NL8204185A - Kathodestraalbuis. - Google Patents

Description

i f » τ PHN 10.488 1 ' N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN TE EINDHOVEN "Kathodestraalbuis"

De uitvinding heeft betrekking op een kathodestraalbuis bevattende in een geëvacueerde omhulling middelen voor het opwekken van tenminste één elekironenbindel en het vormen van een bundelknoop waarachter in de voortplantingsrichting van de elektronenbundel gezien 5 achtereenvolgens een versnellende voorfocusseerlens, voorzien van een rond een as gecentreerde eerste en tweede lenselektrode, en een hoofd-focusseerlens voorzien van tenminste twee lenselektroden zijn aangebracht, welke kathodestraalbuis is voorzien van middelen voor het toevoegen van elektrische spanningen aan de lenselektroden.

10 Een dergelijke kathodestraalbuis kan worden gebruikt voor het weergeven van monochrome- of meerkleurenteelden, zoals bijvoorbeeld televisiebeelden. In dat geval is de kathodestraalbuis een beeldbuis voorzien van een beeldscherm. Een dergelijke kathodestraalbuis kan echter ook worden gebruikt voor het opnemen van beelden. De kathode-15 straalbuis is in dat geval een camsr abuis met een fotogevoelige bij voorbeeld fotogeleidende laag.

De middelen voor het opwekken van een elektronenbundel en het verwen van een bundelknoop, ook wel cross-over genoemd, worden meestal gevormd door een triode bestaande uit een kathode, een stuur-20 rooster en een anode. Het is echter ook mogelijk een elektronenbundel met behulp van een halfgeleiderinrichting zoals beschreven in de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7 905 470 op te wekken en tot een bundelknoop te focusseren.

Een kathodestraalbuis van de in de eerste alinea beschreven 25 soort is bekend uit de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7 902 868. De daarin beschreven kathodestraalbuis bevat een kathode, een stuurrooster, een eerste lenselektrode (in deze octrooiaanvrage G-2 genoemd) en een tweede lenselektrode (in deze octrooiaanvrage G-3 genoemd). Deze kathode, stuurrooster en eerste lenselektrcde zorgen 30 voor het opwekken van een elektronenbundel die in de buurt van de eerste lenseléktrode tot een bundelknoop wordt gefocusseerd. Deze bundelknoop wordt met behulp van een of meer focus seerlenzen op het beeld- 8204185 r s.

it EHN 10.488 2 scherm van de kathodestraalbuis af geheeld. De af geheelde tref vlek op het beeldscherm moet een goede kwaliteit hebben. Dit wil zeggen dat de tref vlek geringe afmetingen moet hebben en zo weinig mogelijk angeven moet zijn met een waas. Volgens de genoemde ter inzage gelegde Neder- 5 landse octrooiaanvrage 7 902 868 wordt een trefvlek met een betere kwaliteit verkregen door een relatief dikke eerste lenselektrode toe te passen en door er voor te zorgen dat een sterk vlak elektrisch veld tussen de eerste en tweede lenselektrode aanwezig is en/of de hoofd- focusseerlens een grotere voorwerpafstand heeft dan tot dan toe ge- 10 bruikelijk. Bij voorkeur wordt volgens deze octrooiaanvrage de voor- focussering van de eléktronenbundel door de eerste versnellende focus- seerlens na de bundelknoop geëlimineerd of tenminste sterk gereduceerd.

Toch leiden de beschreven verbeteringen niet tot een optimaal resultaat.

een

De uitvinding beoogt dan ook/kathodestraalbuis aan te geven 15 waarmee de trefvlekkwaliteit verbeterd wordt.

Een kathodestraalbuis van de in de eerste alinea genoemde soort wordt daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de diameter van de opening in de tweede lenselektrode kleiner is dan twee maal de diameter van de opening in de eerste lenselektrode en de effek-20 tieve afstand S-eff. tussen de eerste en de tweede lenselektrode kleiner is dan 1 mm. waarbij S-eff. gedefinieerd is als het minimum van de funktie Δν - I(if waarin Δ V het spanningsverschil tussen de tweede en eerste lenselektrode is 25 en E(z) de elektrische veldsterkte tussen de eerste en tweede lenselektrode op de as als funktie van de plaats z op de as is.

