DE2553625A1

DE2553625A1 - Elektronenstrahlkanone

Info

Publication number: DE2553625A1
Application number: DE19752553625
Authority: DE
Inventors: Francis Joseph Campbell
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1976-08-12
Also published as: IT1049711B; CA1041217A; AU499756B2; JPS5177061A; AU8666775A; FR2293052A1; FR2293052B1; JPS5548674B2; PL112853B1; US3932786A; GB1482040A

Description

RCA No. 66 732 Dr.-lng. Ernst Sommerfeld

US-Anin. No. 528 400 J?[ ^r'^MjL^v^"'ί

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vom 29. November 1974 Dipl.-ina. ?/oh-;.._;·.;_; H&L-slar

8 München So. Postfach 860668

RCA Corporation

Elektronenstrahlkanone

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlkanone zur Erzeugung und Ausrichtung von wenigstens einem Elektronenstrahl und vorzugsweise von einer Vielzahl Elektronenstrahlen, und die Erfindung betrifft insbesondere eine Fokussierungseinrichtung für den oder die Strahlen auf ein Target.

Bei herkömmlichen Farbfernseh—Bildröhren mit einer mehrere Strahlen erzeugenden Elektronenstrahlkanone tritt jeder Elektronenstrahl durch eine getrennte Elektronenlinse hindurch, die den Strahl auf einen Punkt auf dem Zielpunkt auf dem Bildschirm fokussiert. Die Linse besteht im wesentlichen aus einem elektrostatischen Feld, das die einzelnen Strahlenbündel eines Strahls auf einen gemeinsamen Punkt richtet, wenn sie durch das Feld hindurchtreten. Dieses Feld wird normalerweise zwischen zwei unter Abstand angeordneten Elektroden aufgebaut, die quer zu dem Strahlweg angeordnet sind, wobei die Elektroden eine Reihe von Öffnungen haben, durch die der Strahl hindurchtritt. Die Kennwerte der Linse können durch Änderung des elektrostatischen Feldes geändert werden, was gewöhnlich durch Änderung der Spannung zwischen den Elektroden, der Größe der Öffnungen, dem Abstand zwischen den Elektroden oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen erreicht wird.

In einigen Fällen ist es zur Reduzierung der sphärischen Aberration erwünscht, eine Linse mit langer Brennweite zu haben. Da

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die Spannungen der Linsenelektroden auf Werte begrenzt sind, die keine Bogenentladung an der Basis der Bildröhre bewirken, wird die Brennweite durch größere Öffnungen und/oder einen größeren Elektrodenabstand verlängert. Wenn jedoch der Abstand zwischen den Elektroden zu groß wird (über 1,5 mm), besteht die Gefahr, daß das Fokussierungsfeld von anderen elektrostatischen Feldern in der Elektronenstrahlkanone beeinträchtigt wird oder eine Interferenz erfährt. Umgekehrt beeinflußt das FoI ssierungsfeld, das durch den großen Abstand erzeugt wird, auch die angrenzenden elektrostatischen Fokussierungsfelder. Es wäre daher ideal, wenn die Linse eine Öffnung mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser (etwa 8 mm) und einem kleinen Elektrodenabstand (etwa 1,5 mm) hätte.

Die körperliche Ausgestaltung der Elektronenstrahlkanone setzt dieser Anordnung jedoch mehrere Grenzen. Beispielsweise sind in der Elektronenstrahlkanone mit in einer Linie angeordneten Elektronenstrahlen, die in der US-PS 3 772 554 beschrieben ist, die drei Elektronenstrahlen sehr nahe beieinander, und die Linseneigenschaften werden nur durch die Änderung des Abstandes der Elektroden abgestimmt, da die Größe der Öffnung bereits maximal ist. Um die Eigenschaften einer idealen Linse mit großer Öffnung zu erreichen, muß der Elektrodenabstand ein Mehrfaches des tolerierbaren Maximums von 1,5 mm betragen.

