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Die Erfindung bezieht sich auf Farbbildröhren mit
Inline-Elektronenkanonen, und insbesondere auf eine
Inline-Kanone mit einer Einzellinse aus Haupt-Fokussierungslinse und
Mitteln zum Vorsehen einer dynamischen Astigmatismuskorrektur.
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Eine Farbbildröhre mit einer Inline-Elektronenkanone,
die eine Einzellinse als Haupt-Fokussierungslinse hat, ist in
US-A-39 42 262 beschrieben.
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Eine Einzellinse, auch als Sattellinse oder
Unipotentiallinse bezeichnet, ist eine elektrostatische Linse, die durch
drei Elektroden gebildet wird, eine mittlere Elektrode, eine
vorangehende und eine nachfolgende Elektrode. Die mittlere
Elektrode ist entweder mit Massepotential oder einem Potential
mit verhältnismäßig niedriger Spannung verbunden. Die beiden
anderen Elektroden sind mit einem verhältnismäßig hohen
Potential verbunden, das üblicherweise das Anodenpotential ist. Der
Brennpunkt einer Einzellinse ist geringfügig weniger scharf
als der einer Bipotentiallinse, aber die Einzellinse hat den
Vorteil, daß sie keine zweite Hochspannung für eine
Fokussierungselektrode benötigt. Einzellinsen-Elektronenkanonen sind
koinmerziell in Farbbildröhren verwendet worden, z. B. der G. E.
Portacolor, der RCA 15NP22 und dem Sony Trinitron. Die RCA
15NP22 hat eine Delta-Elektronenkanone, und die G. E.
Portacolor und das Sony Trinitron verwenden Inline-Kanonen. Die RCA-
und die G. E. -Elektronenkanone hatten drei individuelle
rohrförmige Elektroden in den Wegen jedes Elektronenstrahls. Die
Sony-Elektronenkanone hatte drei große rohrförmige Elektroden,
durch die die drei Elektronenstrahlen verlaufen und sich
einander in der Mitte der Einzellinse kreuzen.
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Einer der Faktoren, der die Kosten der Farbbildröhren
höher macht als die von monochromen Röhren ist die
Notwendigkeit für zusätzlichen Röntgenstrahlenschutz in Farbbildröhren.
Ein solcher zusätzlicher Schutz ist notwendig wegen der bei
Farbbildröhren benötigten höheren Anodenspannung. Bei einer
mittleren Größe mit einer Diagonalen von z. B. 23 bis 33 cm
werden Farbbildröhren üblicherweise mit 22 kV betrieben,
während monochrome Röhren mit gleicher Größe mit etwa 15 kV
betrieben werden. Dieser unterschied in der Betriebsspannung
erfordert einen beträchtlichen unterschied in der
Glaszusammensetzung des Röhrenkolbens.
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Es ist erwünscht, Farbbildröhren mit einer mittleren
Größe zu entwickeln, die mit niedrigeren Anodenspannungen
arbeiten können und dadurch Einsparungen bei der
Röhrenkonstruktion wie auch bei der Empfängerschaltung erlauben. Die
vorliegende Erfindung sieht solche verbesserte Röhren vor.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine
verbesserte Farbbildröhre eine Elektronenkanone zum Erzeugen und
Richten von drei in Reihe liegenden Elektronenstrahlen, einem
mittleren Strahl und zwei seitenstrahlen, entlang anfänglich
koplanarer Wege auf einen Schirm der Röhre. Die Kanone enthält
eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten
Elektroden, die eine Haupt-Fokussierungslinse zum Fokussieren der
Elektronenstrahlen bilden. Die Verbesserung besteht darin, daß
die Vielzahl vier Elektroden einschließt, die in dem Weg jedes
Elektronenstrahls eine Einzellinse bilden. Eine erste
Einzellinse enthält einen ersten Teil mit drei in Reihe liegenden
Öffnungen, der von einem zweiten Teil der ersten Einzellinsen-
Elektrode zurückversetzt ist, der eine einzelne große Öffnung
enthält, durch die alle drei Elektronenstrahlen verlaufen.
