EP0975003A1 - Farbfernsehgerät oder Farbmonitor mit flachem Bildschirm - Google Patents

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EP0975003A1
EP0975003A1 EP98113322A EP98113322A EP0975003A1 EP 0975003 A1 EP0975003 A1 EP 0975003A1 EP 98113322 A EP98113322 A EP 98113322A EP 98113322 A EP98113322 A EP 98113322A EP 0975003 A1 EP0975003 A1 EP 0975003A1
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EP
European Patent Office
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electron
color
distance
electron beams
screen
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EP98113322A
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EP0975003B1 (de
Inventor
Johann Mitrowitsch
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PSI Esslingen GmbH
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Matsushita Electronics Europe GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/70—Arrangements for deflecting ray or beam

Definitions

  • the invention relates to a color television or a color monitor with a flat Screen.
  • Color television sets and (computer) monitors are used to convert electrical Signals in color images. Both televisions and monitors now have in the Usually an interface for different video signal formats (such as FBAS signals, analog or digital component signals). These signals are in one TV and a monitor to control a picture tube in analog RGB signals converted. Those sent to a television or monitor Video signals are each converted so that the video signal to be displayed Brightness or color values for each individual pixel of a display screen contains.
  • video signal formats such as FBAS signals, analog or digital component signals.
  • a Color image display tube of a color television set or monitor three Electron beams (one each for the basic colors of the additive color mixture: red, green, blue) and according to the position of the pixel information in the Video signal to the corresponding pixel on the fluorescent screen of the color picture tube distracted.
  • an additive color mixture comes from a pixel by pixel Overlay of three color separation images.
  • the fluorescent screen of one Color picture tubes consist of approx. 400,000 color triples, which are in groups of three arranged fluorescent dots each with a red glowing, a green glowing and a blue fluorescent dot. The diameter of such Red dot is about 0.3 mm.
  • Each of these points is from one of the three Electron beams shone by that Electron beam generation system are generated in the neck of the color picture tube.
  • the electron beams are deflected so that they are successively hit all pixels of the fluorescent screen.
  • a shadow mask inside the color picture tube which has a hole precisely assigned to each color triple.
  • the holes with one Diameters of about 0.25 mm are at regular intervals in the shadow mask etched.
  • the three electron beams meet and fall on the one behind lying phosphor points of the fluorescent screen.
  • Much of that from Electron generating system lands on the Shadow mask. This leads to heating and corresponding expansion of the Shadow mask, in particular the holes located on the edge of the mask position in relation to the fluorescent spots of the fluorescent screen can. Due to such a shift, the color purity is usually deteriorated because each of the three electron beams only on the one assigned to it Fluorescent point of the fluorescent screen may hit.
  • Shadow masks used in the form of stripe masks. With these is the Illuminated screen of a color picture tube not with fluorescent dots, but with Provided with fluorescent strips. Accordingly, the shadow mask points strip-shaped openings for the individual electron beams on each Stripes are assigned to the fluorescent screen.
  • the direct distance between two neighboring fluorescent pixels of the same color is Called screen pitch (dot pitch). With conventional color picture tubes this takes Distance between the same colored light points or light strips from Center of the screen towards the edge. Due to the size of the umbrella pitch, the Resolution of a color picture tube set.
  • a variation of the umbrella pitch or Mask pitch (mask pitch) is a simple way to control the curvature of the Affect shadow mask in a desired way. However, since one too large screen pitch is perceived by the viewer as a disturbing stripe structure, When designing a shadow mask, at least one must be observed Pixel resolution must be observed.
  • color picture tubes color cathode ray tubes
  • the radii of curvature are also corresponding or mask contours of the masks (shadow masks or shadow masks) accordingly flattened out.
  • a development of ever flatter masks is through use by Invar as mask material and by coating the mask Temperature reduction during operation has become possible.
  • Another increase in Flatness of the masks is no longer possible in this way.
  • everyone Efforts have therefore so far not succeeded in creating screens with shaped Realize shadow masks that have a completely flat screen.
  • the reason for this lies in the extremely low curvature of a shadow mask, which is for such a flat screen is required.
  • the main problem with an extremely flat mask lies in their sensitivity to mechanical stress and their strong Deformation due to local heating in normal operation.
  • tension masks so-called tension masks. Is with them it is possible to use shadow masks for absolutely flat screens. Doing so the shape of these masks is determined by either being only in the vertical direction or mechanically pretensioned simultaneously in the vertical and horizontal directions become. This results in either flat or cylindrical shapes. This mask remains as long as dimensionally stable as long as the thermal expansion of the mask during operation mechanical preload not compensated.
  • the disadvantage of this solution is that that the generation of high mechanical preload is very massive Mask frame designs required. This will reduce both the cost as well as the weight of a color television set or a monitor.
  • This task is carried out by a color television set or a color monitor with the Features of claim 1 achieved.
  • a color television set or a color monitor contains a device in particular an electron lens system that the mutual distance of the in a Electron beam generating system can change generated electron beams.
  • the shadow mask between the middle of the screen and the edge of the screen be curved more than conventional with a flat fluorescent screen. Consequently can use curved masks for flatter or even absolutely flat screens can be used without using special mask materials (e.g. Invar) or a larger screen pitch, i.e. a coarser resolution in the Marginal areas, must be accepted.
  • special mask materials e.g. Invar
  • a larger screen pitch i.e. a coarser resolution in the Marginal areas
  • the mutual distance of the electron beams is preferably set according to the following formula: s ⁇ Tri / 3 * (Ias-q) / q
  • This formula indicates that the mutual distance of the electron beams in the Convergence plane proportional to the desired size of the triple dimensions Tri and the ratio of the distance between the convergence plane and the mask to the distance between mask and fluorescent screen.
  • An electron lens system that changes the distance of the electron beams can effect each other, in the simplest case by a double magnetic quadrupole, which is located near the deflection plane.
  • a double magnetic quadrupole With In such a quadrupole, the two marginal rays from the Electron beam system generated electron beams according to the deflection influenced by the deflection field of the deflection unit.
