NL8900069A - Beeldweergeefbuis. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Beeldweergeefbuis.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldweergeefbuis bevattende een beeldscherm en een daartegenover geplaatst elektronenkanon met langs een elektronen-optische as gecentreerd een kathode en een aantal elektroden welke samen een bundelvormend deel vormen voor het opwekken van een elektronenbundel, welk kanon verder een buisvormige structuur omvat met een buitenoppervlak en met een binnenoppervlak waarop een schroeflijnvormige weerstandsstructuur van een materiaal met een hoge elektrische weerstand is aangebracht die een focusseerlens vormt, welke buisvormige structuur een coaxiaal ingangsdeel en een coaxiaal uitgangsdeel heeft.

Het gebruik in beeldbuizen van een in een hoogohmige weerstandslaag gevormde focusseerlens met een schroeflijnvormige structuur teneinde een lage sferische aberratie te verkrijgen is bekend.

De hoogohmige weerstandslaag kan ook gebruikt worden voor het vóór of na de focusseerlens vormen van correctie elementen die elektrische multipolen (2-polen, 4-polen, 6-polen, 8-polen) opwekken. Wanneer men echter aan deze correctie elementen een dynamisch correctie signaal wil toevoeren, dan treden er problemen op. De zeer hoge weerstand van de weerstandslaag (de vierkantsweerstand van

£ Q

specifieke lagen kan liggen in het gebied van 10 tot 10 Ohm) maakt het toevoeren van dynamische correctie signalen i.h.b. problematisch indien de frequentie van het correctie signaal boven de 16 kHz gaat komen. Dit is een gevolg van de lange intrinsieke RC-tijd van de laag.

Doordat het materiaal van de weerstandslaag zo'n hoge elektrische weerstand heeft (b.v. 10 Gö) is de RC tijd hoog (b.v. 10 msec). Daardoor dringt het effect van een dynamische correctie spanning nauwelijks door in de weerstandsstructuur. Aan de uitvinding ligt de opgave ten grondslag een beeldweergeefbuis met een elektronenkanon met een focusseerlens van het bovenbeschreven type te verschaffen die zich goed leent voor het toepassen van dynamische correcties.

Deze opgave wordt opgelost doordat op het binnenoppervlak van de buisvormige structuur tussen het bundelvormend coaxiale ingangsdeel en/of uitgangsdeel en de focusseerlens een weerstandsstructuur van een materiaal met een hoge elektrische weerstand is aangebracht die een meerdelig correctie element vormt, waarbij tegenover de delen van het correctie element op het buitenoppervlak elektroden van elektrisch goed geleidend materiaal zijn aangebracht voor het capacitief aansturen van het correctie element.

Een wezenlijk aspect van de uitvinding is dat het dynamische correctie signaal met een metalen elektrode structuur aan de buitenkant van de omhulling waarin zich de hoogohmige weerstandslaag met correctie element bevindt capacitief ingekoppeld wordt. Deze elektrode structuur heeft bij voorkeur een vorm die aangepast is aan de vorm van het correctie element en kan als plaat- of folie of als opgedampte laag aangebracht zijn. Dynamische focussignalen tot frequenties in het MHz-gebied blijken op deze wijze toegepast te kunnen worden.

Indien volgens een voorkeursvorm van de uitvinding de correctie elementen via een hoge weerstand - bijvoorbeeld een meander in de hoogohmige weerstandslaag - doorverbonden worden met een aansluiting waarop de gewenste DC spanning komt, kunnen ze statisch de juiste potentiaal hebben zonder dat daarvoor aparte doorvoeren door de omhulling heen behoeven te worden gemaakt.

Enige uitvoeringsvoorvormen van de beeldweergeefbuis volgens de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van een tekening.

Hierin toont: figuur 1 schematisch een doorsnede van een beeldweergeefbuis volgens de uitvinding met een elektronenkanon met een capacitief aanstuurbaar correctie element; figuur 2 een aanzicht van een langsdoorsnede van een elektronenkanon geschikt voor toepassing in de buis van figuur 1; figuur 3 een m.b.v. een elektronenkanon van het type van figuur 2 opwekbaar focusseerveld; figuur 4 een alternatief uitvoeringsvoorbeeld van een beeldweergeefbuis volgens de uitvinding in een doorsnede; figuren 5, 6, 7 en 8 schematische uitvoeringsvormen van een deel van het correctie element van figuur 1.

