DD219621A5 - Elektronenstrahlroehre - Google Patents

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Elektronenstrahlroehre zu schaffen, mit der es moeglich ist, bei verhaeltnismaessig grossen Elektronenstrahlstroemen (1 bis 5 mA) einen Auftrefffleck auf dem Bildschirm mit einem Durchmesser zu erhalten, der kleiner als der Durchmesser des Auftreffflecks bei den bisher bekannten Elektronenstrahlroehren mit Trioden-Elektronenstrahlerzeugungssystemen ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Elektronenstrahlroehre eine Bildwiedergaberoehre, die Auftreffplatte ein Bildschirm ist und der Abstand zwischen der Anode und der Kathode des Dioden-Elektronenstrahlerzeugungssystems kleiner als 200 mm ist und der in der betriebenen Roehre erzeugte Elektronenstrahl in einer Fortpflanzungsrichtung gesehen direkt hinter der Anode von einer positiven Elektronenlinse zu einem Buendelknoten fokussiert wird, der mit Hilfe der Fokussierungslinse auf dem Bildschirm abgebildet wird, und dem Buendelknoten die Stromdichte auf der Achse groesser als das Dreifache der Stromdichte im Schnittpunkt der Achse mit der Kathode ist. Fig. 1

Description

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EL ektronenstrahlröhre Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre mit einem Dioden-Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem evakuierten Kolben, welches System eine auf einer Achse angeordnete Kathode, deren Emissionsoberfläche sich im wesentlichen senkrecht zu dieser Achse erstreckt, und eine mit einer der Kathode gegenüber angeordneten Öffnung versehene, sich im wesentlichen senkrecht zur Achse erstreckende Anode enthält, wobei der Elektronenstrahl mit Hilfe zumindest einer Fokussierungslinse auf einer Aufprallplatte fokussiert wird,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine derartige Elektronenstrahlröhre ist aus der US-PS 3 831 058 bekannt. In dieser Patentschrift ist eine Fernsehkameraröhre mit einem Dioden-Slektronenstrahlerzeugungssystem beschrieben, in dem kein Bündelknoten (cross-over) gebildet wird, wodurch die Strahlstromträgheit durch die Verringerung der Wechselwirkungen zwischen den Elektronen herabgesetzt wird« Der Abstand von der Kathode zu jenem Teil der Anode, in dem sich eine Öffnung mit einem Radius von 0,01 mm befindet, beträgt 0,5 mm· Der Elektronenstrahl in einer Fernsehkameraröhre wird nicht moduliert· Der Strahlstrom in einer derartigen Röhre beträgt einige bis einige zehn Mikroampere·

Die meisten bekannten Elektronenstrahlröhren für Bildwiedergabe, wie z· B, Farbfernseh- und ,Schwarz-Weiß-Bildröhren, Projektionsfernsehbildröhren, DGD-Röhren und Oszillographenröhren, sind mit einem Trioden-Elektronenstrahler-

: / ' ' \ ^; -2- . ' zeugungssystem mit einer Kathode, einem negativen Gitter und einer Anode versehen. Zwischen der Kathode und der Anode wird in einem derartigen Irioden-Elektronenstrahlerzeugungssystem ein Bündelknoten gebildet, der mit Hilfe einer oder mehrerer Pokusaierungslinsen auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre abgebildet wird« Durch eine Spannungsänderung an der Kathode (Kathodensteuerung) oder auf dem negativen Gitter (Gittersteuerung) wird der Elektronenstrahl moduliert· In einem derartigen Trioden-Blektronenstrahlerzeugungssystem sind die Modulation und die Elektronenstrahlbildung verknüpft» Bei der Bildung des Bündelknotens entstehen Aberrationen im Elektronenstrahl, die eine Vergrößerung des AuftrefSLecks auf dem Bildschirm zur Folge haben. In einem Trioden-Elektronenstrahlerzeugungssystem treten diese Aberrationen in viel geringerem Maße auf. Es ist jedoch aus einigen Grürffen nicht möglich, das bekannte Dioden-SLektronenstrahlerzeugungssystem in einer Bildwiedergaberöhre zu verwenden* Bekanntlich ist der Elektronenstrahlstrom in einer Bildwiedergaberöhre viel größer als in einer fernsehkameraröhre und beträgt in Abhängigkeit vom Röhrentyp 0,01 bis 5 mA. Bei diesen Elektronenstrahls trömen würde die Verlustleistung in der Anode viel zu groß werden. Außerdem ist es ohne Bündelknotenbildung nahezu ausgeschlossen, den Strahlöffnungswinkel optimal an die Hauptfokussierungslinse anzupassen.

