NL8304444A - Beeldbuis. - Google Patents

Description

“ 4 * g ..

EHN 10.896 1 ' ' . ' N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Beeldbuis. __

De uitvinding heeft betrekking, op een beeldbuis bevattende--- in een geëvacueerde orhulling een elektronerikancnsysteem voor het opwekken en met behulp van een focusseerlens focusseren van tenminste tree elektronenbundels op een beeldscherm, welke elektronenbundels met g afbuigmiddelei\ worden afgebogen en op het beeldscherm een raster beschrijven.

Een dergelijke beeldbuis is bekend uit het Amerikaans octrooischrift 4.301.389, waarin een matrix van afzonderlijk stuurbare elektrcnenbrannen wordt toegepast, die een aantal elektronenbundels 10 oprekken. Een dergelijke meerbundelbeeldbuis kan worden toegepast als projectietelevisiebeeldbuis cndat een grotere burde Is troon gecombineerd kan worden met een groter oplossend vermogen in vergelijking met een êênbundelbeeldbuis. Ze kan echter ook worden toegepast als D.G.D.-buis - (D.G.D. = Data Graphic Display) of als buis met een grote weergeef-15 snelheid voor het weergeven van computer gegevens. lensfouten van de focusseerlens, zoals sferische aberratie, astigmatisms, coma en beeldveldkrcmiiing maken de trefvlek van een elektranenbundel op het beeldscherm van de buis groter. Bij toepassing van een aantal elektronenbronnen op een rij of in een vlak is het zeer moeilijk cm een aantal 20 identieke trefvlékken op het beeldscherm te verkrijgen, omdat de invloed van de lensfouten toeneemt als de afstand tot de as van de focusseerlens toeneemt.

De uitvinding beoogt dan ook een beeldbuis aan te geven, waarin het mogelijk is een aantal nagenoeg identieke trefvlekken op het 25 beeldscherm te verkrijgen.

Een beeldbuis van de in de eerste alinea genoemde soort, wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat het elektronenkanonsysteem tenminste tree elektronenhronnen bevat, waarvan de elektronen in elke elektronenbundel met behulp van een elektrisch veld, met een veldsterkte 30 groter dan 600 V/itm, vlak na de elektronenbran worden versneld, waarbij de centrale banen van de elektronenbundels in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar lopen en alle bundels door de focusseerlens in of vlak bij het brandpunt van de focusseerlens worden geconvergeerd, waarna ook bij 8304444 PHN 10.896 2 -

F

t afbuiging van de bundels met behulp van de afbuigmiddelen iedere separate bundel door de focusseerlens op het beeldscherm tot een tref vlek wordt gefocusseerd.

Het astigmatisms en de coma. van de focusseerlens, speciaal 5 voor niet op de as gelegen voorwerpen, neemt snel af met af nemende voorwerpspotentiaal bij een gelijk gehouden bundelopenlngshoek. De elektronen die de bron verlaten bij een lage potentiaal, worden vervolgens in een sterk elektrisch veld groter dan 600 V/rrm versneld.

Op deze wijze wordt bijna onmiddellijk nadat de elektronen de elek-10 tronenbron hebben verlaten, een zeer slanke elektronenbundel verkregen, die zijn slankheid tot aan het beeldscherm behoudt. De focusdiepte van deze bundels is daarom erg groot. Door deze slanke bundels wordt ook het effect van de beeldveldkrcmming van de focusseerlens sterk verminderd. Als alle elektronenbundels door de focusseerlens in of vlak 15 bij het brandpunt van de focusseerlens samenkcmen, wordt een minimum aan aberraties ten gevolge van de afbuiging verkregen. Het brandpunt van de focusseerlens is mogelijkerwijze nabij het deflectiepunt van de afbuigmiddelen gelegen. Omdat het totale systeem werkt met erg slanke bundels worden tijdens afbuiging van deze bundels de convergentiefouten 20 zeer gering.

