NL8300114A - Beeldbuis. - Google Patents

Description

_ ......... · 1 ΡΗΝ 10.547 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Beeldbuis".

De uitvinding heeft betrekking cp een beeldbuis bevattende een geëvakueerde omhulling met een in hoofdzaak rechthoekig beeld venster, dat aan zijn binnenzijde van een beeldscherm is voorzien en waarvoor aan zijn buitenzijde in hoofdzaak evenwijdig een lichtdoorlatend tweede 5 venster is aangetracht en door de ruimte tussen het teeldvenster en het tweede venster een lichtdoorlatende koelvloeistof stroomt.

Een dergelijke beeldbuis is bekend uit de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 8003360. Hat beeldscherm van een dergelijke beeldbuis bevat veelal een fosforlaag waarop met behulp van een 10 elektronenbundel een raster wondt beschreven. Door het elektronenbom-bardement neemt de temperatuur van het beeldscherm toe, waardoor de lichtopbrengst van het beeldscherm afneemt. Dit effekt wordt "thermal quenching" genoemd. Dit is in het bijzonder het geval bij beeldbuizen voor projektietelevisie, waarbij voor het verkrijgen van de vereiste 15 grote helderheden de beeldschermen worden af getast door elektronenbundels met grote bundelstronsn. Teneinde het afnemen van de lichtopbrengst tegen te gaan is het uit de genoemde ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 8003360 bekend om het beeldvenster en het daarmee verbonden beeldscherm te koeleruDit gebeurt op de in de aanhef 20 beschreven wijze. Een nadeel van deze wijze van koeling is echter, dat in de koelvloeistof inhomogeniteiten van de brekingsindex optreden, die tot uitdrukking kanen in brekingspatronen in het weergegeven beeld.

De uitvinding beoogt dan ook een beeldbuis aan te geven die dit 25 nadeel niet heeft en waarbij bovendien de warmtecapaciteit van de koelvloeistof optimaal benut wordt.

Een beeldbuis van de in de aanhef genoemde soort wordt daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de in- en uitstrocmopeningen van de genoemde ruimte tegenover elkaar gelegen zijn, in hoofdzaak 30 dezelfde afmetingen hebben als een doorsnede van de genoemde ruimte loodrecht op de stroomrichting en tenminste de instrocmopening op een vloeiende wijze uitmondt in een kamer met afmetingen groter dan de afstand tussen het beeldvenster en het tweede venster, en deze afstand en de 8300114 j *e * PHN 10.547 2 viskositeit van de koelvloeistof zo gekozen zijn, dat de stroming van de koelvloeistof door de genoemde ruimte lamina Ir is. Deze laminaire stroming heeft het voordeel, dat de temperatuursgradiënt en dus de dichthe idsgradiënt homogeen over het oppervlak van het 5 beeldvenster verloopt. Cmdat in de koelvloeistof in de ruimte voor het beeldvenster geen wervelingen optreden die gepaard gaan met relatief grote temperatuurs- en dichtheidsgradiënten, treden geen inhomogeni-teiten van de brekingsindex van de koelvloeistof op, die aanleiding geven tot brekingspatronen in het weergegeven beeld (het z.g.

10 Schlieren-effekt). Een laminaire stroming van de koelvloeistof wordt verkregen, als de afstand tussen het beeldvenster en het tweede venster bij voorkeur kleiner is dan 1 mm. De ondergrens van de afstand tussen het beeldvenster en het tweede venster is alleen bepaald door de nauwkeurigheid waarmee het mogelijk is een nausre ruimte te maken. Dit hangt 15 onder andere af van de vlakheid van het beeldvenster en het tweede venster (10 a 20^um).

Qm een efficiënte koeling te verkrijgen is het bovendien nodig een koelvloeistof te gebruiken met een hoge warmtecapaciteit en een relatief lage viskositeit. Het is vooral de lage viskositeit die bij 20 een niet zorgvuldig gekonstrueerde instrocmopening aanleiding geeft tot de genoemde wervelingen. Daarom moet de instroming en bij voorkeur ook de uitstroming van de koelvloeistof op vloeiende wijze geschieden cm wervelingen te voorkomen.

