DE3043940A1

DE3043940A1 - Farbfernseh-bildroehre und verfahren zu deren betrieb

Info

Publication number: DE3043940A1
Application number: DE19803043940
Authority: DE
Inventors: Carmen Anthony Rocky Hill N.Y. Catanese; Eric Francis Princeton N.Y. Hockings
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1979-11-23
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1981-09-17
Also published as: PL228055A1; DE3043940C2; US4316126A; GB2064212A; CA1138515A; BR8007500A; NL8006372A; FI803567L; JPS5693252A; FR2470440B1; GB2064212B; JPS5854457B2; IT1194713B; FR2470440A1; DD154650A5; IT8025671A0

Description

RCA 74 O32 Ks/Sv

U.S. Serial No: 096 974

Filed: November 23, 1979

RCA Corporation
New York, N.Y., V.St.v.A.

Farbfernseh-Bildröhre und Verfahren zu deren Betrieb

Die Erfindung bezieht sich auf eine Farbfernseh-Bildröhre mit fokussierender Maske und auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Farbbildröhre.

Eine handelsübliche Schattenmasken-Farbbildröhre umfaßt im allgemeinen einen evakuierten Kolben mit einem darin befindlichen Schirm, der aus einer Anordnung von Leuchtstoffelementen dreier unterschiedlicher Emissionsfärben in einer sich zyklisch wiederholenden räumlichen Verteilung besteht. Eine solche Röhre enthält ferner Einrichtungen zum Erzeugen dreier auf den Schirm gerichteter und zueinander konvergierender Elektronenstrahlen und eine Farbselektionseinrichtung in Form einer mit öffnungen versehenen maskierenden Platte (Schattenmaske), die sich zwischen dem Schirm und den strahlerzeugenden Einrichtungen befindet. Die Maskenplatte schatte;; den Schirm so gegenüber den Elektronenstrahlen ab, daß die von ihr durchgelassenen Teile jedes Strahls infolge der unterschiedlichen Konvergenzwinkel der Strahlen Jeweils nur diejenigen Leuchtstoffelemente treffen und anregen können, die in der dem betreffenden Strahl zugeordneten Farbe emittieren.

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Im Bereich der Mitte der Farbselektionsvorrichtung fängt die Maskenplatte einer handelsüblichen Farbbildröhre etwa 82 % der Strahlströme ab, d.h. die Platte hat eine "Durchlässigkeit" von etwa 18 %. Die Fläche der öffnungen der Platte macht also insgesamt etwa 18 % der Gesamtfläche der Maske aus. Da keine fokussierenden Felder vorhanden sind, wird ein entsprechender Teil des Schirms von den durchgelassenen Teilen jedes Elektronenstrahls angeregt.

Es sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, um die Durchlässigkeit der Maskenplatte, d.h. die Fläche der öffnungen im Verhältnis zur Fläche der Platte, zu erhöhen, ohne die angeregten Teile der Schirmfläche wesentlich zu vergrößern. So wurde angeregt, die öffnungen weiter zu machen und die durchgelassenen Teile der Strahlen (im folgenden "Teilstrahlen" genannt) durch magnetische oder elektrische Felder, die in der Nähe jeder der öffnungen erzeugt werden, zu fokussieren. Eine zweite Methode besteht darin, jede öffnung in der Maskenplatte zu vergrößern und sie durch einen Leiter in zwei nebeneinanderliegende Fenster aufzuteilen. Die beiden Teilstrahlen, die durch die Fenster jeder öffnung treten, werden um den Leiter herum zueinander hin abgelenkt und fallen dann beide im wesentlichen auf die gleiche Fläche des Schirms. Bei dieser zweiten Methode werden die durchgelassenen Teile der Strahlen außerdem in der einen Querrichtung fokussiert und in der dazu senkrechten Querrichtung defokussiert.

Eine Ausführungsform einer solchen Farbselektionseinrichtung, welche die durchtretenden Strahlteile in kombinierter Form ablenkt und fokussiert, ist in der deutschen Offenlegungsschrift 2 81A- 391 beschrieben.

Diese Druckschrift offenbart eine Farbbildröhre mit einem Schirm, der, gesehen in der üblichen Blickrichtung, aus einem Mosaik vertikaler Leuchtstoffstreifen

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dreier unterschiedlicher Emissionsfärben besteht, die zyklisch in Dreiergruppen (Gruppen von jeweils drei verschiedenen Streifen) angeordnet sind. Die Röhre enthält ferner eine Einrichtung zum Erzeugen dreier konvergierender, horizontal nebeneinander zum Schirm hin laufender Elektronenstrahlen (sogenannte Inline-Strahlen) und eine nahe dem Schirm befindliche Farbselektionsvorrichtung. Die Farbselektionsvorrichtung besteht aus einer metallenen Maskenplatte mit im wesentliehen quadratischen öffnungen, die in vertikalen Spalten angeordnet sind, und mit einer Anordnung schmaler vertikaler Leiter, die im Abstand und isoliert von der Maskenplatte gehalten sind, derart, daß jeder Leiter im wesentlichen zentral über der Mitte der einzelnen Öffnungen jeweils einer gesonderten Spalte verläuft.

