DE2544293A1

DE2544293A1 - Elektronenstrahlsystem

Info

Publication number: DE2544293A1
Application number: DE19752544293
Authority: DE
Inventors: Jun John Evans
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-04-08
Also published as: JPS5164368A; FR2287104B1; IT1043076B; US3952224A; JPS566105B2; CA1042058A; FR2287104A1; MX3131E; GB1523305A

Description

2 5 4 A 2

BttentainiM· 7856-75/Sch/Ba Dr.-lng. Ernst Sommerfeid

^RCA ?ίΖ⁴° Dr. Dietor v. Bezold

^ÜSSN,⁵¹ 2,227 _{Di K}. _i;i(, _{Pf;tnr £ohta}

vom 4. Oktober 1974 DIpI.-in^/wo»,·.^ Hausler

8 München 86, Pus ti au ί 860668

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Elektronenstrahlsystem

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen eines "in-line"-Elektronenstrahlsystems für eine Kathodenstrahlröhre, insbesondere für eine Lochmaskenfarbbildröhre. Das verbesserte Strahlsystem ist insbesondere für Verwendung einer Farbbildröhre gedacht, welche einen Leuchtschirm mit einem Farbstreifenmuster mit oder ohne die Zwischenräume zwischen den Leuchtstoffstreifen ausfüllender Matrix und einer Lochmaske mit schlitzförmigen öffnungen aufweist. Jedoch eignet sich das Strahlsystem auch für Bildröhren, deren Schirm mit im wesentlichen kreisförmigen Leuchtstoffpunkten versehen ist und deren Maske dementsprechend kreisförmige öffnungen hat.

Ein "in-line"-Strahlsystem erzeugt mindestens zwei, vorzugsweise aber drei in einer gemeinsamen Ebene verlaufende Elektronenstrahlen, welche in dieser Ebene in einem Punkt oder kleinen Bereich nahe des Bildröhrenschirmes konvergieren.

Man ist bei Farbbildröhren auf größere Ablenkwinkel übergegangen, um die Röhrenlänge zu verkürzen. Beim übergang von beispielsweise 90° Ablenkwinkel auf 110° hat man festgestellt, daß die Elektronenstrahlen zunehmend stärker verzerrt werden, wenn sie über die äußeren Schirmbereiche abgelenkt werden. Solche Verzerrungen beruhen zumindest teilweise auf Veränderungen der

609815/1027

Ablenkfelder, welche durch die auf den Röhren montierten Ablenkjoche erzeugt werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, derartige Verzerrungen zumindest zum Teil zu kompensieren.

Die Erfindung läßt sich zwar bei verschiedenen Typen von Röhren anwenden, wird nachfolgend jedoch als Verbesserung einer Röhre mit einem "in-line"-Strahlsystem, wie es in dem US-Patent 3 772 554 beschrieben ist, und mit einem Joch, wie es im US-Patent 3 721 930 beschrieben ist, erläutert. Eine Kathodenstrahlröhre enthält einen evakuierten Kolben mit einer Frontplatte, einem Leuchtstoffmosaikschirm auf der Innenfläche der Frontplatte, einer gelochten Farbselektionselektrode, welche im Abstand vom Schirm montiert ist, einem Elektronenstrahlsystem zur Erzeugung mehrerer Elektronenstrahlen, welche durch die Elektrode auf den Schirm gerichtet werden. Das Elektronenstrahlsystem enthält mehrere Kathoden, die in praktisch gleichen Abständen vom Schirm angeordnet sind, sowie mehrere gelochte Gitter in gegenseitigem Abstand und im Abstand von den Kathoden in Richtung auf den Schirm. Die Öffnungen der Gitter sind mit den Elektronenstrahlwegen zwischen den Kathoden und dem Leuchtschirm ausgerichtet. Die Öffnungen in zwei der Kathode am nächsten liegenden aufeinanderfolgenden Gittern sind in einer gemeinsamen Richtung länglich ausgebildet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in teilweisem Axialschnitt eine Draufsicht auf eine Lochmaskenfarbbildröhre gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen der Leuchtstoffpunktformen gemäß dem Stande der Technik bzw. gemäß der Erfindung ;

609815/1027

Fig. 4 und 5 vergrößerte Längsschnitte des Elektronenstrahlsystems, welches in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist, längs der rechtwinklig aufeinanderstellenden Schnittlinien 4-4 bzw. 5-5 in Fig. 6;

