lebensdauer der CRT in Antwort auf den Inhalt des angezeigten Bilds zu maximieren. Die vorliegende Erfindung ist daher besonders zur Anzeige von im Computer erzeugten Informationen in Form von Blöcken mit großer Helligkeit oder "Fenstern" geeignet.
Betrachtet man die vorliegende Erfindung aus einem anderen Blickwinkel, so wird nun eine Methode zur Erhöhung der Kathodenleistung in einer CRT-Anzeige bereitgestellt, wobei die Methode folgendes umfaßt: Veränderung einer Spannung am Kathoden-Heizelement in Antwort auf die Veränderung der Strahlstromdichte innerhalb der CRT; unter Verwendung eines Spannungsgenerators, Erzeugung einer endgültigen CRT-Anodenspannung; Liefern von Strom von einer Stromquelle zum Spannungsgenerator und zum Kathoden-Heizelement; Übertragen von Strom von der Stromquelle zum Spannungsgenerator, unter Verwendung eines elektronischen Netzes; unter Verwendung des elektronischen Netzes, dynamisches Verändern der Heizelementspannung in Antwort auf die Veränderung des durch den Spannungsgenerator von der Stromquelle abgezogenen Stroms.
Ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden; es zeigt:
Figur 1 ein Blockdiagramm eines Heizkreises der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ein Beispiel eines Heizkreises der vorliegenden Erfindung;
Figur 3a, 3b und 3c verschiedene Beziehungen zwischen der Heizelementspannung und dem Strahlstrom.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 soll nun ein Heizkreis der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Block 1 liefert Strom an eine CRT 2. Block 3 stellt einen Anodenspannungs-Generator dar; eine Veränderung der Anodenspannung, die zum Anziehen der Elektronen an den Bildschirm verwendet wird, kann dazu dienen, den Strahlstrom (I) innerhalb der CRT 2 zu variieren. Der Strahlstrom wird "erfaßt" und die Kathoden-Heizelementspannung wird als eine Funktion des Strahlstroms von Block 4 reguliert. Auf diese Weise wird die jeweils von der Kathode 5 für den gewünschten Strahlstrom (1) erzeugte Elektronenmenge optimiert.
Im einfachsten Fall würde das System über drei Betriebsweisen verfügen, und zwar entsprechend einem Strahlstrom von Null, einem Maximal-Strahlstrom oder einen dazwischenliegenden Strahlstrom. Bei einer Situation mit einem Strahlstrom von Null oder einem sehr niedrigen Strahlstrom würde die Heizelementspannung auf einer unteren Grenze gehalten, bei einem maximalen Strahlstrom würde sie auf einer oberen Grenze gehalten. Bei einer Zwischenbedingung würde die Heizelementspannung auf einen Wert proportional zum Strahlstrom reguliert. Die obere und die untere Grenze würden in Zusammenarbeit mit dem CRT-Hersteller ausgewählt, um sicherzustellen, daß die Temperatur der Kathode immer ausreichend wäre, um die gewünschte Anzahl von Elektronen zu liefern.
Anhand eines Beispiels ist in Figur 2 ein Stromkreis dargestellt, der die Aufgabe des "Erfassens" des Strahlstroms und die entsprechende nachfolgende Modifizierung der Kathoden- Heizelementspannung ausführen könnte. Bei der gezeigten Lösung wird die Rückkoppelungs-Steuerschleife einer Stromversorgungseinheit im Schaltmodus verwendet (Block 1 in Figur 1 - solche Einheiten sind in CRT-Anzeigen häufig eingebaut). Ein Transformator 6 bezieht Strom von der Stromquelle 1, während eine Rückkoppelungsschleife 7 zur Stromquelle 1 die Hochspannungsversorgungsschiene 8 auf einer konstanten Spannung V hält. Z ist ein Netz, das zur Bereitstellung der gewünschten Heizelementspannung entsprechend der vom CRT-Hersteller empfohlenen Kennlinie des Strahlstroms (Vh-I) verwendet wird. Über die Leitung 9 wird zum Beispiel Strom zum Anodenspannungs-Generator 3 geliefert. Ist ein höherer Strahlstrom (I) erforderlich, wird mehr Strom abgezogen, wodurch die gleichgerichtete Gleichspannung V1 größer als V wird, und die Differenz zwischen beiden von den Kennlinien von Z und der abgezogenen Strommenge abhängt (die wiederum in Bezug zu dem gewünschten Strahlstrom steht).
Erhöht sich die abgezogene Strommenge (analog zu einem größeren Strahlstrom), nimmt die gleichgerichtete Gleichspannung V1 zu, um die Hochspannungsschiene 8 auf einer konstanten Spannung V zu halten. Aus dem gezeigten Stromkreis ist ersichtlich, daß Vh ein Anteil von V1 ist. Nimmt also V1 zu, so nimmt auch Vh zu, wodurch das Kathoden-Heizelement 10 mehr Energie überträgt und eine größere Anzahl von Elektronen erzeugt wird; das Verhältnis zwischen der relativen Veränderung von Vh und dem Strahlstrom wird von den Kennlinien des Netzes Z definiert.
Figur 3a zeigt die Vh-I-Kennlinien für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel, bei dem Z aus einem mit einer Diode (D) parallel geschalteten Widerstand (R) gebildet wird. Die Figuren 3b und c veranschaulichen andere Vh-I-Kennlinien, wobei Z aus einem Widerstand (R) in Fig. 3b und aus einer Diode (D1) in Reihe mit einem Widerstand (R1) besteht, beide Komponenten parallel geschaltet mit einem zweiten Widerstand (R2) in Fig. 3c.
Es wird erkennbar, daß anstelle von Z bei Anwendung komplexerer Netze andere Vh-I-Kennlinien realisiert werden könnten, abhängig von den vom CRT-Hersteller empfohlenen Vh-I-Kennlinien. Obwohl bei maximaler Belastung, das heißt, wenn Spitzen-Strahlströme gefordert sind, die Heizelementspannung und damit die Kathodentemperatur größer als ein festgesetzter Mittelwert wären, würde im Verlauf eines Zeitraums die Fähigkeit des beschriebenen Systems, die Heizelementspannung mit dem Strahlstrom zu verändern, zu einer verminderten durchschnittlichen Heizelementspannung führen, und somit zu einer Erhöhung der CRT-Lebensdauer. Ein zusätzlicher Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, daß die Fähigkeit der Heizelementspannung, sich als eine Funktion des Strahlstroms dynamisch zu verändern, die Wahrscheinlichkeit eines Abstreifens der Kathode stark vermindern würde.
Es wurde ein einfacher Heizelement-Steuerkreis für eine CRT- Anzeige beschrieben, dessen Funktionsweise die Lebensdauer der CRT verlängert, wobei gleichzeitig die Forderung moderner Anzeigeeinrichtungen nach mehr Helligkeit erreicht wird.