Ziel der Erfindung

f.

Ziel der'Brfindung ist es, lachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung ' .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahlröhre zu schaffen, mit der es möglich ist, bei ver-

hältnismäßig großen Elektronenstrahlströmen (1 bis 5 mA) einen Auftrefffleck auf dem Bildschirm mit einem Durchmesser zu erhalten, der kleiner als der Durchmesser des Auftreffflecks "bei den bisher bekannten Elektronenstrahlröhren mit Trioden-Elektronenstrahlerzeugungssystemen ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektronenstrahlröhre eingangs erwähnter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektronenstrahlröhre eine Bildwiedergaberöhre, die Auftreffplatte ein Bildschirm ist und der Abstand zwischen der Anode und der !Cathode des Dioden-Elektronenstrahlerzeugungssystem kleiner ist als 200/um und der in der betriebenen Röhre erzeugte Elektronenstrahl in einer fformpf1anzungsrichtung gesehen kurz hinter der Anode von einer positiven Elektronenlinse zu einem Bündelknoten fokussiert wird, der mit Hilfe der Fokussierungslinse auf dem Bildschirm abgebildet wird und in welchem Bündelknoten die Stromdichte auf der Achse größer als das Dreifache der Stromdichte im Schnittpunkt der Achse mit der Kathode ist·

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Diodenteil des Erzeugersystems nahezu keine spährische Abberration im Elektronenstrahl eingeführt werden kann. Die Fokussierung zu einem Bündelknoten kann jetzt mit einer Linse nahezu ohne spährische Abberration erfolgen. Dies bietet in bezug auf , die klassische Triode Vorteile für Ströme über 0,5 bis 1 mA. Die Bildung eines Bündelknotens ist für die Anpassung des Elektronenstrahls an die Eigenschaften der Hauptfokussierungslinse des Dioden-Elektronenstrahlerzeugungssystems sehr wichtig, Die Eigenschaften der positiven Elektronenlinse zur Bildung des Bündelknotens können als iHinktion der Aussteuerung derart geändert werden, daß die Hauptfokussierungslinse einen festen Brennpunktabstand besitzen kann. Der Elektronenstrahl,

der aus der Öffnung in der Anode heraustritt,, hat außerdem eine rechteckige Stromdichteverteilung, Dies erhöht bei gleicher maximaler Kathodenbelastung die Helligkeit des Elektronenstrahls um den faktor von etwa 2,5 in bezug auf die Helligkeit des Strahls in einem Trioden-ELektronenstrahlerzeugungssystem und dies verringert die Aberration im Driftraum zwischen der Hauptfokussierungslinse und dem Bildschirm infolge der Raumladungsabstoßung·