Fig. 6 einen Schnitt durch das Elektronenstrahlsystem längs der Linie 6-6 in den Fig. 4 und 5; und

Fig. 7 einen Schnitt durch das Strahlsystem längs der Linie 7-7 in den Fig. 4 und 5.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Rechteck-Farbbildröhre mit einem Glaskolben 1, der aus einem rechteckigen, kappenförmigen Vorderteil 3 und einem röhrenförmigen Hals 5 besteht, die beide durch einen rechteckförmigen Trichterteil 7 verbunden sind. Das Vorderteil 3 besteht aus einer Frontplatte 9 und einem Umfangsflansch, der mit dem Trichterteil 7 verschweißt ist. Auf der Innenfläche der Frontplatte 9 ist ein Mosaikleuchtschirm 13 mit Leuchtstoffen für drei Wiedergabefarben angeordnet. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist der Schirm 13 vorzugsweise ein "Linienschirm", d.h. er besteht aus einer Anordnung paralleler Leuchtstofflinien oder -streifen, die praktisch parallel zur kleineren Vertikalachse Y-Y der Röhre verlaufen. Eine Vielloch-Farbselektionselektrode oder Lochmaske 15 ist mit Hilfe üblicher Mittel in einem vorbestimmten Abstand vom Schirm 13 abnehmbar montiert. In gestrichelten Linien zeigt Fig. 1 ein verbessertes "in-line"-Elektronenstrahlsystem 19, das innerhalb des Röhrenhalses 5 montiert ist und drei Elektronenstrahlen 2OB, 2OR und 2OG erzeugt und längs koplanarer konvergierender Wege durch die Maske 15 auf den Schirm 13 richtet.

Die in Fig. 1 dargestellte Bildröhre ist zur Verwendung mit einem äußeren magnetischen Ablenkjoch 21 bestimmt, welches den Hals 5 und den Trichterteil 7 in der Nähe ihres Verbindungsbereiches umgibt. Wenn geeignete Spannungen an das Joch 21 gelegt werden, dann sind die drei Strahlen 2OB, 2OR und 2OG ver-

6G9815/1G27

tikalen und horizontalen magnetischen Ablenkfeldern ausgesetzt, welche die Strahlen in horizontaler und vertikaler Richtung ein rechteckiges Raster über den Schirm 13 beschreiben lassen.

Die Anfangsebene der Ablenkung (bei der Ablenkung 0) ist durch die Linie P-P in Fig. 1 etwa bei der Mitte des Joches 21 gezeigt. Infolge von Störfeldern erstreckt sich die Ablenkzone axial in der Röhre vom Joch 21 in den Bereich des Strahlsystems 19 hinein. Der Einfachheit halber ist der tatsächliche Verlauf der Ablenkwege der Strahlen 20 in der Ablenkzone in Fig. 1 nicht dargestellt.

Die Fig. 2 und 3, welche den Schirm 13 von vorn zeigen, lassen die Formen der Elektronenauftreffpunkte erkennen, wenn ein Strahl 2OR den Bildschirm mit bzw. ohne die Anwendung der Erfindung trifft. Wie Fig. 2 zeigt, hat der Strahlauftreffpunkt ohne die Erfindung in der Mitte des Schirmes eine praktisch runde Form, an den Seiten des Schirmes dagegen eine elliptische Form, deren große Achse in Horizontalrichtung liegt. Diese Verlängerung ist unerwünscht, weil sie die Bildauflösung verschlechtert. Die Verlängerung tritt auf, weil der Strahl in Horizontalrichtung unterfokussiert ist.

Gemäß der hier zu beschreibenden Erfindung wird die Form des Strahles an den Seiten des Schirmes wesentlich runder oder zumindest weniger in Horizontalrichtung auseinandergezogen. Die Kompensation, welche den Strahl an den Rändern runder werden läßt, macht auch den Strahl in der Mitte des Schirmes in Vertikalrichtung elliptisch (die längere Achse der Ellipse steht senkrecht). Diese vertikale Ellipsenform hat jedoch keine Auflösungsprobleme zur Folge, da die Vertikalauflösung durch die Zahl der Abtastzeilen begrenzt ist.

Das Horizontalellipsenproblem tritt bei AblenkJochen für Weitwinke lab lenkung (beispielsweise 90°, 110°) und bei horizontal in einer Ebene liegenden kreisförmigen Elektronenstrahlen auf.

