DE69203131T2 - Farbbildröhrensystem. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Farbbildröhrensystem mit
• a) einem evakuierten Kolben mit einem Hals, einem Konus und einem Wiedergabefenster,
• b) einem Elektronenstrahlerzeugungssystem im Hals, das einen bündelformenden Teil zum Erzeugen eines mittleren Elektronenbündels und zwei äußerer Elektronenbündel, deren Achsen koplanar verlaufen, und ein erstes sowie ein zweites Elektrodensystem enthält, die im Betrieb zusammen eine Hauptlinse bilden und mit Mitteln zum Erzeugen einer Erregerspannung verbindbar sind, und
• c) mit einer Ablenkeinheit zum Erzeugen von Ablenkfeldern zum Ablenken der Elektronenbündel in den horizontalen und vertikalen Richtungen und zum Abtasten des Wiedergabefensters mit Hilfe konvergierender Bündel.
• Farbbildröhrensysteme eingangs erwähnter Art sind vom herkömmlichen 3-in-line-Typ. Sie enthalten im allgemeinen selbstkonvergierende Ablenkeinheiten, die im Betrieb inhomogene Magnetfelder für die horizontale und vertikale Ablenkung erzeugen (insbesondere ein tonnenförmiges Feld für die Vertikalablenkung und ein kissenförmiges Feld für die Horizontaiablenkung), so daß die drei im Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten und von der Hauptlinse am Wiedergabeschirm fokussierten Elektronenbündel am ganzen Wiedergabefenster konvergieren.
• Jedoch verursachen diese selbstkonvergierenden Felder das Vergrößern des horizontalen Fleckwachstums um einen vorgegebenen Faktor bei der Ablenkung, und dieser Faktor kann in 110º-Farbbildröhrensystemen mehr als zwei betragen. Das bedeutet insbesondere, daß in einem üblichen selbstkonvergierenden System, in dem die drei Elektronenstrahlerzeuger in einer horizontalen Ebene liegen, der kreisförmige mittlere Fleck in der vertikalen Richtung abgeflacht und besonders länglich in der horizontalen Richtung wird, insbesondere bei Verwendung eines Strahlerzeugers mit einer dynamischen astigmatischen Fokussiereigenschaft und beim Abtasten des Schirms. Hierdurch entsteht Auflösungsverlust in der horizontalen Richtung und gibt es die Gefahr von Moiré-Problemen durch das Abflachen des Flecks und durch das Vorhandensein horizontaler Dämme in der Lochmaske. Die immer strenger werdenden Anforderungen an der Homogenität und an der Definition des Bildes, insbesondere in Hochauflösungs-Farbmonitorröhren oder bei Verwendung von Farbbildröhren für Hochauflösungsfernsehen mit einem Wiedergabeschirm mit einem Bildformat von 9 : 16, beinhalten, daß der Fleck am ganzen Schirm möglichst klein und homogen sein muß.
• Der Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, eine Farbbildröhre der eingangs erwähnten Art zu schaffen, in der die erwähnten Anforderungen vorteilhafter erfüllt werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsgemäße Farbbildwiedergaberöhre dadurch gekennzeichnet, daß drei aufeinanderfolgende Elemente, die die Konvergenz beeinflussen, um den Kolben zwischen dem bündelformenden Teil des Elektronenstrahlerzeugers und der das Wiedergabefenster zugewandten Seite der Ablenkeinheit angeordnet sind, wobei die zwei äußeren Elemente im Betrieb gegenseitige Effekte erzeugen und das mittlere Element zum Korrigieren von Konvergenz- Restfehlern erregbar ist. Ein besonderes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste äußere Element im Betrieb ein Magnetfeld erzeugt, das auf jedes äußere Elektronenbündel mit einer auf das Elektronenbündel gerichteten Komponente in der Ebene des Elektronenbündels eine Kraft ausübt, und daß das andere äußere Element im Betrieb ein Magnetfeld erzeugt, daß auf jedes äußere Elektronenbündel mit einer vom mittleren Elektronenbündel abgewandten Komponente in der Ebene der Elektronenbündel eine Kraft ausübt. Eine Farbkathodenstrahlröhre, in der ein derartiges Element, das Unterkonvergenz bewirkt, zwischen dem bündelformenden Teil des Elektronenbündels und der Ablenkeinheit angeordnet ist, ist aus EP 3822 99 bekannt.
• Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde. Da die zwei Elemente auf die Konvergenz entgegengesetzte Effekte ausüben, erfahren die äußeren Elektronenbündel im Betrieb eine Kraft, die beispielsweise zunächst diese Elektronenbündel getrennt steuert (Unterkonvergenz) und sie anschließend nacheinander hin biegt (Überkonvergenz). Die zwei mit der Erfindung eingeführten Effekte auf die Konvergenz der Elektronenbündel gleichen sich im wesentlichen bei der Ablenkung aus. Diese erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in diesem Fall der Öffnungswinkel jedes äußeren Elektronenbündels in der horizontalen Richtung getrennt vergrößert wird (d.h. in einer Richtung parallel zur Ebene der nichtabgelenkten Bündel), wodurch eine Reduktion des Flecks in der horizontalen Richtung erhalten wird. Unter Öffnungswinkel sei der Winkel zwischen den äußeren Elektronenwegen eines Bündels verstanden. Das Maß der Unterkonvergenz und der Überkonvergenz durch die zwei äußeren Elemente beim Beeinflussen der Konvergenz kann derart eingestellt werden, daß eine gewünschte reduzierte Fleckabmessung in der horizontalen Richtung an den Enden der horizontalen Wiedergabeschirmachse verwirklicht wird.
• Die zu erzeugenden Magnetfelder für die gewünschten Effekte auf die Konvergenz können örtliche Dipolfelder an der Stelle jedes der beiden äußeren Bündel enthalten.
• Für eine bessere Fokussiermöglichkeit der Elektronenbündel ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch dadurch gekennzeichnet, daß jedes die Konvergenz beeinflussende Element aus einer Konfiguration elektrischer Spulen zusammengesetzt wird, die in einer elektrischen Schaltung zum Erzeugen eines 45º-magnetischen 4-Pol-Felds im Betrieb angeordnet und verbunden sind. Wenn die Ströme durch die Vierpole einander genau gegenüberliegen, gleichen sich die beiden Vierpole nicht genau aus. Für geringe Ströme kann der Ausgleich vervolsltändigt werden, aber durch Linsenaktionen höherer Ordnung gibt es immer noch einen Unterschied bei größeren Strömen. Dieser Unterschied entsteht nicht aus Unvollkommenheiten der benutzten Vierpole. Zunächst kann der Versuch angestellt werden, dem Strom durch die zwei Vierpole eine gegenseitige Abweichung zu erteilen. Weil es sich jedoch um größere Effekte handelt, ist es schwer, verschiedene Ströme zu verwenden, ohne daß dabei Toleranzfehler unter den Vierpolströmen eingeführt werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dritten Vierpol zwischen den zwei Vierpolen anzuordnen. Mit diesem Vierpol, der für die Dauer der axial richtigen Position keinen Fluß aus den anderen Vierpolen empfängt, kann der Unterschied im Betrieb zwischen den zwei äußeren Vierpolen korrigiert werden. Daher kann der Hauptstrom zum Erregen die äußeren Vierpole durchfließen. Hinsichtlich der Toleranzen ist dieser Strom nicht sehr kritisch, da die Vierpole im wesentlichen einander hinsichtlich der Konvergenz ausgleichen. Der zwischengestellte Vierpol muß nur eine geringe Korrektur ausführen, die auch diesen Vierpol wenig kritisch für Abweichungen macht.
• Dies bietet die Möglichkeit der Verbindung der äußeren die Konvergenz beeinflussenden Elemente in Reihe zu schalten, was ein großer Vorteil ist.
