DE69017350T2

DE69017350T2 - Farbbildkathodenstrahlröhre.

Info

Publication number: DE69017350T2
Application number: DE69017350T
Authority: DE
Inventors: Eiji Kamohara; Jiro Shimokobe; Taketoshi Shimoma
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-10-24
Also published as: DE69017350D1; EP0424888A3; EP0424888B1; JPH03205746A; US5113112A; JP3051756B2; KR930004685B1; KR910008778A; EP0424888A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Farbbildkathodenstrahlröhre und besonders auf eine übliche Farbbildkathodenstrahlröhre mit hoher Bildqualität wie beispielsweise EDTV oder HDTV.
Eine übliche Farbbildkathodenstrahlröhre mit hoher Bildqualität umfaßt eine mit einer Platte ausgestattete Röhre, einen an die Platte angrenzenden Trichter und einen mit dem Trichter verbundenen zylindrischen Hals. Eine Lochmaske ist innerhalb der Platte angeordnet und eine Phosphor-Bildschirmoberfläche, die eine dreifarbige Licht emittierende Schicht umfaßt, ist auf der inneren Oberfläche der Platte gegenüber der Lochmaske geformt. In der Lochmaske ist eine große Anzahl von Öffnungen geformt. Die Lochmaske besitzt an ihrem Rand einen Rahmen und wird durch den Rahmen auf der Platte gehalten. Ein interner magnetischer Schild ist am Rahmen befestigt. Ein interner leitender Film ist von der inneren Wand des Trichters zu einem Teil des Halses aufgebracht. Ein äußerer leitender Film ist auf der äußeren Wand des Trichters aufgebracht, und ein Teil des Trichters ist mit einer Anodenelektrode ausgestatt. Eine Elektronenkanone zur Ausgabe von drei Elektronenstrahlen ist im Hals untergebracht. Außerhalb eines Grenzbereichs zwischen einem Konusteil des Trichters und dem Hals ist eine Ablenkvorrichtung angeordnet, um so die drei aus der Elektronenkanone kommenden Elektronenstrahlen in horizontaler und vertikaler Richtung abzulenken. Zusätzlich ist ein Treiber zum Anlegen einer geeigneten Spannung an die Elektronenkanone und die Anodenelektrode und zum Einspeisen einer Spannung in die Ablenkeinrichtung angeordnet.
Auf der Phosphor-Bildschirmoberfläche sind rote, grüne und blaue Phosphorstreifen oder -punkte verteilt und aufgebracht. Die drei in Richtung der Phosphor-Bildschirmoberfläche aus der Elektronenkanone kommenden Elektronenstrahlen Br, Bg und Bb werden durch die Ablenkvorrichtung abgelenkt. Die Elektronenstrahlen Br, Bg und Bb werden durch die Lochmaske selektiert und fallen dann auf den Phosphorschirm ein. Somit emittieren die entsprechenden Phosphorpunkte Licht und formen ein Bild. In einer Elektronenkanone mit Reihenanordnung werden drei parallele Elektronenstrahlen erzeugt. Diese Elektronenkanone besitzt eine Elektronenstrahl-Formungseinheit GE zum Erzeugen, Steuern und Beschleunigen von drei Elektronenstrahlen und eine Haupt- Elektronenlinseneinheit ML zum Fokussieren und Konvergieren dieser Elektronenstrahlen.
Ein Ablenkjoch als Ablenkvorrichtung besitzt horizontale und vertikale Ablenkspulen zum Ablenken der drei Elektronenstrahlen in horizontaler und vertikaler Richtung. Um Elektronenstrahlen präzise zu konvergieren, wird im Ablenkjoch zum Ablenken von in Reihe ausgerichteten Elektronenstrahlen ein horizontales Ablenkmagnetfeld als Kissenmuster geformt und ein vertikales Ablenkmagnetfeld als Tonnenmuster geformt, somit wird ein sogenanntes konvergenzfreies System aufgebaut.
Für eine allgemeine Farbbildaufnahmeröhre sind geringe Tiefe, niedriger Leistungsverbrauch und hohe Auflösung über den gesamten Schirm erforderlich. Diese Anforderungen stoßen jedoch auf technische Beschränkungen und werfen sehr schwierige Probleme auf. Diese Probleme werden unten kurz zusammengefaßt werden.

(1) Anforderung geringe Tiefe

Um dies zu realisieren, wird der Ablenkwinkel der Elektronenstrahlen erhöht. Wenn jedoch der Ablenkwinkel der Elektronenstrahlen erhöht wird, wird der Ablenkstrom erhöht und der Leistungsverbrauch wird ebenfalls erhöht. Außerdem werden die Ablenk-Defokussierung und der Unterschied zwischen den Bewegungsabständen der Elektronen erhöht, und somit sowohl Konvergenz als auch Fokussierung verschlechtert.

(2) Anforderung niedriger Leistungsverbrauch

Um dies zu erreichen, kann der Durchmesser des Halses verringert werden, um die Ablenkempfindlichkeit zu erhöhen und der Ablenkwinkel kann verringert werden. Wenn jedoch der Durchmesser des Halses verringert wird, wird die Fokussierung verschlechtert, was die Auflösung verringert. Wenn der Ablenkwinkel verringert wird, führt dies außerdem unvermeidlich zu einer Zunahme der Tiefe.