De uitvinding berust op het inzicht, dat tussen de eerste en tweede lenselektrode een zodanig elektrisch veldverlocp moet worden geschapen, dat de randstralen van de opgewekte elektronenbundel vlak 30 na de bundelknoop meer naar binnen worden gebogen dan de overige stralen. Dit heeft tot gevolg dat deze randstralen van de elektronenbundel in de hoofdfocusseerlens geen randstralen meer zijn. Het gevolg daarvan is weer, dat de sferische aberratie van de hoofdfocusseerlens op andere stralen inwerkt dan de sferische aberratie van de voorfocus-

OC

seerlens. Daardoor wordt de totale sferische aberratie van het gehele elektronenkanonsysteem over meer stralen van de elektronenbundel verdeeld, waardoor een vermindering van het effekt van de sferische aber- 8204185 PHN 10.488 3 ratie In de tref vlek wordt verkregen. De tref vlek wordt dan ook bij gelijke bundels tranen kleiner en is angeven met minder waas dan bij de tot nu toe gebruikte elektronenkanonnen. Het verloop van het elektrisch veld tussen de eerste en de tweede lenselektrode wordt bepaald door de 5 afstand tussen deze elektroden, de afmetingen van de openingen in deze elektroden en de potentialen van deze elektroden. In de voorfocusseer-lens worden de randstralen in voldoende mate naar binnen gebogen als de diameter van de opening in de tweede lenselektrode kleiner is dan twee maal de diameter van de opening in de eerste lenselektrode en de 10 effektieve afstand S-eff. tussen de eerste en tweede lenselektrode zoals reeds werd aangegeven kleiner is dan 1 mm. Het elektrisch veld op de as tussen de twee lenselektroden is vastgelegd door de eerste afgeleide naar de plaats z van het potentiaal verloop langs de as dus EU) = - avisl d z 15 Het potentiaalverloop langs de as bij gegeven kanonafmetingen en gegeven potentialen op de elektroden is te meten en/of te berekenen. De afstand tussen de eerste en de tweede lenselektrode is bij voorkeur kleiner dan 0,8 mm. De ondergrens van deze afstand wordt bepaald door de potentialen op de elektroden en de elektrodevorm, bijvoorbeeld het aanwe-20 zig zijn van wel of geen scherpe randen. De afstand mag niet te klein, bijvoorbeeld kleiner dan 0,2 mm., worden gekozen, omdat in dat geval elektrische doorslagen kunnen gaan optreden.

Kathodestraalbuizen volgens de uitvinding met een zeer goede trefvlekkwaliteit worden verkregen als de diameter van de opening in 25 de eerste lenseléktrode kleiner is dan 0,9 mm.-en de diameter van de opening in de tweede lenselektrode kleiner is dan 1,6 mm. óf als de diameter van de opening in de tweede lenselektrode gelijk of nagenoeg . gelijk is aan de diameter van de opening in de eerste lenselektrode.

Als daarbij de afstand tussen de eerste en de tweede lenselektrode 30 gelijk of ongeveer gelijk is aan 4 itm., is de kans op het optreden van elektrische doorslagen verwaarloosbaar klein.

De uitvinding wordt nu bij wijze van voorbeeld nader toegelicht aan de hand van een tekening waarin: figuur 1 een horizontale langsdoorsnede door een kathode-35 straalbuis volgens de uitvinding toont, figuur 2 een langsdoorsnede door een van de elektronenkanonnen zoals toegepast in de kathodestraalbuis volgens figuur 1 laat zien, de 8204185 ΡΗΝ 10.488 4 ή ••fc figuren 3a tot en met d schematisch een detail laten zien van een langsdoorsnede van een aantal elektronenkanonnen, figuur 4 het verloop van de functie -<dV/E (z) laten zien voor de elektronenkanonnen zoals getoond in de figuren 3a tot en met 5 d, de figuren 5 en 6 de details volgens respectievelijk de figuren 3a en 3c nogmaals tonen, met een aantal stralen (elektronenbanen) van de elektronentundel en met een aantal equipotentiaallijnen, de figuren 7a en b de gemeten intensiteitsverdeling in een tref-10 vlek verkregen in een kathodestraalbuis volgens de stand van de techniek laten zien en tenslotte de figuren 8a en b de gemeten intensiteitsverdeling in een tref-vlek verkregen in een kathodestraalbuis volgens de uitvinding tonen.