Eine demgegenüber verbesserte Elektronenstrahlkanone ist in dem Hauptanspruch gekennzeichnet, während vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angegeben sind. Bei der erfindungsgemäßen Elektronenstrahlkanone sind mehrere Elektroden, einschließlich zwei Fokussierungselektroden, "entlang dem Elektronenstrahlweg von einer Kathode unter Abstand angeordnet. Zwischen den beiden Fokussierungselektroden ist ein breiter Zwischenraum, in dem eine leitfähige Einrichtung, vorzugsweise mehrere Metallplatten, angeordnet ist, die wenigstens eine Öffnung aufweist, die mit dem Strahlweg fluchtet.

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In der Elektronenstrahlkanone ist ferner eine Widerstands einrichtung zwischen den Fokussierungselektroden angeschlossen. Die ■Widerstandseinrichtung hat mehrere Abgriffe, die mit der leitfähigen Einrichtung verbunden sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlkanone;

Figur 2 eine Draufsicht auf die Kanone von Figur 1; und Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Figur 1.

Das Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, stellt eine Elektronenstrahlkanone mit in einer Linie angeordneten Elektronenstrahlen für eine Farbfernseh-Bildröhre dar. Die Erfindung ist jedoch auch bei einer Elektronenstrahlkanone mit anderer geometrischer Anordnung anwendbar, bei der eine Elektronenlinse mit großem Elektrodenabstand eingesetzt wird.

in den Figuren gezeigte Elektronenstrahlkanone 10 weist zwei parallele Trägerstangen 28 aus Glas auf, zwischen denen verschiedene Elemente der Elektronenstrahlkanone montiert sind. An einem Ende der Stangen 28 sind mehrere Bänder 14 montiert, an denen drei Kathoden 12 befestigt sind. Nach den Trägerbändern 14 sind eine Steuergitterelektrode 16, eine Schirmgitterelektrode 18, eine erste Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 24 und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselek-, trode 26 in dieser Reihenfolge angeordnet. Die drei Kathoden geben Elektronenstrahlen entlang drei, in einer Ebene liegenden .Strahlwege 30 ab. Die Steuergitterelektrode 16 und die Schirmgitterelektrode 18 sind dicht beieinander unter Abstand angeordnete, flache Metallelemente, die drei Öffnungen 17 bzw. 19 ent-

' halten, die mit den verschiedenen Strahlwegen 30 ausgerichtet sind,, wie in Figur 3 gezeigt ist. Die erste Beschleunigungs- und

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Fokussierungselektrode 24 ist nahe bei und unter Abstand von der Schirmgitterelektrode 18 angeordnet und weist zwei rechteckig geformte Becher 20 und 22 auf, die an ihren offenen Enden miteinander verbunden sind. Die geschlossenen Enden der Becher 20 und 22 haben jeweils drei Öffnungen, die ebenfalls mit den verschiedenen Strahlwegen 30 fluchten. Die Öffnungen 21 in dem ersten Becher 20 sind größer als die in der Schirmgitter— elektrode 18, und die Öffnungen 32, 34 und 36 in dem zweiten Becher 22 sind etwas größer als die in dem ersten Becher 20.

Unter Abstand von der ersten Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 24 ist die zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 26 angeordnet, die einen rechteckigen Becher mit einem Boden 27 aufweist. Der Boden 27 ist der Elektrode 24 zugewandt und hat drei Öffnungen 38, 39 und 40, die vorzugsweise etwas größer als die Öffnungen des zweiten Bechers 22 sind. Die mittlere Öffnung 39 in dem Boden 27 fluchtet mit der mittleren Öffnung 34 in dem zweiten Becher 22. Die beiden äußeren Öffnungen 38 und 40 in dem Boden 27 sind etwas nach außen gegenüber den äußeren Öffnungen 32 bzw. 36 in dem zweiten Becher 22 versetzt. Ein Abschirmungsbecher 42 mit einem Boden 43 ist an der Elektrode 26 befestigt, so daß der Boden 43 das offene Ende der Elektrode 26 überdeckt. Der Abschirmungsbecher 42 hat drei Öffnungen 41 in seinem Boden 43» die jeweils mit einem der Strahlwege 30 ausgerichtet sind. Der Abschirmungsbecher 42 hat auch drei Kolben-Abstandshalter 44» die an seinem offenen Ende befestigt sind und sich von diesem weg erstrecken.