Claims

1. Ein Kathoden-Heizkreis für eine CRT-Anzeige, wobei der Heizkreis Steuermittel (4) zum Verändern einer Spannung (Vh) an dem Kathoden-Heizelement (5) in Antwort auf eine Veränderung der Strahlstromdichte (I) in der CRT (2) umfaßt;

dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkreis folgendes umfaßt: einen Spannungsgenerator (3) zum Erzeugen einer endgültigen CRT-Anodenspannung; eine Stromquelle (1) zum Liefern von Strom an den Spannungsgenerator (3), zur Erzeugung der endgültigen Anodenspannung und zum Liefern von Strom zu dem Kathoden-Heizelement (5); und ein elektronisches Netz (Z) zum Übertragen von Strom von der Stromquelle (1) zum Spannungsgenerator (3), wobei das Netz (Z) so konfiguriert ist, daß die Heizelementspannung in Antwort auf eine Veränderung der vom Spannungsgenerator (3) von der Stromquelle (1) abgezogenen Spannung dynamisch variiert wird.

2. Ein Kathoden-Heizkreis nach Anspruch 1, bei dem das Netz einen Widerstand (R) umfaßt.

3. Ein Kathoden-Heizkreis nach Anspruch 1, bei dem das Netz eine mit einem Widerstand (R) parallel geschaltete Diode (D) umfaßt.

4. Ein Kathoden-Heizkreis nach Anspruch 1, bei dem das Netz eine in Reihe geschaltete Diode (D1) und einen mit einem zweiten Widerstand (R2) parallel geschalteten ersten Widerstand (R1) umfaßt.

5. Eine CRT-Anzeige, die einen Kathoden-Heizkreis nach jedem der vorangehenden Ansprüche umfaßt.

6. Eine Methode zum Erhöhen der Kathodenleistung in einer CRT-Anzeige, wobei die Methode folgendes umfaßt:

Verändern einer Spannung (Vh) an dem Kathoden-Heizelement (5) in Antwort auf eine Veränderung der Strahlstromdichte (I) innerhalb der CRT (2);

unter Verwendung eines Spannungsgenerators, Erzeugen einer endgültigen CRT-Anodenspannung; Liefern von Strom von einer Stromquelle zum Spannungsgenerator (3) und zum Kathoden-Heizelement (5);

Übertragen von Strom von der Stromquelle (1) zu dem Spannungsgenerator (3), unter Verwendung eines elektronischen Netzes,

unter Verwendung des elektronischen Netzes, dynamisches Verändern der Heizelementspannung in Antwort auf die Veränderung des vom Spannungsgenerator (3) von der Stromquelle (1) abgezogenen Stroms.