Figuur 1 toont een kathodestraalbuis voor het weergeven 15 van gekleurde televisiebeelden, in het vervolg kleurenbeeldbuis genoemd, in een horizontale langsdoorsnede. In een glazen onhulling 1, welke is samengesteld uit een beeldvenster 2, een konus 3 en een hals 4, is in deze hals een elektronenkanonsysteem 5 aangebracht, dat met drie elektronenkanonnen 6, 7 en 8 drie met hun assen in een vlak (het vlak van 20 tekening) gelegen elektronenbundels 9, 10 en 11 opwekt. De as van het middelste elektronenkanon 7 valt samen met de buisas 12. Het beeldvenster 2 is aan de binnenzijde van een groot aantal trio's van fosfor-lijnen voorzien. Elk trio bevat een lijn bestaande uit een blauw oplichtende fosfor, een lijn bestaande uit een groen cplichtende fosfor 25 en een lijn bestaande uit een rood cplichtende fosfor. Alle trio's samen vormen het beeldscherm 13. De fosforlijnen staan in hoofdzaak loodrecht qp het vlak van tekening. Voor het beeldscherm 13 is een schaduwmasker 14 gepositioneerd, waarin een zeer groot aantal langwerpige openingen 15 is aangebracht waardoor de'elektronenbundels 9, 10 en 11 treden die 30 ieder slechts fosforlijnen van één kleur treffen. De drie in een vlak gelegen elektronenbundels worden afgebogen door het afbuigspoelenstelsel 16. Het elektronenkanonsysteem 5 van de kleurenbeeldbuis bestaat in dit geval uit drie afzonderlijke elektronenkanonnen 6, 7 en 8. Het is echter ook mogelijk de uitvinding toe te passen in een zogenaamde 35 geïntegreerde elektronenkanonsysteem, zoals bijvoorbeeld is beschreven in de reeds genoemde ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7 902 868, waarin de elektronenkanonnen een aantal elektroden gemeen- 8204185 PHN 10.488 5 schappelijk hebben. De uitvinding kan ook worden toegepast in kleuren-beeldbuizen waarin in plaats van fosforlijnen fosforstippen zijn toegepast en verder in manochrane kathodestraalbeeldbuizen en in camera-buizen.

5 In figuur 2 is een langsdoorsnede door een van de elektronen kanonnen zoals toegepast in de kathodestraalbuis volgens figuur 1 weergegeven. In het stuurrooster 20 bevindt zich een kathode 21, voorzien van een verhittingselement 22 in een kathodeschacht 23, welke schacht tegenover de opening 24 in het stuurrooster 20 van een emit-10 terend oppervlak is voorzien. De kathode is geïsoleerd opgehangen in het stuurrooster. De anode die tevens de eerste lenselektrode 25 is, vormt samen met de tweede lenselektrode 26 in de werkende beeldbuis een voorfocusseerlens. De lenselektroden 26 en 27 vormen samen de hoofd-focusseerlens. Er zijn ook hoofdfocusseerlenzen bekend die uit meer 15 elektroden bestaan. Ook dergelijke hoofdfocusseerlenzen kunnen in een kathodestraalbuis volgens de uitvinding worden toegepast.

De uitvinding kan ook worden toegepast in elektronenkanonnen waarin de bundel nabij de bundelknoqp af gebogen wordt, zoals bijvoorbeeld in het Amerikaans octrooischrift 4.291.251 (PHN 9215) of in eïek-20 tronenkancnnen waarin de bundel in de hoofdfocusseerlens afgebogen wordt.

In de figuren 3a tot en met d wordt schematisch een detail van een langsdoorsnede weergegeven van een aantal elektronenkancnnen, waaronder het kanon volgens figuur 2. De doorsneden van de elektroden zijn slechts aan één zijde van de Z-as weergegeven. De ligging en de 25 afmetingen van de kathode 30, het stuurrooster 31 en de eerste lenselektrode 32, die tevens de anode is, zijn in alle vier de figuren 3a tot en met d gelijk. De afmetingen kunnen worden af gelezen uit de langs de Z-as en R-as staande schaalverdeling. De spanningen in Volt op de diverse elektroden zijn in de figuren 3a tot en met d aangegeven.

30 In figuur 3a is een detail van een doorsnede van een elek- tranenkanon. weergegeven waarbij de tweede lenselektrode 33 van een opening 34 is voorzien met een diameter van 1,50 mm. De diameter van de opening 35 in elektrode 32 bedraagt 0,65 irm. De afstand tussen de eerste lenselektrode 32 en de tweede lenselektrode 33 is 0,8 mm. Dit elèktro-35 nenkanon komt ongeveer overeen met een elektronenkanon beschreven in de genoemde ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7 902 868.

In figuur 3b is een detail van een doorsnede van een elek- 8204185 t PHN 10.488 6 tronenkanon weergegeven dat ongeveer gelijk is aan het detail van figuur 3a. Het verschil is dat de diameter van opening 36 in de tweede lenselektrode 37 aanzienlijk kleiner is en 0,65 itm. bedraagt.

In figuur 3c is eveneens een detail van 5 een doorsnede van een elektronenkanon weergegeven, waarbij de diameter van de opening 38 in de tweede lenselektrode 39 even groot is als de diameter van de opening 36 in fig. 3b, maar de afstand tussen de eerste lenselektrode 32 en de tweede lenselektrode 39 slechts 0,4 mm. bedraagt. Figuur 3d geeft een detail van een doorsnede van een elek-10 tronenkanon weer waarbij in de tweede lenselektrode 40 weliswaar een opening 41 met een diameter van 0,65 mm. is aangebracht, maar de afstand tot de eerste lenselektrode (32) 1,5 itm. bedraagt.