• Die betreffenden Magnetfelder können im wesentlichen zeitlich konstant sein. In diesem Fall können sie beispielsweise mit einer Anordnung von Dauermagneten oder mit einer Konfiguration elektrischer Spulen erzeugt werden, die mit einem (im wesentlichen konstanten) Gleichstrom erregt werden. Dies gestaltet das System verhältnismäßig einfach. Wenn wenigstens das die Konvergenz beeinflussende schirmseitige Element als Dauermagnetanordnung implimentiert wird (beispielsweise als Ring mit vier darin induzierten Magnetpolen) gibt es einen weiteren Vorteil. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise in der Ablenkeinheit angeordnet werden, d.h. in großen Abstand vom Strahlerzeuger. Der Betrag der erforderlichen dynamischen Fokussierspannung in DAF-Strahlerzeugern zeigt sich dabei reduziert. Dies ist insbesonder wichtig für Elektronenstrahlerzeuger mit einer länglichen Fokussierlinse, wie Fokussierlinsen die aus einer schraubenförmigen hochohmigen Widerstandsstruktur bestehen, da diese Linsen einen größeren Betrag der Fokussierspannung erfordern.
• Um eine nicht zu große Abmessung in der Einrichtung der Fleckabmessung in der Mitte des Wiedergabeschirms zu gewährleisten, können Konfigurationen elektrischer Spulen mit einem Gleichspannungssignal erzeugt werden, dessen Wert nicht nur von der Amplitude des Horizontalablenksignals abhängig ist. In diesem Fall genügt eine verhältnismäßig einfache Schaltungsanordnung. Ein sogar besseres Ergebnis kann durch dynamische Steuerung der Konfigurationen von Spulen erhalten werden, die die 4-Pol-Felder derart erzeugen, daß die Vertikalabmessung des Flecks in der Mitte einen gewünschten geringen Wert hat. Um dies zu erreichen, können die Mittel zum Erzeugen der 45º-4-Pol-Felder im Betrieb beispielsweise mit Strömen gespeist werden, die etwa proportional dem Quadratwert des Horizontalablenkstromes sind (d.h. die Mittel zum Erzeugen der 45º-4-Pol-Felder können mit einer Horizontal-Parabolspannung erzeugt werden). Dies ist mit einer Schaltung verwirklichbar, der nicht zu kompliziert ist, wie weiter unten näher erläutert wird.
• Wenn die benutzten Magnetfelder zum Beeinflussen der Konvergenz mit Konfigurationen elektrischer Spulen erzeugt werden, kann jede Spule auf einem Ringkern aufgewickelt werden, der den Hals der Röhre koaxial umgibt. Dies erfordert einen verhältnismäßig langen Röhrenhals. Der Röhrenhals kann kürzer sein, wenn die schirmseitige Konfiguration elektrischer Spulen auf dem Ringkern der Ablenkeinheit selbst angeordnet ist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1A einen Längsschnitt durch ein Farbbildröhrensystem nach der Erfindung mit einem System mit drei Elementen 14, 14', 14'', die die Konvergenz beeinflussen,
• Fig. 1B eine Seitenansicht eines Wiedergabeschirms,
• Fig. 2A, 2B und 2C Seitenansichten der Elemente 14,14' und 14'' zum Beeinflussen der Konvergenz und in Form von 45 º-4-Pol-Elementen,
• Fig. 3 und 4A und 4B schematische Querschnitte durch Farbbildröhrensysteme zur Veranschaulichung einiger Merkmale der Erfindung hinsichtlich der Bündelwege,
• Fig. 5 ein Beispiel der Verbindung der Elemente 14 und 14' in einer elektrischen Schaltung,
• Fig. 6 und 7 Seitenansichten abgewandelter Ausführungsbeispiele von 45º magnetischen 4-Pol-Elementen,
• Fig. 8 ein Beispiel einer anderen Schaltung zum Verbinden der die Konvergenz beeinflussenden Elemente 14 und 14',
• Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein Farbbildröhrensystem mit den die Konvergenz beeinflussenden Elementen 54, 54' und 54'',
• Fig. 10A und 10C Vorderansichten der Elemente 54 und 54'', und
• Fig. 10B eine perspektivische seitliche Darstellung des Elements 54'.
