NL7812540A - Kathodestraalbuis. - Google Patents

Description

-- - \ ψ PHN 9318 .

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Kathodestraalbuis.

De uitvinding heeft betrekking op een kathodestraalbuis bevattende in een geëvacueerde omhulling een elektronenkanon voor het opwekken van een elektronenbundel, welke op een trefplaat wordt gefokusseerd, welk elektronenkanon 5 langs een as gecentreerd een kathode, een rooster met een opening en een eerste anode met een opening bevat, na welk rooster een astigmatische bundelknoop in. de elektronenbundel wordt geïnduceerd.

Dergelijke kathodestraalbuizen worden toegepast voor 10 het weergeven van televisiebeelden of in een oscilloscoop.

De trefplaat is in dat geval een beeldscherm met een fosforlaag^ zoals bijvoorbeeld in een zwart-wit beeldbuis of in een oscilloscoopbuis, of met een patroon van in verschillende kleuren oplichtende fosforelementen in een 15 kleurenbeeldbuis.

Ook kan een dergelijke buis worden toegepast voor het opnemen van beelden. De trefplaat is in dat geval een foto-gevoelige laag, bijvoorbeeld een fotogeleidende laag.

Bij alle toepassingen dient de trefvlek welke bij het 20 op de trefplaat vallen van de elektronenbundel ontstaat zeer bepaalde^in het algemeen geringe>afmetingen te hebben en dient de waas welke de trefvlek omgeeft minimaal te zijn.

Een dergelijke in de eerste alinea beschreven kathodestraalbuis is bekend uit het artikel **30AX Self-aligning 25 110° in-line color TV displa/ in IEEE Transactions on

Consumers· Electronics Vol. CE-24 No. 3 Aug. 1978 p. 481-7.

Daarin is een drievoudig elektronenkanon in een kleuren-televisiebeeldbuis beschreven waarin het rooster van elk kanon uit twee tegen elkaar geplaatste platen bestaat, één 30 plaat met een horizontale spleet en één plaat met een ver- 78 1 25 40 ψ· V · 2 ΡΗΝ 9318 tikale spleet. Door deze spleten vormt het rooster in samenwerking met de kathode een eerste elektrostatisch vierpoollensveld en in samenwerking met de eerste anode een tweede, 90° ten opzichte van het eerste elektrostatisch 5 vierpoolveld gedraaid, elektrostatisch vierpoollensveld.

Door deze lensvelden wordt de elektronenbundel in een tweetal focuslijnen gefocusseerd, waardoor de onderlinge af-.stoting van de elektronen· (ruimteladingsafstoting) minder wordt dan in het geval van één geconcentreerde stigmatische 10 bundelknoop. De sterkte van de velden tussen het rooster en de kathode en tussen het rooster en de anode en daar-' door de vorm van de trefvlek op het beeldscherm zijn echter afhankelijk van de spanningsvariaifci.es op het rooster. Bovendien vindt bij een dergelijk geconstrueerd rooster 15 elektronenemissie uit een niet rond gebied van.de emit terende laag van de kathode plaats, hetgeen bij een aantal toepassingen als minder gunstig ervaren wordt.

In het Amerikaans octrooischrift 3*217.200 is een kathodestraaibuis beschreven waarin tegen de eerste anode kanon 20 van een soortgelijk elektronen/een dun permanent magnetisch plaatje is gemonteerd. Dit plaatje houdt een sterk magneetveld door de opening in het plaatje en de eerste anode in stand, welk magneetveld toroïdevormig is en een rotatie-symmetrische magnetische lens voor de elektronenbundel '25 vormt. Daar de bundelknoop zich bij toenemende en afnemende hundelstroom respectievelijk van de kathode af en meer naar de kathode toe beweegt, zal de bundelknoop zich in deze magnetische lens langs de bundelas verplaatsen en zal de focusserende invloed van deze lens op de bundel en bundel-30 knoop variëren afhankelijk van de bundelstroom en zal, omdat de bundelknoop op het beeldscherm wordt afgebeeld, variërende spotafmetingen op het beeldscherm tot gevolg hebben.