Jede öffnung ist außerdem gegenüber einer Dreiergruppe von Leuchtstoffstreifen zentriert. Von der strahlerzeugenden Einrichtung her gesehen teilen die Leiter jede Öffnung in zwei einander im wesentlichen gleiche, horizontal nebeneinanderliegende Fenster. Bei dieser bekannten FärbSelektionsvorrichtung haben die Fenster ein Seitenverhältnis (Verhältnis von Breite zu Höhe) von etwa 0,4-6 und lassen etwa 44 % oder weniger der Elektronenstrahlen durch.

Beim Betrieb dieser letzterwähnten Farbbildröhre werden die schmalen vertikalen Leiter elektrisch positiv gegenüber der Maskenplatte gemacht, so daß die durch jedes der Fenster ein und derselben Öffnung tretenden Teilstrahlen zueinander hin abgelenkt werden. Da in den Fenstern quadrupolartige fokussierende Felder entstehen, werden die Teilstrahlen gleichzeitig in der Längsrichtung der Leuchtstoffstreifen fokussiert (d.h. in Vertikalrichtung zusammengedrückt) und in Richtung der Breite der Leuchtstoffstreifen defokussiert (d.h. in Horizontalrichtung gedehnt). Die Abstände und Spannungen werden so gewählt, daß eine elektrostatische

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Linse gebildet wird, welche die beiden Teilstrahlen außerdem so umlenkt, daß sie auf denselben Leuchtstoffstreifen des Schirms fallen. Der Konvergenzwinkel des den Teilstrahl erzeugenden Elektronenstrahls bestimmt, welcher Streifen der Dreiergruppe ausgewählt wird. Die Spannung in der Mitte jedes Fensters ist höher als an seinem oberen und unteren Rand (was zur vertikalen Fokussierung führt) und niedriger als am linken und rechten Rand des Fensters (was zur horizontalen Defokussierung führt).

Sorgfältige Analysen und Erfahrungen mit dieser Farbselektion svorrichtung haben gezeigt, daß die Formen der durch jedes Fenster tretenden umgelenkten Teilstrahlen, die in ihrer Breite (d.h. in Horizontalrichtung) gedehnt und in ihrer Länge (d.h. in der Vertikalrichtung) zusammengedrückt sind, zu einem Überlappen der Teilstrahlen auf benachbarte Leuchtstoffstreifen der falschen Farbe führen können oder den Konstrukteur zwingen, die Breite der Fenster zu verringern, damit die Farbreinheit des auf dem Schirm wiedergegebenen Bildes sichergestellt ist.

Die Erfindung geht aus von einer. Farbbildröhre mit einer strahlumlenkenden und -fokussierenden Farbselektionsvorrichtung und einem Schirm, der aus parallelen Leuchtstoffstreifen besteht» Anders als bei der vorstehend beschriebenen bekannten Farbbildröhre wird im vorliegenden Fall eine Farbselektionsstruktur verwendet, welche die Teilstrahlen in Richtung der schmalen Breite der Leuchtstoffstreifen fokussiert und in Richtung der langen Länge der Leuchtstoffstreifen defokussiert. Bei Kompression der Teilstrahlen in Richtung der Breite der Leuchtstoffstreifen können die Verhältniswerte von Breite zu Höhe der Fenster und die Gesamtdurchlässigkeit der Farbselektionsstruktur erhöht werden. Die Farbselektionsstruktur wird in anderer Weise

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als bisher gegenüber den Leuchtstoffstreifen ausgerichtet, um diese Farbbildröhre betriebsfähig zu machen.

Im einzelnen enthält die neue Farbbildröhre einen Schirm bestehend aus einer Anordnung von im wesentlichen parallelen Leuchtstoffstreifen dreier unterschiedlicher Emissionsfarben, die zyklisch verteilt in nebeneinanderliegenden Dreiergruppen angeordnet sind, wobei jede Dreiergruppe jeweils einen Streifen von jedem der drei unterschiedlich emittierenden Leuchtstoffe enthält. Die Röhre enthält ferner eine Einrichtung zum Erzeugen dreier konvergierender, zum Schirm gerichteter Inline-Elektronenstrahlen in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Länge der Leuchtstoffstreifen liegt, sowie eine zwischen dem Schirm und der strahlerzeugenden Einrichtung angeordnete Farbselektionsstruktur. Die Farbseiektionsstruktur besteht zum einen aus einer metallenen Maskenplatte mit Öffnungen, die in Spalten im wesentlichen parallel zur Länge der Leuchtstoffstreifen angeordnet sind, und zum andern aus einer Anordnung schmaler Leiter, die sich im wesentlichen parallel zur Länge der Leuchtstoffstreifen erstrecken und isoliert im Abstand von der Maskenplatte verlaufen. Die Maskenplatte und die Leiter definieren eine Anordnung von Fenstern, um Teile der Elektronenstrahlen durchzulassen; vorzugsweise verläuft jeder Leiter im wesentlichen zentriert über den Öffnungen einer zugehörigen Spalte von Öffnungen. Erfindungsgemäß liegen die Leiter den Grenzen zwischen benachbarten Leuchtstoff-Dreiergruppen im Abstand gegenüber.