In figuur 4 is voor de situaties volgens de figuren 3a tot en met 3d de funktie -£V/E (z) weergegeven in respektievelijk 15 de krommen A tot en met D. Het minimum van deze funktie geeft een efféktieve afstand weer: S-eff. Deze is afhankelijk van de lenselek-en trode-afmetingende ligging van de lenselektroden. Nu is in de praktijk gebleken dat de diameter van de opening in de tweede lenselektrode kleiner moet zijri dan twee maal de diameter van de opening in de eerste 20 lenselektrode en de effektieve afstand S-eff. kleiner moet zijn dan 1 mm. In dat geval worden de randstralen van de eléktronenbundel vlak na de cross-over aanzienlijk meer naar binnen gebogen dan de overige stralen. De stippellijnen geven voor de situaties volgens de figuren 3a tot en met 3d de waarde van S-eff., de effectieve afstand, aan.

25 In figuur 5 is het detail volgens figuur 3a nogmaals weer gegeven, maar nu met een aantal berekende stralen 50 (elektronenbanen) van de elektronenbundel. Bovendien zijn een aantal equipotentiaallijnen 51 weergegeven.

In figuur 6 is het detail van de langsdoorsnede volgens figuur 30 3c nogmaals weergegeven met een aantal berekende stralen 60 (elektronenbanen) van de elektronenbundel en met een aantal equipotentiaallijnen 61. Zowel in figuur 5 als in figuur 6 zijn op elkaar aansluitende delen van de eléktronenbundel onder elkaar weergegeven.

In het elektronenkanon zoals getoond in figuur 6 worden aan-35 zienlijk meer randstralen verder de bundel in gebogen dan in het elektronenkanon volgens figuur 5.

In de figuren 7a en 7b een gemeten intensiteitsverdeling in 8204185 PHN 10.488 7 een trefvlek qp een beeldscherm van een elektronenkanon volgens de stand van de techniek weergegeven gezien vanuit twee onderling loodrechte richtingen. In de figuren 8a en 8b is op analoge wijze een gemeten intensiteitsverdeling in een trefvlek weergegeven van een elek-5 tronenkanon volgens de uitvinding. Vergelijking van de figuren 7a en 8a en van de figuren 7b en 8b laat zien dat de trefvlékkwaliteit van een elektrcnenkancn volgens de uitvinding aanzienlijk beter is dan van een elektronenkanon volgens de stand van de techniek.

10 15 20 25 1 35 8204185

Claims (6)

1. Kathodestraalbuis bevattende in een geëvacueerde anhulling middelen voor het opwekken van tenminste één eléktronenbundel en het vormen van een bundelknoop waarachter in de vcortplantingsrichting van de elektronenbundel gezien achtereenvolgens een versnellende voor- 5 focusseerlens, voorzien van een rond een as gecentreerde eerste en tweede lenselektrode, en een hoofdfocusseerlens voorzien van tenminste twee lenselektroden zijn aangebracht, welke kathodestraalbuis is voorzien van middelen voor het toevoegen van elektrische spanningen aan de lenselektroden, met het kenmerk, dat de diameter van de opening in de 10 tweede lenselektrode kleiner is dan twee maal de diameter van de opening in de eerste lenselektrode en de effektieve afstand S-eff. tussen de eerste en de tweede lenselektrode kleiner is dan 1 mm. waarbij S-eff. gedefinieerd is als het minimum van de funktie Ay - W) ' ^111 15 Δν het spanningsverschil tussen de tweede en eerste lenselektrode is en E(z) de elektrische veldsterkte tussen de eerste en tweede lenselektrode op de as als funktie van de plaats z op de as is.

2. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het opwekken van een elektronenbundel een kathode, een 20 stuurrooster en een anode bevattn, welke anode tevens de eerste lenselektrode vormt.

3. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de afstand van de tweede lenselektrode tot de eerste lenselektrode kleiner is dan 0,8 mm.

4. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, 2 of 3, met het ken merk, dat de diameter van de opening in de eerste lenselektrode kleiner is dan 0,9 mm. en de diameter van de opening in de tweede lenselektrode kleiner is dan 1,6 mm.

5. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het 30 kenmerk, dat de diameter van de opening in de tweede lenselektrode gelijk of nagenoeg gelijk is aan de diameter van de opening in de eerste lenselektrode.

6. Kathodestraalbuis volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afstand tussen de eerste en de tweede lenselek- 35 trode gelijk of ongeveer gelijk is aan 0,4 mm. 8204185