  • Such a double magnetic Quadrupole has the advantage that the desired change in the Can achieve distances of the electron beams in a particularly simple manner.
  • Another advantageous implementation option is the use of a double one controllable electrostatic deflection elements e.g. in the electron gun.
  • the distances can also be targeted with such a deflection element influence.
  • An advantageous combination of the advantages of magnetic or electrostatic elements represents a combination of an electrical and a magnetic quadrupole / deflector. Such a solution represents one advantageous compromise from the inexpensive realization with the help of magnetic Quadrupoles and the advantageous controllability with the help of electrostatic Deflection elements.
  • Another alternative implementation is the quadrupole functions in the Integrate deflection unit, the deflection unit being targeted by the ideal dynamic convergence deviates and at the same time a correction of this deviation caused by an electrostatic or magnetic quadrupole / deflector becomes. In this way, too, it is possible to achieve a favorable implementation with a targeted one Influencing the change in the distance between the electron beams.
  • FIGS. 1 to 5 each have electron beams 6 to 8, which have the distance s from one another.
  • FIG. 6 shows the basic structure of a television set according to the invention or Monitor shown.
  • a video signal 40 with an image signal on the fluorescent screen 3 of the television set or monitor is to be displayed, one Video signal processing device 41 supplied.
  • This Video signal processing device 41 converts the input video signal 40 so that the electron gun 42 the brightness or color information which is supplied with three color signals (red, green, blue).
  • the corresponding horizontal and vertical synchronization pulses 44 one Deflection control 45 fed. Synchronize the vertical synchronization pulses the image change, the horizontal synchronization pulses ensure that the Line grid of the image to be displayed is synchronized.
  • This deflection control 45 controls the deflection of those generated by the electron gun 42 Electron beams so that the electron beams each to the pixel of the Illuminated screen 3 are deflected, for which the brightness or Color information from the video signal processing device 41 to the Electron beam generating system 42 is forwarded.
  • the deflection control 45 ensures in other words, that the brightness and color information of the Video signal processing device 41 each the correct pixel of the Fluorescent screen 3 is assigned to the color picture tube 43.
  • the Deflection control signals 47 are supplied to the deflection unit 46. This deflector changes the direction of the electron beams by an electric or magnetic Field. In most cathode ray tubes 43, the beam is deflected magnetic.
  • the deflection unit 46 is used to generate the required fields generally has two coil sections for horizontal deflection and two coil sections for the vertical deflection.
  • the three deflected electron beams pass shadow mask 1 and hit then on the fluorescent screen 3 of the screen 2 of the color picture tube 43.
  • the shadow mask 1 is curved significantly more than the fluorescent screen 2. That is, despite a flat screen 2, a conventionally curved one Use shadow mask 1. So as not to enlarge it at the same time The distance between the three will also have to accept the umbrella pitch Electron beams change with each other depending on the deflection angle. Since the Distance between shadow mask 1 and luminescent screen 3 in particular in the Edge areas of the screen when using conventionally curved Shadow masks 1 is particularly large, the distance becomes correspondingly more distracted Electron beams reduced using an additional electron lens system 49.
  • the dimension of color triples in the edge areas of the screen 2 kept so small that a viewer does not perceive a deteriorated image resolution.
  • the control of the distance variation of the electron beams by the Electron lens system 49 takes place via an electron lens system controller 48 in Dependence on the deflection (deflection signal 47) of the electron beams or Synchronization pulses 44.
  • Electron lens systems contain electron lenses that are electrostatic or / and represent magnetic fields, the force of which acts on moving electrons.
  • the adjustment of the distance of the electron beams through the electron lens system 49 i.e. especially the setting of the distance between the red and blue marginal rays to each other, takes place decoupled from the setting of the convergence of the Electron beams or regardless of the influence of the angle of incidence of the Border rays of the three electron beams on the screen plane.
  • the marginal rays of the three electron beams are in in-line electron gun systems usually the electron beams that are on the red and blue color pixels of the Hit the screen level.
  • FIGs 1 to 4 are those generated by the electron gun Electron beams 6-8 are shown with two different deflections each. Bright the electron beams 6 to 8 are shown which strike the center 5 of the screen. In contrast, the electron beams 9 to 11, which are on a Streaks of color 4 hit the edge of the screen.
  • the fluorescent screen 3 with the Luminous dots or light strips are on the inside of the front screen glass body 2 upset. The is located at a certain distance from the luminescent layer 3 Shadow mask 1 with holes 12, 13, each one of the color triplets 4, 5 on the Luminous screen 3 are assigned. The frame with which the Mask 1 is held in position within the color picture tube.
  • Fig. 1 is a screen 2 and a shadow mask 1 with a conventional one Shown curvature.
  • the curvature of the shadow mask 1 corresponds approximately to the curvature of the Illuminated screen 3 on the inside of the screen 2.
  • the shadow mask 1 can have a corresponding curvature, so that the distance of the shadow mask 1 to the fluorescent screen 3 from the center of the screen increases only slightly towards the edges. This makes it easy to find one to achieve a small screen pitch in the peripheral areas.
  • the shadow mask 1 has a significantly lower curvature than in Fig. 1.
  • the Preparing a shadow mask 1 with such a small curvature considerable technical problems, since extremely flat shadow masks 1 compared mechanical stress are extremely sensitive and are also local Strongly deform the heating during normal operation.
  • FIG. 3 shows a flat screen 2 with a conventionally curved mask 1 shown.
  • Such an arrangement is easy to manufacture, but leads to one lower resolution in the edge areas of the fluorescent screen 3.
  • the Mask openings 12, 13 in the center and at the edge of the picture at approximately the same distance lie from the fluorescent screen 3 and accordingly generate small screen pitches 4, 5, leads the one shown in Fig. 3 further inside the color picture tube Mask opening 12 to a significantly enlarged screen pitch 4.
  • Such Arrangement would be cheap to manufacture, but due to its poor resolution in the edge areas unacceptable for the viewer.