(3) Anforderung hohe Auflösung über die gesamte Oberfläche

Um dies zu erreichen, kann der Ablenkwinkel verringert werden und eine Korrekturspule und eine digitale Konvergenzschaltung können hinzugefügt werden. Wenn jedoch der Ablenkwinkel verringert wird, bewirkt dies unvermeidlich eine Zunahme der Tiefe. Neue Schaltungen, insbesondere die digitale Konvergenzschaltung erfordern außerdem einen großen Leistungsverbrauch ünd erhöhen somit den Stromverbrauch als ganzes.
Die oben erwähnten Probleme werden unten ausführlich beschrieben werden.
Um die Tiefe zu verringern, kann der maximale Ablenkwinkel der durch das Ablenkjoch abgelenkten Elektronenstrahlen erhöht werden. Wenn jedoch der Ablenkwinkel erhöht wird, wird der durch die Ablenkspulen fließende Ablenkstrom erhöht, was zu einer Erhöhung des Leistungsverbrauchs führt. Um den Leistungsverbrauch zu verringern, kann der Durchmesser des Halses verringert werden, um die Ablenkempfindlichkeit zu erhöhen. Wenn jeäoch der Durchmesser des Halses verringert wird, wird die Apertur einer Elektronenlinse der Elektronenkanone unvermeidlich verringert und die zwei seitlichen Elektronenstrahlen neigen dazu, leicht durch eine Aberration der Elektronenlinse beeinflußt zu werden und erhöhen somit die Punktgröße des Strahls auf dem Schirm. Als Ergebnis davon wird die Auflösung verringert. Außerdem wirft eine in die horizontale Ablenkspule eingespeiste elektrische Leistung besonders beim Problem des Leistungsverbrauchs ein Problem auf. Dieses Problem wird beim NTSC-Verfahren aufgeworfen, da die horizontale Ablenkfrequenz (15,750 Hz) viel höher als die vertikale Ablenkfrequenz (60 Hz) ist (d.h. etwa 260 mal so hoch). Wenn die Impedanz der horizontalen Ablenkspule durch LH (mH) repräsentiert wird und der Strom durch i" (A) repräsentiert wird, wird der Leistungsverbrauch durch LHi² (mHA²) ausgedrückt. Wenn der Leistungsverbrauch groß ist, wirft dies nicht nur ein ökonomisches Problem auf, sondern auch das lebensgefährliche Problem, daß das Ablenkjoch erwärmt und verbrannt wird. Die kritische Temperatur des Ablenkjochs ist entsprechend seinem Material 60ºC.
Wenn der Ablenkwinkel erhöht wird, wird ein anderes Problem aufgeworfen. Das bedeutet, wenn der Ablenkwinkel groß ist, wird ein Unterschied zwischen den Flugstrecken der Elektronenstrahlen auf dem zentralen Teil und dem Randteil des Bildschirms sehr groß, was zu schlechter Fokussierung der Elektronenstrahlen aus der Elektronenkanone führt. Da außerdem die durch das Ablenkjoch bewirkte Ablenk-Defokussierung erhöht wird, wird die Auflösung am Randteil des Bildschirms merklich verringert. Um die Punkt größe auf dem Bildschirm zu verringern, muß der Durchmesser des Halses erhöht werden, um die Apertur der Elektronenlinse der Elektronenkanone zu erhöhen. Da jedoch drei Elektronenlinsen linear ausgerichtet sind, wird der Durchmesser der Elektronenkanone erhöht. Somit wird die Ablenkempfindlichkeit verschlechtert und es ist schwierig, auf dem gesamten Bildschirm gute Konvergenz der drei Elektrönenstrahlen zu erreichen. Als Ergebnis werden Auflösung und Schärfe verschlechtert.
Unten wird eine Heim-Farbbildkathodenstrahlröhre beispielhaft dargestellt werden. Zum Beispiel betragen: die Abmessung der Bildschirmdiagonalen 81 cm (32"); der Ablenkwinkel 110º; die Tiefe etwa 500 mm; der Innendurchmesser des Halses 26,0 mm; der Außendurchmesser des Halses 32,5 mm; die Apertur der Linse (Durchmesser der Strahl-Durchgangsöffnung) einer Elektronenkanone 6,2 mm; der Abstand der in Reihe ausgerichteten drei Elektronenstrahlen 6,6 mm; die Länge des Ablenkjochs entlang der Röhrenachse 75 mm; die Öffnung auf der Elektronenkanonenseite des Jochs 35 mm; und die Öffnung auf der Bildschirmseite des Jochs etwa 140 mm. Das Ablenkjoch besitzt horizontale und vertikale Sattel-Ablenkspulen, von denen jede durch Wickeln eines einzelnen Drahts geformt ist. Die Punktgröße der Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm ist etwa 2 mm, wenn der Wert des Stroms der Elektronenkanone 1 mA ist. Der Stromverbrauch LHi² der Spule ist etwa 42 mHA² (Anodenspannung = 32 kV). Wenn die Ablenkung mit einer horizontalen Ablenkfrequenz von 15,75 kHz und einer vertikalen Ablenkfrequenz von 60 Hz erfolgt, werden etwa 35ºC Wärme erzeugt. Zusätzlich ist die Konvergenzqualität auf dem Randteil des Bildschirms etwa 2,0 mm.
Für eine in einem Fernsehsystem wie beispielsweise EDTV oder HDTV verwendete Farbbildkathodenstrahlröhre ist eine höhere Bildqualität als bei der oben erwähnten Kathodenstrahlröhre erforderlich. Falls in einem Videosignalsystem jedoch die Qualität erhöht wird, werden verschiedene Probleme der Farbbildkathodenstrahlröhre als ganzes aufgeworfen und es ist sehr schwierig, die Bildqualität zu verbessern.
Da für HDTV sehr hohe Qualität erforderlich ist, sind verschiedene Farbbildkathodenstrahlröhren als Muster hergestellt worden. Diese Vorrichtungen sind jedoch aus den folgenden Gründen als Heim-Farbbildkathodenstrahlröhren sehr nachteilig.
Zum Beispiel betragen in einer Farbbildkathodenstrahlröhre mit einer Bildschirmdiagonalen von 81 cm (32") der Ablenkwinkel der Elektronenstrahlen 90º und die Tiefe der Röhre etwa 660 mm. Die Tiefe ist somit um etwa 160 mm größer als bei einer Vorrichtung mit herkömmlicher Röhre. Aus diesem Grund ist eine derartige Vorrichtung zu groß für die Heimanwendung, was zu großen industriellen und ökonomischen Verlusten führt.
Bei dieser Röhre hat der Hals einen Innendurchmesser von 30,9 mm und einen Außendurchmesser von 36,6 bis 37,5 mm. Die drei Elektronenstrahlen der Elektronenkanone sind im Dreieck ausgerichtet und die Apertur einer Elektronenlinse (Durchmesser der Strahldurchgangsöffnung) ist 12,0 mm. Die Apertur einer Elektronenlinse beträgt etwa das Doppelte der eines üblichen Heimgeräts. Da eine Auflösung von 1.000 (TV) Zeilen erforderlich ist, beträgt die Punktgröße des Strahls auf dem Bildschirm etwa 1,2 mm (Wert des Stroms der Elektronenkanone Ik = 1 mA), d.h. sie ist verglichen mit der des Heimgeräts um etwa 40% kleiner. Wenn die Apertur der Elektronenlinse erhöht wird, wird folglich die Punktgröße der Elektronenstrahlen verringert. Wenn die Elektronenlinse groß wird, kann deshalb die Punktgröße auf dem Bildschirm verringert werden. Das bedeutet, wenn die Apertur der Linse bestimmt ist, ist auch eine elektronenoptische Vergrößerung bestimmt. Dasselbe gilt für andere Arten von Elektronenlinsen (z.B. Bipotential-, Unipotentiallinsen). In dieser Vorrichtung für HDTV, in der eine Auflösung von 1.000 (TV) Zeilen erforderlich ist, ist eine Apertur der Linse von etwa 12 mm oder mehr erforderlich. Wenn jedoch die drei Elektronenstrahlen in einer Elektronenkanone mit einem Innendurchmesser des Halses von 30,9 mm in Reihe ausgerichtet sind, beträgt die Apertur einer Linse maximal 9 mm und es ist unmöglich, die Apertur auf 12 mm oder mehr zu erhöhen. Da die drei Elektronenstrahlen im Dreieck ausgerichtet sind, kann durch die oben erwähnte konvergenzfreie Magnetfeldverteilung keine gute Konvergenz über den gesamten Bildschirm erreicht werden. Deshalb muß eine neue Konvergenz-Korrekturspule hinzugefügt werden, was zu großen industriellen und ökonomischen Verlusten und einer teuren Farbbildkathodenstrahlröhre führt.
Außerdem ist für HDTV ein maximaler Konvergenzfehler von 0,3 bis 0,5 mm (etwa 0,1% oder weniger von der Höhe des Bildschirms) erforderlich. Eine derartige hochpräzise Konvergenz kann jedoch nicht allein durch die oben erwähnte Korrekturspule erreicht werden. Aus diesem Grund wird eine digitale Konvergenzschaltung hinzugefügt. Da diese digitale Konvergenzschaltung teuer ist und eine hohe elektrische Leistung erfordert, ist sie für die Heimanwendung nicht geeignet. Falls die Konvergenz unter Verwendung der digitalen Konvergenzschaltung eingestellt wird, muß sie einzeln für einige Zehn Positionen auf dem gesamten Bildschirm eingestellt und gespeichert werden. Aus diesem Grund ist viel Zeit für die Herstellung erforderlich. Deshalb kann die digitale Konvergenzschaltung in üblichen Farbbildkathodenstrahlröhren, die in Massen hergestellt werden müssen, nicht verwendet werden. Zusätzlich sind die industriellen und ökonomischen Verluste groß und die Kosten betragen einige oder einige Zehn Male soviel wie bei vorhandenen Heim-Farbbildkathodenstrahlröhren.