• Vorkommendenfalls werden für gleiche Bauteile dieselben Bezugsziffern verwendet.
• In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein Farbbildröhrensystem nach der Erfindung dargestellt. In einen Glaskolben 1, der aus einem Wiedergabefenster 2, einem Konus 3 und einem Hals 4 besteht, ist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 5 aufgenommen, das die drei Elektronenbündel 6, 7 und 8 erzeugt, deren Achsen in der Zeichenebene verlaufen. Im nichtabgelenkten Zustand fällt die Achse des mittleren Elektronenbündels 7 mit der Röhrenachse 9 zusammen. Das Wiedergabefenster 2 enthält eine Vielzahl von Leuchtstoffelementtripeln an seiner Innenseite. Die Elemente können beispielsweise aus Zeilen oder Punkten bestehen. Jedes Tripel enthält einen grünleuchtenden Phosphor, einen blauleuchtenden Phosphor und einen rotleuchtenden Phosphor. Eine Löchmaske II ist vor dem Wiedergabeschirm angeordnet, und diese Maske enthält eine Vielzahl von Öffnungen 12, durch die die Elektronenbündel 6, 7 und 8 gehen und je auf Leuchtstoffelemente nur einer Farbe landen. Die drei koplanaren Elektronenbündel werden in einer Ablenkeinheit 20 abgelenkt, die sowohl ein System 13 von Horizontalablenkspulen und ein System 13' von zwei diametralen Vertikalablenkspulen als auch aus einem Ringkern 21 besteht, der wenigstens das System 13 der Horizontalablenkspulen koaxial umgibt.
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist durch Mittel 14 zum Erzeugen einer (erzeugerseitigen) Magnetfeldkonfiguration, die im Betrieb die Elektronenbündel 6 und 8 getrennt in der Ebene der Elektronenbündel steuert, durch Mittel 14' zum Erzeugen einer (schirmseitigen) Magnetfeldkonfiguration, die die Elektronenbündel 6 und 8 nacheinander in der Ebene der Elektronenbündel steuert, und zwar auf derartige Weise, daß der Fleck klein genug ist in der horizontalen Richtung an den Enden der horizontalen Wiedergabeschirmachse X' (siehe Fig. 1B), in Verbindung mit einem zwischengestellten Mittel 14'' zum Korrigieren von Konvergenzrestfehlern gekennzeichnet.
• Die zu verwendenden Magnetfeldkonfigurationen können je ein 45º-4-Pol- Feld enthalten. Diese 4-Pol-Felder können beispielsweise mit Systemen von Dauermagneten erzeugt werden. Auf andere Weise können sie mit den Elementen 14, 14' und 14'' (siehe Fig. 2A, 2B und 2C) erzeugt werden, die geeignete Konfigurationen elektrischer Spulen enthalten.
• In Fig. 2A ist ein die Konvergenz beeinflussendes Element 14 dargestellt, das einen Ringkern 15 aus einem magnetisierbaren Material enthält, das den Röhrenhals (4) koaxial umgibt, und auf dem vier Spulen 16, 17, 18 und 19 derart gewickelt sind, daß ein 45º-4-Pol-Feld mit der in bezug auf die drei Bündel 6, 7 und 8 dargestellten Orientation beim Erregen erzeugt wird. (Ein 45º-4-Pol-Feld kann auf andere Weise mit Hilfe von zwei aufgewickelten C-Kernen erzeugt werden, wie in Fig. 6 dargestellt, oder mit Hilfe einer Ständerkonstruktion nach Fig. 7). Das Element 14' (Fig. 2B) hat einen Aufbau mit einem Ringkern 15' und mit den Spulen 16, 17', 18' und 19', vergleichbar dem Aufbau des Elements 14. Die Spulen werden jedoch auf derartige Weise aufgewickelt und die Richtung, in der im Betrieb ein Strom die Spulen durchfließt, ist derart, daß ein 45º-4-Pol-Feld mit einer Orientierung erzeugt wird, die der des 45º-4-Pol- Feldes in Fig. 2A entgegengesetzt ist. In Fig. 2C ist das Korrekturelement 14'' dargestellt. Die Stromrichtung durch die Spulen ist von der erforderlichen Korrektur in diesem Fall abhängig.