De inrichting weergegeven in figuur 1 bevat een kathodestraalbuis bestaande uit onder andere een glazen omhulling 1

welke is samengesteld uit een beeldvenster 2, een konusvormig deel 3 en een hals 4. In deze hals zijn een aantal elektrodestructuren 8, 9 geplaatst welke samen met een kathode 7 het bundelvormende deel van een elektronenkanon vormen. De elektronen-optische as 6 van het elektronenkanon is tevens de as van de omhulling. Een elektronenbundel 12 wordt achtereenvolgens gevormd en versneld door de kathode 7 en de elektrodestructuren 8, 9. Met 10 is een buisvormige structuur aangegeven op de binnenkant waarvan een schroeflijnvormige structuur van een materiaal met een zeer hoge elektrische weerstand is aangebracht die een focusseerlens 11 vormt welke de bundel op een beeldscherm 14 op de binnenzijde van het beeldvenster 2 focusseert. Gebruikelijke aangelegde spanningen zijn bijvoorbeeld kathode 7 50 V

elektrode 8. 0 V

elektrode 9 500 V

begin-focusseerlens 11 7 kV

einde-focusseerlens 11 30 kV.

In het algemeen is de potentiaal van het einde van de focusseerlens een factor 2 tot 10 hoger dan de potentiaal van begin. Met behulp van een afbuigspoelenstelsel 5 wordt de elektronenbundel 12 van de as 6 af over het beeldscherm 14 afgebogen. Beeldscherm 14 bestaat uit een fosforlaag bedekt met een dunne aluminiumfilm welke via een geleidende bedekking 13 op de binnenwand van het konusvormig deel 3 met het uiteinde van elektrode 11 elektrisch is verbonden.

In figuur 3 is schematisch een voorbeeld van een focuslensveld dat door de focusseerlens 11 kan worden opgewekt weergegeven. De gebogen lijnen stellen de snijlijnen voor van de equipotentiaalvlakken, die door het aanleggen van een spanningsverschil over de uiteinden van de schroeflijnvormige weerstandsbaan ontstaan, met het vlak van tekening. Elk equipotentiaalvlak stelt een vlak met een gelijke brekingsindex voor. Het centrum van de lens is het punt A. Dit is het punt waarin de tweede afgeleide van het potentiaalverloop als functie van de plaats op de as nul is. De brandpuntsafstanden f1 en f2 zijn respectievelijk de afstanden tussen het brandpunt en het eerste hoofdvlak en de afstand tussen het brandpunt F2 en het tweede hoofdvlak H2. De brandpunten F1 en F2 zijn respectievelijk op afstanden F'^ en F'2 van het centrum A gelegen. De focusseerlens heeft een convergerend ingangsgedeelte en een divergerend uitgangsgedeelte. De door de elektrodenstructuur 11 gevormde focusseerlens ligt gedeeltelijk binnen het afbuigspoelenstelsel 5.

In figuur 1 bevindt de focusseerlens 11 gedeeltelijk in het veld van de afbuigspoelen, omdat dat gunstig is voor het oplossend vermogen van de beeldweergeefbuis 1. De uitvinding is echter niet tot een dergelijke onderlinge positionering beperkt.

De uitvinding kan vruchtbaar worden toegepast in alle beeldweergeefinrichtingen voorzien van kathodestraalbuizen met één elektronenbundel en magnetische afbuiging, zoals monochrome televisiebuizen, bepaalde kleurentelevisiebuizen (chromatons en penetrons) maar vooral in projectietelevisiebeeldweergeefinrichtingen.