De uitvinding beoogt een kathodestraalbuis van de in de 35 eerste alinea genoemde soort aan te geven, waarin de waas rond de trefvlek minimaal is, waarin de trefvlekvorm in 78 1 25 4 0 . *v 3 PHN 9318 geringe mate afhankelijk is van de spanning op het rooster en waaruit uit een rond gebied van de emitterende laag van de kathode-emissie plaats vindt.

Volgens de uitvinding wordt een dergelijke kathode-5 straalbuis gekenmerkt,'doordat de astigmatische bundel- khoop door een niet rotatie-symmetrisch magneetveld wordt geïnduceerd.

Bij voorkeur is dit niet rotatie-symmetrisch magneetveld in hoofdzaak een vierpoolveld, waarvan de veldlijnen 10 loodrecht of nagenoeg loodrecht op de elektronenbundelas staan.

Door het riet rotatiesymmetrisch magneetveld wordt de elektronenbundel niet slechts in één punt, de cross-over (of bundelknoop) gefocusseerd. Dit magneetveld versterkt 15 de convergentie van de bundel in één richting en verzwakt deze in de loodrecht daarop staande richting. Hierdoor ontstaan, net als in de kathodestraalbuis uit_het genoemde artikel, een tweetal brandlijnen. De ruimteladingsafstoting (de afstoting van de elektronen onderling) in deze brand-20 lijnen is minder dan in één stigmatische bundelknoop. Een • belangrijk voordeel van een derge-lijke magnetische lens te£en of nabij het eerste rooster is bovendien dat de lenssterkte minder afhankelijk is van de spanning op het rooster. Bovendien kan de opening in het eerste rooster rota-25 tiesymmetrisch zijn, waardoor uit een rotatiesymmetrisch gebied van het emitterend oppervlak van de kathode elektronen emitteren, hetgeen bij een aantal toepassingen,-........ .......

bijvoorbeeld in camerabuizen, aantrekkelijk is.

Een zeer geschikte uitvoeringsvorm van de uitvinding 30 wordt gekenmerkt, doordat het niet rotatiesymmetrisch magneetveld wordt opgewekt met een gemagnetiseerd plaatje uit magnetisch materiaal, dat eveneens van een opening is voorzien en dat tegen het rooster is bevestigd, welk plaatje langs de rand van de centrale opening als vierpool 35 is gemagnetiseerd, zodat cyclisch een noordpool, een zuid- pool, een noordpool en een zuidpool aanwezig zijn (N-S-N-S), β· h PHN 9318

Dit plaatje kan voordat het tegen het rooster wordt bevestigd tot de gewenste sterkte en met de gewenste polariteit worden gemagnetiseerd. Het is echter ook mogelijk het plaatje eerst tegen het rooster te bevestigen en het ver-5 volgens te magnetiseren. Er is dan geen risico dat het in gestelde magnetische veld door het bevestigen (b.v. het puntlassen) wordt ontregeld.

Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van een kathode-straalbuis volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat 10 het niet rotatiesymmetrisch magneetveld wordt geïnduceerd met tenminste een tweetal tegen het rooster bevestigde staafmagneetjes welke zich radiaal van de opening af uitstrekken en met de overeenkomstige polen naar elkaar toe tegenover elkaar zijn aangebracht. Het is mogelijk deze 15 staafmagneetjes tot nabij de binnenwand van de hals van de omhulling te laten doorlopen, waardoor de magnetisatie van buitenaf eenvoudiger uitvoerbaar wordt.

Een derde voorkeursuitvoeringsvorm van een kathode-straalbuis volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat 20 vier staafmagneetjes worden toegepast waarvan er twee met de noordpolen en twee met· de zuidpolen naar elkaar toe zijn gericht.

Een vierde voorkeursuitvoeringsvorm van een kathode-straalbuis volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat 25 het rooster tenminste ten dele uit magnetisch materiaal is vervaardigd, dat langs de rand van de opening in-het rooster als vierpool is gemagnetiseerd, zodat cyclisch een noordpool, een zuidpool, een noordpool en een zuidpool aanwezig zijn (N-S-N-S).