Durch die Wahl des Abstands von der Kathode zur Anode des. . Dioden-Elektronenstraiilerzeugungssystems kleiner als 200/um wird die Anodenverlustleistung sehr klein gehalten, denn ^: die Verlustleistung D ist proportional a bis zur Potenz 4/3» worin a den Kathoden-Anodenabstand darstellt» Durch die Verwendung einer beschränkten Kathodenoberfläche, beispielsweise mit einem Durchmesser, der nicht sehr viel größer als der Durchmesser der Öffnung in der Anode ist, kann die Anodenverlustleistung weiter herabgesetzt werden· In der US-PS 3 831 058 wird kein Bündelknoten gebildet und die Stromdichte ist an jedem Punkt auf der Achse des Elektronenstrahls zwischen der Kathode und der Anode kleiner als das Dreifache der Stromdichte im Schnittpunkt der Achse mit der Kaifcode· Durch-die Verwendung einer positiven Elektronenlinse hinter dem Diodenteil bildet sich ,ein Bündelknoten, in dem die Stromdichte.,auf der Achse größer als das Dreifache der Stromdichte im Schnittpunkt der Achse mit der Kathode ist. Grundsätzlich wird das erste Gitter positiv in bezug auf die Kathode ausgesteuert. Die Modulationsspannung ist dabei, nur 20 bis 40 V. Bei Trioden-Elektronenstrahlerzeugungssystemen beträgt die Modulationsspannung 100 bis 200 V. Diese niedrige Modulationsspannung bietet Vorteile bei Elektronenstrahlröhren, in denen der Elektronenstrahl sehr schnell zu modulieren ist· .

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Öffnung versehene 3)eil der Anode aus einer sich senkrecht zur Achse erstreckenden dünnen Metallfolie "besteht und 'die Dicke der Folie d geteilt durch den Radius r der Öffnung kleiner als T ist C^d/r< 1 ).

Die Dicke dieser Folie liegt vorzugsweise zwischen 5 und 25/um· Eine Dicke von etwa 10 /um hat sich als "besonders geeignet herausgestellt. Ein geeigneter Werkstoff zur Herstellung der Folie ist Molybdän.. Durch die Wahl der möglichst dünnen Folie prallen nur wenig Elektronen des Elektronenstrahls an die Wand der Öffnung in der Anode« Sekundäremission mit folgerichtiger chromischer Aberration wird dadurch beschränkt· Ein zusätzlicher Vorteil dabei ist, daß bei der Verwendung einer dünnen Folie' weniger Linsenwirkung in der Öffnung der Anode als bei Verwendung einer dickeren Anode auftritt. Außerdem wird ein Auftrefffleck mit einer noch größeren Helligkeit erhalten, weil weniger . Elektronen an die Wand der Öffnung prallen.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Öffnung der Anode zumindest ein Stab befindet. Bei spiel sv/eise ist es möglich, ein Stabkreuz oder eine Gaze zu verwenden. Seine bzw. ihre Funktion ist die Beschränkung des sog. Durchgriffs der anderen Elektronenstrahlerzeugungselektroden. Dies ist sehr wichtig in Fernsehbildröhren zum Erhalten einer guten Aussteuerungskennlinie, In Röhren zum Wiedergeben von Buchstaben, Ziffern, Symbolen usw. (sog. DGD-Röhren) ist eine derartige Struktur nicht notwendig.

Di e Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Projöktionsfemsebildröhre oder einer DGD-Röhre.

Ausführungsbeispiel _;

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert« Es zeigen:

Pig· 1: eine Projektionsfernsehbildröhre in teilweise auf ge-· , brochener Ansicht; ' ' ·

Fig. 2: einen Längsschnitt durch ein Detail des Dioden—

ν Elektronenstrahlerzeugungssystems der Projektionsfernsehbildröhre nach Pig. 1;

Pig. 3i eine Ansicht einer Anodenöffnung und

' ' ' · ' . . \ - '

Pig. 4: einen Längsschnitt durch eine Bildröhre für die WMergabe von Buchstaben, Ziffern, Symbolen und/oder Piguren (eine DGD-Röhre).