Der Leistungsverbrauch LHi² des Ablenkjochs zum Ablenken der Elektronenstrahlen über 90º durch Erzeugung identischer Magnetfelder aus dessen horizontalen und vertikalen Sattel-Ablenkspulen beträgt etwa 35 mHA² und ist kleiner als der für eine Ablenkung über 110º benötigte. Deshalb tritt kein durch Wärmeerzeugung bewirktes Wärmeproblem auf. Wenn jedoch der Ablenkwinkel der Elektronenstrahlen auf mehr als 90º erhöht wird, wird der Leistungsverbrauch abrupt erhöht und folglich wird das Problem der Wärmeerzeugung aufgeworfen. Zusätzlich wird die Konvergenz verschlechtert. Wenn die Elektronenstrahlen über eine großen Winkel von 110º oder mehr abgelenkt werden, bewirkt der Lichtpunkt der Elektronenstrahlen wegen der Ablenk-Defokussierung durch das Ablenkjoch einen merklichen Halo auf dem Randteil des Bildschirms. Als Ergebnis wird die Auflösung merklich verschlechtert. Die oben erwähnte im Dreieck ausgerichtete Elektronenkanone kann als dynamischer Fokus derartige Ablenk-Defokussierung nicht verbessern.
Wie oben beschrieben ist es erforderlich, daß ein Fernsehsystem eine hohe Bildqualität bereitstellt. Eine Farbbildkathodenstrahlröhre mit hoher Bildqualität wirft jedoch die Probleme der großen Tiefe der Röhre, des hohen Leistungsverbrauchs und der sehr hohen Kosten auf.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine in einem Fernsehsystem mit hoher Bildqualität verwendete Farbbildkathodenstrahlröhre bereitzustellen, die wie eine herkömmliche Heim-Farbilddkathodenstrahlröhre eine geringe Tiefe, einen niedrigen Leistungsverbrauch, eine sehr hohe Anwendbarkeit und einen hohen industriellen und ökonomischen Wert besitzt.
Eine Farbbildkathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Kolben mit einer Platte, einen Trichter und einen Hals, einen auf einer inneren Oberfläche der Platte geformten Bildschirm, eine im Hals angeordnete Elektronenkanone zur Ausgabe einer Vielzahl von Elektronenstrahlen und eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken der aus der Elektronenkanone kommenden Elektronenstrahlen in horizontaler und vertikaler Richtung, die so angeordnet ist, daß sie sich vom Hals bis zur äußeren Oberfläche des Trichters erstreckt. In dieser Farbbildkathodenstrahlröhre umfaßt die Ablenkeinrichtung wenigstens horizontale und vertikale Sattel-Ablenkspulen. Die Elektronenstrahlen werden von der Ablenkeinrichtung so abgelenkt, daß sie einen maximalen Ablenkwinkel von 100º oder mehr besitzen. Die Elektronenkanone umfaßt wenigstens eine Elektronenstrahl-Formungseinheit mit drei Kathoden und eine Haupt- Elektronenlinseneinheit zum Fokussieren und Konvergieren dieser Elektronenstrahlen. Die Elektronenstrahl-Formungseinheit gibt in einem Abstand von 3,5 bis 6,0 mm aneinanderliegende Elektronenstrahlen aus. Ein Verhältnis des Innendurchmessers des Halses zu einem Abstand zwischen den aneinanderliegenden Elektronenstrahlen beträgt 5,1 oder mehr. Die Haupt-Linseneinheit umfaßt eine aus einer im wesentlichen zylindrischen ersten Elektrode, um zu ermöglichen, daß die Elektronenstrahlen hindurchgehen, und einer im wesentliche zylindrischen zweiten Elektrode, in der das Meiste der ersten Elektrode angeordnet ist, geformte Elektronenlinse mit großer Apertur.
Obwohl die Farbbildkathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung eine kleine Tiefe besitzt, da der Ablenkwinkel der Elektronenstrahlen 100 bis 110º beträgt, hat sie einen Hals mit großem Durchmesser und einen kleinen Abstand zwischen den drei Elektronenstrahlen, wodurch die Ablenk- Defokussierung beseitigt wird. Da keine digitale Konvergenzschaltung verwendet wird, kann der Leistungsverbrauch verringert werden.
Diese Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, worin:
Fig. 1 eine perspektivische teilweise Schnittansicht ist, die eine Farbbildkathodenstrahlröhre gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der X- Z-Richtung eines Teils der Vorrichtung nahe der in Fig. 1 gezeigten Elektronenkanone ist;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Y- Y-Richtung des Teils der Vorrichtung nahe der in Fig. 1 gezeigten Elektronenkanone ist;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer in der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Elektrode ist;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer anderen in der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Elektrode ist;
Fig. 6A und 6B perspektivische Ansichten sind, die andere in der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Elektroden zeigen;
Fig. 7A eine perspektivische Ansicht ist, die noch eine andere in der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Elektrode zeigt;
Fig. 7B eine perspektivische Ansicht ist, die eine Modifikation der in Fig. 7A gezeigten Ausführungsform zeigt;
Fig. 8A eine Ansicht ist, die eine Elektrodenanordnung der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8B ein optisch äquivalentes Modell in einer X-Z- Richtung der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8C ein optisch äquivalentes Modell in einer Y-Z- Richtung eines zentralen Elektronenstrahls der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8D ein optisch äquivalentes Modell in der Y-Z- Richtung eines seitlichen Elektronenstrahls der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der X-Z-Richtung der Haupt-Linseneinheit der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Y-Z-Richtung der Haupt-Linseneinheit der Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 eine Grafik ist, die das Verhältnis zwischen der Position eines Elektronenstrahls auf einem Schirmträger und der dynamischen Ablenkspannung zeigt;
Fig. 12A eine Grafik ist, in der die Punktgröße eines Elektronenstrahls entlang der Ordinate aufgetragen ist und der Abstand zwischen den Elektronenstrahlen oder das Verhältnis des Innendurchmessers des Halses zum Abstand der Strahlen entlang der Abszisse aufgetragen ist;
Fig. 12B eine Schnittansicht der Haupt-Linseneinheit der Elektronenlinse ist;
Fig. 13A eine perspektivische Ansicht einer in dieser Vorrichtung verwendeten horizontalen Ablenkspule ist;
Fig. 13B eine perspektivische Ansicht einer in dieser Vorrichtung verwendeten vertikalen Ablenkspule ist;
Fig. 14A ein Diagramm ist, das die Magnetfeldverteilung der in Fig. 13A gezeigten horizontalen Ablenkspule zeigt;
Fig. 14B ein Diagramm ist, das die Magnetfeldverteilung der in Fig. 13B gezeigten vertikalen Ablenkspule zeigt;
Fig. 15 eine Grafik ist, welche das Verhältnis zwischen dem Betrag des Konvergenzfehlers und dem Abstand der Elektronenstrahlen zeigt;
Fig. 16 eine Grafik ist, welche das Verhältnis zwischen dem Leistungsverbrauch und dem Ablenkwinkel der von der Ablenkvorrichtung abgelenkten Elektronenstrahlen zeigt; und
Fig. 17 eine Grafik ist, welche das Verhältnis zwischen der Temperatur durch Wärmeerzeugung der Ablenkvorrichtung und dem Ablenkwinkel der durch die Ablenkvorrichtung abgelenkten Elektronenstrahlen zeigt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt eine Farbbildkathodenstrahlröhre gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Farbbildkathodenstrahlröhre 50 umfaßt einen Kolben 62, der einen Plattenabschnitt 56 mit einem im wesentlichen rechteckigen Schirmträger 52 und eine Einfassung 54, die sich von einem seitlichen Kantenteil des Schirmträgers aus verläuft, beinhaltet, einen mit dem Plattenabschnitt 56 verbundenen Trichterabschnitt 58 und einen an den Trichterabschnitt angrenzenden Halsabschnitt 60. Der Plattenabschnitt 56, der Trichterabschnitt 58 und der Halsabschnitt 60 halten einen Vakuumzustand des inneren einer Röhre aufrecht. Auf der Innenwand des Trichterabschnitts 58 und auf einem Teil der Innenwand des an den Trichterabschnitt angrenzenden Halsabschnitts 60 ist ein innerer leitender Film 70 aufgebracht. Auf der Außenwand des Trichterabschnitts 58 ist ein äußerer leitender Film 72 aufgebracht und ein Anodenanschluß (nicht gezeigt) ist damit verbunden. Im Halsabschnitt 60 ist eine Elektronenkanonenanordnung 64 zur Erzeugung von drei Elektronenstrahlen BR, BG und BB untergebracht. Auf den äußeren Oberflächen des Trichterabschnitts 58 und des Halsabschnitts 60 ist eine Ablenkvorrichtung 66 mit einer horizontalen Ablenkspule zur Erzeugung eines Magnetfelds zum Ablenken der Elektronenstrahlen BR, BG und BB in horizontaler Richtung und eine vertikale Ablenkspule zur Erzeugung eines Magnetfelds zum Ablenken der Strahlen in vertikaler Richtung angeordnet. Um die Ablenkvorrichtung 66 und die Elektronenkanonenanordnung 64 zu treiben, ist ein Treiber 68 zum Anlegen einer geeigneten Spannung an den mit der Ablenkvorrichtung 66 verbundenen Anodenanschluß und die mit der Elektronenkanonenanordnung 64 verbundenen Stielstifte STP angeschlossen.