Sechs Metallplatten 46 sind auf den Trägerstangen 28 aus Glas zwischen der ersten Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 24 und der zweiten Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 26 montiert, so daß der Abstand zwischen jedem Plattenpaar 1,5 mm nicht übersteigt. Jede Platte 46 weist drei Öffnungen 48 auf, deren Größe etwa gleich den Öffnungen 32, 34 und 36 in dem zweiten Becher 22 ist. Jede Öffnung 48 fluchtet mit einem anderen Strahlweg 30. Ein Widerstand 50 ist auf einer der Trägerstangen 28 neben den Platten 46 montiert. Der Widerstand 50 ist

eine dünne Cermet-Schicht 49 , die auf einem Substrat 51 aufgebracht ist, das ander Trägerstange befestigt bzw. angeklebt ist. Für den Betrieb in einer Bildröhre hat der Widerstand 50 einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes und ist in der Lage, die hohe Spannung (etwa 32 000 V) auszuhalten, die in typischen Fällen an die zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 26 angelegt wird. Ein Ende des Widerstandes 50 ist elektrisch mit der ersten Beschleunigungs- und Fokus si erungs elektrode 24 durch einen ersten Leiter 54 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 50 ist elektrisch mit der zweiten Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 26 durch einen zweiten Leiter 56 verbunden. Jede Platte 46, die hintereinander und unter Abstand von der Elektrode 24 angeordnet ist, ist elektrisch durch elektrische Abgriffe 52 mit einem von sechs Punkten an dem Widerstand 50 verbunden, so daß ein immer größer werdender Widerstand in Bezug auf das eine Ende des Widerstands 50 abgegriffen wird.

Nachdem die Elektronenstrahlkanone 10 im Innern der Bildröhre eingebaut ist, stehen die Kolben-Abstandshalter 44 mit der Innenfläche der Bildröhre in Kontakt, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Innenfläche und der Elektrode 26 herzustellen. V/ährend des Eetriebs der Elektronenstrahlkanone wird eine erste Spannung von etwa 4000 V (gegenüber der Steuergitterelektrode 16) an die erste Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 24, und eine zweite Spannung im Bereich von 25 000 bis 32 000 V an die Innenfläche der Bildröhre angelegt. Die zweite Spannung wird effektiv an die zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 26 angelegt, so daß eine Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 24 und 26 erzeugt wird. Diese Spannungsdifferenz wird auf die einzelnen Platten 46 durch den Widerstand 50, die beiden Leiter 54 und 56 und die Abgriffe 52 ver-•teilt, so daß jede Platte 46 der nacheinander hinter der Elektrode 24 angeordneten Platten 46 eine höhere Spannung als die vorhergehende Platte hat. Die Verteilung der Spannung ist so gewählt, daß jede Platte 46 auf näherungsweise dem gleichen Potential gehalten wird, das eine Äquipotentiallinie an derselben

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Stelle in dem elektrostatischen Feld hat, das von der eine große Öffnung aufweisenden Elektronenlinse aufgebaut wird.

Es gibt zwei grundlegende Anordnungen, um das elektrostatische Feld zwischen der ersten und der zweiten Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 24 und 26 aufzubauen. Bei der einen Anordnung wird ein gleichförmiges elektrostatisches Feld dadurch gebildet, daß eine Spannung an jede Platte 46 angelegt wird, die proportional zu dem Abstand dieser Platte von den beiden Elektroden 24 und 26 ist, das heißt die Abgriffe 52 haben auf dem Widerstand 50 einen Abstand, der proportional zu dem Plattenabstand ist. Das gleichförmige Feld mit unter gleichen Abständen liegenden Äquipotentiallinien ist eine gute Näherung für das elektrostatische Feld in einer eine große Öffnung aufweisenden Linse. Bei solch einer Linse ist jedoch das Feld nicht genau gleichförmig. Die Äquipotentiallinien nahe an dem Strahlweg liegen dichter beieinander in der Nähe des Zentrums des Linsenzwischenraums als an den anderen Bereichen zwischen den Elektroden 24 und 26. Die andere grundlegende Anordnung bildet eine genauere Wiedergabe dieses ungleichförmigen Feldes dadurch, daß die Spannungen nicht proportional zu den Plattenabständen angelegt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Platten 46 oder die Widerstandsabgriffe 52 unter gleichen Abständen angeordnet werden, während die Abgriffe bzw. die Platten unter ungleichen Abständen angeordnet werden. Die Platten 46 werden dadurch auf Spannungen gehalten, die den an ihrer Position herrschenden Potentialen des elektrostatischen Feldes einer eine große Öffnung aufweisenden Linse entsprechen.