• Zum Erzeugen der Spulenkonfigurationen ist es möglich, beispielsweise konstante Gleichströme oder Gleichströme zu verwenden, deren Amplitude mit der Amplitude des Horizontalablenksignals gekoppelt ist. Eine Schaltung zum Verwirklichen der letztgenannten Möglichkeit ist in Fig. 8 dargestellt, in der die Horizontalablenkspulen 13, die Spulen 14, die Spulen des Elements 14', vier Dioden D&sub1;, D&sub2;, D&sub3; und D&sub4; und ein Kondensator C schematisch dargestellt sind. Das Element 14" wird in diesem Fall getrennt gesteuert. Die Benutzung des erfindungsgemäßen Farbbildröhrensystems eignet sich insbesondere für Verwendung in Hochauflösungsmonitoren und in (künftigen) HDTV-Geräten, insbesondere in derartigen Fällen, in denen das Bildformat des Wiedergabeschirms größer als 4 : 3 und insbesondere 16 : 9 beträgt.
• Die Erkenntnis, die der Erfindung zugrunde liegt, wird weiter unten anhand der Fig. 3 und 4A und 4B beschrieben, die schematisch die Bündelwege in Farbbildröhren darstellen. In Fig. 3 ist eine Farbbildröhre nach dem Stand der Technik mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem 52 und einem selbstkonvergierenden System 53 von Ablenkspulen dargestellt. Die Elektronenbündel konvergieren am ganzen Wiedergabefenster.
• In Fig. 4A ist das Prinzip eines erfindungsgemäßen Farbbildröhrensystems mit einem System 13 von Horizontalablenkspulen dargestellt. Die von einem die Konvergenz beeinflussenden und die äußeren Bündel auseinandertreibenden Element 14 induzierte Unterkonvergenz und die von einem die Konvergenz beeinflussenden folgenden Element 14' induzierte Überkonvergenz gleichen sich aus, so daß die Selbstkonvergenz aufrechterhalten wird. In Fig. 4B ist der Zustand dargestellt, in der die Elemente 14 und 14' im Gegensatz zum Zustand nach Fig. 4A gesteuert wird. In beiden Fällen kann erreicht werden, daß die Fleckform homogener ist (kreisförmiger) als sie war. Eine homogenere Fleckform ist insbesondere für Datenwiedergabe wünschenswert.
• Damit die vertikale Abmessung des Flecks in der Mitte klein genug ist, können die Mittel zum Erzeugen der 45º-4-Pol-Felder im Betrieb mit Strömen gespeist werden, die im wesentlichen eine quadratische Funktion des Horizontalablenkstroms ist (d.h. die Mittel zum Erzeugen der 45º-4-Pol-Felder können mit einer Horizontalparabolspannung erregt werden). Dies ist mit der Schaltung nach Fig. 5 verwirklichbar, die weiter unten näher erläutert wird. Die Ströme können derart angelegt werden, daß die äußeren 4-Pol-Felder eine entgegengesetzte Orientierung haben. Die Aufgabe, die das oben genannte Horizontalparabol darstellt, kann mit seinem Mindestwert auf der Null- Linie liegen.
• In Fällen, in denen die Fleckabmessung in der x-Richtung an den Enden der horizontalen Achse klein genug ist, aber nicht in der y-Richtung, kann die Abmessung in der y-Richtung durch Einstellen des Mindestwerts der oben genannten Funktion unterhalb der Null-Linie zufriedenstellend verwirklicht werden.
