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Die Erfindung betrifft ein Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches System ist aus der DE-OS 28 32 687 bekannt und Gegenstand einer älteren Anmeldung gemäß DE-OS 33 04 209.
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Bei dem in der DE-OS 33 04 209 beschriebenen Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem werden die elektrostatischen Hauptfokussierlinsen für die Fokussierung der Elektronenstrahlen zwischen zwei Elektroden gebildet, die als erste und zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode bezeichnet werden. Diese Elektroden enthalten zwei becherförmige Teile, die mit ihren Böden einander gegenüberliegen. In jedem Becherboden befinden sich drei Öffnungen zum Durchtritt von drei Elektronenstrahlen und zur Bildung von drei getrennten Hauptfokussierlinsen, für jeden Elektronenstrahl eine. Bei solchen Strahlsystemen wird die statische Konvergenz der äußeren Strahlen hinsichtlich des Mittelstrahles durch zwei Maßnahmen erreicht, nämlich Versatz der äußeren Öffnungen in der zweiten Fokussierelektrode gegenüber den äußeren Öffnungen in der ersten Fokussierelektrode nach außen, wie es beispielsweise aus der DE-OS 28 32 687 bekannt ist, und Ausbildung zusätzlicher Öffnungen im Boden des der Schirmgitterelektrode zugewandten Becherteils der ersten Fokussierelektrode außerhalb der Durchtrittsöffnung für die beiden Außenstrahlen zur Verformung des Feldes zwischen Schirmgitterelektrode und erster Fokussierelektrode.
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Man hat festgestellt, daß die horizontalen Strahlauftreffpunkte der äußeren Elektronenstrahlen bei Farbbildröhren mit solchen Strahlsystemen sich mit der den Strahlsystemen zugeführten Fokussierspannung ändern. Es besteht daher ein Bedürfnis zur Verbesserung derartiger Inline-Elektronenstrahlsysteme, um diese horizontale Konvergenzempfindlichkeit gegen Fokussierspannungsänderungen zu eliminieren oder mindestens zu verringern. In einer älteren Anmeldung gemäß DE-OS 34 02 857 ist es zur Verringerung der Abhängigkeit der Horizontalkonvergenzempfindlichkeit des Inline-Strahlsystems gegen Fokussierspannungsänderungen beschrieben, in der Schirmgitterelektrode ein Paar Rekonvergenzschlitze in der der ersten Beschleunigungs- und Fokussierelektrode zugewandten Seite der Schirmgitterelektrode auszubilden. Diese Rekonvergenzschlitze liegen dicht bei und innerhalb der äußeren Öffnungen der Schirmgitterelektrode und bewirken eine Rückbeugung des elektrostatischen Strahlweges zwischen der Schirmgitterelektrode und der ersten Beschleunigungs- und Fokussierelektrode zur Kompensierung der versetzten Rückbeugung innerhalb der Hauptlinse des Elektronenstrahlsystems.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die Schirmgitterelektrode so auszubilden, daß sie sowohl einfach zu justieren als auch einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt:
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Fig. 1 teilweise als Axialschnitt eine Draufsicht auf eine Lochmasken-Kathodenstrahlröhre;
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Fig. 2 einen axialen Teilschnitt durch das in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Elektronenstrahlerzeugungssystem als Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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Fig. 3 eine vergrößerte Aufsicht der Elektrode G 2 des Strahlensystems nach Fig. 2;
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Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Teil der Elektrode G 2 des Strahlsystems längs der Linie 4-4 aus Fig. 3;
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Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt der neuen Elektroden G 2 und G 3 des Strahlsystems nach Fig. 2 zur Veranschaulichung der Formung der Elektronenstrahlen in einer horizontalen Ebene; und
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Fig. 6 einen axialen Teilschnitt einer zweiten Ausführungsform des Strahlensystems unter Verwendung der Elektrode G 2.
