DE3440173A1

DE3440173A1 - Projektions-kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE3440173A1
Application number: DE19843440173
Authority: DE
Inventors: Yasuo Nagaokakyo Kyoto Iwasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-11-04
Filing date: 1984-11-02
Publication date: 1985-05-23
Also published as: JPH0336269B2; DE3440173C2; GB8427769D0; JPS60100347A; US4642695A; GB2149203A; GB2149203B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektions-Kathodenstrahlröhre, mit der ein Bild auf der Leuchtschicht, z.B. Phosphorschicht, vergrößert und auf einen Bildschirm,der in einem gegebenen Abstand davor angebracht ist, mit Hilfe einer Projektionslinse vor dieser Leuchtschicht,projiziert wird.

In einem Fernsehgerät mit einer zur Zeit weitgehend verwendeten Kathodenstrahlröhre vom Lochmaskentyp wird dessen Bildschirmgröße auf ungefähr 30" bis 40" maximal aufgrund baulicher Einschränkungen als begrenzt angesehen. Folglich wurde als eine Einrichtung zum Empfangen eines Videobildes und ähnlichem mit einer größeren Bildschirmgröße ein Fernsehgerät 1 vom Projektionstyp, wie in Fig. 1 gezeigt, entwickelt und ist zur Zeit weitgehend im Gebrauch.

In einem solchen Fernsehgerät 1 vom Projektionstyp werden monochromatische Bilder in Blau, Grün und Rot z.B., die man durch monochromatische Kathodenstrahlröhren 2, 3 und 4 einer geringen Größe von ungefähr 5" bis 8" erhält, vergrößert 'und auf einen Bildschirm 6, der in einem gegebenen Abstand davor angebracht ist, mit Hilfe von Projektionslinseneinheiten 5 projiziert, so daß man ein Farbbild einer ausgedehnten Größe auf dem Bildschirm 6 erhält. Da die Größe des Bildschirms 6 normalerweise 40" bis 70" beträgt, müssen die Bilder auf den monochromatischen Kathodenstrahlröhren 2, 3 und 4 50 bis 100 mal größer auf den Bildschirm 6 projiziert werden. Deshalb ist es ein wichtiges Leistungs-

merkmal eines solchen Fernsehgeräts 1 vom Projektionstyp, wie man ein ausreichend helles Bild auf dem Bildschirm 6 erhält. Aus diesem Grund wurden fortwährend Anstrengungen unternommen zur Verbesserung des in der Projektions-Kathodenstrahlröhre verwendeten Phosphormaterials,zur Anwendung eines Aufbaus einer Kathodenstrahlröhre, der Hochlastbetrieb ermöglicht,zur Verbesserung des Bildschirms 6 und der Projektionslinseneinheit 5, und ähnliches.

Einer der Hauptfaktoren, die eine Verbesserung der Helligkeit des projizierten Bildes eines Fernsehgeräts 1 vom Projektionstyp verhindern, ist der geringe Wirkungsgrad, mit dem Lichtstrom in die Projektionslinseneinheit 5 von den monochromatischen Kathodenstrahlröhren 2, 3 und 4 angesammelt werden kann. Dieses Problem wird im Detail in bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Aufbaus, die eine monochromatische Kathodenstrahlröhre 2, 3 oder 4 des Fernsehgeräts 1 vom Projektionstyp und die Projektionslinseneinheit 5 auf der Vorderseite der Röhre zeigt. Die monochromatische Kathodenstrahlröhre 2, 3 oder 4 weist ein Vakuumgefäß 10 und eine Elektronenkanone (nicht gezeigt), die in dem Gefäß 10 eingeschlossen ist, auf. Auf der inneren Oberfläche der Frontplatte 7, die ein Teil des Vakuumgefäßes 10 bildet, wird eine Leuchtschicht 8 gebildet und auf der Leuchtschicht 8 wird ein metallhinterlegter Film 9 aus aufgedampftem Aluminium, der als Hochspannungselektrode dient, und ein reflektierender Film gebildet. Durch die Energie des Elektronenstrahls von der Elektronenkanone, die hinter dem metallhinterlegten Film 9 angebracht ist, wird die Leuchtschicht 8 angeregt, so daß Phosphores-

zenzlicht abgegeben werden kann.

Die Projektionslinseneinheiten 5 sind z.B. nahe der oben erwähnten Frontplatten 7 der monochromatischen Kathodenstrahlröhren 2, 3 und 4 angebracht. Die Projektionslinseneinheit 5 ist als ein Linsensystem mit 3 bis 8 optischen Linsen aufgebaut, die normalerweise in einer Fassung 12 vereinigt sind. Die in der Zeichnung gezeigte Projektionslinseneinheit 5 ist ein Beispiel eines Linsensystems, das sechs Linsen aufweist. Im Fall der oben beschriebenen Projektionslinseneinheit 5 ist es aufgrund der einschränkenden Bedingungen der Aberration, der Kosten und des Raumes schwierig, große Linsendurchmesser verglichen mit der Frontplatte 7 der monochromatischen Kathodenstrahlröhre 2, 3 oder 4 zu wählen. Folglich ist der nutzbare Winkel in dem Licht, das von der Leuchtschicht 8 ausgesandt wird, in die Projektionslinseneinheit 5 übernommen werden kann, auf einen extrem kleinen Bereich begrenzt.