  • Fig. 4 the structure of a color picture tube is in accordance with that Invention reproduced.
  • Fig. 3 one becomes conventional in the present invention curved shadow mask 1 and a flat screen 2 used.
  • curved shadow mask 1 and a flat screen 2 used.
  • the distance between the generated electron beams 9 to 11 reduced when the electron beams 9 to 11 on a color triplet in the edge region of the Hit the fluorescent screen 3.
  • the distance between the generated electron beams 6 to 8 remains however unchanged when the electron beams on a color triplet 5 in the middle of the Hit the fluorescent screen 3.
  • Electron lens system near the deflection unit or the Has electron gun. This electron lens system affects the distance generated by the electron gun Electron beams depending on the respective deflection angle or respective points of impact 4, 5 of the electron beams 9 to 11 on the fluorescent screen 3.
  • the mutual distance between the electron beams is changed without Influencing the convergence of the rays in the screen plane.
  • the electron beams 20 to 22 are generated in an electron beam generation system (not shown) and are at a distance s from one another in the convergence plane 32. Without deflection, the electron beams hit the fluorescent screen 3 in the plane of the screen 36 as a triplet of pixels 26 to 28.
  • the best imaging properties, in particular color purity, are achieved when the triple dimensions Tri match the horizontal screen pitch Ps (distance of the same color stripes or luminous dots).
  • quadrupoles for controlling the distance of the Electron beams used. 7 is the structure of a magnetic quadrupole shown with four field generating devices (coils) 50.
  • the electron beams move longitudinally through the cylindrical space shown in FIG the field generating devices 50 is enclosed.
  • Each of the neighboring ones Field generating devices 50 generate an opposite magnetic field.
  • the Field strength is represented by arrows in FIG. 7.
  • the further electron beams at the Movement through the cylinder from the central axis of the cylinder are the more more they become either inward to the central axis or outward away from the Central axis deflected.
  • Electrostatic electron optical Lenses are an integral part of the electron gun.

Landscapes

  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)

Abstract

Farbfernsehgeräte und Farbmonitore werden mit einer Vorrichtung, insbesondere einem Elektronenlinsensystem, versehen, um den gegenseitigen Abstand der in einem Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten Elektronenstrahlen zu verändern. Durch Verkleinerung des gegenseitigen Abstands der erzeugten Elektronenstrahlen in Abhängigkeit von der Ablenkung der Elektronenstrahlen kann der Abstand der Schattenmaske zum Leuchtschirm mit zunehmender Entfernung vom Schirmmittelpunkt entsprechend vergrößert werden und damit kann eine weniger aufwendige Maskenkonstruktion ohne Inkaufnahme der bisherigen Nachteile für einen flachen Bildschirm verwendet werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Farbfernsehgerät oder einen Farbmonitor mit einem flachen Bildschirm.
Farbfernsehgeräte und (Computer-) Monitore dienen zur Umwandlung elektrischer Signale in Farbbilder. Sowohl Fernsehgeräte als auch Monitore haben heutzutage in der Regel eine Schnittstelle für verschiedene Videosignalformate (wie z.B. FBAS-Signale, analoge oder digitale Komponentensignale). Diese Signale werden in einem Fernsehgerät und einem Monitor zur Ansteuerung einer Bildröhre in analoge RGB-Signale umgewandelt. Die einem Fernsehgerät oder einem Monitor zugeleiteten Videosignale werden jeweils so umgewandelt, daß das darzustellende Videosignal Helligkeits- bzw. Farbwerte für jeden einzelnen Bildpunkt eines Wiedergabebildschirms enthält. Zur Darstellung eines in einem Videosignal enthaltenen Bildes werden in einer Farbbildwiedergaberöhre eines Farbfernsehgerätes bzw. Monitors drei Elektronenstrahlen (jeweils einer für die Grundfarben der additiven Farbmischung: rot, grün, blau) erzeugt und entsprechend der Lage der Bildpunktinformation in dem Videosignal zu dem entsprechenden Bildpunkt auf dem Leuchtschirm der Farbbildröhre abgelenkt.
Bei einer Farbbildröhre kommt eine additive Farbmischung durch eine bildpunktweise Überlagerung von drei Farbauszugsbildern zustande. Der Leuchtschirm einer solchen Farbbildröhre besteht aus ca. 400 000 Farbtripeln, das sind in Dreiergruppen angeordnete Leuchtstoffpunkte mit je einem rot leuchtenden, einem grün leuchtenden und einem blau leuchtenden Leuchtstoffpunkt. Der Durchmesser eines solchen Leuchtpunktes beträgt etwa 0,3 mm. Jeder dieser Punkte wird von einem der drei Elektronenstrahlen zum Leuchten gebracht, die von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem im Hals der Farbbildröhre erzeugt werden. Durch eine Ablenkeinheit werden die Elektronenstrahlen so abgelenkt, daß sie nacheinander auf alle Bildpunkte des Leuchtschirms treffen. In einem Abstand von etwa 15 mm zum Leuchtschirm befindet sich im Inneren der Farbbildröhre eine Schattenmaske, die in genauer Zuordnung zu jedem Farbtripel ein Loch aufweist. Die Löcher mit einem Durchmesser von etwa 0,25 mm sind in regelmäßigen Abständen in die Lochmaske eingeätzt. In dem jeweils durch die gemeinsame Strahlablenkung angesteuerten Loch der Schattenmaske treffen sich die drei Elektronenstrahlen und fallen auf die dahinter liegenden Leuchtstoffpunkte des Leuchtschirms. Ein Großteil der vom Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten Elektronen landet dabei auf der Schattenmaske. Dies führt zu einer Erwärmung und entsprechenden Ausdehnung der Schattenmaske, wobei sich insbesondere die am Rand der Maske befindlichen Löcher in ihrer Lage gegenüber den Leuchtstoffpunkten des Leuchtschirms verschieben können. Aufgrund einer solchen Verschiebung wird in der Regel die Farbreinheit verschlechtert, da jeder der drei Elektronenstrahlen nur auf den ihm zugeordneten Leuchtstoffpunkt des Leuchtschirms treffen darf.