Für den Betrieb der erfindungsgemäßen Farbbildröhre werden die Polaritäten an der Maskenplatte und an den Leitern so gewählt, daß die Leiter negativ gegenüber der Maskenplatte sind. Bei dieser Betriebsart werden die Teilstrahlen, die durch jedes Fenster jeweils der-

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selben öffnung dringen, voneinander fort abgelenkt. Teilstrahlen aus nebeneinanderliegenden Fenstern benachbarter öffnungen fallen auf denselben Streifen des Schirms. Dies macht es erforderlich, daß der Rand oder die Grenze und nicht die Mitte jeder Dreiergruppe dem betreffenden Leiter gegenüberliegt. Bei dieser neuartigen Anordnung von Farbselektionsstruktur und Schirm und bei der erwähnten Betriebsart der Farbbildröhre werden die durchgelassenen Teilstrahlen in der Eichtung senkrecht zur Länge der Leiter und der Leuchtstoffstreifen zusammengedrückt (fokussiert) und in der Richtung parallel zur Länge der Leiter und Leuchtstoffstreifen gedehnt (defokussiert). Dies vermindert die Breite der Teilstrahlen und erlaubt eine Erhöhung der Durchlässigkeit der Farbselektionsstruktur mit verbesserter Deckung der Teilstrahlen auf den Leuchtstoffstreifen.

Um die Durchlässigkeit der Farbselektionsstruktur ohne die Gefahr einer Verschlechterung der Farbreinheit des wiedergegebenen Bildes weiter zu verbessern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Fenstern ein Breiten/ Höhen-Verhältnis von wesentlich mehr als 0,4-7 zu geben. Vorzugsweise werden die Fenster im wesentlichen quadratisch ausgelegt, d.h. das Verhältnis von Breite zu Höhe der Fenster liege im Bereich von 0,8 bis 1,1. Mit einem derartigen Seitenverhältnis kann man der erfindungsgemäßen Farbbildröhre eine Durchlässigkeit von mehr als 44 % geben, ohne andere wünschenswerte Betriebseigenschaften der Farbbildröhre opfern zu müssen.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. 35

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Fig. 1 (Blatt 1) zeigt schematisch im Schnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Farbbildröhre von oben;

Fig. 2 (Blatt 1) zeigt in perspektivischer Darstellung Teile der Farbselektionsstruktur und des Bildschirms der in Fig. 1 dargestellten Farbbildröhre mit einer Maskenplatte, die rechteckige öffnungen aufweist, welche in vertikalen Spalten und horizontalen Zeilen angeordnet sind;

Fig. 3 (Blatt 2) ist eine perspektivische Darstellung von Teilen einer anderen Farbselektionsstruktur und des Bildschirms einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Farbbildröhre, die eine Maskenplatte mit rechteckigen öffnungen enthält, welche in vertikalen Spalten angeordnet sind, wobei jedoch die öffnungen benachbarter Spalten in Vertikalrichtung gegeneinander versetzt sind;

Fig. 4 (Blatt 3) zeigt schematisch in einer Ansicht von oben Teile der Farbselektionsstruktur und des Bildschirms der Röhre nach Fig. 1 mit einer Darstellung typischer Wege von fokussierten konvergierenden Elektronen während des Betriebs der Röhre;

Fig. 5 (Blatt 3) zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4-, jedoch für eine bekannte Farbbildröhre und die bekannte Betriebsweise, typische Wege defokussierter konvergierender Elektronen während des Betriebs dieser bekannten Röhre;

Fig. 6A, 6B und 6C (Blatt 4) veranschaulichen die Feldverteilung in den Fenstern der in Fig. 5 gezeigten Farbselektionsstruktur für die bekannte Farb-

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bildröhre und die bekannte Betriebsart;

Fig. 7-A- und 7B (Blatt 2) veranschaulichen die Formen der Elektronenstrahlflecke, die beim Betrieb der bekannten Farbbildröhre auf dem Schirm produziert werden;

Fig. 8A,8B und 8C (Blatt 4) veranschaulichen die Feldverteilungen in den Fenstern der Farbselektionsstruktür nach Fig. 4-;

Fig. 9A und 9B (Blatt 2) zeigen die Formen der Elektronenstrshlflecke, die beim Betrieb der erfindungsgemäßen Farbbildröhre auf dem Schirm produziert werden.