Figuur 2 toont meer in detail een elektronenkanon van een type dat geschikt is voor toepassing in de beeldbuis van figuur 1. Het type in kwestie omvat een buisvormige (glazen) omhulling 15. Op de binnenkant van de omhulling 15 is een hoogohmige weerstandslaag 16 aangebracht, waarin nabij een uiteinde een schroeflijnvormige structuur 17 is gevormd die wanneer een geschikte elektrische spanning aan de uiteinden wordt aangebracht een focusseerlensveld vormt. De hoogohmige weerstandslaag 16 kan bijvoorbeeld bestaan uit glasemaille met een klein aandeel (bijvoorbeeld enkele gew.%) aan metaaloxide (i.h.b. rutheniumoxyde) deeltjes. De laag 16 kan een dikte hebben tussen 1 en 10 ym, bijvoorbeeld 3 ym. De vierkantsweerstand van een dergelijke laag hangt af van de concentratie aan metaaloxide en de stookbehandeling waaraan de laag wordt onderworpen. In de praktijk zijn vierkantsweerstanden variërend van 10 tot 10 Q gerealiseerd.

Door instellen van de relevante parameters kan een gewenste vierkantsweerstand gerealiseerd worden. Een vierkantsweerstand in de orde van 10 a 10 9 is voor de onderhavige toepassing zeer geschikt. De totale weerstand van de in de laag 16 gevormde spiraalstructuur (die zowel uit een continue spiraal kan bestaan als uit een aantal afzonderlijke, door segmenten zonder spiraalstructuur verbonden spiralen - in het voorbeeld van figuur 2 zijn dat er 4 -) kan in de orde van 10 G Q liggen, wat betekent dat er bij een spanningsverschil van 30 kV over de uiteinden een stroom zal lopen van enkele raicro-ampéres.

Het elektronenkanon van figuur 2 omvat een bundelvormend deel 18, dat i.h.a een kathode 19, een roosterelektrode 20 en anodes 21 bevat, De onderdelen van het bundelvormend deel 18 kunnen in de buisvormige omhulling 15 van de focusseerlens 1 gemonteerd zijn, zoals in het in figuur 2 getoonde kanon. Op alternatieve wijze kunnen ze buiten de buisvormige omhulling van de focusseerlens in de beeldbuis gemonteerd zijn, bijvoorbeeld door ze aan axiale glaskeramische montage staven (mounting rods) te bevestigen. De buisvormige omhulling 15 kan met voordeel door de nek van de beeldbuis gevormd worden. Een beeldbuis 22 waarin dit het geval is wordt schematisch getoond in figuur 4. In dat geval is een hoogohmige weerstandslaag met spiraalstructuur 23 die een focusseerlens vormt op een deel van de binnenkant van de omhulling 24 van de beeldbuis 22 aangebracht.

Voor verschillende doeleinden kan het nodig zijn om dynamische correctiesignalen toe te voeren. In een projectie tv-systeem bijvoorbeeld moeten de rode en blauwe buis geconvergeerd worden t.o.v. de groene buis met behulp van zogenaamde trapezium correcties. Tot nu toe wordt dit gedaan met magnetische correcties op zowel lijn als rasterfrequentie (zaagtand en parabool). Hiervoor worden kleine convergentie spoeltjes gebruikt die zich aan de cathodezijde van de deflectiespoel bevinden. Het nadeel van dit systeem is, dat het vermogen dat nodig is om de convergentiestromen op te wekken vrij hoog is.

Indien het focusseringsgedeelte van een elektronenkanon zich uitstrekt tot in het deflectiegedeelte is het nodig om de elektronenbundel dynamisch te corrigeren met een dynamische quadrupool om het astigmatisme tegen te gaan en/of met een dynamische dipool t.b.v. tegengestelde voordeflectie om coma te compenseren. Deze correcties kunnen aangebracht worden met een dynamisch aangestuurde magnetische multipoolspoel, maar dit heeft dezelfde nadelen als in het geval van de convergentiespoeltjes.

De uitvinding betreft de mogelijkheid om deze correctie-of convergentievelden aan te brengen met behulp van elektroden uitgevoerd in een ander deel van de hoogohmige weerstandslaag dan dat waarin de focusseerlens is gevormd. De hoge weerstand van deze laag (R=10 MOhm vierkant) kan benut worden om de dynamische correctie signalen met een metalen elektrode aan de buitenkant van de glasomhulling capacitief in te koppelen.