Eine zweite Einzellinsen-Elektrode enthält einen ersten Teil mit
drei in Reihe liegenden Öffnungen, der von einem zweiten Teil
der zweiten Einzellinsen-Elektrode zurückversetzt ist, der
eine
einzelne große Öffnung enthält, durch die alle drei
Elektronenstrahlen verlaufen. Der zweite Teil der ersten
Einzellinsen-Elektrode ist dem zweiten Teil der zweiten
Einzellinsen-Elektrode zugekehrt. Eine dritte Einzellinsen-Elektrode
enthält einen ersten Teil mit drei in Reihe liegenden
Öffnungen, der von einem zweiten Teil der dritten
Einzellinsen-Elektrode zurückversetzt ist, der eine einzelne große Öffnung
enthält, durch die alle drei Elektronenstrahlen verlaufen. Eine
vierte Einzellinsen-Elektrode enthält einen ersten Teil mit
drei in Reihe liegenden Öffnungen, der von einem zweiten Teil
der vierten Einzellinsen-Elektrode zurückversetzt ist, der
eine einzelne große Öffnung enthält, durch die alle drei
Elektronenstrahlen verlaufen. Der zweite Teil der dritten
Einzellinsen-Elektrode ist dem zweiten Teil der vierten
Einzellinsen-Elektrode zugekehrt. Der erste Teil der zweiten
Einzellinsen-Elektrode und der erste Teil der dritten Einzellinsen-
Elektrode sind einander zugekehrt und enthalten Mittel zur
Bildung einer Vielpollinse zwischen sich im Wege jedes
Elektronenstrahls.
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In den Zeichnungen stellen dar:
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Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer die-Erfindung verkörpernden Lochmasken-
Farbbildröhre;
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Fig. 2 und 3 geschnittene Seitenansichten der in Fig. 1
in gestrichelten Linien dargestellten
Elektronenkanone;
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Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Elektrode der
Elektronenkanone entlang der Linie 4-4 in
Fig. 3;
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Elektrode der
Elektronenkanone entlang der Linie 5-5 in
Fig. 3
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Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Elektronenkanone
entlang der Linie 6-6 in Fig. 3:
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Fig. 7 und 8 graphische Darstellungen der Beziehungen
der Elektronenstrahl-Punktgröße in der Mitte
bzw. an den Ecken eines Schirms über der
Strahlleistung.
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Fig. 1 zeigt eine rechteckige Farbbildröhre 10 mit einer
Glashülle 11, die ein rechteckiges Stirnplattenpaneel 12 und
einen mit diesem über einen rechteckförmigen Trichter 16
verbundenen rohrförmigen Hals 14 umfaßt. Das Paneel 12 umfaßt
eine Betrachtungs-Stirnplatte 18 und einen Umfangsflansch oder
eine Seitenwand 20, die mit dem Trichter 16 durch eine
Schmelzdichtung 21 versiegelt ist. Ein mosaikartiger Drei-
Farb-Phorphorschirm 22 ist auf der Innenfläche der Stirnplatte
18 angeordnet. Der Schirm ist vorzugsweise ein
Linienrasterschirm, bei dem sich die Phosphorlinien im wesentlichen
senkrecht zur Hochfrequenz-Rasterlinienabtastung der Röhre
(senkrecht zu der Ebene von Fig. 1) erstrecken. Statt dessen könnte
der Schirm auch ein Punktrasterschirm sein. Eine mit
zahlreichen Öffnungen versehene Farbauswahlelektrode oder Lochmaske
24 ist lösbar durch übliche Mittel in vorgegebener
Abstandsbeziehung zu dem Schirm 22 gelagert. Eine verbesserte Inline-
Elektronenkanone 26, die in Fig. 1 schematisch durch
gestrichelte Linien dargestellt ist, ist zentral innerhalb des
Halses 14 gelagert, um drei Elektronenstrahlen 28 zu erzeugen und
entlang koplanarer konvergierender Wege durch die Maske 24 auf
den Schirm 22 zu richten.