Die in Fig. 1 dargestellte neuartige Farbbildröhre 21 hat einen evakuierten Kolben 23, der an seinem einen Ende eine transparente Frontscheibe 25 und an seinem anderen Ende einen Hals 27 aufweist. Die Frontscheibe 25 ist als ebene Scheibe dargestellt, sie kann jedoch auch nach außen gewölbt sein; auf ihrer Innenseite trägt sie einen Lumineszenzbildschirm 29. Ebenfalls an der Innenfläche der Frontscheibe 25 ist mittels dreier Stützen 33 eine Farbselektionsstruktur 31 gehalten.

Im Röhrenhals 27 befindet sich eine Einrichtung 35 zur Erzeugung dreier Elektron en strahl en 37-A-, 37B und 37Ο. Die Strahlen werden in praktisch einer Ebene erzeugt, die, in der normalen Position des Bildbetrachters gesehen, vorzugsweise horizontal ist. Die Strahlen werden zum Schirm 29 gerichtet, wobei die äußeren Strahlen 37-k und 37c am Schirm 29 auf den mittleren Strahl 37B konvergieren. Die drei Strahlen können mit Hilfe einer Ablenkspule 39 abgelenkt werden, um einen Raster auf der Farbselektionsstruktur 31 und dem Bildschirm 29 abzutasten.

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Der Bildschirm 29 und die Farbselektionsstruktur 31 werden weiter unten ausführlicher anhand der Fig. 2 und 4 beschrieben. Der Bildschirm 29 besteht aus einer großen Anzahl rot-emittierender, grün-emittierender und blauemittierender Leuchtstoffstreifen R, G und B, die in zyklischer Verteilung in Dreiergruppen angeordnet sind und sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen senkrecht zu derjenigen Ebene ist, in welcher die Elektronenstrahlen erzeugt werden. In der normalen Position des Bildbetrachters gesehen, erstrecken sich die Leuchtstoffstreifen bei der vorliegenden Ausführungsform in Vertikalrichtung.

Die Parbselektionsstruktur 31 weist eine Maskenplatte mit einer großen Anzahl rechteckiger Öffnungen 43 auf. Die Öffnungen 4-3 sind in Spalten angeordnet, die parallel zur Längsrichtung der Leuchtstoffstreifen R, G und B sind. Für jede Dreiergruppe von Leuchtstoffstreifen ist jeweils eine Spalte von öffnungen vorgesehen. Der Grün-Streifen liegt in der Mitte jeder Dreiergruppe und ist, wie in Fig. 4 dargestellt, in Ausrichtung mit dem Zwischenraum zwischen jeweils zwei Spalten von öffnungen. Der Rot-Streifen R liegt auf der rechten und der Blau-Streifen B auf der linken Seite des Grün-Streifens G, wenn man den Schirm von der strahlerzeugenden Einrichtung 35 her betrachtet. In dichtem Abstand von der Maskenplatte 41 und von ihr durch Isolatoren 47 getrennt ist eine Vielzahl schmaler Leiter 45 angeordnet, die etwa 0,025 mm dick sind. Jeweils ein Leiter 45 erstreckt sich entlang jeder Spalte von öffnungen 43 auf der dem Schirm zugewandten Seite, und zwar an einer Stelle gegenüber jeweils einer Grenze zwischen benachbarten Leuchtstoff-Drei er gruppen, d.h. gegenüber der Grenze zwischen einem Hot-Streifen R und einem Blau-Streifen B. Die Leiter können alternativ auch auf der dem Strahlerzeugungssystem zugewandten Seite der Platte über die Spalten

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der Öffnungen laufen. Die Leiter 45 sind parallel zu den Streifen R, G und B und über Jeder Öffnung 43 so positioniert, daß zwei im wesentlichen gleiche elektronendurchlässige Teile oder Fenster bleiben, wenn man die Anordnung von der strahlerzeugenden Einrichtung 35 her betrachtet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die öffnungen 43 in der Mitte der Platte 41 etwa 0,65 mm breit und 0,31 mm hoch. Die öffnungen haben von den jeweils darüber und darunter liegenden öffnungen einen Abstand von etwa 0,14 mm. Seitlich beträgt der Abstand zwischen den öffnungen etwa 0,11 mm. Die Leiter sind etwa 0,15 mm breit und lassen auf jeder Seite von ihnen offene Teile oder Fenster frei, die etwa 0,31 mm hoch und 0,25 mm breit sind. Die Maskenplatte 41 hat einen Abstand von etwa 13»7 mm von den Leuchtstoffstreifen R, G und B.

Alle genannten Maße sind als Beispiel anzusehen und können verändert werden, wie es weiter unten beschrieben wird. Die öffnungen 43 haben alle die gleiche Größe, sie können jedoch auch gewünschtenfalls in ihrer Größe von der Mitte zum Rand der Maskenplatte 41 hin abgestuft sein. Ebenso ist der Abstand zwischen der Maskenplatte 41 und den Streifen R, G und B gleichmäßig, er kann aber auch von der Mitte zum Rand der Maskenplatte hin 41 abgestuft sein. Als andere Alternative können die öffnungen in benachbarten Spalten vertikal gegeneinander versetzt sein, wie es die Fig. 3 zeigt, anstatt wie im Falle der Fig. 2 in einer horizontalen Linie zu liegen. Um die Lichtausbeute des Schirms zu verbessern, können die zur strahlerzeugenden Einrichtung gewandten Oberflächen der Streifen R, G und B mit einem lichtreflektierenden Material wie z.B. Aluminiummetall beschichtet sein.