• Es kann mit Hilfe der oben beschriebenen Mittel gewährleistet werden, daß der Fleck in einer Farbbildwiedergaberöhre unter Verwendung selbstkonvergenter Ablenkfelder sehr klein ist. Für Hochauflösungsanwendungen muß der Fleck nicht nur klein sein, sondern auch möglichst fokussiert sein, wenn er über den Schirm abgelenkt wird. Um dies zu verwirklichen, können die erfindungsgemäßen Mittel mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einer statischen oder insbesondere dynamischen astigmatischen Fokussiereigenschaft kombiniert werden. Ein Beispiel eines derartigen Elektronenstrahlerzeugungssystems ist der DAF-Erzeuger.
• In Fig. 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Farbbildröhrensystems dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Röhre ein die Konvergenz beeinflussenden erzeugerseitiges Element 54 zum Auseinandertreiben der äußeren Elektronenbündel vom Typ mit seinem eigenen Ringkern, der in Fig. 12A dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel enthält das die Konvergenz beeinflussende schirmseitige Element 54' zum Zusammentreiben der äußeren Bündel eine Spulenkonfiguration, die auf dem Ringkern 51 der Ablenkeinheit angeordnet ist. In Fig. 12B ist der Ringkern 51 der Ablenkeinheit mit Spulenkonfigurationen 56, 57, 58 und 59 dargestellt, der auf derartige Weise mit einer Spannungsquelle verbindbar ist, daß ein 4- Pol-Feld mit einer Orientierung zum Zusammentreiben der äußeren Bündel erzeugt wird. In diesem Fall kann der Hals 4' des Farbbildröhrensystems 1' kürzer sein als der Hals 4 des Systems in Fig. 1A. In Fig. 10C ist eine Vorderansicht des Korrekturelements 54'' nach Fig. 9 dargestellt.

Claims (5)

1. Farbbildröhrensystem mit

a) einem evakuierten Kolben mit einem Hals, einem Konus und einem Wiedergabefenster,

b) einem Elektronenstrahlerzeugungssystem im Hals, das einen bündelformenden Teil zum Erzeugen eines mittleren Elektronenbündels und zwei äußerer Elektronenbündel, deren Achsen koplanar verlaufen, und ein erstes sowie ein zweites Elektrodensystem enthält, die im Betrieb zusammen eine Hauptlinse bilden, und

c) einer Ablenkeinheit zum Erzeugen von Ablenkfeldern zum Ablenken der Elektronenbündel in den horizontalen und vertikalen Richtungen und zum Abtasten des Wiedergabefensters mit Hilfe konvergierender Bündel,

dadurch gekennzeichnet, daß drei aufeinanderfolgende die Konvergenz beeinflussende Elemente zwischen dem bündelformenden Teil des Elektronenstrahlerzeugungssystems und der das Wiedergabefenster zugewandten Seite der Ablenkeinheit angeordnet sind, wobei die zwei äußeren Elemente im Betrieb entgegengesetzte Effekte erzeugen und das mittlere Element zum Korrigieren von Konvergenzrestfehlern erregbar ist.

2. Farbbildröhrensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste äußere Element im Betrieb ein Magnetfeld erzeugt, das auf jedes äußere Elektronenbündel mit einer in der Ebene der Elektronenbündel liegenden Komponente, die auf das mittlere Elektronenbündel gerichtet ist, eine Kraft ausübt, und daß das andere äußere Element im Betrieb ein Magnetfeld erzeugt, daß auf jedes äußere Elektronenbündel mit einer in der Ebene der Elektronenbündel liegenden Komponente eine Kraft ausübt, die von dem mittleren Elektronenbündel weggerichtet ist.

3. Farbbildröhrensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes die Konvergenz beeinflussende Element aus einer Konfiguration elektrischer Spulen zusammengesetzt ist, die in einer elektrischen Schaltung zum Erzeugen eines 45º magnetischen 4-Pol-Felds im Betrieb angeordnet und verbunden ist.

4. Farbbildröhrensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Elemente elektrisch in Reihe geschaltet sind.

5. Farbbildröhrensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb die Magnetfelder im wesentlichen zeitlich konstant sind.