In Pig. 1 ist eine teilweise aufgebrochene Ansicht einer Projektionsfernsehbildröhre dargestellt. Das Dioden-Elektronenstrahlerzeugungssystem 1 befindet sich in einem rohrförmigen Glaskolben 2. Das Dipden-Elektronenstrahlerzeugungssystem besteht aus einer Kathode (hier nicht sichtbar), einer Anode 3, einer ersten Linsenelektrode 4, einer zweiten Linsenelektrode 5 und einer dritten Linsenelektrode 6'. Die Linsenelektroden 5 und β bilden miteinander die Hauptfokussierungslinse der Röhre. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine magnetische Hauptfokussierungslinse zu verwenden. Die Linsenelektrode δ ist mittels Xontaktfedern 7 mit einer elektrisch leitfähigen Bedeckung 8 auf der Innenwand desVKolbens 1 verbunden. ^Die Elektroden des Dioden-

Elektronenstrahlerzeugungssystems sind auf übliche Weise mittels Glasstäbchen (hier nicht dargestellt) aneinander befestigt. Ein Röhrenende ist mit einem Bildfenster 9 abgeschlossen, auf dem sich an der Innenseite ein Bildschirm befindet, auf dem der Elektronenstrahl zu einem Auftrefffleck fokussiert wird, Der Abstand der Anode 3 zum Bildschirm 9 beträgt etwa 240 mm· Zum Ablenken des Elektronenstrahls über den Bildschirm werden zwei Ablenkspulenpaare auf den Röhrenkolben geschoben oder die Röhre ist mit einem Ablenkplattensatz versehen. Das auf dem Bildschirm dargestellte Bild wird mit einem Spiegel- oder Linsensystem auf einen Projektionsschirm projiziert. Das 'andere Ende der Röhre ist mit einem Pumpstengel 12 zum Evakuieren der Röhre und mit elektrischen Anschlüssen 13 für die Kathode und die Elektroden 3» 4 und 5 versehen* Über einen Hochspannungskontakt 14» die leitfähige Bedeckung 8 und die Kontaktfedern 7 laßt sich die' Elektrode β auf das gewünschte Potential bringen.

In Pig. 2 ist ein Längsschnitt durch ein Detail des Dioden-Elektronenstrahlerzeugungssystems der Röhre nach Fig. 1 dargestellt. Die Anode 3 ist mit einer B ,um dicken Molybdänfolie 15 versehen, die an einer 100yum dicken Tragfolie 11 aus Molybdän befestigt ist. Gegenüber der Emissionsoberfläche 16 der Kathode 17 ist in der Polie 15 eine Öffnung 18 mit einem Durchmesser von 250/um angebracht. Der Abstand zwischen der Kathodenoberfläche 16 und der Polie 15 beträgt ungefähr 48/um. An der Polie ist ein Stabkreuz 19 mit einer Stabdicke von etwa 14/um über der Öffnung 18 angebracht» Die ν Potentiale an den Elektroden sind in der Pigur angegeben. Zwischen der Elektrode 4 und der Elektrode 5 wird eine positive Blektronenlinse gebildet, die den durch die Öffnung 18 in der Anode 3 hindurchgehenden Elektronenstrahl zu einem Bündelknoten fokussiert. In der Öffnung 10 in.der Elektrode 4

und sswischen den Elektroden 4^ und 5 sind einige Äquipotentiallinien des Linsenfelds dargestellt. Der so gebildete Bündelknoten wird anschließend mit Hilfe der Hauptfokussierungslinse auf dem Bildschirm zu einem Auftrefffleck fokussiert. Dieser Auftrefffleck hat in einer erfindungsgemäßen Röhre beispielsweise einen Durchmesser von etwa 300/um,und in vergleichbaren bekannten Röhren einen Durchmesser von 600/um bis' 1 mm. Die Modulation des Elektronenstrahls erfolgt durch Aussteuerung der Kathode zwischen -25 und + 5 V in bezug, auf die Anode, Der dargestellte Aufbau der je aus zwei Teilen zusammengesetzten Elektroden 4 und 5 ist nicht sehr wichtig. Wesentlich ist jedoch, daß auf die Anode 3 eine positive Linse folgt, die den Elektronenstrahl zu einem Bündelknoten fokussiert» Es empfiehlt sich, die Feldstärken" an beiden Seiten der Folie 15 im wesentlichen aneinander anzugleichen.