Auf der inneren Oberfläche des Schirmträgers 52 des Plattenabschnitts 56 ist ein Phosphorschirm 74 geformt. Eine im wesentlichen rechteckige Lochmaske 76 ist in der Röhre gegenüber dem Phosphorschirm 74 und in einem vorherbestimmten Abstand vom Schirmträger 52 angeordnet. Die Lochmaske 76 ist aus einer dünnen Metallplatte geformt und besitzt eine große Anzahl von Öffnungen 78. Ein Maskenrahmen 80 zum Tragen der Lochmaske 76 ist um die Lochmaske 76 herum angeordnet. Der Maskenrahmen 80 wird auf dem Plattenabschnitt 56 von einer Vielzahl von elastischen Tragegliedern (nicht gezeigt) gehalten. Auf dem Maskenrahmen 80 ist ein interner Magnetschild 82 angeordnet.
Fig. 2 und 3 zeigen die im Hals 60 untergebrachte Elektronenkanonenanordnung 64. Die Elektronenkanonenanordnung 64 umfaßt eine Elektronenstrahl-Formungseinheit GE mit Kathoden K, ein Steuergitter G&sub1; und ein Schirmgitter G&sub2;, eine Haupt-Linseneinheit ML mit ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten, siebten und achten Gittern GD&sub1;, GD&sub2;, GD&sub3;, GD&sub4;, GD&sub5;, GD&sub6;, GD&sub7; und GD&sub8;, ein isolierendes Trageglied MFG zum Tragen der Elektronenstrahl-Formungseinheit GE und der Haupt-Linseneinheit ML und einen Kolbenabstandhalter BS. Die Elektronenkanonenanordnung 64 ist durch die Stielstifte-STP fixiert.
Die Elektronenstrahl-Formungseinheit GE der Elektronenkanonenanordnung 64 ist wie folgt geformt. Die Kathoden K enthalten drei Heizungen H. Im Steuergitter G&sub1; und im Schirmgitter G&sub2; sind verhältnismäßig kleine Strahl-Durchgangsöffnungen geformt. Eine Elektrode auf der Seite der Kathode K der ersten Gitters GD&sub1; dient als Strahl-Formungseinheit und in dessen Elektrode sind drei Strahl-Durchgangsöffnungen geformt, die größer als diejenigen des Schirmgitters G&sub2; sind.
In dieser Elektronenstrahl-Formungseinheit GE werden von den Heizungen H der Kathoden K drei Elektronenstrahlen BR, BG und BB erzeugt. Die Elektronenstrahlen BR, BG und BB werden gesteuert und beschleunigt, wenn sie durch die drei verhältnismäßig kleinen Strahl-Durchgangsöffnungen des Steuergitters G&sub1; und des Schirmgitters G&sub2; und die drei Strahl-Durchgangsöffnungen in der Elektrode auf der Seite der Kathode K des ersten Gitters GD&sub1; hindurchlaufen.
Die Haupt-Linseneinheit ML der Elektronenkanonenanordnung 64 ist wie folgt geformt. In einer Elektrode auf der Seite des zweiten Gitters des ersten Gitters GD&sub1;, im zweiten Gitter GD&sub2; und in einer Elektrode auf der Seite des zweiten Gitters des dritten Gitters GD&sub3; sind wie in Fig. 4 gezeigt größere Strahl-Durchgangsöffnungen 90 geformt, die den drei Strahl-Durchgangsöffnungen der Kathoden K entsprechen. Auf beiden Seiten der drei Strahl-Durchgangsöffnungen 92 auf der Seite des dritten Gitters des zweiten Gitters GD&sub2; sind wie in Fig. 5 gezeigt parallele Vorsprünge PJ geformt. In einer Elektrode auf der Seite des vierten Gitters des dritten Gitters GD&sub3;, im vierten Gitter GD4, im fünften Gitter GD&sub5;, im sechsten Gitter GD&sub6; und in einer Elektrode auf der Seite des sechsten Gitters des siebten Gitters GD&sub7; ist wie in Fig. 6A gezeigt eine Strahl-Durchgangsöffnung 94 geformt, die in der X-Richtung verläuft. Auf einem Teil um die Strahldurchgangsöffnung 94 herum sind auf zwei Seiten der Strahlen zwei gegenüberliegende Vorsprünge IPT geformt, die in der Richtung einer X-Z-Ebene entlang einer Ausrichtungsrichtung der Strahlen vorstehen. Besonders im fünften Gitter GD&sub5;, im sechsten Gitter GD&sub6; und in der Elektrode auf der Seite des sechsten Gitters des siebten Gitters GD&sub7; sind diese Vorsprünge IPT als Vorsprünge MPT geformt, von denen jeder wie in Fig. 6B gezeigt eine Gestalt hat, bei der Teile nahe den beiden seitlichen Strahlen nahe den Randteilen einer Öffnung 96 kürzer als ein Teil nahe dem zentralen Strahl sind. Eine Elektrode auf der Seite des achten Gitters des siebten Gitters GD&sub7; ist als ein in das achte Gitter GD&sub8; eingesetzter Zylinder LCY7 geformt. Eine in Fig. 7A gezeigte planare Elektrode ECD wird auf der Seite des achten Gitters des Zylinders LCY7 bereitgestellt. In der planaren Elektrode ECD sind eine Durchgangsöffnung für den zentralen Strahl 98 und zwei Durchgangsöffnungen für die seitlichen Strahlen 100 geformt. Auf Teilen, welche die beiden Durchgangsöffnungen für die seitlichen Strahlen 100 umgeben, sind Paare gegenüberliegender Vorsprünge VIS geformt, die einander gegenüberstehend entlang der Ausrichtungsrichtung der drei Elektronenstrahlen in Richtung des achten Gitters vorstehen. Die beiden Durchgangsöffnungen für die seitlichen Strahlen 100 sind so geformt, daß sie größer als die Durchgangsöffnung für den zentralen Strahl 98 sind. Das achte Gitter GD&sub8; ist als ein Zylinder LCY8 geformt, der das siebte Gitter beinahe bedeckt. Das achte Gitter GD&sub8; formt zwischen sich und dem siebten Gitter GD&sub7; eine Elektronenlinse mit großer Apertur. Der Kolben-Abstandhalter BS ist am äußeren Rand des entfernten Endes des achten Gitters GD&sub8; angeordnet. Da der Kolben-Abstandhalter BS auch in Berührung mit dem inneren leitenden Film 70 ist, wird er vom Anodenanschluß (nicht gezeigt) mit einer positiven Hochspannung versorgt.
Die Kathoden K und die Gitter vom Steuergitter GD&sub1; bis zum achten Gitter GD&sub8; werden durch das isolierende Trageglied MFG getragen. Das Ablenkjoch 66, das so angeordnet ist, daß es sich vom äußeren Oberflächenteil des Trichterabschnitts 58 zum äußeren Oberflächenteil des Halsabschnitts 60 erstreckt, besitzt horizontale und vertikale Ablenkspulen zum jeweiligen Ablenken der drei Elektronenstrahlen BR, BG und BB aus der Elektronenkanonenanordnung 64 in horizontaler und vertikaler Richtung. In der Elektronenkanonenanordnung 64 werden alle Elektroden außer dem achten Gitter GD&sub8; durch die Stielstifte STP mit einer vorherbestimmten externen Spannung versorgt.
In der Elektronenkanonenanordnung 64 wird an die Kathoden K eine Abschneidespannung von etwa 150 V angelegt, das Steuergitter G&sub1; wird als Masseanschluß verwendet, eine Spannung von 500 V bis 1 kV wird an das Schirmgitter G&sub2; angelegt, eine Spannung von 5 bis 10 kV wird jeweils an die ersten, dritten, fünften und siebten Gitter GD&sub1;, GD&sub3;, GD&sub5; und GD&sub7; angelegt, eine Spannung von 0 bis 1 kV wird an das zweite Gitter GD&sub2; angelegt, eine Spannung von 0 bis 3 kV wird an das vierte Gitter GD&sub4; angelegt, eine Spannung von 15 bis 20 kV wird an das sechste Gitter GD&sub6; angelegt und eine Spannung von 25 bis 35 kV wird als Anodenspannung an das achte Gitter GD&sub8; angelegt.
Fig. 8A bis 8D zeigen Zustände einer Elektronenlinse. Fig. 8A zeigt eine Anordnung der Elektroden, Fig. 8B zeigt einen horizontalen Abschnitt (X-Z-Abschnitt) der Elektronenlinse, Fig. 8C zeigt einen vertikalen Abschnitt (Y-Z- Abschnitt) mit Bezug auf den zentralen Strahl, Fig. 8D zeigt einen vertikalen Abschnitt mit Bezug auf die seitlichen Strahlen.
Von den Kathoden K gemäß entsprechenden Modulationssignalen erzeugte Strahlen überschneiden sich auf von den Kathoden K, dem Steuergitter G&sub1; und dem Schirmgitter G&sub2; gebildeten zentralen Achsen Br, Bg und Bb und bilden so erste Kreuzungspunkte CO&sub1;. Die Divergenz der Elektronenstrahlen wird von den durch das Schirmgitter GD&sub2; und das erste Gitter GD&sub1; definierten Vorfokuslinsen PL etwas abgeschwächt und die Strahlen fallen dann, während sie schwach divergiert werden, auf das erste Gitter GD&sub1; ein.
Die auf das erste Gitter GD&sub1; einfallenden Elektronenstrahlen BR, BG und BB werden durch die aus den ersten bis achten Gittern GD&sub1; bis GD&sub8; aufgebaute Haupt-Elektronenlinseneinheit ML fokussiert und die beiden seitlichen Strahlen BR und BB werden dadurch ebenfalls konvergiert. Diese Elektronenstrahlen BR, BG und BB werden durch das Ablenkjoch in horizontaler und vertikaler Richtung abgelenkt und abgetastet. Somit werden die Elektronenstrahlen BR, BG und BB auf den Phosphorschirm eingestrahlt und formen ein Bild. Da in diesem Fall wegen der Magnetfelder des Ablenkjochs eine Ablenk-Defokussierung auftritt, wird die Haupt-Elektronenlinseneinheit dynamisch verändert, um die Ablenk-Defokussierung aufzuheben.