Een voordeel van een dergelijke dunne laag koelvloeistof 25 boven een dikkere is, dat invloeden van verschillen in de brekingsindexen van de koelvloeistof, het beeldvenstermateriaal en het materiaal van hst tweede venster veel minder zijn dan bij een dikkere laag. Voor een afstand van ongeveer 300^,um tussen het beeldvenster en het tweede venster is de koelvloeistof laag zo dun, dat het niet nodig is 30 de brekingsindexen aan elkaar aan te passen. Minder viskeuze koelvloeistoffen, zoals water of een water-alcohol mengsel, zijn mogelijk in plaats van de tot nu toe toegepaste stroperige ethyleen-glycol oplossingen in water.

Bij projektietelevisie wordt een op het beeldscherm afgeheeld 35 objekt door middel van een lens of een lenzensysteem op een projektie-scberm af geheeld. Een voordeel van toepassing van een beeldbuis volgens de uitvinding is dat door de relatief dunne vlceistoflaag de eerste kcmponent van het projektielenzensysteem dichter bij het af te beelden 83 0 0 1 1 4 ΡΗΝ 10.547 3 ίϊ—·" . ~ ί 3 objekt kan warden gepositioneerd. Dit is van belang voor korrektie van de beeldveldkrcmming, waarvoor een gekraid brekend oppervlak vlak bij het objektvlak vereist is. Daarvoor is het wenselijk, dat de afstand tussen het beeldscherm en de lens niet groter is dan 8 a 10 5 ran. Bij de meeste vloeistofkoelsysteiren net natuurlijke konvektie, zoals bijvoorbeeld beschreven in de bovengenoemde ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 80 03360 en in het artikel "A new coolant-sealed cathode ray tube for projection color t.v." I.E.E.E. Vol. CE-27, .

No. 3, Aug. 1981, is de vloeistof laag alleen al 5 ran of meer dik.

10 Als het tweede venster de eerste konponent is van een lenzen systeem wordt naast een goede koeling op eenvoudige wijze een optische koppeling tussen lenzensysteem en beeldbuis verkregen.

Als het tweede venster uit röntgenstraling absorberend glas bestaat is het mogelijk het beeldvenster dunner dan de gebruikelijke 15 8 ran uit te voeren, omdat de röntgenstraling absorbtie van het beeld venster dan minder mag zijn.

Bij een beeldbuis volgens de uitvinding wordt een zeer efficiënte koeling bewerkstelligd. Bij een koelvloeistof stroom, b.v.

3 een water-alcóhol mengsel, van ongeveer 5 cm /sec. (0,3 1/min) kan een 20 vermogen van ongeveer 100 W worden afgevoerd. Dit heeft een temperatuurstijging van de koelvloeistof van ongeveer 5°C tot gevolg. Om bijvoorbeeld een zelfde koelkapaciteit te verkrijgen met lucht is een luchtstroom langs het beeldvenster nodig van ongeveer 17,5 1/sec.

Bij een kcnstante volunestrocm van de koelvoeistof heeft 25 een relatief kleine afstand tussen het beeldvenster en het tweede venster het voordeel, dat de doorstroomsnelheid langs het beeldvenster veel groter is dan bij een grote afstand. Voor een koelvloeistofstroan 3 van 5 cm /sec en een afstand tussen beeldvenster en tweede venster van 300^um is deze snelheid voer een 6 "buis ongeveer 17 cm/sec. Door 30 deze hoge snelheid stelt zich zeer snel een evenwichtstoestand in. Bij beeldvensters met een dikte van 8 mm en koeling net laminaire stroming werd binnen twee minuten een evenwichtstoestand vastgesteld. Bij de bekende projektietelevisiesystenen met konvektiekoeling, zoals beschreven in de genoemde ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 35 80 03360 en in het genoemde artikel "A new coolant-sealed c.r.t. for projection color tv" duurt het instellen van een evenwichtstoestand veel langer, bijvoorbeeld 30 minuten.

In het beschreven voorbeeld, met een 300^um dikke koelvloei- 8300114 . ' PHN 10.547 4 stoflaag in een 6"buis, is de dissipatie ten gevolge van de viskeuze stroming slechts ongeveer 10 iriW. Bij luchtkoeling zou bij een afstand tussen het beeldvenster en het tweede venster van 1 cm voor het verkrijgen van dezelfde koelcapaciteit een dissipatieve energie van neer 5 dan 3 W nodig zijn. Deze energieën zijn de verliezen in het te koelen systeem. Daarnaast treden er nog verliezen op in ventilatoren en filters die voor een luchtkoeling nodig zijn. Een koeling met een laminaire vloeistofstroon volgens de uitvinding is dus energetisch gunstiger dan luchtkoeling.