Een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de elektronenbronnen P-N-kathodes zijn. P-N-kathodes zijn beschreven in de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7905470 (PHN 9532), die als hierin opgenomen kan worden 25 beschouwd. Een dergelijke P-N-kathode bevat een halfgeleiderlichaam met een P-N-overgang tussen een aan een oppervlak van het halfgeleiderlichaam grenzend N-type gebied en een P-type gebied. Door het aanleggen van een spanning in de keerrichting over de P-N-overgang in het halfgeleiderlichaam worden door lawine vermenigvuldiging elektronen gegene-30 reerd, die uit het halfgeleiderlichaam treden.

Met een potentiaal in het voorwerpsvlak dicht bij 0 volt zijn P-N-kathodes zeer goed toepasbaar. P-N-kathodes hebben bovendien een aantal voordelen. Hoge kathodebelastingen kunnen worden gerealiseerd. Elke elektronenbron met een P-N-kathode kan gemakkelijk worden gestuurd. 35 De hoge veldsterkte vlak voor de kathodes is geen probleem. Omdat de P-N-kathodes vervaardigd kunnen worden met de gebruikelijke halfgeleider technologie, is het mogelijk de elektronenbronnen op willekeurige posities aan te brengen, zodat elke gewenste onderlinge afstand 8304444 BHN 10.896 3 · *r — — ' t gerealiseerd kan worden. Dit is van belang voor de correctie van de beeldvertekening van de focusseerlens. Het verloop van de onderlinge afstand tussen de elektronenbronnen kan namelijk zodanig worden gekozen, dat op het beeldscherm de afstanden tussen de trefvlékken gelijk zijn 5 en bijvoorbeeld gelijk aan de dubbele lijnafstand tussen twee beeldlijnen.

Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding vrordt gekenmerkt, doordat de eléktranenbrannen diode^lektrcnenkanannen zijn. Diode^léktronenkancnnen zijn beschreven in het Amerikaanse octrooi-10 schrift 3.831.058 (EHN 5070), dat als hierin opgenanen kan worden beschouwd en in de nog niet ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 8302754 (PHN 10.749), die eveneens als hierin opgenanen kan worden beschouwd. In dergelijke diode-elektronenkanonnen vindt diode-versnelling plaats tussen een thermische kathode en een van een opening 15 voorzien rooster, dat een positieve potentiaal heeft ten opzichte van de kathode.

Door de lage voorwerpspotentiaal wordt de toepassing van de bovengenoemde typen elektronenbronnen mogelijk, terwijl ook de totale vergroting afneemt.

*20 Het is ook mogelijk het vlak waarin zich de elektrcnenbronnen bevinden gekromd te maken om correcties van het patroon van trefvlékken op het beeldscherm te bewerkstelligen.

Het is duidelijk, dat als de elektronenbronnen op één lijn gelegen zijn de elektrodes van het focusseerlenssysteem geen rotatie-25 synmetrie behoeven te hebben, maar vervangen kunnen worden door een stelsel van platen, waartussen in éeh richting, de richting van de genoemde lijn, focusserende cilinderlenzen worden gevormd.

De uitvinding wordt nu bij wijze van voorbeeld toegelicht ' aan de hand van een tekening, waarin 30 figuur 1 een beeldbuis volgens de uitvinding schematisch en in een doorsnede weergeeft, figuur 2 schematisch de werking van een beeldbuis volgens de uitvinding toont, figuur 3 een doorsnede van een elektronenkanonsysteem voor een beeld-35 buis volgens de uitvinding laat zien, figuur 4a een detail van figuur 3 toont, en figuur 4b de in figuur 4a getoonde elektronenbanen nabij het beeldscherm laat zien.