Zum Betreiben der Röhre 21 wird die strahlerzeugende Einrichtung erregt, wobei ihre Kathode auf im wesentlichen Massepotential gehalten wird. Eine erste positive Spannung (V) von etwa 10 000 Volt aus einer Span-

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nungsquelle S1 wird an den Schirm und an die Maskenplatte 4-1 gelegt, und eine zweite positive Spannung (V- Δν) von etwa 10 000 Volt minus etwa 200 Volt wird aus einer Quelle S2 an jeden der Leiter 4-5 gelegt. Die drei konvergierenden, von der Einrichtung 35 kommenden Elektronenstrahlen 37A, 37B und 37C werden mit Hilfe der Ablenkspulen 39 dazu gebracht, einen Raster auf dem Bildschirm 29 abzutasten. Wie in Fig. 4- gezeigt, erreichen die Strahlen die Maskenplatte unter verschiedenen, aber genau festgelegten Winkeln. Die Fig. 4- zeigt nur diejenigen Teile der Strahlen 37A, 37B und 37C, die für die vorliegende Analyse interessant sind; in Wirklichkeit sind die Strahlen breiter, überdecken viele öffnungen und erzeugen viele Teilstrahlen.

Die elektrostatischen Felder, die durch die Unterschiede der Potentiale an der Maskenplatte 4-1 und an den Leitern 4-5 gebildet werden, führen dazu, daß diejenigen Teilstrahlen, die durch die Fenster der öffnungen 4-3 dringen, von den Leitern 4-5 weggelenkt werden. Außerdem erfolgt eine gewisse Fokussierung der Teilstrahlen senkrecht zur Richtung der Leiter 4-5, so daß ein Teilstrahl in dieser Richtung zusammengedrückt wird. Wegen des Abstandes zwischen der MaBkenplatte 4-1 und den Streifen R, G und B und der unterschiedlichen Konvergenζwinkel fallen benachbarte Teilstrahlen aus benachbarten öffnungen 4-3 in einer sich überlappenden Weise auf jeweils denselben Leuchtstoff streif en. Wie in Fig. 4- zu erkennen, erzeugt z.B. der mittlere Strahl 37B typischerweise zwei benachbarte Teilstrahlen 51A und 51B, die durch nebeneinanderliegende Fenster zweier benachbarter öffnungen 4-3 dringen und auf einen grün-emittierenden Streifen G fallen. Die gleiche Ablenkung und Fokussierung erfolgt bei jedem Paar nebeneinanderliegender Fenster benachbarter öffnungen 4-3, wenn der mittlere Strahl 37B über den Bildschirm 29 tastet. In ähnlicher Weise, jedoch unter einem anderen Winkel, ergeben sich aus dem äuße-

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ren Strahl 37-A- an den benachbarten Fenstern zweier benachbarter öffnungen zwei benachbarte Teilstrahlen 53>A und 53B, die auf denselben rot-emittierenden Streifen R fallen. Der andere äußere Strahl 37^ erzeugt ebenfalls an benachbarten Fenstern jeweils zweier benachbarter öffnungen jeweils zwei benachbarte Teilstrahlen 55A und 55B, die auf denselben blau-emittierenden Streifen B fallen.

Der vorstehend beschriebene Betrieb sei nun anhand der Fig. 5 mit der Farbbildröhre und der Betriebsart verglichen, die in der weiter obengenannten deutschen Offenlegungsschrift beschrieben sind. Einige der räumlichen Abmessungen der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Strukturen sind in der am Ende stehenden Tabelle I angegeben. Bei der bekannten Struktur (Fig. 5) sind die Leiter 45 A auf die Mitten der Leuchtstoff-Dreiergruppen zentriert, sie weisen ein positives Potential von etwa 25 000 Volt plus etwa 900 Volt (V₊Δν) auf, und die Maskenplatte hat ein positives Potential von etwa 25 000 Volt (V). Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die durch jeweils ein und dieselbe öffnung 4-3A dringenden Teilstrahlen zueinander hin abgelenkt, so daß sie beide auf denselben Leuchtstoffstreifen fallen. Gleichzeitig erfolgt eine Defokussierung der Teilstrahlen in der Richtung senkrecht zur Länge der Leiter 4-5A. Wegen der in dieser Richtung auftretenden Defokussierung oder Dehnung der Teilstrahlen müssen die Teilstrahlen in ihrer Größe streng begrenzt werden, damit sie nicht überlappend auf benachbarte Streifen übergreifen und diese Streifen anregen.