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Rechteck-Farbkathodenstrahlröhre 10 mit einem Glaskolben 11, der aus einer rechteckigen Frontplatte oder -kappe 12 und einem mit dieser über einen rechteckigen Konus 16 verbundenen röhrenförmigen Hals besteht. Die Frontplatte hat eine Frontscheibe 18 und einen Umfangsflansch 20, der mit dem Konus 16 verschweißt ist. Die innere Oberfläche der Frontplatte 18 trägt einen Dreifarben-Mosaikleuchtstoffschirm 22, der vorzugsweise als Linienschirm mit Leuchtstofflinien ausgebildet ist, die im wesentlichen rechtwinklig zur hochfrequenten Zeilenrasterabtastung der Röhre (rechtwinklig zur Ebene der Fig. 1) verlaufen. Andererseits kann der Schirm auch ein Punktschirm sein, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Eine Farbwählelektrode mit vielen Öffnungen oder Lochmasken 24 ist mit üblichen Mitteln in einem vorbestimmten Abstand zum Schirm 22 entfernbar befestigt. Ein in Fig. 1 durch gepunktete Linien schematisch angedeutetes Inline-Elektronenstrahlsystem 26 ist zentral im Hals 18 montiert und erzeugt drei Elektronenstrahlen 28 und richtet sie längs in einer Ebene liegenden konvergenten Wegen mit gegenseitigem Abstand durch die Maske 24 zum Bildschirm 22.
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Die Röhre nach Fig. 1 ist zur Verwendung mit einem äußeren magnetischen Ablenkjoch bestimmt, wie etwa mit dem Joch 30, welches den Hals 14 und den Konus 16 in der Nähe ihrer Verbindungsstelle umgibt. Bei Erregung setzt das Joch 30 die drei Strahlen 28 einem vertikalen und horizontalen Magnetfluß aus, welcher die Strahlen horizontal bzw. vertikal in einem rechtwinkligen Raster über den Schirm 22 laufen läßt. Die anfängliche Ablenkebene (bei der Ablenkung Null) wird durch die Linie P-P in Fig. 1 bei etwa der Mitte des Joches 30 dargestellt. Der Einfachheit halber ist die tatsächliche Krümmung der abgelenkten Strahlwege in der Ablenkzone in Fig. 1 nicht eingezeichnet. Eine Nachjustierung oder Änderung der Fokussierspannung von der optimalen Fokussierspannung ändert das Verhältnis von Fokussierspannung zu End- Anodenspannung im Elektronenstrahlsystem und führt zu einer Änderung der relativen Stärke oder Brennweite der elektrostatischen Hauptfokussierlinsen, woraus eine Fehlkonvergenz der äußeren Strahlen gegenüber dem Mittelstrahl resultiert.
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Einzelheiten des Elektronenstrahlsystems 26 sind in Fig. 2 gezeigt. Das Strahlsystem weist zwei gläserne Tragstäbe 32 auf, an denen verschiedene Elektroden montiert sind. Diese Elektroden umfassen drei in gleichen Abständen angeordnete, in derselben Ebene liegende Kathoden 34 (eine für jeden Strahl), eine Steuergitterelektrode 36 (G 1), eine Schirmgitterelektrode 38 (G 2), die einen Strahlformungsbereich bildet, und eine erste Fokussierelektrode 40 (G 3), eine zweite Fokussierelektrode 42 (G 4), eine dritte Fokussierelektrode 44 (G 5) und eine fünfte Fokussierelektrode 46 (G 6), die eine Hauptlinsenanordnung bilden und in der genannten Reihenfolgen entlang der Glasstäbe 32 gegenseitigen Abständen angeordnet sind. An der G 6-Elektrode 46 ist ein Abschirmbecher 48 befestigt. Sämtliche Elektroden nach der Kathode sind mit drei Inline-Öffnungen ausgebildet, welche ein Hindurchtreten der drei in einer Ebene liegenden Elektrodenstrahlen erlauben. Das G 1- Gitter 36 und das G 2-Gitter 38 sind parallele Plattenelemente, welche zur Verstärkung mit Einprägungen ausgebildet sein können und welche das Verhalten der Elektronenstrahlen beeinflussen können. Außer den drei Inline- Öffnungen 50 kann das G 1-Gitter 36 drei Schlitze 52 enthalten, die über der dem G 2-Gitter 38 gegenüberliegenden Seite des Gitters 36 über den Öffnungen angeordnet sind. Der Zweck der Schlitze 52 wird nachstehend erläutert. Die längliche Abmessung der Schlitze 52 verläuft in einer Richtung rechtwinklig zur Inline-Richtung der Öffnungen.
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Die einander gegenüberliegenden geschlossenen Enden der G 5-Elektrode 44 und der G 4-Elektrode 46 weisen, wie Fig. 2 zeigt, große Vertiefungen 54 bzw. 56 auf, welche denjenigen Teil des geschlossenen Endes der G 5-Elektrode, welcher die drei Öffnungen 58 enthält, gegen den die drei Öffnungen 60 enthaltenden Teil des geschlossenen Endes der G 6-Elektrode 46 zurückversetzen. Die restlichen Teile der geschlossenen Enden der G 5-Elektrode 44 und der G 6-Elektrode 46 bilden Ränder 62 bzw. 64, welche am Umfang um die Vertiefungen 54 und 56 herumlaufen. Die Ränder 62 und 64 sind die einander nächsten Teile der beiden Elektroden 44 und 46.