Neben Schattenmasken, die als Lochmasken ausgebildet sind, werden auch Schattenmasken in Form von Streifenmasken verwendet. Bei diesen ist der Leuchtschirm einer Farbbildröhre nicht mit Leuchtstoffpunkten, sondern mit Leuchtstoffstreifen versehen. Dementsprechend weist die Schattenmaske streifenförmige Öffnungen für die einzelnen Elektronenstrahlen auf die jeweils den Streifen auf den Leuchtschirm zugeordnet sind.
Damit die Farbauszugsbiider deckungsgleich erscheinen, müssen die drei Elektronenstrahlen über die gesamte Leuchtschirmfläche jeweils immer auf die zusammengehörigen Leuchtstoffpunkte eines Farbtripels treffen. Deshalb wird die Konvergenz der 3 Elektronenstrahlen in Abhängigkeit von der Lage ihres Auftreffpunktes auf dem Leuchtschirm einer Bildröhre, d.h. abhängig von der Ablenkung, eingestellt (sogenannte dynamische Konvergenz).
Der direkte Abstand zweier gleichfarbiger, benachbarter Leuchtstoff-Bildpunkte wird Schirmpitch (dot pitch) genannt. Bei herkömmlichen Farbbildröhren nimmt dieser Abstand zwischen gleichfarbigen Leuchtpunkten bzw. Leuchtstreifen vom Leuchtschirmmittelpunkt zum Rand hin zu. Durch die Größe des Schirmpitches wird die Auflösung einer Farbbildröhre festgelegt. Eine Variation des Schirmpitches oder Maskenpitches (mask pitch) ist ein einfaches Mittel, um die Krümmung der Schattenmaske in einer gewünschten Art und Weise zu beeinflussen. Da jedoch ein zu großer Schirmpitch vom Betrachter als störende Streifenstruktur wahrgenommen wird, muß beim Entwurf einer Schattenmaske eine mindestens einzuhaltende Bildpunktauflösung beachtet werden.
In den letzten Jahren wurden Farbbildröhren (Farb-Kathodenstrahlröhren) mit immer flacheren Bildschirmen entwickelt. Dementsprechend sind auch die Krümmungsradien bzw. Maskenkonturen der Masken (Schattenmasken bzw. Lochmasken) entsprechend flach geworden. Eine Entwicklung immer flacherer Masken ist durch die Verwendung von Invar als Maskenmaterial und durch die Beschichtung der Maske zur Temperaturreduzierung beim Betrieb möglich geworden. Eine weitere Steigerung der Flachheit der Masken ist auf diesem Wege jedoch nicht mehr möglich. Trotz aller Anstrengungen ist es deshalb bisher nicht gelungen, Bildschirme mit geformten Schattenmasken zu realisieren, die einen völlig planen Bildschirm besitzen. Der Grund dafür liegt in der extrem geringen Wölbung einer Schattenmaske, die für einen solch flachen Bildschirm erforderlich ist. Die Hauptproblematik einer extrem flachen Maske liegt in ihrer Empfindlichkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung und ihrer starken Deformation bei lokaler Erwärmung im normalen Betrieb.
Eine bekannte Lösung für dieses Problem sind sogenannte Spannmasken. Mit ihnen ist es möglich, Schattenmasken für absolut flache Bildschirme zu verwenden. Dabei wird die Form dieser Masken dadurch festgelegt, daß sie entweder nur in vertikaler Richtung oder gleichzeitig in vertikaler und horizontaler Richtung mechanisch vorgespannt werden. Dies ergibt entweder plane oder zylindrische Formen. Diese Maske bleibt solange formstabil, wie die thermische Ausdehnung der Maske im Betrieb die mechanische Vorspannung nicht kompensiert. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, daß die Erzeugung der hohen mechanischen Vorspannung sehr massive Maskenrahmenkonstruktionen erforderlich macht. Dadurch werden sowohl die Kosten als auch das Gewicht eines Farbfernsehgerätes bzw. eines Monitors erhöht.
Aus diesem Grund wäre eine Verwendung konventionell geformter Masken auch für Fernsehgeräte und Monitore mit einem flachen Bildschirm wünschenswert. Bei einer solchen Anordnung vergrößert sich der Abstand zwischen Maske und Leuchtschirm mit zunehmender Entfernung vom Bildschirmmittelpunkt extrem. Dementsprechend vergrößert sich entsprechend der Abstand der einzelnen Leuchtpunkte eines Farbtripels auf dem Leuchtschirm in Richtung der Ränder eines Bildschirms, so daß für den Betrachter in den Randbereichen einzelne Leuchtstoffpunkte oder -streifen deutlich störend sichtbar werden (bei Bildröhren mit einem Bildseitenverhältnis von 16:9 insbesondere in den seitlichen Randbereichen).
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Farbfernsehgerät bzw. einen Farbmonitor mit verbesserter Wiedergabequalität zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Farbfernsehgerät bzw. einen Farbmonitor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht.
Erfindungsgemäß enthält ein Farbfernsehgerät bzw. ein Farbmonitor eine Vorrichtung, insbesondere ein Elektronenlinsensystem, die den gegenseitigen Abstand der in einem Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten Elektronenstrahlen verändern kann. Durch Verkleinerung des gegenseitigen Abstands der erzeugten Elektronenstrahlen in Abhängigkeit von der Ablenkung der Elektronenstrahlen kann der Abstand der Schattenmaske zum Leuchtschirm mit zunehmender Entfernung vom Schirmmittelpunkt entsprechend vergrößert werden, ohne die bekannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Auf diese Weise kann z.B. die Schattenmaske zwischen Schirmmitte und Schirmrand auch bei flachem Leuchtschirm stärker als herkömmlich gekrümmt werden. Somit können gekrümmte Masken für flachere oder sogar absolut plane Bildschirme verwendet werden, ohne daß spezielle Maskenmaterialien (z.B. Invar) verwendet werden müssen oder ein größerer Schirmpitch, d.h. eine gröbere Auflösung in den Randbereichen, in Kauf genommen werden muß.