Die bekannte Farbbildröhre und die bekannte Betriebsart der Farbselektionsstruktur nach Fig. 5 läßt sich analysieren, indem man jedes Fenster als Einrichtung betrachtet, die zwei primäre Komponenten einer elektrostatischen Linse aufweist. Diese Komponenten sind eine Quadrupol-

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Komponente, wie es in Fig. 6A veranschaulicht ist, und eine Dipol-Komponente, wie sie in Fig. 6B veranschaulicht ist. Die Quadrupöl-Komponente wird geschaffen durch das Feld zwischen der positiven Ladung, die sich an der rechten und der linken Seite des von Maskenplatte 4-1A und Leiter 45A gebildeten Fensters befindet, und der negativen Ladung oben und unten an diesem Fenster. Dieser Quadrupol-Komponente überlagert ist eine Dipol-Komponente, die geschaffen wird durch das Feld zwischen der positiven Ladung am Leiter 4-5A und der negativen Ladung an den vertikalen Stegen der Maskenplatte 4-1A. Diese Dipol-Komponente führt zu einem starken horizontal gerichteten Feld zwischen den Leitern und den vertikalen Stegen, das einem hindurchgehenden Teilstrahl eine Ablenkung mitteilt. Die Kombination der beiden Komponenten führt zu dem kombinierten Feld, wie es in Fig. 6C dargestellt ist.

Der Nachteil dieser bekannten Betriebsart besteht darin, daß die Quadrupol-Komponente eine defokussierende Linse für diejenige Richtung ist, in welcher die Dipol-Komponente eine Ablenkung bewirkt. Diese Defokussierung resultiert daraus, daß an den Seiten des Fensters höhere Quadrupol-Potentiale herrschen, während oben und unten am Fenster niedrigere Quadrupol-Potentiale herrschen. Dies führt zu einer resultierenden Kraft, die in Horizontalrichtung fort von der Linsenmitte wirkt und zur Defokussierung führt, wie es in der US-Patentschrift 4 059 781 beschrieben ist. Wenn die Teilstrahlen durch eine öffnung dringen, werden sie gezwungen, in der horizontalen Richtung aufeinander zuzulaufen und sich am Schirm zu vereinigen, während sie gleichzeitig in dieser Richtung defokussiert und in der vertikalen Richtung fokussiert werden. Wenn keine Potentialdifferenz zwischen der Maskenplatte 4-1A und dem Leiter 4-5A hergestellt ist, sehen die Strahlflecke auf dem Schirm wie die Flächen 61 und 63 in Fig. 7A aus, die im wesentlichen die gleiche Gestalt und Größe wie die sie bildenden Fenster haben. Nach erfolgter Ablenkung, d.h.

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— ι /—

beim Anlegen einer Potentialdifferenz, sehen die Strahlflecke auf dem Schirm 29A so aus wie die Flächen 61A und 63A in Fig. 7B, d.h. sie sind in der Richtung der Ablenkung breiter und senkrecht zu dieser Richtung kürzer. Wenn man also diese bekannte Betriebsart wählt, muß man entweder schmalere öffnungen verwenden, was die Durchlässigkeit der Struktur vermindert, oder man muß einen Verlust der Farbreinheit in Kauf nehmen. In der weiter oben genannten deutschen Offenlegungsschrift ist zwar ausgeführt, daß sich die Qualität der Farbbildröhre durch besondere Formgebung der öffnungen verbessern läßt, jedoch macht es die grundsätzliche Defokussierung durch die verwendete Quadrupol-Linse fraglich, ob man durch Formgebung eine wirklich geeignete Korrektur erreichen kann.

Bei der neuen Farbbildröhre erzeugt die Maskenstruktur eine Quadrupol-Komponente, welche die Strahlbreite in Richtung der Ablenkung (d.h. in Horizontalrichtung bei normaler Betrachtung) reduziert. Die Quadrupol- und Dipol-Komponenten, die sich bei der neuen Betriebsart ergeben, sind in der Fig. 8A bzw. der Fig. 8B dargestellt. Ihre kombinierte Wirkung ist in der Fig. 8C gezeigt. Eine geeignete Quadrupol-Komponente wird erzeugt, wenn die Maskenplatte 41 und somit der Umfangsrand der öffnung positiv und der Leiter 45 negativ gemacht wird. Diese Polarität hat auch zur Folge, daß die Quadrupol- und Dipol-Komponenten in der öffnung im Vergleich zu den Komponenten bei der bekannten Farbbildröhre (in Fig.60 dargestellt) umgekehrt sind.Infolgedessen werden bei der neuen Betriebsart die Teilstrahlen, die durch die Fenster derselben öffnung dringen, voneinander fort abgelenkt. Jeder durch ein Fenster dringender Teilstrahl wird auf denselben Leuchtstoffstreifen abgelenkt, auf den auch derjenige benachbarte Teilstrahl abgelenkt wird, der aus

·" dem benachbarten Fenster kommt, welches zu der in Ablenkrichtung des erstgenannten Strahls danebenliegenden öffnung gehört, wie es die Fig. 4 zeigt. Wenn die Teilstrah-