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Die G 4-Elektrode 42 ist über eine Leitung 66 elektrisch mit der G 6-Elektrode 46 verbunden, und die G 3-Elektrode 40 ist über eine Leitung 68 elektrisch mit der G 5 -Elektrode 44 verbunden, wie Fig. 2 zeigt. Nicht dargestellte getrennte Leiter verbinden die G 3-Elektrode 40, die G 2-Gitterelektrode 38 und die G 1-Gitterelektrode 36 sowie die Kathoden 34 und die Kathodenheizer mit einem in Fig. 1 gezeigten Sockel 100 der Röhre 10, so daß diese Bauteile elektrisch angeschlossen werden können. Der elektrische Anschluß der G 6-Elektrode 46 erfolgt über einen Kontakt zwischen der Abschirmkappe 48 und einem inneren leitenden Überzug in der Röhre, welcher mit einem (nicht dargestellten) Anodenanschluß verbunden ist, der durch den Konus 16 verläuft.
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Die Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen in Einzelheiten einen Teil des Strahlenformungsbereiches des Elektronenstrahlsystems 26. Die G 2-Elektrode 38 hat einen funktionellen Gitterbereich 70 mit drei die Elektrode durchbrechenden Öffnungen 72, die mit den Öffnungen 50 in der G 1 -Elektrode 36 ausgerichtet sind. Ein Paar Sicherungsglieder 74ragt von gegenüberliegenden Seiten des funktionellen Gitterbereiches 70 weg, um die Elektrode 38 an den gläsernen Tragstangen 32 zu befestigen. Der funktionelle Gitterbereich 70 enthält einen querverlaufenden zurückgesetzten Teil 76, der von den Öffnungen 72 durchbrochen ist. Ein Umfangsrand 78 umgibt die Öffungen 72 und verläuft zwischen dem zurückgesetzten Teil 76 und dem funktionellen Gitterbereich 70 der G 2 -Elektrode 38. Der zurückgesetzte Teil 76 und der Umfangsrand 78 sind bezüglich der Mittelöffnung 72 symmetrisch, bezüglich der beiden äußeren Öffnungen 72 jedoch unsymmetrisch.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Öffnungen 72 einen Durchmesser von 0,64 mm und haben einen seitlichen Mittelabstand von 5,08 mm. Der zurückgesetzte Teil 76 hat eine Gesamtseitenabmessung oder Länge von etwa 12,5 mm und eine maximale Querabmesseung oder Breite von etwa 3,81 mm. Die maximale Breite des zurückgesetzten Teils 76 erstreckt sich seitlich etwa 3,94 mm von gegenüberliegenden Seiten der Mittelöffnung 72 nach außen zur Bildung eines im wesentlichen rechtwinklig geformten Mittelteils. Die Enden des zurückgesetzten Teils 76 bilden einen Winkel R von etwa 30° mit der Horizontalen und bilden somit praktisch eine Dreiecksform, bei welcher die Spitze jedes dreieckig geformten Endteils leicht gekrümmt ist und einen Radius von etwa 1,168 mm, gemessen von den Mitten der äußeren Öffnungen, hat. Die G 2-Elektrode 38 hat eine Dicke von etwa 0,71 mm und der zurückgesetzte Teil 76 hat eine Tiefe von etwa 0,15 mm. Der Umfangsrand 78 hat eine Form, die einen Winkel Φ von etwa 63° mit der Oberfläche der Elektrode bildet.