Der Betrieb der aus den ersten bis achten Gittern GD&sub1; bis GD&sub8; aufgebauten Haupt-Elektronenlinseneinheit wird unten ausführlich beschrieben werden.
Die auf das erste Gitter GD&sub1; einfallenden Elektronenstrahlen werden, nachdem sie erste Kreuzungspunkte CO&sub1; formen, durch die entsprechenden Strahl-Durchgangsöffnungen der ersten, zweiten und dritten Gitter GD&sub1;, GD&sub2; und GD&sub3; als unabhängige Strahlen geformt. In diesem Teil werden unabhängige Unipotentiallinsen L&sub1; (erste Linsen) geformt. Die drei Elektronenstrahlen werden durch diese Unipotentiallinsen L&sub1; in horizontaler und vertikaler Richtung leicht fokussiert. Die Elektronenstrahlen werden durch die auf der Seite des dritten Gitters des zweiten Gitters GD&sub2; geformten oberen und unteren Vorsprünge PJ in vertikaler Richtung etwas stärker fokussiert als in horizontaler Richtung. Dies geschieht, um die Punktgröße des Strahls der Elektronenlinse in einem Hochstrombereich zu verringern.
Durch die in den dritten, vierten und fünften Gittern GD&sub3;, GD&sub4; und GD&sub5; geformten Strahl-Durchgangsöffnungen definierte planare Unipotentiallinsen L&sub2; (zweite Linsen) fokussieren die drei einfallenden Elektronenstrahlen nur in der vertikalen Richtung (Y-Richtung) stark. Aus diesem Grund formen die Strahlen auf einer Ebene parallel zu einer X-Y- Ebene im mittleren Teil des fünften Gitters GD&sub5; zweite Kreuzungspunkte CO&sub2; als kaustische Kurven in der X-Richtung. Nachdem diese zweiten Kreuzungspunkte geformt sind, werden die Elektronenstrahlen divergiert.
Durch die entsprechenden in den fünften, sechsten und siebten Gittern GD&sub5;, GD&sub6; und GD&sub7; geformten Strahl-Durchgangsöffnungen definierte planare Unipotentiallinsen L&sub3; (dritte Linsen) fokussieren die drei Elektronenstrahlen in der vertikalen Richtung (Y-Richtung) leicht. In diesem Fall wird der zentrale Elektronenstrahl BG durch das Gitter mit der in Fig. 6B gezeigten Gestalt etwas stärker fokussiert als die seitlichen Elektronenstrahlen BR und BB. Danach fallen die drei Elektronenstrahlen auf die durch die entsprechenden in den siebten und achten Gittern GD&sub7; und GD&sub8; geformten Strahl-Durchgangsöffnungen definierten Elektronenlinsen mit großer Apertur L&sub4; (vierte Linsen) ein. Die Elektronenlinsen mit großer Apertur L&sub4; fokussieren und konvergieren die drei Elektronenstrahlen in horizontaler und vertikaler Richtung. Deshalb formen die drei Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm einen kleinen Strahlpunkt.
In den planaren Unipotentiallinsen L&sub3; ist das Potential des sechsten Gitters GD&sub6; angesichts des Problems der Aberrationen vorzugsweise höher als das der fünften und siebten Gitter GD&sub5; und GD&sub7;. In den Elektronenlinsen mit großer Apertur L&sub4; entsprechen Positionen (angenommene Fokussierpositionen) auf der Seite der Kathoden K, wo die Fokussierung der drei auf die Linsen L&sub4; einfallenden Elektronenstrahlen angenommen wird, in einer Richtung der in Fig. 8B gezeigten horizontalen Ebene (X-Z-Ebene) OHC (zentraler Strahl) und OHS (seitliche Strahlen) und entsprechen in einer Richtung der in Fig. 8C und 8D gezeigten vertikalen Ebene (Y-Z-Ebene) OVC (zentraler Strahl) und OVS (seitliche Strahlen). Das bedeutet, die drei Elektronenstrahlen werden in der Richtung der horizontalen Ebene (X- Z-Ebene) auf gleichen Positionen fokussiert. In der Richtung der vertikalen Ebene (Y-Z-Ebene) unterscheidet sich die Position des zentralen Strahls jedoch von denen der seitlichen Strahlen.
Die angenommenen Fokussierpositionen werden durch die Stärke der Linsen L&sub4;, d.h. das Potential der Gitter, durch welche die symmetrischen Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm fokussiert werden, vorgegeben. Das bedeutet, auch wenn das Potential der siebten Gitter GD&sub7;, durch das der zentrale Strahl fokussiert wird, sich vom Potential der Gitter GD&sub7;, durch welche die seitlichen Strahlen fokussiert werden, unterscheidet, kann angenommen werden, daß die drei Elektronenstrahlen auf dem Schirm ähnlich fokussiert werden, da der zentrale Strahl und die seitlichen Strahlen auf dem Bildschirm in der praktischen Anwendung klein genug sind. Deshalb sind OHC und OHS in der praktischen Anwendung dieselben Positionen in der in Fig. 8B gezeigten Z-Richtung. (In der unten beschriebenen Ausführungsform beträgt der Unterschied zwischen dem Potential der siebten Gitter GD&sub7;, durch das der zentrale Strahl horizontal fokussiert wird, und dem der siebten Gitter GD&sub7;, durch das die seitlichen Strahlen fokussiert werden, etwa 100 V, aber der zentrale Strahl und die seitlichen Strahlen werden in der praktischen Anwendung ähnlich auf dem Bildschirm fokussiert.)
In den Elektronenlinsen mit großer Apertur L&sub4; wird die Diffusion einer Hochspannung von der Seite des achten Gitters GD&sub8; durch die planare Elektrode ECD mit den in Fig. 9 und 10 gezeigten Vorsprüngen VIS gesteuert. Somit definieren ein weiter weg liegender Endteil GD&sub7;T des siebten Gitters GD&sub7; und der Zylinder des achten Gitters GD&sub8; eine einzelne große Elektronenlinse LEL und im Linsenbereich dieser Elektronenlinse LEL werden drei astigmatische Linsen AL&sub1;, AL&sub2; und AL&sub3; geformt. In diesen astigmatischen Linsen AL&sub1;, AL&sub2; und AL&sub3; sind die seitlichen Öffnungen 100 größer geformt als die zentrale Öffnung 98, so daß die seitlichen astigmatischen Linsen AL&sub1; und AL&sub3; schwächere Fokussierkraft besitzen als die zentrale astigmatische Linse AL&sub2;. Genauer gesagt kann mit diesem Aufbau ein durch die Elektronenlinse LEL bewirkter Unterschied zwischen von den Positionen der Elektronenstrahlen abhängigen Fokussierkräften aufgehoben werden. Jeder seitliche Strahl fällt so ein, daß er in der X-Z-Ebene von der zentralen Position der entsprechenden seitlichen Öffnung 100 in Richtung des zentralen Strahls abweicht. Aus diesem Grund werden die seitlichen Strahlen in der horizontalen Ebene (X-Z-Ebene) durch eine Koma von den astigmatischen Linsen AL&sub1; und AL&sub3; beeinflußt. Diese Koma hebt jedoch die durch die Elektronenlinse LEL bewirkte auf. Da beinahe keine Koma jedes seitlichen Strahls erzeugt wird, kann der Strahlpunkt der Elektronenstrahlen deshalb eine zufriedenstellende Gestalt haben.
In den vierten Linsen L&sub4; stimmen die auf den zentralen Strahl und die beiden seitlichen Strahlen angewendeten horizontalen Fokussierkräfte gemäß der Position der planaren Elektrode ECD, der Gestalt der Öffnungen und dem Aufbau der Vorsprünge überein und die vertikalen Fokussierkräfte der beiden seitlichen Strahlen sind stärker als die des zentralen Strahls. Die Elektronenstrahlen werden in horizontaler Richtung stärker fokussiert als in vertikaler Richtung. Aus diesem Grund entsprechen Positionen (angenommene Fokussierpositionen) auf der Seite der Kathoden K, wo angenommen wird, daß die drei Elektronenstrahlen fokussiert werden, in der Richtung der in Fig. 8B gezeigten horizontalen Ebene (X-Z-Ebene) OHC (zentraler Strahl) und OHS (seitliche Strahlen) und entsprechen in der Richtung der in Fig. 8C und 8D gezeigten vertikalen Ebene (Y-Z-Ebene) OVC (zentraler Strahl) und OVS (seitliche Strahlen). Genauer gesagt sind die horizontalen Positionen (angenommenen Fokussierpositionen), wo die Fokussierung der Strahlen angenommen wird, sowohl für den zentralen Strahl als auch für die beiden seitlichen Strahlen durch einen gleichen Abstand von den vierten Linsen L&sub4; getrennt. Eine vertikale Position (angenommene Fokussierposition), wo die Fokussierung des zentralen Strahls angenommen wird, ist jedoch um einen größeren Abstand von der Linse L&sub4; entfernt als die beiden seitlichen Strahlen. OHC liegt auch, anders als OVC, auf der Seite der vierten Linse.