Als voorbeeld van dergelijke correctie elektroden wordt in fig. 1, 2 en 4 een octupool getoond die in de weerstandslaag tussen de voorfocusspiraal en de hoofdlens is aangebracht in de vorm van een cylinder opgesplitst in acht (gelijke) axiale segmenten 26, 26' enz. Deze octupool heeft een lengte 1 = 17 mm en een straal R = 5 mm. Elk van de segmenten is bij voorkeur voor en achter doorverbonden met de focuselektrode 17 met behulp van een meander 27, 27' enz. aangebracht in de weerstandslaag (fig. 2A). Bij een vierkantsweerstand van 10 MOhm zal de weerstand van deze verbinding kunnen variëren tussen 1 MOhm en 1 GOhm door de vorm van de meander aan te passen. De capaciteit van elk octupool segment naar een elektrode aan de buitenkant van de glasomhulling bedraagt

Bij een glasdikte d = 1 mm en 6r = 5, resulteert dit in een capaciteit van 2.6 pF. Dit betekent dat de RC-tijd van deze octupool kan variëren tussen 2.6 jis en 2.6 ms. Bij capacitief inkoppelen van een dynamisch correctie signaal op de metalen buiten elektrode 28 moet de RC-tijd juist groot zijn t.o.v. de lijntijd die momenteel 52 ps bedraagt, zodat de weerstand tussen octupool en focuselektrode dan groter moet zijn dan 100 MOhm.

Tijdconstantes groter dan de frametijd van 10ms zullen moeilijk te realiseren zijn. Het rastercorrectie of -convergentie signaal kan echter wel d.m.v. een ohms contact worden ingekoppeld, omdat dan de RC-tijd naar aarde juist klein moet zijn. Ook is het mogelijk om de rasterconvergentie te scheiden van de lijnconvergentie en deze magnetisch te blijven inkoppelen m.b.v. convergentiespoeltjes. Het vermogensprobleem bij het opwekken van convergent!estromen is voor de rasterfrequenties namelijk niet zo groot als bij de lijnfrequenties. T.a.v. de correctiesignalen die nodig zijn bij integratie van deflectie en focussering, is op te maken dat de behoefte aan rastercorrecties, zeker bij aspectverhoudingen van 16:9, veel minder groot is dan de behoefte aan lijncorrecties.

Bij de hierboven beschreven octupool is een spanning van 100 V voldoende om de bundel op het scherm van de buis 1 mm te verplaatsen. Deze verplaatsing is evenredig met deze spanning, de vergroting van de hoofdlens en de lengte van de octupool, en omgekeerd evenredig met de straal van de octupool en de focusspanning. Het is op alternatieve wijze mogelijk om de correcties aan te brengen met elektroden voorzien van een veel gecompliceerdere vorm dan de eenvoudige octupool.

Indien de lijnfrequentie bij toekomstige HDTV-toepassingen verder wordt opgevoerd zal het vermogensprobleem bij magnetische convergentie alleen maar groter worden. De hierboven beschreven oplossing wordt juist aantrekkelijker omdat de lijntijd steeds kleiner wordt in verhouding tot de RC-tijd van de convergentie-elektroden.

In figuren 5, 6, 7 en 8 worden schematisch onderdelen 26a, 26b, 26c en 26d van een correctie element (b.v. een octupool) getoond die voorzien zijn van verschillende types hoogohmige aansluitingen voor verbinding met de focusseerelektrode.

Het principe van het capacitief inkoppelen van een dynamisch correctiesignaal wordt hieronder verduidelijkt.