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Die Röhre in Fig. 1 ist für die Verwendung mit einem
äußeren magnetischen Ablenkjoch ausgeführt, z. B. mit dem Joch 30
in der Nachbarschaft der Verbindung von Trichter und Hals. Bei
Aktivierung unterwirft das Joch 30 die drei Strahlen 28
magnetischen Feldern, die bewirken, daß die Strahlen den Schirm 22
horizontal und vertikal in einem rechteckigen Raster abtasten.
Die Anfangsebene der Ablenkung (bei der Ablenkung Null) ist
durch die Linie P-P in Fig. 1 etwa in der Mitte des Joches 30
gezeigt. Aufgrund von Streufeldern erstreckt sich die
Ablenkzone der Röhre axial vom Joch 30 in den Bereich der Kanone 26.
Der Einfachheit halber ist die tatsächliche Krümmung der
Ablenkstrahlwege in der Ablenkzone in Fig. 1 nicht dargestellt.
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Die Einzelheiten der Kanone sind in Fig. 2, 3, 4, 5 und
6 dargestellt. Die Kanone umfaßt drei koplanare, in gleichmäßigem
Abstand voneinander angeordnete Kathoden 32 (eine für
jeden Strahl), eine Steuergitterelektrode 34 (G1), eine
Schirmgitterelektrode 36 (G2), eine erste
Einzellinsen-Elektrode 38 (G3), eine zweite Einzellinsen-Elektrode 40 (G4),
eine dritte Einzellinsen-Elektrode 42 (G4') und eine vierte
Einzellinsen-Elektrode 44 (G5), die in der angegebenen
Reihenfolge im Abstand voneinander an zwei Tragstangen 43 (nicht
dargestellt) angebracht sind.
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Die Kathoden 32, die G1-Elektrode 34, die G2-Elektrode
36 und die der G2-Elektrode 36 zugekehrte Seite der
G3-Elektrode 38 umfassen den strahlbildenden Bereich der
Elektronenkanone 26. Die andere Seite der G3-Elektrode 38, die
G4-Elektrode 40, die G4'-Elektrode 42 und die G5-Elektrode 44
umfassen den Haupt-Fokussierungs-Linsenteil der Kanone 26. Die
Haupt-Fokussierungslinse ist vom Unipotential-Typ,
üblicherweise als Einzellinse bezeichnet. In dieser Kanone ist die G3-
Elektrode 38 elektrisch mit der G5-Elektrode 44 verbunden, die
ihrerseits an Anodenpotential liegt. Die G4-Elektrode 40 ist
entweder mit Masse oder einem niedrigen Potential im Vergleich
zum Anodenpotential verbunden. Die G4'-Elektrode 42 wird mit
einem modulierten Potential betrieben, das nahe bei dem
Potential liegt, das der G4-Elektrode 40 zugeführt wird.
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Jede Kathode 32 umfaßt eine Kathodenhülse 46, die am
vorderen Ende durch eine Kappe 48 verschlossen ist, die an der
Stirnseite eine Schicht 50 aus elektronenemittierendem
Material aufweist. Jede Kathode wird indirekt durch eine Heizspule
geheizt, die innerhalb der Hülse 46 angeordnet ist. Die
Steuer- und Schirmgitterelektroden 34 und 36 sind zwei eng
benachbarte ebene Platten, die drei Paare von kleinen ausgerichteten
Öffnungen 65 bzw. 67 aufweisen, die auf die
Kathodenbeschichtungen 50 zentriert sind, um drei einen gleichen Abstand
aufweisende koplanare Elektronenstrahlen 28 auszulösen, die zum
Schirm 22 verlaufen. Vorzugsweise sind die
Elektronenstrahlwege am Anfang im wesentlichen parallel, wobei der mittlere Weg
mit der mittleren Achse A-A zusammenfällt.