Der gegenseitige Abstand der Elektronenstrahlen wird vorzugsweise gemäß folgender Formel eingestellt: s ≈ Tri/3 * (Ias-q)/q
Diese Formel gibt an, daß der gegenseitige Abstand der Elektronenstrahlen in der Konvergenzebene proportional von der gewünschten Größe der Tripelabmessungen Tri und dem Verhältnis des Abstands zwischen Konvergenzebene und Maske zum Abstand zwischen Maske und Leuchtschirm abhängt.
Ein Elektronenlinsensystem, das einen veränderlichen Abstand der Elektronenstrahlen voneinander bewirken kann, wird im einfachsten Fall durch einen zweifachen magnetischen Quadrupol bewirkt, der in der Nähe der Ablenkebene angebracht ist. Mit einem solchen Quadrupol werden die beiden Randstrahlen der vom Elektronenstrahlsystem erzeugten Elektronenstrahlen entsprechend der Ablenkung durch das Ablenkfeld der Ablenkeinheit beeinflußt. Ein solcher zweifacher magnetischer Quadrupol hat den Vorteil, daß sich durch ihn die gewünschte Veränderung der Abstände der Elektronenstrahlen auf besonders einfache Weise erreichen läßt.
Eine weitere vorteilhafte Realisierungsmöglichkeit ist die Verwendung eines doppelten steuerbaren elektrostatischen Ablenkelements z.B. im Elektronenstrahlerzeugungssystem. Mit einem solchen Ablenkelement lassen sich ebenfalls die Abstände gezielt beeinflussen.
Eine vorteilhafte Verknüpfung der oben beschriebenen Vorteile von magnetischen oder elektrostatischen Elementen stellt eine Kombination aus einem elektrischen und einem magnetischen Quadrupol/Ablenkelement dar. Eine solche Lösung stellt einen vorteilhaften Kompromiß aus der preisgünstigen Realisierung mit Hilfe magnetischer Quadrupole und der vorteilhaften Steuerbarkeit mit Hilfe von elektrostatischen Ablenkelementen dar.
Eine weitere alternative Realisierungsform ist, die Quadrupolfunktionen in die Ablenkeinheit zu integrieren, wobei die Ablenkeinheit gezielt von der idealen dynamischen Konvergenz abweicht und gleichzeitig eine Korrektur dieser Abweichung durch einen elektrostatischen oder magnetischen Quadrupol/Ablenkelement bewirkt wird. Auch auf diese Weise läßt sich eine günstige Realisierung mit einer gezielten Beeinflussung der Veränderung des Abstandes der Elektronenstrahlen verbinden.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn die Ebenen der beiden verwendeten Quadrupole einen bestimmten Mindestabstand nicht unterschreiten.
Außerdem lassen sich bessere Ergebnisse dadurch erzielen, daß sich die Wirkung beider verwendeter Quadrupole in bezug auf die statische und die dynamische Konvergenz aufhebt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt:
Fig. 1
eine konventionelle Farbbildröhre,
Fig. 2
eine konventionelle flache Farbbildröhre,
Fig. 3
eine konventionelle flache Farbbildröhre mit maximal realisierbarer Maskenkrümmung,
Fig. 4
eine Farbbildröhre eines erfindungsgemäßen Farbfernsehgerätes bzw. Farbmonitors mit variablem Abstand der Elektronenstrahlen,
Fig. 5
die geometrischen Verhältnisse der Elektronenstrahlen bei einer Farbbildröhre gemäß Fig. 4,
Fig. 6
ein Blockschaltbild eines Fernsehgerätes bzw. Monitors und
Fig. 7
den Aufbau eines magnetischen Quadrupalfeldes.
Zu allen Figuren werden für die gleichen Bildelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In Fig.1 ist eine herkömmliche Farbbildröhre (Farb-Kathodenstrahlröhre) dargestellt. Farbbildröhren werden heutzutage überwiegend als Dreistrahl-Farbbildröhren nach dem Schattenmaskenprinzip eingesetzt. In Abhängigkeit von der Anordnung der drei Elektronenstrahlsysteme unterscheidet man Delta-Röhren und Inline-Röhren. Bei Delta-Anordnungen liegen Elektronenstrahlerzeugungssysteme auf den Ecken eines gleichschenkligen Dreiecks. Bei Inline-Anordnungen sind sie dagegen in einer horizontalen Ebene nebeneinanderliegend angeordnet. Die Standard-Bildröhren für Fernsehanwendungen enthalten in der Regel die Inline-Anordnung, die Vorteile in der Konvergenz-Korrektur aufweist. In den Figuren 1 bis 5 sind jeweils Elektronenstrahlen 6 bis 8 dargestellt, die voneinander den Abstand s aufweisen.
In Fig. 6 ist der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen Fernsehgerätes bzw. Monitors dargestellt. Ein Videosignal 40 mit einem Bildsignal, das auf dem Leuchtschirm 3 des Fernsehgerätes bzw. Monitors dargestellt werden soll, wird einer Videosignalverarbeitungseinrichtung 41 zugeleitet. Diese Videosignalverarbeitungseinrichtung 41 wandelt das Eingangsvideosignal 40 so um, daß dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 42 die Helligkeits- bzw. Farbinformation der drei Farbsignale (rot, grün, blau) zugeleitet wird. Gleichzeitig werden die entsprechenden horizontalen und vertikalen Synchronisationsimpulse 44 einer Ablenksteuerung 45 zugeleitet. Die vertikalen Synchronisationsimpulse synchronisieren den Bildwechsel, die horizontalen Synchronistionsimpulse stellen sicher, daß das Zeilenraster des darzustellenden Bildes synchronisiert wird. Diese Ablenksteuerung 45 steuert die Ablenkung der von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 42 erzeugten Elektronenstrahlen so, daß die Elektronenstrahlen jeweils zu dem Bildpunkt des Leuchtschirms 3 abgelenkt werden, für den zum selben Zeitpunkt die Helligkeits- bzw. Farbinformation von der Videosignalverarbeitungseinrichtung 41 an das Elektronenstrahlerzeugungssystem 42 weitergeleitet wird. Die Ablenksteuerung 45 sorgt mit anderen Worten dafür, daß die Helligkeits- und Farbinformation der Videosignalverarbeitungseinrichtung 41 jeweils dem richtigen Bildpunkt des Leuchtschirms 3 der Farbbildröhre 43 zugeordnet wird. Dazu werden die Ablenkungssteuersignale 47 der Ablenkeinheit 46 zugeleitet. Diese Ablenkeinrichtung ändert die Richtung der Elektronenstrahlen durch ein elektrisches oder magnetisches Feld. Bei den weitaus meisten Kathodenstrahlröhren 43 erfolgt die Strahlablenkung magnetisch. Der dafür erforderlichen Felderzeugung dient die Ablenkeinheit 46. Diese hat im allgemeinen zwei Teilspulen für die Horizontalablenkung und zwei Teilspulen für die Vertikalablenkung.