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Fig. 5 zeigt, daß die elektrostatischen Äquipotentialfeldlinien 80 zwischen der G 2-Elektrode 38 und der G 3-Elektrode 40 des Elektronenstrahlsystems 26 verlaufen. Die asymmetrische Form und die Tiefe des zurückgesetzten Teils 76 der Elektrode 38 sowie die Nähe des Umfangsrandes 78 zu den äußeren Öffnungen 72 beeinflussen das elektrostatische Feld in der Nähe der äußeren Elektronenstrahlen durch Verdrehung der Feldlinien 80 innerhalb des zurückgesetzten Teils 76, so daß die äußeren Elektronenstrahlen zu horizontaler Konvergenz in Richtung auf den durch die Mittelöffnung (nicht dargestellt) verlaufenden mittleren Elektronenstrahlt gebracht werden. Die drei Elektronenstrahlen werden in vertikaler Richtung wegen der vertikalen Symmetrie des zurückgesetzten Teils 76 und des wesentlich größeren Abstandes zwischen den Öffnungen 72 und dem Umfangsrand 78 in Vertikalrichtung nicht gestört. Auf diese Weise beeinflußt der zurückgesetzte Teil 76 nur die horizontale Konvergenz der äußeren Elektronenstrahlen gegen Änderung der Fokussierspannung. Die Stärke dieses Effekts wird durch die Tiefe der Vertiefung und den Radius ihrer dreieckigen Endteile bestimmt. Je größer der Radius ist, umso weiter entfernt ist der Umfangsrand 78 von den äußeren Öffnungen 72 und umso tiefer muß die Vertiefung sein, um die Wege der Elektronenstrahlen zu beeinflussen. Bei Röhren mit Ablenkwinkeln von nicht mehr als 90° ist die vertikale Leuchtschwanzbildung kein Problem. Bei Röhren mit Anlenkwinkeln von mehr als 90° reduzieren jedoch die zusätzlichen Schlitze 52 über den Öffnungen 50 der G 1 -Elektrode 36, welche der G 2-Elektrode 38 gegenüberliegen, die vertikale Leuchtschwanzbildung.
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Eine zweite Ausführungsform der neuen G 2-Elektrode ist in dem Inline-Bipotential-Elektronenstrahlsystem 126nach Fig. 6 beschrieben. Das Elektronenstrahlsystem 126 weist zwei gläserne Tragstäbe 132 auf (die hier nicht dargestellt sind), an denen die verschiedenen Elektroden montiert sind. Zu diesen Elektroden gehören drei in gleichen Abständen in derselben Ebene angeordnete Kathodenanordnungen 134 (eine für jeden Strahl), eine Steuergitterelektrode 136 (G 1), eine Schirmgitterelektrode 138 (G 2), eine erste Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 140 (G 3) und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 142 (G 4), die in der genannten Reihenfolge in gegenseitigen Abständen längs den Glasstäben 132 angeordnet sind. Sämtliche auf die Kathoden folgenden Elektroden haben drei Inline-Öffnungen, so daß die drei in einer Ebene liegenden Elektronenstrahlen durch sie hindurchtreten können. Die elektrostatische Hauptfokussierlinse im Strahlensystem 126 wird durch die G 3-Elektrode 140 und die G 4-Elektrode 142 gebildet. Die G 3-Elektrode 140 wird durch zwei becherförmige Elemente 144 und 146 gebildet, deren offene Enden aneinander befestigt sind. Die G 4-Elektrode 142 ist ebenfalls becherförmig, ist jedoch an ihrem offenen Ende mit einer Abschirmkappe 148 verschlossen. Der Teil der G 4-Elektrode 142, welcher der G 3-Elektrode 140 gegenüberliegt, enthält drei Inline-Öffnungen 150, von denen die beiden äußeren gegen die entsprechenden Öffnungen 152 in der G 3-Elektrode 140 leicht nach außen versetzt sind, damit die äußeren Elektronenstrahlen mit dem Mittelstrahl konvergieren. Jedoch kann eine Fehlkonvergenz auftreten, wenn die Fokussierspannung an der G 3-Elektrode 140 erheblich von der optimalen Fokussierspannung verändert wird, die bei der Anbringung des Jochs (nicht dargestellt) verwendet wird. Die Seite der G 3-Elektrode 140, welche der G 2-Elektrode 138 gegenüberliegt, enthält drei Öffnungen 154, die mit Öffnungen 156 in der G 1-Elektrode 136 und mit Öffnungen 158 in der G 2-Elektrode 138 ansgerichtet sind.
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Bei dieser anderen Ausführungsform des Elektronenstrahlsystems 126 haben die Öffnungen 158 in der G 2-Elektrode 138 einen Durchmesser von etwa 0,64 mm und einen seitlichen Mittenabstand von 6,6 mm. Die G 2-Elektrode 138 ist ähnlich der vorher beschriebenen G 2-Elektrode 38, jedoch mit der Ausnahme, daß die Länge und Breite des vertieften Teils 176 maßstäblich vergrößert sind, um den größeren Seitenabstand zwischen den Elektronenstrahlöffnungen in dem Zweipotential- Elektronenstrahlsystem 126 zu entsprechen.