Die vertikale Fokussierung kann leicht anstatt oder gleich der horizontalen Fokussierung verstärkt werden, so daß die planare Elektrode ECD hinsichtlich der Position, der Form der Apertur und der Gestalt der Vorsprünge verändert werden kann. Falls zum Beispiel der Durchmesser in der Y-Richtung der Durchgangsöffnung für den zentralen Strahl 98 in der in Fig. 7A gezeigten planaren Elektrode ECD kleiner wird, und die Vorsprünge VIS länger werden, kann so anstatt der horizontalen Fokussierung die vertikale Fokussierung verstärkt werden. Im obigen Fall sind OHC und OHS dieselbe Position, aber OVC ist anders als OVS weit von der vierten Linse entfernt und OVC liegt anders als OVS auf der Seite der vierten Linse. Das bedeutet, die Fokussierung der auf die vierte Linse L&sub4; einfallenden Elektronenstrahlen wird durch die ersten bis dritten Linsen L&sub1;, L&sub2;, L&sub3; eingestellt. Falls außerdem die planare Elektrode ECD eingestellt wird, können die Fokussierkraft des zentralen Strahls und die der seitlichen Strahlen gleich oder umgekehrt sein. Somit werden die Elektronenstrahlen in allen Richtungen auf dem Bildschirm gleich fokussiert.
Die beiden seitlichen Strahlen werden durch die Elektronenlinse LEL und die astigmatischen Linsen AL&sub1; und AL&sub3; in Richtung des zentralen Strahls abgelenkt und die drei Strahlen werden somit auf dem Bildschirm konvergiert. Dieser Zustand des Strahls wurde durch dreidimensionale Analyse des elektrischen Feldes unter Verwendung eines Computers und von den Erfindern durchgeführte Experimente geklärt.
In der obigen Ausführungsform unterdrückt jede erste Linse L&sub1; einen übermäßigen Anstieg des Divergenzwinkels eines Elektronenstrahls, wenn die Stärke des Elektronenstrahls erhöht wird (wenn die Elektronenkanone durch einen hohen Strom getrieben wird). Die erste Linse L&sub1; besitzt eine stärkere vertikale Fokussierkraft als ihre horizontale Fokussierkraft. Da in der vertikalen Richtung anders als in der horizontalen Richtung viele Linsen, z.B. die zweiten Linsen L&sub2;, die dritten Linsen L&sub3; und ähnliche verwendet werden, werden den Elektronenstrahlen durch die jeweiligen Linsen in der vertikalen Richtung Aberrationen hinzugefügt. Deshalb wird die Punktform der Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm in vertikaler Richtung verschlechtert. Wenn die Elektronenstrahlen aus diesem Grund in vertikaler Richtung stärker als in horizontaler Richtung fokussiert werden, können die Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm so fokussiert werden, daß sie eine im wesentlichen kreisförmige Punktform besitzen. Ein Verfahren zum stärkeren Fokussieren der Elektronenstrahlen in vertikaler Richtung als in horizontaler Richtung kann erreicht werden, indem z.B. elliptische Strahl-Durchgangsöffnungen geformt werden, oder indem die Elektronenstrahlen in der Strahl-Formungseinheit in vertikaler Richtung stärker fokussiert werden als in horizontaler Richtung, anstatt die in Fig. 5 gezeigten Elektroden zu verwenden.
Die ersten Linsen L&sub1; verändern die Zustände der Elektronenstrahlen, um die gesamte Länge der Elektronenkanone zu variieren, so daß Vergrößerungen und Aberrationen aller Elektronenlinsen eingestellt werden können und die Elektrodenpotentiale eingestellt werden können.
Da die Elektronenstrahlen in den ersten Linsen L&sub1; in vertikaler Richtung stärker fokussiert werden, wird ein Zustand der Überfokussierung hergestellt. Wenn das Potential des vierten Gitters GD&sub4; in diesem Zustand jedoch erhöht wird (dynamischer Fokus), wird die vertikale Fokussierkraft hauptsächlich durch die von den entsprechenden, in den dritten, vierten und fünften Gittern GD&sub3;, GD&sub4; und GD&sub5; geformten Strahl-Durchgangsöffnungen definierten planaren Unipotentiallinsen L&sub2; geschwächt und die zweiten Kreuzungspunkte CO&sub2; auf der horizontalen Ebene werden in Richtung des Bildschirms zu den Positionen der zweiten Kreuzungspunkte CO&sub2;(d) verschoben. Deshalb wird ein Abstand von jeder Elektronenlinse L&sub4; zu einem vertikalen Konvergenzpünkt verkürzt. Die auf dem Bildschirm fokussierten Elektronenstrahlen werden unterfokussiert. Als Ergebnis kann der Überfokussierzustand durch das Ablenkjoch aufgehoben werden und die Elektronenstrahlen werden an der Bildschirmposition richtig fokussiert.
Wenn wie in Fig. 8A bis 8D gezeigt im Randteil des Bildschirms dynamische Fokussierung durchgeführt wird, wird die Strahlgröße auf der zentralen Ablenkebene von D auf Dd verringert und der Einfluß der Ablenk-Defokussierung kann aufgehoben werden, was zu einer sehr hohen dynamischen Fokussierempfindlichkeit führt.
Wenn an das vierte Gitter GD&sub4; eine in Fig. 11 gezeigte horizontale oder vertikale Ablenkspannung angelegt wird, um die oben erwähnten Elektronenstrahlen abzulenken, kann die durch das Ablenkjoch bewirkte Ablenk-Defokussierung beseitigt werden. Deshalb können die Elektronenstrahlen auf der gesamten Oberfläche des Bildschirms eine gute Punktform haben und es kann eine Farbbildkathodenstrahlröhre mit hoher Auflösung bereitgestellt werden.
Eine in Fig. 11 gezeigte dynamische Spannung kann eine ökonomischen Effekt haben, da sie verglichen mit einer herkömmlichen dynamischen Spannung die Last auf einen Treiber zum Anlegen einer Spannung verringern kann.
Die tatsächlichen Spezifikationen der oben erwähnten Ausführungsform werden im Folgenden beschrieben werden.
Hals-Innendurchmesser = 30,9 mm
Hals-Außendurchmesser = 37,5 mm
Kathodenabstand Sg = 4,92 mm
Öffnungsdurchmesser der Elektroden G&sub1; = G&sub2; = 0,62 mm
Öffnungsdurchmesser der ersten, zweiten und vierten Gitter GD&sub1;, GD&sub2; und GD&sub4; = 4,52 mm
Vertikale/horizontale Aperturen der dritten, vierten, fünften, sechsten und siebten Gitter GD&sub3;, GD&sub4;, GD&sub5;, GD&sub6;, und GD&sub7; = 4,52 mm/15,0 mm (vertikale/horizontale Aperturen der beiden großen seitlichen Öffnungsteile = 8,0 mm/2,5 mm)
Vertikale/horizontale Aperturen des planaren Elektrodenteils des siebten Gitters:
Mittelteil = 11,0/4,52 mm
Zwei Endteile = 11,0/7,00 mm
Durchmesser des siebten Gitters GD&sub7; = 25,0 mm
Durchmesser der achten Gitters GD&sub8; = 28,0 mm
Die Längen der Elektroden sind:
erstes Gitter GD&sub1; = 2,5 mm,
zweites Gitter GD&sub2; = 2,0 mm,
drittes Gitter GD&sub3; = 9,2 mm,
viertes Gitter GD&sub4; = 8,8 mm,
fünftes Gitter GD&sub5; = 17,0 mm,
sechstes Gitter GD&sub6; = 4,4 mm,
siebtes Gitter GD&sub7; = 37,0 mm und
achtes Gitter GD&sub8; = 40,0 mm
Die effektive Länge der Bildschirmdiagonale beträgt 81 cm (32") und der maximale diagonale Ablenkwinkel Θ beträgt 110º. Die Elektrodenpotentiale zum geeigneten Fokussieren des Strahlpunkts auf dem zentralen Teil des Bildschirms sind:
erstes Gitter GD&sub1;, drittes Gitter GD&sub3;, fünftes Gitter GD&sub5; und siebtes Gitter GD&sub7; etwa 9 kV,
zweites Gitter GD&sub2; = 0 V,
viertes Gitter GD&sub4; = etwa 2 kV,
sechstes Gitter GD&sub6; = etwa 20 kV und
achtes Gitter GD&sub8; = etwa 32 kV.
Die drei Elektronenstrahlen werden somit in einem Punkt auf dem zentralen Teil des Bildschirms konvergiert und die Punktgröße beträgt 0,9 mm (Ik = 1 mA). Dieser Wert kann die Auflösung eines HDTV zufriedenstellend liefern. Diese Punktgröße ist als äquivalente Linsenapertur 12 mm oder mehr. Da der Durchmesser der Strahl-Durchgangsöffnungen des siebten Gitters GD&sub7; 25 mm groß ist, kann die Elektronenkanone die Aberrationskomponenten der Linse LEL nicht aufheben, in den beiden seitlichen Strahlen verbleiben Aberrationen, oder die drei Strahlen können nicht in einem Punkt konvergiert werden, falls der Abstand Sg zwischen den drei auf die gemeinsame Linse mit großer Apertur einfallenden Strahlen zu groß ist. Fig. 12A zeigt Strahlgrößen (einschließlich Aberrationskomponenten) von zwei seitlichen Strahlen auf dem Schirm wenn der Strahlabstand Sg verändert wird, während die Durchmesser der Strahl-Durchgangsöffnungen der siebten und achten Gitter GD&sub7; und GD&sub8; konstant sind. Wenn Sg wie in Fig. 12A gezeigt 6 mm überschreitet, werden die Aberrationskomponenten erhöht und die Strahlgröße wird abrupt erhöht. Wie in Fig. 12B gezeigt hängt dieses Phänomen bezüglich der Linsenapertur der durch die siebten und achten Gitter GD&sub7; und GD&sub8; definierten Elektronenlinse mit großer Apertur mit dem Strahlabstand Sg zusammen. Die Elektronenlinse mit großer Apertur ist nicht auf die siebten und achten Gitter GD&sub7; und GD&sub8; dieser Ausführungsform beschränkt, sondern kann in ihrer Größe verändert werden und der Durchmesser des achten Gitters GD&sub8; kann theoretisch maximal bis auf den Innendurchmesser des Halses erhöht werden. Das bedeutet, die Abszisse kann anstelle des entlang der Abszisse aufgetragenen Strahlabstands Sg durch ein Verhältnis des Innendurchmessers des Halses Di zu Sg ausgedrückt werden. Wie aus Fig. 12A ersichtlich ist, beträgt ein geeignetes Verhältnis Di/Sg in einer Farbbildkathodenstrahlröhre für HDTV etwa 5,1 oder mehr.