30 Daar het rooster zich dicht bij de kathode bevindt, heeft het bij het bedrijven van de kathodestraalbuis een temperatuur van ongeveer 400 °C. Er dient dus een permanent magnetisch materiaal te worden toegepast dat bij deze temperatuur zijn magnetische eigenschappen behoudt. Ge- 35 schikte materialen zijn bijvoorbeeld de materialen bekend ♦ onder de handelsnamen Ferroxdure en Ticonal. Ook zijn veel 78 1 25 40 *> 5

•L

PHN 9318 staalsoorten geschikt zoals bijvoorbeeld etsbaar staal bevattende bijvoorbeeld in gewichtsprocenten 20$ ijzer, 20$ Ni, 60$ koper of 56$ ijzer, 27 $ chroom, 15$ kobalt, 1$ niobium en 1$ aluminium.

5 De uitvinding wordt bij wijze van voorbeeld nader toe gelicht aan de hand van een tekening, waarin figuur 1 een kathodestraalbuis volgens de uitvinding in doorsnede weergeeft, figuur 2 een elektronenkanonsysteem voor een kathodestraal-10 buis volgens figuur 1 toont, figuur 3 één van de elektronenkanonnen van het systeem volgens figuur 2 in een langsdoorsnede laat zien, de figuren k t/m 7 een aantal mogelijke niet rotatie- symmetrische magnetische lenzen laat zien voor 15 toepassing in een elektronenkanon voor een kathodestraalbuis volgens de uitvinding, de figuren 8 t/m 10 de werking van deze magnetische lenzen nader toelicht, en figuur 11 een langsdoorsnede van een geïntegreerd elektro-20 nenkanon schematisch toont, figuur 12 het gemeenschappelijke rooster van het elektronenkanon volgens figuur 11 in aanzicht toont, en figuur i3 een tweede uitvoeringsvorm van dit rooster toont. Figuur 1 toont bij wijze van voorbeeld schematisch een 25 kathodestraalbuis volgens de uitvinding, in dit geval een kleurenbeeldbuis van het "in-line"-type, in doorsnede. In een glazen omhulling 1, welke is samengesteld uit een beeldvenster 2, een trechtervormig deel 3 en een hals k, zijn in deze hals een drietal elektronenkanonnen 5» 6 en 7 aangebracht, welke respektievelijk de elektronenbundels 8, 9 en 10 opwekken. De assen van de - elektronenkanonnen zijn in één vlak gelegen, het vlak van tekening. De as van het middelste elektronenkanon 6 valt nagenoeg samen met de buisas 11. De drie elektronenkanonnen monden uit in bus 16 welke coaxiaal·in de hals k is gelegen. Het beeldvenster 2 is aan de binnenzijde van een groot aantal trio's van fos- ^*qjnen voorzien. Hik trio bevat een lijn bestaande uit een groen oplichténde fosfor, een lijn uit 78 1 25 40 * . ·*—* 6

V

PHN 9313 een blauw oplichtende fosfor en een lijn uit een rood oplichtende fosfor. Alle trio’s samen vormen het beeldscherm 12. De fosforlijnen staan loodrecht op het vlak van tekening. Voor het beeldscherm is het schaduwmasker 13 geposi-5 tioneerd waarin een zeer groot aantal langwerpige openingen 14 is aangebracht waardoor de elektronenbundels 8, 9 en 10 treden. De elektronenbundels worden in horizontale richting (in het vlak van tekening) en in vertikale rich- . ting (loodrecht daarop) door het afbuigspoelenstelsel 15 afgebogen. De drie elektronenkanonnen zijn zo gemonteerd, 10 dat de assen daarvan een kleine hoek met elkaar.maken. De elektronenbundels vallen daardoor onder die hoek, de z.g. kleurenselektiehoek, door de openingen 14 en treffen ieder slechts fosforlijnen van één kleur.

In figuur 2 2ijn de drie elektronenkanonnen 5» 6 en 7 15 in perspectief weergegeven. De elektrodes van dit drievou dige elektronenkanonsysteem zijn ten opzichte van elkaar gepositioneerd door middel van de metalen stripjes 17 welke in de glazen montagestaafjes 18 zijn ingesmolten.

Ieder kanon bestaat uit een kathode (hier niet zichtbaar), 20 een rooster 21, een eerste anode 22 en elektroden 23 en 24.