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len durch benachbarte I¹ en st er benachbarter Öffnungen dringen und in der Ablenkrichtung (Horizontalrichtung) aufeinander zu gelenkt werden, werden sie gleichzeitig in dieser Richtung fokussiert und in der dazu senkrechten (vertikalen) Richtung, in welcher keine Ablenkung erfolgt, defokussiert. Wenn man keine Potentialdifferenz zwischen die Maskenplatte 4-1 und die Leiter 4-5 legt, sehen die Elektronenstrahlflecke am Schirm so aus wie die in Fig. 9-A- gezeigten Flächen 65 und 67, die im wesentlichen gleiche Gestalt und Größe wie die sie bildenden Fenster in der Farbselektionsstruktur haben. Nach erfolgter Ablenkung und Fokussierung, d.h. bei angelegter Potentialdifferenz, sehen die Elektronenstrahlflecke auf dem Schirm so aus wie die Flächen 65A und 67A in Fig. 9^B> d.h. sie sind in der Richtung der Ablenkung schmaler und in der dazu senkrechten Richtung langer. Hiermit hat man eine größere Toleranz für Fehldeckungen und eine bessere Farbreinheit als bei der bekannten Betriebsart. Einen Teil oder das gesamte Maß der Fehldeckungs-Toleranz kann man zu Gunsten einer höheren Durchlässigkeit der Farbselektionsstruktur aufgeben.

Eine die Teilstrahlen umlenkende und fokussierende Farbselektionsstruktur gemäß der Erfindung kann man in ihrer Wirkung als Kombination der Eigenschaften eines Ablenkgitters und einer fokussierenden Maske ansehen. Eine besonders gute Farbselektionsstruktur dieses Typs ist eine solche, bei welcher die (fokussierende) Quadrupol-Komponente gegenüber der (ablenkenden) Dipol-Komponente verstärkt ist. Dies führt zu schmaleren Elektronenstrahlflecken auf dem Schirm und erlaubt eine größere Toleranz hinsichtlich ihrer Position gegenüber den Jeweils von ihnen anzuregenden Leuchtstoffstreifen. Auch die Farbreinheit ist in diesem Fall leichter aufrechtzuerhalten.

Die Quadrupol-Komponente wird dadurch verstärkt, daß man die Höhe der Fenster (d.h. ihre Abmessung in Richtung parallel zur Länge der Leiter) in bezug auf ihre Breite

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Q.T:

(in der Richtung senkrecht zur Länge der Leiter) vermindert , während die Gesamt-Durchlässigkeit der Farbselektionsstruktur viel höher als 18 % gehalten wird.

Um die Beziehung zwischen der Fensterbreite und der Fensterhöhe auszuwerten, wird das Verhältnis der Breite zur Höhe (Verhältniszahl b/h) verwendet. Die beabsichtigte Verstärkung der Fokussierungswirkung erhält man, indem man die Verhältniszahl b/h größer macht. Die Aus-Wirkungen einer solchen Änderung sind der untenstehenden Tabelle II zu entnehmen. Innerhalb jeder Horizontalteilung (Wiederholungsperiode) der Struktur befinden sich zwei Fenster mit den angegebenen Abmessungen. Wie der Tabelle II zu entnehmen ist, nimmt bei Erhöhung der Verhältniszahl b/h von 0,45 auf 0,80 die erforderliche Spannungsdifferenz Δ V, die man zur Erzielung der Farbreinheit auf einem 13»72 mm von der Maske entfernten Leuchtstoffstreifen benötigt, von 1000 auf 500 Volt ab. Diese Verminderung der Spannungsdifferenz ist vorteilhaft, weil die Isolatoren (bei 4-7 in Fig. 2 gezeigt) zwischen der Maskenplatte und den schmalen Leitern dann weniger stark elektrisch beansprucht werden. Allgemein kann der Wert Δυ im Bereich von 100 bis 1000 Volt liegen.

Bei der neuen Farbbildröhre kann die Dicke der Maskenplatte im Bereich von etwa 0,10 mm bis etwa 0,20 mm liegen, vorzugsweise ist sie etwa 0,15 mm dick. Die untere Grenze ist zumindest durch die für die Herstellung und Verwendung der Farbbildröhre erforderliche mechanische Steifigkeit und Festigkeit der Maskenplatte bestimmt. Die obere Grenze ist zumindest durch die Kosten der Materialien festgelegt sowie durch die Fähigkeit, eine gute Auflösung der öffnungen bei der Herstellung zu erzielen. Eine Erhöhung der Dicke der Maskenplatte im Bereich von 0,10 bis 0,20 mm kann eine Verminderung von Δ V um etwa 12 % erforderlich machen. Eine dickere Maskenplatte führt jedoch zu geringerer

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ORIGINAL INSPECTED

Durchlässigkeit an denjenigen Stellen der Platte, wo die Elektronenstrahlen in schrägen Winkeln auftreffen.

Tabelle I

Einige Abmessungen (in Millimetern) der Strukturen

nach Fig. 4 und Fig.