Es ist andererseits zu bevorzugen, daß Sg bezüglich der Linsenapertur (Durchmesser der Strahl-Durchgangsöffnung) hinreichend klein ist. Die drei Kathoden müssen in der Elektronenstrahl-Formungseinheit jedoch unabhängig angeordnet werden und es ist im Zusammenhang mit einem Divergenzwinkel, der geformt wird, wenn die Elektronenstrahlen von der Elektronenstrahl-Formungseinheit divergiert werden, schwierig, einen Abstand zwischen den drei Elektronenstrahlen von 3,5 mm oder weniger einzustellen. Da der Kathodendurchmesser etwa 3,0 mm beträgt, ein Halter zum Tragen der Kathode eine Dicke von 0,4 mm besitzt und der Divergenzwinkel eines Strahls für einen großen Strom 5 bis 6º ist, überlappen die drei Strahlen miteinander, wenn sie sich von der Strahl-Formungseinheit aus nur um etwa 20 mm ausbreiten. Aus diesem Grund ist Sg beschränkt und Sg kann im Verhältnis zum Innendurchmesser des Halses auf etwa 6,0 mm ausgeweitet werden. Es ist deshalb geeignet, daß Sg in einem Bereich von etwa 3,5 bis 6,0 mm liegt. Deshalb beträgt die obere Grenze für das Verhältnis des Innendurchmessers zu Sg wie in Fig. 12A gezeigt vorzugsweise etwa 8,8. Dieses Verhältnis liegt somit vorzugsweise in einem Bereich von etwa 5,1 bis 8,8.
Fig. 13A und 13B zeigen das Ablenkjoch gemäß der vorliegenden Erfindung. Die horizontale Ablenkspule des Ablenkjochs hat eine Sattelform und die vertikale Ablenkspule hat ebenfalls Sattelform. Fig. 14A zeigt ein durch die horizontale Ablenkspule erzeugtes Magnetfeld und Fig. 14B zeigt ein durch die vertikale Ablenkspule erzeugtes Magnetfeld. Die von diesen beiden Ablenkspulen erzeugten Magnetfelder entsprechen näherungsweise magnetischen Gleichfeldern und bewirken für Strahlen kleine Ablenk- Defokussierungen, da die Grade von Kissen und Tonnen klein sind. An den horizontalen Enden des Bildschirms wird der Strahl jedoch in vertikaler Richtung überfokussiert, was leicht eine Halo bewirkt. Da diese Halo durch die Elektronenkanone dynamisch korrigiert wird, kann auf der gesamten Oberfläche des Schirms eine hohe Auflösung aufrechterhalten werden.
Obwohl der Abstand Sg der drei Elektronenstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung nur 4,92 mm beträgt, ist der Innendurchmesser des Halses 37,5 mm und es kann gute Konvergenz der Elektronenstrahlen sichergestellt werden.
Da der Strahlabstand Sg gemäß der vorliegenden Erfindung im Verhältnis zum Durchmesser des Halses klein ist, kann der Konvergenzfehler minimiert werden und ein Konvergenzfehler von 0,3 bis 0,5 mm kann erreicht werden. Die Grafik von Fig. 15 veranschaulicht diesen Zustand. Die Farbbildkathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung kann deshalb zufriedenstellend für EDTV und HDTV verwendet werden.
Um die Verteilung des Ablenkmagnetfelds fein einzustellen, hat insbesondere die horizontale Ablenkspule eine Sattelform und macht sich Abschnittswicklung zu eigen, und die vertikale Ablenkspule hat eine Sattelform, um kein unnötiges Magnetfeld für die Elektronenkanone zu erzeugen.
Das Ablenkjoch dieser Ausführungsform besitzt eine hohe Ablenkempfindlichkeit, da es so geformt ist, daß es sich in Richtung der Röhrenachse ausdehnt. Die Ablenkempfindlichkeit kann erhöht werden, wenn der Durchmesser des Halses klein ist. Da der Halsabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch so geformt ist, daß er einen großen Halsdurchmesser hat, um die Konvergenz zu verbessern, wird der Ablenkbereich verlängert, um die Ablenkempfindlichkeit zu erhöhen. Da das Ablenkjoch so geformt ist, daß es in Richtung der Röhrenachse verläuft, besitzt es eine große Oberfläche und die durch das Ablenkjoch erzeugte Wärme kann leicht abgestrahlt werden.
Wenn an das Ablenkjoch eine konstante Ablenkfrequenz angelegt wird, wird im allgemeinen mit einer Erhöhung des Ablenkwinkels der Ablenkstrom erhöht und der Leistungsverbrauch LHi² wird wie in Fig. 16 gezeigt abrupt erhöht. Gleichzeitig wird die Wärmeerzeugung des Ablenkjochs abrupt erhöht.
Falls die Ablenkfrequenz erhöht wird, wenn das Ablenkjoch die Elektronenstrahlen über einen konstanten Ablenkwinkel ablenkt, wird die Wärmeerzeugung des Ablenkjochs erhöht. Dies liegt daran, daß durch die Spulen des Ablenkjochs ein Wirbelstrom erzeugt wird, wenn die Frequenz erhöht wird. Wenn die Frequenz erhöht wird, wird ein Spulendraht nicht von einem einzelnen Draht, sondern von einem Strang dünner Drähte gebildet (Litzendraht). Somit kann ein durch die Hochfrequenz bewirkter Wirbelstromverlust verhindert werden. Der Litzendraht wird zum Beispiel in einem Ablenkjoch einer Farbbildkathodenstrahlröhre für eine Computeranzeige verwendet. Der Litzendraht ist jedoch teuer und wirft hinsichtlich der Kosten ein Problem auf, wenn er in einer Heim-Farbbildkathodenstrahlröhre verwendet wird. In der vorliegenden Erfindung tritt ein derartiges Problem überhaupt nicht auf.
EDTV und HDTV haben verschiedene Standards und die horizontale Ablenkfrequenz kann bei einem Maximum von 64 kHz liegen. Fig. 17 zeigt einen Wärmeerzeugungszustand des Ablenkjochs, wenn das Ablenkjoch der vorliegenden Erfindung bei dieser Ablenkfrequenz verwendet wird. Die Temperatur des Ablenkjochs muß gemäß der Wärmebeständigkeit des zu verwendenden Materials auf unter 60ºC eingestellt werden. Wenn die horizontale Ablenkfrequenz 64 kHz beträgt, kann das Ablenkjoch in der Farbbildkathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung deshalb bei bis zu 100ºC verwendet werden. Da die maximale horizontale Ablenkfrequenz in einem von NHK (Japan Broadcasting Corporation) vorgeschlagenen HDTV 33,75 kHz beträgt, kann der Ablenkwinkel auf 110º oder mehr eingestellt werden. Das bedeutet, die Vorrichtung kann wie eine herkömmliche Farbbildkathodenstrahlröhre hergestellt werden.
Da der Leistungsverbrauch LHi² des Ablenkjochs beinahe gleich dem der herkömmlichen Farbbildkathodenstrahlröhre ist, gibt es im Zusammenhang mit dem Leistungsverbrauch keinen Anstieg der Kosten der Schaltung.
Beim Ablenkjoch der vorliegenden Erfindung beträgt die Länge der horizontalen Ablenkspule in Richtung der Röhrenachse 110 mm, die Öffnung auf der Seite der Elektronenkanone ist etwa 40 mm groß und die Öffnung auf der Seite des Bildschirms ist etwa 180 mm groß. Jede Spule des Ablenkjochs wird durch Wickeln eines einzelnen Drahtes geformt und ihr Leistungsverbrauch LHi² beträgt etwa 42 mHA² (Anodenspannung = 32 kV). Wenn ein Ablenkstrom mit einer Ablenkfrequenz von 33,75 kHz durch das Ablenkjoch fließt, beträgt die durch die Wärmeerzeugung erhöhte Temperatur des Ablenkjochs etwa 40ºC, was kein thermisches Problem aufwirft.
Wenn das Ablenkjoch und die Elektronenkanone der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist die Größe des Konvergenzfehlers etwa 0,5 mm und es kann eine Farbbildkathodenstrahlröhre bereitgestellt werden, die hohe Bildqualität liefern kann.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Elektronenkanone ist nicht auf die in der obigen Ausführungsform beschriebene beschränkt. Es könne jedoch verschiedene anderen Elektronenkanonen verwendet werden, solange sie drei in Reihe angeordnete Elektronenstrahlen mit einer gemeinsamen Elektronenlinse mit großer Apertur konvergieren und fokussieren können. Die in der obigen Ausführungsform beschriebenen Gitter GD&sub2; bis GD&sub6; der Elektronenkanone sind nicht immer erforderlich.
Die dynamische Fokussiereinrichtung zum Korrigieren der Ablenk-Aberration ist nicht auf die in der obigen Ausführungsform beschriebene beschränkt. Eine herkömmliche Vierpol-Linse kann als Korrekturvorrichtung verwendet werden.
Die Größe der Farbbildkathodenstrahlröhre der vorliegenden Erfindung ist nicht auf 81 cm (32") beschränkt und es können Farbbildkathodenstrahlröhren mit verschiedenen anderen Größen hergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einer Farbbildkathodenstrahlröhre, für die wie bei EDTV oder HDTV hohe Bildqualität erforderlich ist, eine Röhre hergestellt werden, welche dieselbe Röhrenlänge wie die herkömmliche Farbbildkathodenstrahlröhre besitzt und der Leistungsverbrauch kann verglichen mit einer herkömmlichen Farbbildkathodenstrahlröhre für EDTV und HDTV verringert werden. Somit kann eine Farbbildkathodenstrahlröhre mit hoher Anwendbarkeit und hohen industriellen und kommerziellen Vorzügen bereitgestellt werden.