10 Een analyse van de warmteoverdracht aan de laminaire koel- vloeistofstroon toont aan, dat alleen voor een dunne koelvloeistof laag de warmtecapaciteit van het rondstrarende koelmiddel optimaal wordt benut. Wanneer een koelvloeistof laag dik is (enkele rtm), dan wordt de warmte van het beeldvenster alleen maar in een dunne laag vlak voor het 15 beeldvenster afgevoerd en stroomt het grootste deel van de koelvloeistof onverwarmd door de ruimte tussen het beeldvenster en het tweede venster.

Experimenten tonen aan, dat het niet alleen de fosfor is die gekoeld moet worden, maar ook het beeldvenster van de beeldbuis. Lucht-gekoelde beeldbuizen net een gefarceerde luchtstroom kunnen slechts 20 bedreven warden tot ongeveer 10 a 15 W bundelvermcgen en buizen met konvektiekoeling tot ongeveer 20 W. Buizen met laminaire vloeistof-strocmkoeling kunnen zonder gevaar voor breuk bedreven worden tot vermogens van 60 a 80 W, andat deze zeer efficiënte koeling een isothermisch vlakke temperatuurverdeling over het beeldscherm tot gevolg heeft.

25 De temperatuurverdeling en de daarbij behorende spanning in het glas worden bij deze buizen alleen bepaald door de warmtegeleiding van het glas van het beeldvenster, de dikte van het beeldvenster en de af te voeren hoeveelheid warmte. Dunne beeldvensters verdienen daaron de voorkeur boven de gebruikelijke dikke beeldvensters met een dikte van 30 ongeveer 8 mm. Zoals gezegd kan de bij een dun beeldvenster verminderde röntgenahsorbtie warden overgenanen door röntgenabsorberend glas van het tweede venster.

Experimenten met buizen volgens de uitvinding met beeldschermen van gebruikelijke fosforen, zoals willemiet (Zn, Si04: Mn) ..en 35 Y2°3: ^ tonen aan dat koeling geen grote invloed heeft op het rendement van de fosforen. Het is wel mogelijk in de beeldbuizen veel grotere bundelstromen toe te passen dan gebruikelijk en zo een veel grote beeld-helderheid te verkrijgen.

8300114 ΕΗΝ 10.547 5 • ^ ·:1 , - - c " ι

Bij een keeling net laminaire stroming van de koelvloeistof volgens de uitvinding, heeft de koelvloeistof de hoogste snelheid voor het beeldvenster, waardoor er weinig problemen zijn net luchtbellen en verontreinigingen. Elders in het koelcircuit is de stroomsnelheid 5 veel lager, ten gevolge van een grotere doorsnede van de koelleiding, waardoor eventuele verontreinigingen bezinken.

Door toepassing van vloeistofkoeling kan het beeldvenster via geleiding door de koelvloeistof geaard worden, zodat er geen problemen met elektrostatische ladingen en stof in de lichtweg optreden.

10 In tegenstelling tot konvektiekoeling, waarbij de beeld buizen net het beeldscherm vertikaal moeten worden cpgesteld, kunnen de beeldbuizen volgens de uitvinding in alle standen warden gemonteerd.

Dit is van belang voer het verkrijgen van kleine projektietelevisie-inrichtingen.

15 De uitvinding wordt nu bij wijze van voorbeeld nader toege licht aan de hand van een tekening, waarin figuur 1 een beeldbuis volgens de uitvinding in perspektief en gedeeltelijk opengesneden toont en figuur 2 schematisch een kleurentelevisieprojektieinrichting 20 laat zien.