Die drei abgelenkten Elektronenstrahlen passieren die Schattenmaske 1 und treffen anschließend auf den Leuchtschirm 3 des Bildschirms 2 der Farbbildröhre 43. Erfindungsgemäß ist die Schattenmaske 1 deutlich stärker gewölbt als der Leuchtschirm 2. D.h., trotz eines flachen Bildschirms 2 läßt sich eine herkömmlich gekrümmte Schattenmaske 1 verwenden. Um damit nicht gleichzeitig einen vergrößerten Schirmpitch in Kauf nehmen zu müssen, wird zusätzlich der Abstand der drei Elektronenstrahlen zueinander in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel verändert. Da der Abstand zwischen Schattenmaske 1 und Leuchtschirm 3 insbesondere in den Randbereichen des Bildschirms bei Verwendung herkömmlich gekrümmter Schattenmasken 1 besonders groß ist, wird der Abstand entsprechend abgelenkter Elektronenstrahlen mit Hilfe eines zusätzlichen Elektronenlinsensystems 49 verkleinert. Dadurch wird die Abmessung von Farbtripeln in den Randbereichen des Bildschirms 2 so klein gehalten, daß ein Betrachter keine verschlechterte Bildauflösung wahrnimmt. Die Steuerung der Abstandsvariation der Elektronenstrahlen durch das Elektronenlinsensystem 49 erfolgt über eine Elektronenlinsensystemsteuerung 48 in Abhängigkeit von der Ablenkung (Ablenksignal 47) der Elektronenstrahlen bzw. den Synchronisationsimpulsen 44.
Elektronenlinsensysteme enthalten Elektronenlinsen, die elektrostatische oder/und magnetische Felder darstellen, deren Kraft auf bewegte Elektronen wirkt.
Die Einstellung des Abstands der Elektronenstrahlen durch das Elektronenlinsensystem 49, d.h. insbesondere die Einstellung des Abstands der roten und blauen Randstrahlen zueinander, erfolgt entkoppelt von der Einstellung der Konvergenz der Elektronenstrahlen bzw. unabhängig von der Beeinflussung des Auftreffwinkels der Randstrahlen der drei Elektronenstrahlen auf der Schirmebene. Die Randstrahlen der drei Elektronenstrahlen sind bei in-line Elektronenstrahlerzeugungssystemen üblicherweise die Elektronenstrahlen, die auf den roten und blauen Farbpixeln der Schirmebene auftreffen.
In den Figuren 1 bis 4 werden die vom Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten Elektronenstrahlen 6-8 mit jeweils zwei verschiedenen Ablenkungen dargestellt. Hell sind die Elektronenstrahlen 6 bis 8 dargestellt, die im Bildschirmmittelpunkt 5 auftreffen. Dunkel sind dagegen die Elektronenstrahlen 9 bis 11 dargestellt, die auf einem Farbtripel 4 im Randbereich des Bildschirms auftreffen. Der Leuchtschirm 3 mit den Leuchtpunkten bzw. Leuchtstreifen ist auf der Innenseite des Frontschirmglaskörpers 2 aufgebracht. In einem bestimmten Abstand von der Leuchtschicht 3 befindet sich die Lochmaske 1 mit Löchern 12, 13, die jeweils einem der Farbtripel 4, 5 auf dem Leuchtschirm 3 zugeordnet sind. Nicht dargestellt ist dabei der Rahmen, mit dem die Maske 1 innerhalb der Farbbildröhre in ihrer Position gehalten wird.
In Fig. 1 ist ein Bildschirm 2 und eine Schattenmaske 1 mit einer herkömmlichen Krümmung dargestellt. Bei einem solchen gekrümmten Bildschirm ist es möglich, die Schattenmaske auf herkömmliche Weise ohne großen Aufwand herzustellen. Ein flacher Bildschirm läßt sich auf diese Weise mit der herkömmlichen Technik nicht erreichen. Die Krümmung der Schattenmaske 1 entspricht in etwa der Krümmung des Leuchtschirms 3 auf der Innenseite des Bildschirms 2. Wegen dieser Krümmung des Leuchtschirms 3 kann die Schattenmaske 1 eine entsprechende Krümmung aufweisen, so daß der Abstand der Schattenmaske 1 zum Leuchtschirm 3 von der Schirmmitte zu den Randbereichen hin nur leicht zunimmt. Dadurch ist es unproblematisch, einen kleinen Schirmpitch auch in den Randbereichen zu erreichen.
Fig. 2 zeigt eine herkömmliche Lösung zur Realisierung eines flachen Bildschirms 2. Auch in diesem Fall muß der Abstand zwischen Leuchtschirm 3 und Schattenmaske 1 in etwa konstant bleiben, damit der Schirmpitch 4, 5 in den Randbereichen des Leuchtschirms 3 eine bestimmte Größe nicht überschreitet. Es ist deshalb erforderlich, daß die Schattenmaske 1 eine deutlich geringere Krümmung als in Fig. 1 aufweist. Die Herstellung einer Schattenmaske 1 mit einer solch geringen Krümmung bereitet erhebliche technische Probleme, da extrem flache Schattenmasken 1 gegenüber mechanischer Beanspruchung extrem empfindlich sind und sich zudem bei lokaler Erwärmung im normalen Betrieb stark deformieren.