Fig. 4 Fig. 5 (neue Röhre) (bekannte Röhre)	Horizontale Teilung	0,76	Tabelle II	Durch lässig keit	0,80	1000
Vertikale Teilung	0,45		%	0,80	500
Breite der öffnungen	0,65		40	0,56
Höhe der öffnungen	0,31		46	0,56
Horiz. Abstand der Öffnungen	0,11			0,24
VertLk. Abstand der öffnungen	0,14		0,24
Breite der Leiter	0,15		0,04
Breite der Fenster	0,25		0,26
Höhe der Fenster	0,31		0,56


Auswirkungen einer Änderung der Fenster
abmessungen	Verhält- AV nis bei b/h 25 kV
Bei- Maße der Teilungsmaß spiel Fenster /•„,-,λ (mm) ^(mn°
Breite Höhe hori- ver- zontal tika.1	0,45
1 0,23 0,51 O,7G 0,76	0,80
20?igA)0,25 0,31 0,76 0,45

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Leerseite

Claims

RCA 74 032 Ks/Üv

U.S. Serial No: 096,974

Piled: November 23, 1979

RCA Corporation
New York, Ν.Ϊ.,V.St.v.A.

Farbfernseh-Bildröhre und Verfahren, zu deren. Betrieb Patentansprüche

Parbfernseh-Bildröhre mit folgenden Teilen:

(a) einem Schirm bestehend aus im wesentlichen 20

parallelen, in drei unterschiedlichen Farben emittierenden Leuchtstoffstreifen, die in zyklischer Verteilung als nebeneinanderliegende Dreiergruppen angeordnet sind, wobei jede Dreiergruppe einen Streifen jeder der drei verschiedenen Emissionsfarben enthält ;

(b)einer Einrichtung zum Erzeugen dreier konvergenter, auf den Schirm gerichteter Inline-Elektronenstrahlen in einer Ebene, die im

wesentlichen senkrecht zu den Streifen liegt;

(c) einer Parbselektionsvorrichtung, die zwischen dem Schirm und der strahlerzeugenden Einrichtung angeordnet ist und aus einer metallenen Maskenplatte und einer Anordnung schmaler Lei

ter besteht, wobei die Maskenplatte mit öff-

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nungen versehen ist, die in Spalten im wesentlichen parallel zu den Leuchtstoffstreifen angeordnet sind, und wobei die schmalen Leiter im wesentlichen paral-IeI zu den Leuchtstoffstreifen und isoliert im Abstand von der Maskenplatte verlaufen, so daß die Maskenplatte und die Leiter eine Anordnung von Fenstern bilden, durch welche Teilstrahlen derElektronenstrahlen dringen können,

dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (4-5, 4-5') gegenüber den Grenzen zwischen benachbarten Dreiergruppen (B-G-R) der Leuchtstoffstreifen und im Abstand davon angeordnet sind.
2. Farbfernseh-Bildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster dadurch gebildet sind, daß jeder Leiter (4-5,45*) im wesentlichen zentral über die Mitten der Öffnungen (4-3, 43') jeweils einer der Spalten verläuft.
3. Farbfernseh-Bildröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster im Bereich der Mitte der Farbselektionsvorrichtung (31» 51') ein Verhältnis von Breite zu Höhe haben, das größer als 0,47 ist.
4. Farbfernseh-Bildröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster im Bereich der Mitte der Farbselektionsvorrichtung ein Breiten/Höhen-Verhältnis von etwa 0,8 bis 1,1 haben.
5. Farbfernseh-Bildröhre nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (S1), um an die Maskenplatte (41, 41') eine gegenüber der elektronenstrahlerzeugenden Einrichtung (35) positive Spannung (V) zu legen, welche bewirkt, aaß die Elektronenstrahlen (37A, 37B, 37C) zum Schirm (29) hin beschleunigt werden, und eine Einrich-

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tung (S2), um an die Leiter eine Spannung zu legen, die negativ (~A^V) gegenüber der Maskenplatte ist und bewirkt, daß die Teilstrahlen (53A,53B;5^/1A,51B;55A,55B), welche durch die Fenster dringen, so abgelenkt werden, daß sie auf ausgewählte Exemplare der Leuchtstoffstreifen (R,G,B) treffen.
6. Verfahren zum Betreiben einer Farbfernseh-Bildröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskaiplatte (4-1,41' ) auf einer im wesentlichen konstanten positiven Spannung (V) gegenüber der elektronenstrahlerzeugenden Einrichtung (35) gehalten wird und daß die Leiter auf einer im wesentlichen konstanten negativen Spannung (- Δ V) gegenüber der Spannung der Maskenplatte gehalten werden, derart, daß benachbarte Teilstrahlen (53A,53B;51A,51B;55A,55B), die durch benachbarte Fenster benachbarter Öffnungen dringen, zueinander hin abgelenkt werden und beide auf Bereiche jeweils desselben LeuchtstoffStreifens treffen.

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