Tegen het rooster 21 is een gemagnetiseerd plaatje 32 aangebracht, dat van een opening 30 is voorzien. Langs de rand van deze opening is het plaatje zodanig gemagnetiseerd, dat cyclisch een noordpool, een zuidpool, een noordpool en 25 een zuidpool aanwezig zijn. Deze polen induceren in de opening 30 een vierpoolveld, waarvan de veldlijnen zich loodrecht op de elektronenbundelas uitstrekken. Het is voor de werking van de uitvinding niet noodzakelijk, dat de polen op de bissectrices tussen de horizontale en verti-30 kale afbuigrichtingen gelegen zijn.

Figuur 3 geeft ‘een langsdoorsnede weer van één van de elektronenkanonnen. Tegenover opening 30 is het emitterend oppervlak 31 van kathode 19 gelegen. Binnen de kathode-• schacht 29 is op gebruikelijke wijze een verhittingsele-33 ment 28 aangebracht. Het plaatje 32 is rond de opening 30 als vierpool gemagnetiseerd$hetgeen in figuur 4 is weer- 78 1 25 40 7 PHN 9318 gegeven.

Figuur 4 geeft een aanzicht van het gemagnetiseerd plaatje 32· Rond de opening 30 zijn vier magneetpolen aangebracht. De veldlijnen 33 zijn nagenoeg loodrecht op 5 de as van de elektronenbundel gelegen. (Deze as staat loodrecht op het vlak van tekening.)

In figuur 5a en b is nog een andere mogelijkheid weergegeven om een niet symmetrisch magneetveld in de opening 34 van een tegen het rooster geplaatst plaatje 35 10 uit magnetisch materiaal te verkrijgen. Doordat aan een zijde van het plaatje 35 twee noordpolen door magnetisatie zijn aangebracht, en aan de andere zijde twee zuidpolen, welke tegenover de noordpolen gelegen zijn, ontstaat in de opening 34 een niet rotatiesymmetrisch magneetveld, dat 15 gevormd wordt door twee delen van een door de opening tredend torèïdeveld waarvan de veldlijnen 36 zijn weergegeven.

In figuur 6 is weergegeven hoe door middel van twee staafmagneetjes 37 en 38 het niet rotatie-symmetrisch 20 magneetveld nabij opening 39 in rooster 40 kan worden ver kregen. De staafmagneetjes zijn met de noordpolen naar elkaar toe aangebracht.

In figuur 7'is aangegeven hoe door middel van een viertal staafmagneetjes 41, 42, 43 en 44 het niet rotatie-2^ symmetrisch magneetveld nabij opening 45 in rooster 46 kan worden verkregen.

Volgens de uitvoeringsvoorbeelden volgens de figuren 4, 6 en 7 wordt in of nabij de opening in het rooster een magnetische ' vierpoollens gevormd. Het op zichzelf bekende 2Q principe van een magnetische vierpoollens wordt nog eens toegelicht aan de hand van figuur 8. Vier magneetpolen welke cyclisch noord-zuid-noord-zuid (N-S-N-S) zijn gemagnetiseerd, vormen een magnetisch veld waarvan enkele veldlijnen 47, 48, 49 en 50 zijn aangegeven. Een elektronen-2 5 bundel waarvan de as samenvalt met de as 51 van de . vier- poollens en waarvan de elektronen loodrecht op het vlak van 78 1 25 40 a * .

8 PHN 9318 tekening naar achteren bewegen, ondervindt de met de pijlen 52, 53» 54 en 55 aangegeven krachten. Daardoor wordt de convergerende elektronenbundel vertikaal zwakker convergerend en horizontaal sterker convergerend.

3· Figuur 9 geeft aan hoe een door het rooster $6 tredende elektronenbundel 57 in één bundelknoop 58 wordt gefocus-seerd als geen nie t-rotatiesymmetriscbamagneetlens volgens de uitvinding tegen het rooster 56 is aangebracht.