8304444 • ) PHN 10.896 4

Figuur 1 toont in een schematische doorsnede een beeldbuis volgens de uitvinding. Deze bevat een glazen omhulling 1 bestaande uit een hals 2, een trechtervormig deel 3 en een beeldvenster 4. Op de binnenzijde van het beeldvenster is een beeldscherm 5 aangebracht dat 5 luminescerend materiaal bevat. In de hals 2 van de buis is een elektronenkanonsysteem 6 aangebracht voor het opwekken van tenminste twee elektronenbundels en het met behulp van een focusseerlens (niet getoond) focusseren van deze opgewekte elektronenbundels pp het beeldscherm 5. Het elektronenkanonsysteem 6 is met verbinding 7 10 verbonden met een bron van stuursignalen 8 waarmee elke elektronenbron wordt gestuurd. Het elektronenkanonsysteem is gecentreerd rond buisas 9. De elektronenbundels worden over het beeldscherm met hier niet getoonde afbuigmiddelen afgebogen.

In figuur 2 wordt schematisch de werking van een beeldbuis 15 volgens de uitvinding getoond. De elektronenbronnen bestaan in dit geval uit een rij P-N-kathodes, waarvan slechts de kathodes 20 t/m 27 aan één zijde van de buisas 9 zijn weergegeven. De beginsnelheid van de elektronen van de elektronenbundels 28 .t/m 35 kcrnt bij dit type kathodes overeen met een potentiaal van 1 volt. Het sterk versnellend elektrisch 20 veld in het gebied A voor de elektronenbronnen dwingt de elektronenhandels parallel te gaan lopen aan de as van de focusseerlens. Alleen bundel 28 is (gearceerd) volledig weergegeven. Van de elektronenbundels 29 t/m 35 zijn slechts de centrale banen 36 getoond. De met een lijn 37 schematisch aangegeven focusseerlens met brandpunt F convergeert de 25 elektronenbundels in dit brandpunt en focusseert iedere bundel pp het beeldscherm 5, dat eveneens met een lijn is aangegeven. Cmdat de elektronenbundels in het afbuigveld zeer slank zijn, worden de afbuig-fouten veroorzaakt door het afbuigveld in de elektronenbundels erg gering. De afbuiging kan elektrostatisch bijvoorbeeld met een stelsel 3g van afbuigplaten of magnetisch met behulp van afbuigspoelen geschieden. Het deflectiepunt wordt gevonden door het snijpunt van de raaklijn aan een volledig afgebogen elektranenbundel met de as 9 te bepalen. De focusseerlens kan een uit twee of meer elektrodes samengestelde elektrostatische elektronenlens zijn. Het is echter ook mogelijk een magnetische 35 focusseerlens toe te passen. In plaats van een rij elektronenbronnen kan natuurlijk ook een matrix van elektronenbronnen worden toegepast.

Figuur 3 laat een langsdoorsnede zien van een elektronenkanonsysteem voor een beeldbuis volgens de uitvinding. Kathode-eenheid 40 8304444 ΕΗΝ 10.896 5 ' ' τ bevat een rij elektronenhronnen, die gedeeltelijk getoond wordt in figuur 4, en is voorzien van een cilindervormige kraag 41. Omdat de kathode-eenheid 40 en kraag 41 een potentiaal van 1 volt hebben en de volgende elektrode 42 langs as 9 een potentiaal van 8850 volt, ontstaat 5 in deze speciale configuratie vlak voor de elektronenbronnen een sterk versnellend elektrisch veld van 1100 volt/nm. Door de potentialen op de cilindervormige elektrodes 43, 44 en 45 een potentiaal te geven zoals in de figuur is aangegeven wordt een combinatie verkregen van een versnellende lens en een uni-potent 1 aallens. Het is duidelijk dat ook 10 andere typen focusseerlenzen met meer of minder elektrodes toegepast kunnen worden. Tot nu toe werd de afstand tussen het voorwerp (in de meeste buizen de bundelknoqp of cross-over in het triodedeel van het elektronenkanon) voldoende groot gekozen, om een niet gewenste invloed van het veld van het focusseerlenssysteem op het voorwerp te voorkomen. 15 In tegenstelling hiermede wordt in dit geval het voorwerpsvlak 46 met elektronenbrconen zeer dicht bij te focusseerlens geplaatst. Het sterk versnellend veld voor te elektronenbronnen werkt als een zogenaamd "proxinüty-focus" en dwingt zowel te elektronen als te' elektronenbundels cm parallel te gaan lopen aan hun respectievelijke bundelassen en aan 20 as 9.