609815/1027

Wegen der Röhrengeometrie müssen die Ablenkjoche ein Ablenkfeld haben, das mit zunehmendem horizontalen Ablenkwinkel die Strahlen divergieren läßt. Diese horizontale Divergenz wird durch ein astigmatisches Feld erreicht; während die Divergenz der Strahlen in der horizontalen Ebene bei der horizontalen Ablenkung auch eine vertikale Konvergenz der Elektronen innerhalb jedes einzelnen Strahles auftritt. Für sich gesehen hat diese vertikale Konvergenz keine Auswirkung auf den horizontalen Strahlabstand. Jedoch hat das astigmatische Feld auf jeden einzelnen Strahl auch eine horizontal divergierende oder defokussierende Wirkung, wenn es vertikal konvergiert oder fokussiert. Ein typischer Elektronenstrahlauftreffpunkt in der Schirmmitte einer 25V-11O⁰ "in-line"-Röhre, welche einem astigmatischen Feld ausgesetzt ist, ergibt sich in runder Form mit einem Durchmesser von 4,6 mm. Die Eckenauftreffpunkt sind jedoch in Horizontalrichtung auf eine horizontale Länge von 7,9 mm und eine vertikale Höhe von 2,7 mm verformt. Das Ellipsenverhältnis eines Eckenpunktes beträgt daher 2,9/1,0.

Die horizontale Abmessung des Elektronenstrahlauftreffpunktes kann durch Verringerung der Fokusspannung reduziert werden. Jedoch hat eine solche Spannungseinstellung zur Folge, daß der Strahl vertikal überfokussiert wird, so daß die vertikale Bildauflösung verschlechtert wird. Eine Einstellung der Fokusspannung allein führt nicht zu einem akzeptablen Elektronenstrahlauftreffpunkt. Daher muß eine Änderung der Fokussierspannung durch andere Maßnahmen oder Verfahren ergänzt werden, welche die Form des Elektronenstrahles verändert. Ein bevorzugtes Mittel für eine solche Veränderung besteht darin, daß man für einen ausreichenden Astigmatismus des Strahlsystems sorgt, so daß man zu einer Fokussierspannung gelangen kann, die eine optimale Fokussierung des Elektronenstrahls sowohl in Vertikal- als auch in Horizontalrichtung bewirkt. Eine solche optimale Fokusspannung kann als Kompromiß zwischen den idealen Spannungen angesehen werden, die für eine perfekte Fokussierung in jeder der

609815/1027

beiden rechtwinklig aufeinanderstehenden Richtungen erforderlich ist. Mit einer Fokussierspannungseinstellung für optimale Fokussierung an den Schirmrändern wird aber der Auftreffpunkt in der Schirmmitte bei unabgelenktem Strahl vertikal in die Länge gezogen. Im Effekt sorgt dann die hier beschriebene Erfindung für genügend Astigmatismus im Strahlsystem zur Reduzierung der durch das Ablenkjoch verursachten Verzerrung des Strahlauftreffpunktes an den Schirmrändern, indem sie für eine kompensierende entgegengesetzte Verzerrung im Strahlsystem in Form einer Vorverformung des Strahles sorgt, ehe dieser ins Ablenkfeld eintritt. Diese Vorverformung schließt auch in gewisser Weise einen Kompromiß der Form des Strahlauftreffpunktes in der Schirmmitte ein.

Einzelheiten des verbesserten Strahlsystems 19 sind in den Fig. 4, 5 und 6 veranschaulicht. Das Strahlsystem 19 weist zwei Glastragstäbe 23 auf, an welchen die verschiedenen Gitterelektroden montiert sind. Bei diesen Elektroden handelt es sich um drei mit gleichem Abstand angeordnete koplanare Kathoden 25 (eine für jeden Strahl), ein Steuergitter 27, ein Schirmgitter 29, je eine erste und eine zweite Beschleuniger- und Fokussierelektrode 31 bzw. 33 und einen Abschirmbecher 35. Alle diese Bauteile· sind in der erwähnten Reihenfolge mit gegenseitigem Abstand längs der Tragstäbe 23 angeordnet.