In Fig. 3 ist ein flacher Bildschirm 2 mit einer konventionell gekrümmten Maske 1 dargestellt. Eine solche Anordnung läßt sich zwar leicht herstellen, führt jedoch zu einer geringeren Auflösung in den Randbereichen des Leuchtschirms 3. Während in Fig. 2 die Maskenöffnungen 12, 13 in der Bildmitte und am Bildrand in etwa in gleichem Abstand vom Leuchtschirm 3 liegen und dementsprechend kleine Schirmpitche 4, 5 erzeugen, führt die in Fig. 3 dargestellte weiter im Inneren der Farbbildröhre liegende Maskenöffnung 12 zu einem deutlich vergrößerten Schirmpitch 4. Eine solche Anordnung wäre zwar günstig herzustellen, aber aufgrund ihrer schlechten Auflösung in den Randbereichen für den Betrachter unakzeptabel.
Um eine Anordnung mit einer gekrümmten Maske und einem flachen Bildschirm, wie in Fig. 3 dargestellt, verwenden zu können, sind deshalb zusätzliche Maßnahmen erforderlich. In Fig. 4 ist der Aufbau einer Farbbildröhre in Übereinstimmung mit der Erfindung wiedergegeben. Wie in Fig. 3 wird erfindungsgemäß eine herkömmlich gekrümmte Schattenmaske 1 und ein flacher Bildschirm 2 verwendet. Um jedoch zu verhindern, daß die Schirmpitche 4 in den Randbereichen des Leuchtschirms 3 unzulässig groß werden, wird der Abstand der erzeugten Elektronenstrahlen 9 bis 11 verkleinert, wenn die Elektronenstrahlen 9 bis 11 auf ein Farbtripel im Randbereich des Leuchtschirms 3 treffen. Der Abstand der erzeugten Elektronenstrahlen 6 bis 8 bleibt jedoch unverändert, wenn die Elektronenstrahlen auf ein Farbtripel 5 in der Mitte des Leuchtschirms 3 treffen. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen Schattenmaske 1 und Leuchtschirm 3 in den Randbereichen einen deutlich größeren Abstand vorzusehen als in der Bildschirmmitte. Der Vorteil liegt insbesondere darin, daß sich eine günstig herzustellende Schattenmaske 1 verwenden läßt, die gleichzeitig unempfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung ist und sich auch bei lokaler Erwärmung im normalen Betrieb nicht extrem deformiert. Dadurch werden die Herstellungskosten von extrem flachen bzw. planaren Farbbildröhren deutlich gesenkt.
Dazu ist es erforderlich, daß eine erfindungsgemäße Farbbildröhre ein Elektronenlinsensystem in der Nähe der Ablenkeinheit oder des Elektronenstrahlerzeugungssystems aufweist. Dieses Elektronenlinsensystem beeinflusst den Abstand der von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten Elektronenstrahlen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ablenkwinkel bzw. dem jeweiligen Auftreffpunkt 4, 5 der Elektronenstrahlen 9 bis 11 auf dem Leuchtschirm 3.
Die Veränderung des gegeseitigen Abstands der Elektronenstrahlen erfolgt ohne Beeinflussung der Konvergenz der Strahlen in der Bildschirmebene.
In Fig. 5 sind die geometrischen Verhältnisse mit und ohne Anwendung eines Elektronenlinsensystems dargestellt. Die Elektronenstrahlen 20 bis 22 werden in einem nicht gezeigten Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugt und weisen in der Konvergenzebene 32 den Abstand s voneinander auf Ohne Ablenkung treffen die Elektronenstrahlen als Bildpunkttripel 26 bis 28 auf den Leuchtschirm 3 in der Schirmebene 36 auf Die Maske weist einen normalen Q- Abstand 30 von der Schirmebene 36 auf Die Größe der Tripelabmessungen Tri ergibt sich dabei zu Tri = 3 · s · q Ias-q
In dieser Formel bedeuten:
Tri
Tripelabmessungen,
s
Abstand der Elektronenstrahlen in der Konvergenzebene 32,
q
Abstand der Schattenmaske 1 zum Leuchtschirm 3 (Q-Abstand 30,31),
Ias
Abstand der Konvergenzebene 32 zum Leuchtschirm 3 (Schirmebene 36).
Aus diesen geometrischen Verhältnissen ergibt sich, daß sich die Tripelabmessungen Tri direkt proportional zum dem Abstand s der Elektronenstrahlen 20-22 verändern. D.h. durch Verringerung des gegenseitigen Abstands s der Elektronenstrahlen 20-22 lassen sich die Abmessungen Tri eines Farbtripels entsprechend reduzieren.
Die besten Abbildungseigenschaften, insbesondere Farbreinheit, wird dann erzielt, wenn die Tripelabmessungen Tri mit dem horizontalen Schirmpitch Ps (Abstand gleicher Farbstreifen bzw. Leuchtpunkte) übereinstimmt. Die Größe des horizontalen Schirmpitches Ps einer Farbbildröhre ergibt sich aus folgender Formel: Ps = pm·Ia Ia-q
Dabei bedeuten:
Ps
horizontaler Schirmpitch,
Pm
horizontaler Maskenpitch (Schlitzabstand bzw. Lochabstand),
Ia
Abstand der Ablenkebene 33 zum Leuchtschirm 3 (Schirmebene 36),
q
Abstand der Schattenmaske 1 zum Leuchtschirm 3 (Q-Abstand 30, 31).
Maße für ein Ausführungsbeispiel sind in Tabelle 1 angegeben.