Claims

1. Farbbildkathodenstrahlröhre, die folgendes umfaßt:

- einen Kolben (62) mit einer Platte (56), einem Trichter (58) und einem Hals (60);

- einen auf einer inneren Oberfläche der Platte geformten Phosphorschirm (74);

- eine im Hals untergebrachte Elektronenkanone (64) zum Ausgeben einer Vielzahl von Elektronenstrahlen; und

- eine Ablenkeinrichtung (66), die so angeordnet ist, daß sie sich vom Hals bis zu einer äußeren Oberfläche des Trichters erstreckt, zum Ablenken von Elektronenstrahlen in horizontale und vertikale Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung wenigstens horizontale und vertikale Sattel-Ablenkspulen umfaßt, die Elektronenstrahlen durch die Ablenkeinrichtung so abgelenkt werden, daß sie einen maximalen diagonalen Ablenkwinkel von nicht weniger als 100º besitzen, die Elektronenkanone wenigstens eine Elektronenstrahl-Formungseinheit mit drei Kathoden (K), und eine Haupt-Elektronenlinseneinheit (ML) zum Fokussieren und Konvergieren der Elektronenstrahlen umfaßt, die Elektronenstrahl-Formungseinheit in einem Abstand von 3,5 bis 6,0 mm benachbarte Elektronenstrahlen ausgibt, das Verhältnis zwischen dem inneren Durchmesser des Halses zum Abstand zwischen den benachbarten Elektronenstrahlen nicht kleiner als 5,1 ist und die Haupt-Elektronenlinseneinheit eine Elektronenlinse mit großer Apertur (L&sub4;), geformt aus einer im wesentlichen zylindrischen ersten Elektrode (GD&sub7;), um zu ermöglichen, daß die drei Elektronenstrahlen durch diese hindurchlaufen, und einer im wesentlichen zylindrischen zweiten Elektrode (GD&sub8;), in welcher der größte Teil der ersten Elektrode angeordnet ist, umfaßt.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt-Elektronenlinseneinheit der Elektronenkanone drei unabhängige Elektronenstrahl-Durchgangsöffnungen und wenigstens eine Elektrode mit zwei Vorsprüngen (PJ), die auf zwei Seiten der drei Elektronenstrahlen so herausragen, daß sie parallel zur Ausrichtungsebene der drei Elektronenstrahlen sind, besitzt.

3. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt-Elektronenlinseneinheit der Elektronenkanone wenigstens eine Elektrode, die eine den drei Elektronenstrahlen gemeinsame Durchgangsöffnung (94) besitzt, und ein Paar von Vorsprüngen (IPT), die auf zwei Seiten jedes der drei Elektronenstrahlen so herausragen, daß sie parallel zur Ausrichtungsebene der drei Elektronenstrahlen sind, umfaßt.

4. Gerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil jedes der Vorsprünge (MPT) nahe einem zentralen Strahl der drei Elektronenstrahlen weiter herausragt als die Teile nahe den beiden seitlichen Strahlen.

5. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode eine Vielzahl von Vorsprüngen (VIS) umfaßt, die auf zwei Seiten der seitlichen Strahlen der drei Elektronenstrahlen so herausragen, daß sie parallel zur Ausrichtungsebene der drei Elektronenstrahlen sind.

6. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den drei Durchgangsöffnungen der ersten Elektrode die dem zentralen Strahl entsprechende Durchgangsöffnung (98) so geformt ist, daß sie kleiner als die den beiden seitlichen Strahlen entsprechenden Durchgangsöffnungen (100) ist.

7. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone eine Vielzahl von Elektroden umfaßt und eine an einige Elektroden der Elektronenkanone angelegte Spannung gemäß einer Ablenkposition der drei Elektronenstrahlen dynamisch verändert wird.

8. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die erste Elektrode in der durch die ersten und zweiten Elektroden geformten Elektronenlinse mit großer Apertur drei den drei Elektronenstrahlen entsprechende astigmatische Linsen geformt werden.