Jede Kathode 25 besteht aus einem Kathodenbecher 37, der am vorderen Ende durch eine Kappe 39 verschlossen ist, die an ihrem Ende einen Überzug 41 aus elektronenemittierendem Material hat. Jeder Becher ist in einem Kathodenhalterungsrohrchen 43 gehaltert. Die Röhrchen 43 sind mit Hilfe von vier Streifen 45 und 47 an den Stäben 23 befestigt. Jede Kathode wird indirekt mit Hilfe einer Heizwendel 49 geheizt, die innerhalb des Bechers 37 angeordnet ist und mit Enden 51 an Heizstreifen 53 und 55 angeschweißt ist, welche mit Hilfe von Fahnen 57 an den Stäben 23 befestigt sind.

609815/1027

Die Steuergitter und Schirmgitter 27 und 29 werden durch zwei flache Platten in dichtem Abstand (etwa 0,23 mm) gebildet, deren jede mit drei öffnungen 59G, 59R und 59B bzw. 60G, 60R und 60B ausgebildet sind, welche mit den Kathodenbelägen 41 zentriert und mit den öffnungen des jeweils anderen Gitters längs des zentralen Strahlweges 20R und der beiden äußeren Strahlwege 20G und 20B, die in Richtung auf den Schirm 13 verlaufen, ausgerichtet sind. Die äußeren Strahlwege 20G und 20B haben gleiche Abstände vom mittleren Strahlweg 2OR. Vorzugsweise verlaufen die Anfangsteile der Strahlwege 2OG, 2OR und 20B im wesentlichen parallel mit einem Abstand von etwa 5 mm, wobei der mittlere Strahlweg 2OR mit der Mittelachse A-A zusammenfällt.

Die erste Beschleuniger- und Pokussierelektrode 31 enthält ein erstes und ein zweites Becherteil 61 bzw. 63, die an ihren offenen Enden miteinander verbunden sind. Das erste Becherteil 61 besitzt drei öffnungen 65G, 65R und 65B mittlerer Größe (etwa 1,5 mm) nahe bei der Gitterelektrode 29 und in Ausrichtung mit den drei Strahlwegen 2OG, 2OR und 2OB, wie dies in Pig. 5 zu sehen ist. Das zweite Becherteil 63 hat drei große (etwa 4 mm) öffnungen 67G, 67R und 67B, die ebenfalls mit den drei Strahlwegen ausgerichtet sind.

Die zweite Beschleuniger- und Fokussierelektrode 33 ist ebenfalls becherförmig ausgebildet und enthält einen Grundplattenteil 69, der dicht (etwa 1,5 mm) bei der ersten Beschleunigerelektrode 31 gelegen ist, und eine flanschförmige Seitenwand 71, welche nach vorn in Richtung auf den Bildschirm ragt. Der Grundplattenteil 69 ist mit drei öffnungen 73G, 73R und 73B ausgebildet, welche vorzugsweise etwas größer (etwa 4,4 mm) als die benachbarten öffnungen 37G, 37R und 37B der Elektrode 31 sind. Die Mittelöffnung 73R ist mit der benachbarten Mittelöffnung 67R(und dem mittleren Strahlweg 20R) ausgerichtet, so daß ein praktisch symmetrisches elektrisches Strahlfokussierfeld zwischen den öffnungen 67R und 73R gebildet wird, wenn

609815/1027

unterschiedliche Spannungen an die Elektroden 31 und 33 gelegt werden. Die beiden äußeren Öffnungen 73G und 73B sind gegenüber den entsprechenden äußeren Öffnungen 67G und 67B etwas nach außen versetzt, so daß zwischen jedem Paar äußerer Öffnungen ein asymmetrisches elektrisches Feld ausgebildet wird, wenn die Elektroden 31 und 33 an Spannung gelegt werden, so daß jeder äußere Strahl 2OG und 2OB nahe dem Schirm individuell fokussiert wird und außerdem jeder äußere Strahl auf den mittleren Strahl 2OR zu auf einen gemeinsamen Konvergenzpunkt mit dem Mittelstrahl in der Nähe des Bildschirmes abgelenkt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Versetzung der Strahlöffnungen 37G und 37B etwa 0,15 mm.