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Die G3-Elektrode 38 ist eine erste
Einzellinsen-Elektrode, die vier Teile enthält. Ein erster Teil 52 der ersten
Einzellinsen-Elektrode 38 ist eine ebene Platte mit drei in Reihe
liegenden Öffnungen 54, die von Vorsprüngen 55 umgeben werden.
Der erste Teil 52 ist von einem zweiten Teil 56 der ersten
Einzellinsen-Elektrode 38 zurückversetzt. Der zweite Teil 56
ist schalenförmig, mit seinem offenen Ende an dem ersten Teil
angebracht und hat eine einzelne große Öffnung im Boden der
Schale, durch die alle drei Elektronenstrahlen 28 verlaufen.
Ein dritter Teil 60 der Elektrode 38 ist ein zylindrischer
Abschnitt, der an dem ersten Teil 52 angebracht ist. Ein vierter
Teil 62 der Elektrode 38 ist schalenförmig, wobei sein offenes
Ende an dem dritten Teil angebracht ist und sein Boden drei in
Reihe liegende Öffnungen 64 aufweist.
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Die G4-Elektrode 40 ist eine zweite
Einzellinsen-Elektrode, die zwei Hauptteile enthält. Ein erster Teil 66 der
zweiten Einzellinsen-Elektrode 40 ist eine ebene Platte mit
drei in Reihe liegenden Öffnungen 68. Der erste Teil 66 ist
von einem zweiten Teil 69 der zweiten Einzellinsen-Elektrode
40 zurückversetzt. Der zweite Teil 69 kann an dem ersten Teil
66 unmittelbar oder über eine mit Löchern versehene
Zwischenplatte 70 angebracht sein, was in Fig. 2 und 3 dargestellt
ist. Der zweite Teil 69 ist schalenförmig, mit seinem offenen
Ende an dem mittleren Teil 70 angebracht und weist eine
einzelne große Öffnung 71 im Boden der Schale auf, durch die alle
drei Elektronenstrahlen verlaufen.
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Die G4'-Elektrode 42 ist eine dritte
Einzellinsen-Elektrode, die zwei Hauptteile enthält. Ein erster Teil 72 der
dritten Einzellinsen-Elektrode 42 ist eine ebene Platte mit
drei in Reihe liegenden Öffnungen 74. Der erste Teil 72 ist
von einem zweiten Teil 76 der dritten Einzellinsen-Elektrode
42 zurückversetzt. Der zweite Teil 76 kann an dem ersten Teil
unmittelbar oder über eine mit Öffnungen versehene
Zwischenplatte 78 angebracht sein, was in Fig. 2 und 3 dargestellt
ist. Der zweite Teil 76 ist schalenförmig, mit seinem offenen
Ende an dem mittleren Teil 78 angebracht und weist eine
einzelne große Öffnung 80 im Boden der Schale auf, durch die alle
drei Elektronenstrahlen verlaufen.
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Die GS-Elektrode 44 ist eine vierte
Einzellinsen-Elektrode, die zwei Teile enthält. Ein erster Teil 82 der vierten
Einzellinsen-Elektrode 34 ist eine ebene Platte mit drei in
Reihe liegenden Öffnungen 84 und die Öffnungen umgebenden
Vorsprüngen 86. Der erste Teil 82 ist von einem zweiten Teil 88
der vierten Einzellinsen-Elektrode 44 zurückversetzt. Der
zweite Teil 88 ist schalenförmig, mit seinem offenen Ende an
dem ersten Teil 82 angebracht und weist eine einzelne große
Öffnung 90 im Boden der Schale auf, durch die alle drei
Elektronenstrahlen verlaufen.
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Die Form der großen Öffnung 90 in dem zweiten Teil 88
der G5-Elektrode 44 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Öffnung 90
ist vertikal breiter bei den seitlichen Elektronenstrahlwegen
als bei dem mittleren Strahlenweg. Diese Form wird auch als
"Hundeknochen-Form" oder "Hantel-Form" bezeichnet. Die Form
der großen Öffnung 58 in dem zweiten Teil 56 der G3-Elektrode
38 ist ähnlich wie die der Öffnung 90.