In figuur 1 is een beeldbuis volgens de uitvinding in perspektief en gedeeltelijk opengesreden weergegeven. De glazen omhulling 1 is voorzien van een in hoofdzaak rechthoekig beeldvenster 2, een konus 3 en een hals 4. In de hals 4 bevinden zich middelen (hier niet zichtbaar) 25 voor het opwekken van tenminste een elektronenbundel, die wordt afgetogen tijdens het bedrijven van de buis en die op het beeldscherm 5 aan de binnenzijde van het beeldvenster 2 een raster beschrijft. Het beeldscherm 5 bestaat uit een fosfor of uit een patroon van verschillende fosforgebieden. Evenwijdig aan het beeldvenster 2 is een tweede venster 30 6 aangetracht door middel van een afdichting 7 die tegen een rond het beeldvenster aangebrachte kraag 8 ligt. Tussen het beeldvenster 2 en het tweede venster 6 bevindt zich een ruimte 9 waardoor de koelvloeistof stroomt. De afstand tussen het beeldvenster 2 en het tweede venster 6 bedraagt 300yum. De in- en uitstroomepeningen 10 (hier is 35 alleen de instroemepening getoond) hebben in hoofdzaak dezelfde afmetingen als een doorsnede van de ruimte 9 loodrecht op de stroomrichting , die met pijlen 11 is aangegeven. De in- en uitstroomepeningen 10 monden uit in kamers 12 die van in- en uitstroempijpen 13 zijn voor-

-J

8300114 PHN 10.547 6 9 2ien. De kamers 12 (vooral de kamer nabij de instroanopening) die vloeiend zijn aangesloten aan de in- en uitstrocmopeningen, zijn nodig voor de juiste hydrodynamische in- en uitvoer van de koelvloeistof stroming. De vloeiende aansluiting wordt verkregen door de 5 wanden 14 ongeveer volgens de stroomlijnen in de vloeistof te laten verlopen. Deze kamers 12 hebben afmetingen die groter zijn dan de afstand tussen het beeldvenster 2 en het tweede venster 6.

Figuur 2 laat schematisch een kleurentelevisieprojektie-systeem zien. Hst bevat drie beeldbuizen 20, 21 en 22 volgens figuur 1. 10 De in- en uitstroompijpen 13 van de drie buizen zijn zo met elkaar verbonden, dat de ruimtes waardoor de koelvloeistof stroomt met elkaar in serie staan. De met behulp van pomp 23 rondgepcmpte koelvloeistof wordt gekoeld in koeler 24. Ondat het beeldvenster 2 vrij dun is, absorbeert het de in de beeldbuizen opgewekte röntgenstraling onvol-15 doende. Daarom is het tweede venster 25 en/of een der volgende lens-komponenten 26 en 27 van een glas vervaardigd dat röntgenabsorberend is.

20 25 30 35 8300114

Claims (7)

1. Beeldbuis bevattende een geëvakuaerde omhulling net een in hoofdzaak rechthoekig beeldvenster, dat aan zijn binnenzijde van een beeldscherm is voorzien en waarvoor aan zijn buitenzijde in hoofdzaak evenwijdig een lichtdoorlatend tweede venster is aangebracht en door 5 de ruimte tussen het beeldvenster en het tweede venster een licht-doorlatende koelvoeistof stroomt, met het kenmerk, dat de in- en uit-strocmopeningen van de genoemde ruimte tegenover elkaar gelegen zijn, in hoofdzaak dezelfde afmetingen hebben als een doorsnede van de genoemde ruimte loodrecht qp de stroomrichting en tenminste de instroan-10 opening cp een vloeiende wijze uitmondt in een kamer met afmetingen groter dan de afstand tussen het beeldvenster en het tweede venster, en deze afstand en de viskositeit van de koelvoeistof zo gekozen zijn, dat de stroming van de koelvloeistof door de genoemde ruimte laminair is.

2. Beeldbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 15 genoemde afstand kleiner is dan 1 mm.

3. Beeldbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde afstand ongeveer gelijk is aan 300^um.

4. Beeldbuis volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de koelvloeistof een water-alcbhol mengsel is.

5. Beeldbuis volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het tweede venster de eerste kcmponent is van een lenzensysteem.

6. Beeldbuis volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het tweede venster uit röntgenstraling absorberend glas 25 bestaat.

7. Kleurentelevisie-projekt ie inrichting bevattende een drietal beeldbuizen volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de koelvloeistof stroom door de drie in serie geschakelde koelruimtes van de beeldbuizen plaatsvindt. 30 35 ( 830 0 1 1 4 -----,-M