In figuur 4a is een detail van figuur 3 getoond. Kathode-eenheid 40, kraag 41 en een deel van elektrode 42 zijn aan een zijde van as 9 getoond. De kathode-eenheid is voorzien van 11 elektrcnen-bronnen, in dit geval P-N-kathodes, waarvan hier te eléktranenhrannen 25 50 t/m 55 aan een zijde van as 9 zijn getoond. De afstanden van te elektronenbronnen tot te as 9 zijn in de onderstaande tabel weergegeven.

Elektronenbron Afstand r

Nummer (^um) 30-- 50 918 51 760 52 587 35 53 _ 401 54 204 55 0 33 0 4 4 4 4 « * 1 EHN 10.986 6 · -

Tussen de kathode-eenheid 40 met kraag 41 en elektrode 42 zijn een aantal snijlijnen 56 van de equipotentiaalvlakken met het vlak van tekening aangegeven. Bij deze snijlijnen zijn de potentialen aangegeven langs as 9 (de z-richting) en in de r-richting zijn schaal- 5 verdelingen aangebracht. De door de elektronenbronnen 50 t/m 54 opge-wakte elektronenbundels zijn ieder weergegeven door hun centrale baan 57 en met hun twee banen 58 en 59 van de elektronen die in de elektronenbron gestart zijn onder hoeken van respectievelijk +30° en -30° met de centrale baan.

10 Figuur 4b toont de in figuur 4a getoonde elektronenbanen vlak voor het beeldscherm 5, nadat ze de in figuur 3 getoonde lens zijn gepasseerd.

De elektronenbundels opgewekt . met de elektronenbronnen 50 t/m 55 vormen op het beeldscherm 5 de tref vlekken 60 t/m 65. De 15 afstanden van de tref vlekken 60 t/m 65 tot de as 9 zijn in de onderstaande tabel weergegeven.

Tref vlek Afstand r

Nimmer (^um) 20 60 2000 61 1600 62 1200 63 800 25 64 400 65 0 30 Hieruit blijkt, dat het mogelijk is door de afstanden tussen de elektronenbronnen geschikt te kiezen, de afstanden tussen de tref-vlekken gelijk en bijvoorbeeld 400 of 200^um groot te maken.

35 8304444 «_ __

Claims (6)

1. Beeldbuis bevattende in een geëvacueerde omhulling een elektronenkanonsysteem voor het opwekken en met behulp van een focus-seerlens focusseren van tenminste twee elektranenbundels op een beeldscherm, welke elektronenbundels met afbuigmiddelen worden afgebogen en 5 op het beeldscherm een raster beschrijven, met het kenmerk, dat het % elektronenkanonsysteem tenminste twee elektronenbrcnnen bevat, waarvan de. elektronen in elke elektronenbundel met behulp van een elektrisch veld, met een veldsterkte groter dan 600 V/nrn vlak na de elektrcnenbron worden versneld, waarbij de centrale banen van de elektronenbundels in 10 hoofdzaak evenwijdig aan elkaar lopen en alle bundels door de focus-seerlens in of vlak bij het brandpunt van de focusseerlens worden geconvergeerd, waarna ook bij afbuiging met behulp van de afbuigmiddelen iedere separate bundel door de focusseerlens op het beeldscherm tot een trefvlèk wordt gefocusseerd.

1 * » t EHN 10.896 7 - - Conclusies: -

2. Beeldbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektronenbronnen P-N-kathodes zijn.

3. Beeldbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektronenbronnen diode-élektronenkanonnen zijn.

4. Beeldbuis volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de 20 onderlinge afstanden tussen de elektronenbronnen vanaf de as zodanig zijn ingesteld, dat de onderlinge afstanden tussen de trefvlekken op het beeldscherm in hoofdzaak konstant zijn.

5. Beeldbuis volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het oppervlak waarin zich de elektronenbronnen bevinden 25 gekromd is.

6. Beeldbuis volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze beeldbuis een projectietelevisie-beeldbuis is. 30 35 830444*