Figure 00140001
Dabei bedeuten:
Ia
Abstand der Ablenkebene 33 zur Schirmebene 36,
Ias
Abstand der Konvergenzebene 32 zur Schirmebene 36,
s
Abstand der Elektronenstrahlen in der Konvergenzebene 32,
sm
Abstand der Elektronenstrahlen für die Schirmmitte,
se
Abstand der Elektronenstrahlen für eine Schirmecke,
Qm
Abstand der Maskenebene 30 zur Schirmebene 36 in der Schirmmitte,
Qe
Abstand der Maskenebene 31 zur Schirmebene 36 in einer Schirmecke,
Trim
Tripelamessungen in der Schirmmitte,
Trie
Tripelabmessungen in der Schirmecke,
Pm
Schirmpitch in der Schirmmitte,
Pe
Schirmpitch in einer Schirmecke.
Erfindungsgemäß werden Quadrupole zur Steuerung des Abstands der Elektronenstrahlen eingesetzt. In Fig. 7 ist der Aufbau eines magnetischen Quadrupols mit vier Felderzeugungseinrichtungen (Spulen) 50 dargestellt. Die Elektronenstrahlen bewegen sich längs durch den in Fig. 7 dargestellten zylinderförmigen Raum, der von den Felderzeugungseinrichtungen 50 umschlossen wird. Jede der benachbarten Felderzeugungseinrichtungen 50 erzeugt ein entgegengesetztes Magnetfeld. Die Feldstärke ist in Fig. 7 durch Pfeile dargestellt. Je weiter Elektronenstrahlen bei der Bewegung durch den Zylinder von der Mittelachse des Zylinders entfernt sind, desto mehr werden sie entweder nach innen zur Mittelachse oder nach außen weg von der Mittelachse abgelenkt. Durch hintereinandergeschaltete Quadrupole, bei denen sich die Elektronenstrahlen in den Randbereichen nacheinander durch einen fokussierenden und einen defokussierenden Bereich bewegen (oder in umgekehrter Reihenfolge), läßt sich der Abstand der Elektronenstrahlen zueinander verändern. Solche magnetischen Quadrupole umgeben den Röhrenhals und damit das Eletronenenstrahlerzeugungssystem von außen. Elektrostatische elektronenoptische Linsen dagegen sind ein integrierter Bestandteil des Elektronenstrahlerzeugungssystems.

Claims (11)

  1. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor mit
    einer Kathodenstrahlröhre (43) mit
    einem Elekronenstrahlerzeugungssystem (42) zur Erzeugung mehrerer Elektronenstrahlen (6-8) zur Wiedergabe eines Videosignals (40), wobei die Elektronenstrahlen (6-8) einen bestimmten gegenseitigen Abstand (s) voneinander aufweisen,
    einer Schaffenmaske (1), und
    einem Leuchtschirm (3),
    einer Ablenkeinheit (46) zur gemeinsamen Ablenkung der Elektronenstrahlen (6-8) des Elektronenstrahlerzeugungssystems (42) in horizontaler und vertikaler Richtung, und
    einer Ablenksteuerung (45) zur Steuerung der Ablenkeinheit (46) in Abhängigkeit von den Synchronisationsimpulsen (44) des Videosignals (40),
    gekennzeichnet durch
    ein Elektronenlinsensystem (49) zur Veränderung des gegenseitigen Abstands (s) der Elektronenstrahlen (6-8), das im Bereich der Ablenkeinheit (46) oder des Elektronenstrahlerzeugungssystems (42) der Kathodenstrahlröhre (43) vorgesehen ist, und
    eine Elektronenlinsensystemsteuerung (48), die in Abhängigkeit von den Steuersignalen (47) der Ablenksteuerung (45) oder den Synchronisationsimpulsen (44) des Videosignals (40) die Veränderung des gegenseitigen Abstands (s) der Elektronenstrahlen (6-8) durch das Elektronenlinsensystem (49) steuert.
  2. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenlinsensystemsteuerung (48) den gegenseitigen Abstand (s) der Elektronenstrahlen (6-8) gemäß folgender Formel einstellt: s ≈ Tri/3 * (Ias-q)/q wobei in der Formel bedeuten:
    s
    - gegenseitiger Abstand der Elektronenstrahlen (6-8),
    Tri
    - Tripelabmessungen,
    Ias
    - Abstand der Konvergenzebene (32) zum Leuchtschirm (3) und
    q
    - Abstand der Schattenmaske (1) zum Leuchtschirm (3).
  3. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenlinsensystem (49) durch einen zweifachen magnetischen Quadrupol realisiert ist, der in der Nähe der Ablenkebene (33) der Ablenkeinheit (46) angebracht ist.
  4. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweifache magnetische Quadrupol die Randstrahlen (21, 22) der von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem (42) erzeugten Elektronenstrahlen (20-22) durch einen dem Ablenkfeld der Ablenkeinheit (46) synchronen Effekt beeinflußt.
  5. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenlinsensystem (49) durch ein doppeltes steuerbares elektrostatisches Ablenkelement realisiert ist.
  6. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenlinsensystem (49) durch eine Kombination aus einem elektrostatischen Ablenkelement und einem magnetischen Quadrupol realisiert ist.
  7. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenlinsensystem (49) durch Einbindung einer Quadrupolfunktion in die Ablenkeinheit (46) realisiert ist.
  8. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbindung der Quadrupolfunktion in die Ablenkeinheit (46) durch gezielte Abweichung von der idealen dynamischen Konvergenz und gleichzeitige Korrektur dieser Abweichung durch eine elektrostatisches Ablenkelement oder einen magnetischen Quadrupol in einer anderen Ebene erreicht wird.
  9. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Quadrupolebene (34) und die zweite Quadrupolebene (35) einen bestimmten Mindestabstand voneinander aufweisen.
  10. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wirkung der beiden Quadrupole bezüglich der statischen und der dynamischen Kovergenz aufhebt.
  11. Farbfernsehgerät oder Farbmonitor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Schattenmaske (1) und dem Leuchtschirm (3) mit zunehmender Entfernung vom Leuchtschirmmittelpunkt (5) größer wird.
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