Damit für eine Korrektur der vorerwähnten Strahlabflachung bei Vergrößerung des Horizontalablenkwinkels gesorgt wird, wird jeder Strahl im Strahlerzeugersystern vorverzerrt, derart, daß er in der Schirmmitte vertikal defokussiert wird, daß also der Auftreffpunkt des unabgelenkten Strahls in vertikaler Richtung auseinandergezogen wird. Diese Vorverzerrung oder Vorverformung der Strahlen wird durch Verwendung vertikal langgezogener oder vorzugsweise in Vertikalrichtung elliptischer Öffnungen in den beiden der Kathode am nächsten befindlichen Gittern, also im Steuergitter 27 und im Schirmgitter 29, erreicht. Die elliptische Formung der Öffnungen 29G, 29R und 29B (im Steuergitter) und 6OG, 6OR sowie 6OB (im Schirmgitter 29) ist in den Fig. 6 bzw. 7 dargestellt. Natürlich hängt das Maß der erforderlichen elliptischen Verformung vom speziellen Röhrentyp ab. Für den mittleren Strahl einer 25V-11O° "in-line"-Röhre, bei der der Auftreffpunkt eines Randelektronenstrahls ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ein Ellipsenverhältnis von 2,9:1,0 hat, ergibt eine vertikale elliptische Öffnung mit einem Ellipsenverhältnis von 1,6:1,0 eine ausreichende Vorverformung des Strahles, so daß an den Schirmrändern praktisch runde Strahlen auftreffen. Typische Abmessungen der Öffnungen, welche dieses Ellipsenverhältnis erfüllen, sind 0,5 mm

809815/1027

-9-in der Horizontalen und 0,8 mm in der Vertikalen.

Es hat sich gezeigt, daß ein Strahlsystem, wie es im US-Patent 3 773 554 beschrieben ist, äußere Strahlen erzeugt, die schon im gewissen Grade in Vertikalrichtung elliptisch sind, und zwar wegen des dichten Abstandes der Elektronenlinsen. Daher ist die erforderliche Elliptizität der äußeren Strahlöffnungen in Steuer- und Schirmgitter etwas kleiner als die Elliptizität der Mittelstrahlöffnungen. Für die äußeren Strahlöffnungen wird das Verhältnis 1,4/1,0, für den Mittelstrahl 1,6/1,0 gewählt. Typische Abmessungen der Außenstrahlöffnungen, welche diese Forderung erfüllen, sind 0,55 mm in der Horizontalen und 0,76 mm in der Vertikalen.

Die vorstehend beschriebene Erfindung ist anhand des Beispiels eines "in-line"-Elektronenstrahlsystems beschrieben. Sie kann jedoch auch auf Delta-Strahlsysteme angewendet werden, um eine ähnliche Strahlabflachung zu bewirken.

809815/1027

Claims

Patentansprüche

ί 1)i/Kathodenstrahlröhre mit einem evakuierten Kolben, der eine Frontplatte mit einem auf deren Innenseite angebrachten Mosaik-Farbleuchtstoff-Schirm aufweist, mit einer Vielloch-Farbselektionselektrode, die im Abstand vom Schirm angeordnet ist, und mit einem "in-line"-Elektronenstrahlsystem zur Erzeugung und Richtung mehrerer Elektronenstrahlen längs koplanarer Wege durch die Farbselektionselektrode auf den Schirm, wobei das Strahlsystem eine Mehrzahl in einer Ebene angeordneter Kathoden und eine Mehrzahl von Gittern aufweist, die im Abstand zwischen den Kathoden und der Selektionselektrode angeordnet sind und von denen jedes mehrere mit den entsprechenden Elektronenstrahlwegen ausgerichtete Öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlsystem die den Kathoden (25) am nächsten liegenden aufeinanderfolgenden Gitter (27,29) mit in Vertikalrichtung elliptischen öffnungen (59,60) ausgebildet sind und daß die elliptischen öffnungen (59R, 60R), die mit einem (29R) der Elektronenstrahlwege (20) ausgerichtet sind, eine unterschiedliche elliptische Form von den Formen der anderen elliptischen öffnungen (59G,59B;6OG,6OB) der aufeinanderfolgenden Gitter haben.
2) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der aufeinanderfolgenden Gitter eine Mi ttenstrahlöffnung (29R,6OR) und zwei Außenstrahlöffnungen (59G, 59B;6OG,6OB) hat und daß das Verhältnis von großer Achse zur kleinen Achse der Mittenstrahlöffnung größer als das entsprechende Verhältnis jeder der beiden Außenstrahlöffnungen ist.

609815/1027
3) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis für die Mittenstrahloffnungen etwa 1,6 und das Verhältnis für die beiden Außenstrahlöffnungen jeweils 1,4 beträgt.

609815/1027

Ja

Leerseite