Figuur 10 geeft schematisch aan hoe door middel van 10 het aanbrengen van een niet rotatiesymmetrische magneetlens in het rooster 59 twee brandlijnen 60 en 61 ontstaan in de .elektronenbundel 62. Door de convergentieversterkende werking van de magneetlens op de elektronenbundel in horizontale richting, wordt de totale focussering in horizontale 15 richting eerder verkregen en ligt de bra^dlijn 60 dus dichter bij het rooster. Door de convergentie afzwakkende werking van de magneetlens op de ëlektronenbundel in verti-kale richting wordt de totale focussering in vertikale richting afgezwakt en is de brandlijn 61 verder van het 2o rooster 59 af gelegen dan bij de situatie volgens figuur 9·

De uitvinding kan ook worden toegepast in elektronenkanonnen van het geïntegreerde type, zoals bekend uit het Amerikaans octrooischrift 3·610.991 (PHN 3800).

In figuur 11 is een langsdoorsnede van een dergelijk 25 geïntegreerd elektronenkanonsysteem· weergegeven. In een gemeenschappelijk rooster 63 gijn drie kathodes 64, 65 en 66 gemonteerd. Ook de eerste anode 67 en de elektroden 68, 69 en 70 zijn voor de drie geïntegreerde elektronenkanonnen gemeenschappelijk. De elektroden 69 en 70vormen samen de ,,n zogenaamde hoofdlens van het systeem. Het ^-eerste rooster is van een reeds genoemd staal vervaardigd en op de wijze zoals getoond in het aanzicht van figuur 12 rond iedere opening gemagnetiseerd. Elke elektronenbundel ondergaat de bij figuur 8 beschreven invloeden.

In figuur 13 is een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van 35 een rooster volgens figuur 11 gegeven. Het rooster is voor- 78 1 25 4 0 . \

Claims (8)

1. Kathodestraalbuis bevattende in een geëvacueerde om- 25 hulling een elektronenkanon voor het opwekken van een elektronenbundel welke op een trefplaat wordt gefokusseerd, welk elektronenkanon langs een as gecentreerd een kathode, een rooster met een opening en een eerste anode met een opening bevat, na welk rooster een astigmatische bundel-30 knoop in de elektronenbundel wordt geïnduceerd, met het kenmerk,dat de astigmatische bundelknoop door een niet rotatie-symmetrisch magneetveld wordt geïnduceerd.

2. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het niet rotatiesymmetrisch magneetveld in hoofdzaak 33 een vierpoolveld is waarvan de veldlijnen loodrecht of nagenoeg loodrecht op de elektronenbundels staan. 78 1 25 40 jr 1 o PHN 9318

3. Kathodestraalbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het niet rotatiesymmetrisch magneetveld -wordt opgewekt met een gemagnetiseerd plaatje uit magnetisch materiaal dat eveneens van een opening is voorzien en dat tegen het 5 rooster is bevestigd, welk plaatje langs de rand van de centrale opening als vierpool is gemagnetiseerd, zodat cyclisch een noordpool, een zuidpool, een noordpool en een zuidpool aanwezig zijn.

4. Kathodestraalbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk, 10 dat het niet rotatiesymmetrisch magneetveld wordt geïndu ceerd met tenminste een tweetal tegen het rooster bevestigde staafmagneetjes welke zich radiaal van de opening af . uitstrekken en met de overeenkomstige polen naar elkaar toe tegenover elkaar zijn aangebracht. 15

5· Kathodestraalbuis volgens conclusie h, met het kenmerk, dat vier staafmagneetjes worden toegepast waarvan er twee mnt de noordpolen naar elkaar toe gericht zijn en twee met de zuidpolen.

6. Kathodestraalbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk, 20 dat 'het rooster tenminste ten dele uit magnetisch materiaal is vervaardigd dat langs de rand van de opening in het rooster als vierpool is gemagnetiseerd, zodat cyclisch een noordpool, een zuidpool, een noordpool en een zuidpool aanwezig zijn. 25

7· Kathodestraalbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk,... dat het niet rotatiesymmetrisch magneetveld wordt geïnduceerd met een als vierpool gemagnetiseerd ringetje uit permanent magnetisch materiaal dat tegen het rooster rond de opening is bevestigd.

8. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het niet rotatiesymmetrisch magneetveld gevormd wordt door twee tegenover elkaar gelegen delen van een toroïde-vormig magneetveld waarvan de veldlijnen door de opening in het rooster treden. 35 9"· ’ Kathodestraalbuis volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het permanent magnetisch materiaal 78 1 25 40 y PHN 9318 van buiten af door de wand van de omhulling magnetiseerbaar is. 78 1 25 4 0