In .Pig· 3 ist eine Öffnung 30 in einer Polie 31 für eine Anode für eine erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre dargestellt. Die Dicke der Folie ist 10/um, Die Öffnung 30 mit einem Durchmesser von 250/um ist mittels eines A'tzverfahrens oder durch Mikrofunkenerosion angebracht, wobei ein Stabkreuz 32 mit Stäben mit einer Breite von 8/um in der Öffnung gebildet ist.

In Pig, 4 ist ein Längsschnitt einer DGD-Rb'hre dargestellt. Der Glaskolben 40 dieser Röhre besteht aus einem Hals 41, einem Konus 42 und einem Bildfester 43, das an der Innenseite mit einem Bildschirm 44 versehen ist. Im Hals 41 befindet sich ein Blektronenstrahlerzeugungssystem 45 gemäß Pig. 2, jedoch ohne Stabkreuz, Der erzeugte Elektronenstrahl 46 wird auf dein Bildschirm 44 fokussiert und mittels Ablenkspulen' 47 abgelenkt, ^

Claims (9)

Erfindungsanspruch

1. Elektronenstrahlröhre mit einem Dioden-Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem evakuierten Kolben, welches Strahlerzeugungssystem'eine auf einer Achse angeordnete ' Kathode, deren Emissionsoberfläche sich im. wesentlichen senkrecht zu dieser Achse erstreckt, und eine mit einer gegenüber der Kathode liegenden Öffnung versehene, sich im wesentlichen senkrecht zur Achse erstreckende Anode enthält, wobei der Elektronenstrahl mit Hilfe zumindest einer Fokussierungslinse auf einer Auftreffplatte fokussiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektronenstrahlröhre eine Bildwiedergaberöhre, die Auftreffplatte ein Bildschirm ist und der Abstand zwischen der,Anode und der Kathode des Dioden-Slektronenstrahlerzeugungssystems kleiner ist als 200/um und der in der betriebenen Röhre erzeugte Elektronenstrahl in einer Fortpflanzungsrichtung gesehen kurz hinter der Anode von einer positiven Elektronenlinse zu einem Bündelknoten fokussiert wird, der mit Hilfe der Fokussierungslinse auf dem Bildschirm abgebildet wird und in welchem Bündelknoten die Stromdichte auf der Achse größer als das Dreifache der Stromdichte im Schnittpunkt der Achse mit der Kathode ist,

2. Elektronenstrahlröhre nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mit der Öffnung versehene Teil der Anode aus einer sich senkrecht zur Achse erstreckenden dünnen Metallfolie besteht und daß die Dicke der Folie d geteilt durch den Radius r der Öffnung kleiner als 1 ist (

3· Elektronenstrahlröhre nach Punkt 2, gekennzeichnet da-

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durch, daß diese Folie eine Dicke zwischen 5 und 25/um . hat·

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4· Elektronenstrahlröhre nach Punkt 3» ,gekennzeichnet dadurch, daß diese Folie eine Dicke von etwa 10/um hat·

5»Elektronenstrahlröhre nach den Punkten 2, 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Folie aus Molybdän hergestellt ist. ' ·... _

6♦ Elektronenstrahlröhre nach den Punkten 1, 2, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß sich in oder direkt vor der Öffnung in der Anode zumindest ein Stab befindet· ·

7· Elektronenstrahlröhre nach Punkt 6, gekennzeichnet da— durch, daß sich in oder direkt vor der,Öffnung in der Anode ein Stabkreuz befindet.

8· Elektronenstrahlröhre nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Röhre eine Projektionsfernsehröhre ist.

9. Elektronenstrahlröhre nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Röhre eine Bildröhre zum Darstellen von Information in -^orrn von Buchstaben, Ziffern, Symbolen und/oder Figuren ist (eine sog. DGD- oder Data-Graphic-Display-Röhre).

- Hierzu 3 Seiten Zeichnungen —