Die Elektronenstrahlkanone 10 hat eine Fokussierungslinse mit den gleichen oder sehr ähnlichen Eigenschaften wie eine eine große Öffnung aufweisende Elektronenfokussierungslinse. Die Platten 46 stabilisieren das elektrostatische Feld, so daß ein großer Fokussierungsabstand möglich wird, während Beeinflussungen oder Interferenzen von außen auf ein Minimum herabgesetzt werden. Dieser große Fokussierungszwischenraum erhöht die Brennweite der Linse, wodurch die Linsenaberration herabgesetzt

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wird. Dadurch, daß der Widerstand 50 in der Bildröhre angeordnet wird, und daß der Widerstand elektrisch mit der ersten und
der zweiten Besehleunigungs- und Fokussierungselektrode 24
und 26 verbunden wird, entfällt die Notwendigkeit für zusätzliche Hochspannungsleitungen, die sich durch den Röhrenkolben erstrecken. Dadurch werden ebenfalls die Probleme der Zuleitungsisolierung eliminiert, die bei Kathodenstrahlröhren mit kleinem Halsdurchmesser vorhanden sind, wo die Zuleitungen dicht nebeneinander angeordnet sind.

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Claims

Patent ansprüche

Mj Elektronenstrahlkanone zur Erzeugung und Ausrichtung von wenigstens einem Elektronenstrahl entlang einem Strahlweg, die eine Vielzahl Elektroden einschließlich einer Kathode, einer ersten Pokussierungselektrode und einer zweiten Fokussierungselektrode, die nacheinander entlang dem Strahlweg angeordnet sind, aufweist, gekennzeichnet durch eine leitfähige Einrichtung (46), die zwischen der ersten Fokussierungselektrode (24) und der zweiten Fokussierungselektrode (26) angeordnet ist, um das Fokussierungslinsenfeld in dem Strahlweg (30) auszudehnen, wobei die leitfähige Einrichtung wenigstens eine durchgehende Öffnung (48) aufweist, die mit dem Strahlweg (30) fluchtet, und durch eine Widerstandseinrichtung (50), die zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungselektrode (24, 26) angeschlossen ist, wobei die Widerstandseinrichtung (50) an der leitfähigen Einrichtung an unter Abstand liegenden Punkten zwischen den Enden der Widerstandseinrichtung befestigt ist.
2. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Einrichtung eine Vielzahl von unter Abstand angeordneten Metallplatten (46) aufweist, von denen jede Platte an einem anderen Punkt zwischen den Enden der Widerstandseinrichtung (50) befestigt ist.
3. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (12), die erste und die zweite Fokussierungselektrode (24, 26) und die Platten (46) zwischen parallelen Trägerstangen (28) montiert sind, und daß die Widerstandseinrichtung (50) auf einer der Stangen (28) montiert ist.
4. Elektronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandseinrichtung eine dünne Cermet-Schicht (49) aufweist.

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5. Elektronenstrahlkanone nach. Anspruch. 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Platten mit der Widerstandseinrichtung (50) verbunden sind, so daß der Widerstand zwischen den Platten (46) proportional zu deren Abstand ist.
6. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden eine Vielzahl Kathoden (12) zur Erzeugung einer entsprechenden Vielzahl Elektronenstrahlen aufweist, die entlang entsprechender Strahlwege (30) gerichtet sind, und daß jede der Platten (46) eine entsprechende Vielzahl durchgehender Öffnungen (48) aufweist, wobei jede Öffnung (48) mit einem anderen Strahlweg (30) fluchtet.

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