De hoogohmige weerstandslaag 16 op het binnenoppervlak van de buisvormige structuur 15 heeft delen waar een schroeflijnvormig patroon in is aangebracht en delen zonder zo'n patroon; een en ander zodanig dat bij het aanleggen van een spanning een optimaal statisch focusveld, i.h.b. t.a.v. minimale sferische aberratie, wordt verkregen. Dynamische correctiesignalen worden toegevoerd aan elektrodes 28, die uit goed geleidend elektrisch materiaal bestaan en coaxiaal, door een niet-'elektrisch geleidend materiaal daarvan gescheiden, om een in de hoogohmige weerstandslaag gevormd meerdelig correctie element 26 heenliggen. In dit geval is het correctie element een octupool.

De delen 26 van het correctie element zijn via hoog-ohmige aansluitingen, zoals in fig. 5, 6, 7 en 8 aangegeven, aangesloten aan een normale statische focusspanning. Een DC spanning werkt op het correctie element als een normale statische focusspanning. Het correctie element gedraagt zich echter op een andere manier als de correctie spanning op de elektrodes 28 in de tijd gemoduleerd wordt. Het onder een elektrode 28 gelegen deel van correctie element 26 op de binnenwand van de buisvormige structuur 15 zal de neiging hebben de potentiaalveranderingen van de elektrode 28 te volgen. Een correctie element deel en zijn toegevoegde elektrode 28 kunnen als een condensator beschouwd worden. Bij het toevoeren van dynamische correctie signalen aan de elektrodes 28 zullen deze signalen capacitief ingekoppeld en doorgegeven worden aan de respectieve correctie element delen, die aan één zijde verbonden zijn met de focussignaal toevoerleiding en aan de andere zijde met de buitenwereld via de weerstanden en R2. Elke "condensator" vormt samen met deze weerstanden een RC-netwerk. Veranderingen van de correctie spanningen V^yn die (veel) sneller zijn dan de corresponderende RC-tijd kunnen niet uitgedempt worden en zullen via de condensator ingekoppeld worden. De constructie van fig. 2 is realiseerbaar door metalen (bijvoorbeeld aluminium) foliestrippen tussen twee coaxiale buizen aan te brengen die na week maken en aanzuigen op een doorn de buisvormige structuur 15 vormen.

Alternatieven voor het bovenbeschreven gebruik van folie strippen tussen twee coaxiale buizen zijn bijvoorbeeld het opdampen of elektroless aanbrengen van een laag elektrisch goed geleidend materiaal op het buitenoppervlak van een buisvormige structuur 24 waarin de elektrodes 28 worden gevormd zoals aangegeven in figuur 4, of het aanbrengen van metalen strips op zo'n buisvormige structuur 24.

Claims (4)

1. Beeldweergeefbuis bevattende een beeldscherm en een daartegenover geplaatst elektronenkanon met langs een elektronen-optische as gecentreerd een kathode en een aantal elektroden welke samen een bundelvormend deel vormen voor het opwekken van een elektronenbundel, welk kanon een buisvormige structuur omvat met een buitenoppervlak en met een binnenoppervlak waarop een spiraalvormige weerstandsstructuur van een materiaal met een hoge elektrische weerstand is aangebracht die een focusseerlens vormt, welke buisvormige structuur een coaxiaal ingangsdeel en een coaxiaal uitgangsdeel heeft, met het kenmerk, dat op het binnenoppervlak van de buisvormige structuur tussen het bundelvormend coaxiale ingangsdeel en/of uitgangsdeel en de focusseerlens een weerstandsstructuur van een materiaal met een hoge elektrische weerstand is aangebracht die een meerdelig correctie element vormt, waarbij tegenover de delen van het correctie element op het buitenoppervlak elektroden van elektrisch goed geleidend materiaal zijn aangebracht voor het capacitief aansturen van het correctie element.

2. Beeldweergeefbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het correctie element gevormd is voor het opwekken van een dipoolveld dat een vóór-afbuiging aan de elektronenbundel geeft synchroon met en in een richting tegengesteld aan de richting van de bundelafbuiging door de afbuigmiddelen.

3. Beeldweergeefbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het correctie-element gevormd is voor het opwekken van een 2N-pool veld (N is 2 of 4).

4. Beeldweergeefbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het correctie element gevormd is voor het opwekken van een veld dat het op het beeldscherm gevormde raster trapeziumvormig maakt.