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Die Form der großen Öffnung 80 in dem zweiten Teil 76
der G4'-Elektrode 42 ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Öffnung
80 hat eine gleichmäßige vertikale Breite bei allen
Elektronenstrahlwegen und abgerundete Enden. Diese Form wird auch als
"Rennbahn-Form" bezeichnet. Die Form der großen Öffnung 71 in
dem zweiten Teil 69 der G4-Elektrode 40 ist ähnlich wie die
der Öffnung 80.
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Der erste Teil 66 der G4-Elektrode 40 ist dem ersten
Teil 72 der G4'-Elektrode 42 zugekehrt. Die Öffnungen 68 in
dem ersten Teil 66 der G4-Elektrode 40 haben von ihnen
ausgehende Vorsprünge, die in zwei Segmente 92 und 94 für jede
Öffnung unterteilt worden sind. Die Öffnungen 74 des ersten Teils
72 der G4'-Elektrode 42 haben ebenfalls von ihnen ausgehende
Vorsprünge, die in zwei Segmente 96 und 98 für jede Öffnung
unterteilt sind. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, sind die
Segmente 92 und 94 mit den Segmenten 96 und 98 verschachtelt.
Diese Segmente dienen dazu, in den Wegen jedes
Elektronenstrahls Quadrupollinsen zu bilden, wenn der G4-Elektrode 40
und der G4'-Elektrode 42 unterschiedliche Potentiale zugeführt
werden. Durch geeignete Zuführung eines modulierten
Spannungsdifferentials zu entweder der G4-Elektrode 40 oder der G4'-
Elektrode 42 ist es möglich, die durch die Segmente 92, 94, 96
und 98 gebildeten Quadrupollinsen dazu zu nutzen, eine
Astigmatismuskorrektur für die Elektronenstrahlen vorzusehen, um
Astigmatismen zu kompensieren, die entweder in der
Elektronenkanone oder in dem Ablenkjoch auftreten.
Testergebnisse
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Eine 13V90 Farbbildröhre (33 cm-Diagonale mit maximal
90º Ablenkung) wurde mit einer Einzellinsen-Elektronenkanone
26 ausgerüstet. Spezifische Abmessungen für die
Elektronenkanone 26 sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Tabelle
Inch mm Dicke der G1-Elektrode 34 Öffnungsdurchmesser von G1 und G2 Abstand von G1 und G2 Länge der G3-Elektrode Durchmesser der Öffnung Breite der Öffnungen Mittenabstand der Öffnungen Maximale Breite der Öffnungen Minimale Breite der Öffnungen
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Die neue Röhre wurde mit einer handelsüblichen 13V90-
Farbbildröhre mit Bipotential-Elektronenkanone verglichen. Es
wurden Messungen der
Elektronenstrahl-Punktgröße
in der Mitte und an den Ecken ihrer entsprechenden
Schirme vorgenommen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in den
graphischen Darstellungen von Fig. 6 und 8 gezeigt. Bei der
handelsüblichen Röhre wurden Daten bei 22 kV, ihrer normalen
Betriebsspannung, aufgenommen und bei 15 kV, um den
Funktionsunterschied der Röhre bei hohen und niedrigen Spannungen
darzulegen. Dann wurden Daten bei der neuen Röhre mit der darin
befindlichen Einzellinsen-Elektronenkanone 26 genommen. Zuerst
wurde die neue Röhre mit einer Anodenspannung von 15 kV
betrieben. Die Funktion der neuen Röhre bei 15 kV lag zwischen
der der mit 15 kV und 22 kV betriebenen handelsüblichen Röhre.
Die Anodenspannung der neuen Röhre wurde erhöht, bis die
Funktion der neuen Röhre etwa gleich der der handelsüblichen, mit
22 kV betriebenen Röhre lag. Eine im wesentlichen gleiche
Funktion wurde bei einer Anodenspannung von 17 kV erreicht.