Z.B. ist für die Lichtemission in der Mitte der Leuchtschicht 8 der Bereich des optisch nutzbaren am weitesten außen liegenden Lichtweges als/ dargestellt. Der Winkel Q₁, der zwischen dem am weitesten außen liegenden nutzbaren Lichtweg und der Normalen senkrecht auf die Leuchtschicht 8 in dem Emissionspunkt gebildet wird, liegt in einem Bereich von ungefähr θ = 15° bis 20°, wobei sich dies noch etwas ändert in Abhängigkeit von dem Aufbau der Projektionslinseneinheit 5.

Für die Lichtemission im Randbereich der Leuchtschicht 8

ist der Bereich der optisch ausnutzbaren am weitesten außen liegenden Lichtwege als / dargestellt. Die Winkel Q₀ und O₃, die zwischen den am weitesten außen liegenden ausnutzbaren Lichtwegen t und der Normalen senkrecht auf die Leuchtschicht 8 gebildet werden, betragen ungefähr 15°<j9p< 20° und 25° £ G₃ £30°.

Dementsprechend ist für beide, den zentralen Teil und den Randbereich der Leuchtschicht 8, jeder Lichtstrom der unter einem Streuwinkel größer als 30° bezogen auf die normale senkrecht auf die Leuchtschicht 8 ausgesandt wird, ein nichtnutzbarer Lichtstrom, der nicht durch den nutzbaren Lichtweg der Projektionslinseneinheit 5 geschickt werden kann.

Fig. 3 zeigt die Richtungsabhängigkeit des Lichtstroms der Leuchtschicht 8, wenn dieser durch einen Elektronenstrahl EB angeregt wird in einer herkömmlichen monochromatischen Kathodenstrahlröhre. In diesem Fall dient die Leuchtschicht 8 als nahezu idealer Lichtstreukörper und dementsprechend kann das Lambert'sehe Gesetz angewendet werden. Die Kurve K in Fig. 5 zeigt für diesen Fall die relative Leuchtstärke in Abhängigkeit von dem Streuwinkel. Im folgenden wird der Wirkungsgrad, mit dem das ausgesandte Licht in die Projektionslinseneinheit 5 aufgenommen wird, beschrieben für den Fall, daß, wie oben beschrieben, die Leuchtschicht 8 als nahezu idealer Streukörper dient.

Bezogen auf Fig. 3 ergibt sich unter der Annahme, daß eine Hauptstrahlfläche in einem Punkt P auf der Leuchtschicht 8 ^S ist, daß die Helligkeit auf der Fläche in einer Rieh-

tung, die um θ geneigt ist, bezogen auf die normale L_Q, ist, und daß die Leuchtstärke in der Richtung θ in einer ausreichend großen Entfernung verglichen mit 4S, I_Q ist, die folgende Gleichung.

Iq = JLq . cosQds = Lq . cosO . ^fS ... (I)

Wenn die Emissionsfläche ein idealer Streukörper ist, so ist L_ß konstant unabhängig von dem Winkel θ und kann wie folgt ausgedrückt werden:

Lq = L = konstant ... (II)

Unter der Annahme, daß der Lichtstrom, der vorwärts von dem idealen Streukörper ZIS im Punkt P in einen Konus mit dem Öffnungswinkel 2Θ abgestrahlt wird, mit 0„ bezeichnet wird, ergibt sich nun die folgende Gleichung:

0Q = /igdö» = JcT^d0 Zo¹Q ^{sinÖ dÖ} ·*· ^(III)

Durch Einsetzen der Gleichungen (I) und (II) in die Gleichung (III) ergibt sich die folgende Gleichung:

0Q = 2*rL4S J® sinQ . cosQ dQ = TrLaS sin²9 ... (IV)

Entsprechend ergibt sich durch Einsetzen von θ = ^ in Gleichung (IV) der gesamte Lichtst von ΔS abgestrahlt wird wie folgt:

Gleichung (IV) der gesamte Lichtstrom 0„ der vorwärts

0_T =7rL^S ... (V)

Folglich wird, wenn der in den Konus mit dem Öffnungswinkel 2Θ abgestrahlte Lichtstrom, bezogen auf den in Fig. 3 gezeigten gesamten von Δ S im Punkt P abgestrahlten Lichtstrom, von der Projektionslinseneinheit 5 aufgenommen wird, der Wirkungsgrad der Aufnahme des Lichtflusses, nämlich der Lichtsammeiwirkungsgrad ^ durch folgende Gleichung, die auf den Gleichungen (IV) und (V) beruht, dargestellt:

0Q ο
η = ^p = sin θ ... (VI)

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Winkel Θ, nämlich dem Winkel, unter dem Licht von einer monochromatischen Kathodenstrahlröhre in das Projektionslinsensystem 5 aufgenommen wird, und dem Lichtsammeiwirkungsgrad. Wenn der Aufnahmewinkel wie in dem oben beschriebenen herkömmlichen Fernsehgerät vom Projektionstyp θ = 30° beträgt, erhält man einen Lichtsammeiwirkungsgrad von 25 %, der verbleibende Lichtstrom von 75 % trägt nicht zur Helligkeit des projizierten Bildes auf dem Bildschirm bei.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Aufnahme des Lichtstroms von einer monochromatischen Projektions-Kathodenstrahlröhre in eine Projektionslinseneinheit in einem herkömmlichen Fernsehgerät vom Projektionstyp wie oben beschrieben zu verbessern. Eine erfindungsgemäße Projektions-Kathodenstrahlröhre weist ein Vakuumgefäß mit einer Frontplatte, eine Leuchtschicht auf der inneren Oberfläche der Frontplatte und eine Elektronenkanone innerhalb des Vakuumgefäßes auf, wodurch ein Bild auf der Leuchtschicht durch eine Projektionslinse vor der Frontplatte

vergrößert und auf einen Bildschirm, der in einem gegebenen Abstand davor angeordnet ist, projiziert wird, und die oben beschriebene Projektions-Kathodenstrahlröhre ist dadurch gekennzeichnet, daß mehr als 30 % des gesamten Lichtstroms der von einem Punkt in der Leuchtschicht ausgesandt wird, in einem festen Winkel in Vorwärtsrichtung von dem Strahlungspunkt aus mit einem Öffnungswinkel von +■ 30° konzentriert wird, mit einer Normalen, die als Mittelachse angesehen wird, senkrecht auf der Leuchtschicht.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Fernsehgeräts vom Projektionstyp;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Aufbaus einer Projektionslinseneinheit und einer monochromatischen Projektions-Kathodenstrahlröhre, die dahinter angeordnet ist;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Leuchtstärkeverteilung von einem Strahlungspunkt aus in der Leuchtschicht einer herkömmlichen Projektions-Kathodenstrahlröhre darstellt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Winkel zur Aufnahme des Lichtstroms in der Projektionslinseneinheit und dem Lichtsammelwirkungsgrad;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der relativen Leuchtstärke in bezug auf den Streuwinkel des Lichtstroms von der Leuchtschicht;

Fig. 6 ein Diagramm der LeuchtStärkeverteilung von einem Strahlungspunkt in einer Leuchtschicht einer erfindungsgemäßen Projektions-Kathodenstrahlröhre;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Durchlässigkeit eines dünnen Interferenz-Films von dem Einfallswinkel und der Wellenlänge darstellt;

und

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus des dünnen Interferenz-Films.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Fig. 5 bis 8 beschrieben. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Lichtstrom soweit wie möglich in einem Winkel von +_ 30° zur Aufnahme des Stroms konzentriert wird, da es aufgrund der vorher beschriebenen einschränkenden Bedingungen schwierig ist, den Winkel θ zu vergrößern, zum Zwecke der Verbesserung des Lichtsammeiwirkungsgrades. Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Richtungsabhängigkeit des Lichtstroms von einem Strahlungspunkt in der Leuchtschicht 8, der mit einem Elektronenstrahl EB in einer erfindungsgemäßen monochromatischen Projektions-Kathodenstrahlröhre angeregt wird. In diesem Fall wird, da ein beträchtlicher Teil des Lichtstroms in dem Bereich mit einem Streuwinkel von mehr als 30° in einem Winkelbereich von oder weniger konzentriert wird, der Lichtsammelwirkungsgrad der Projektionslinseneinheit 5 verbessert und die Leuchtstärke in der Richtung innerhalb des 30° Streuwinkels wird, verglichen mit dem in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Fall, bemerkenswert angehoben und die Helligkeit des mit der Projektionslinseneinheit 5 projizierten Bildes auf dem

Bildschirm 6 wird so beträchtlich vergrößert. Die Kurve L in Fig. 5 zeigt die relative Leuchtstärke in bezug auf den Streuwinkel für den in Fig. 6 gezeigten Fall. Um eine solche Leuchtstärkeverteilung zu erhalten, ist ein dünner optischer Interferenz-Film 20 zwischen der Frontplatte 7 und der Leuchtschicht 8, wie in Fig. 6 gezeigt, vorgesehen. Die spektrale Durchlässigkeitscharakteristik des dünnen Interferenz-Films ist von dem Einfallswinkel des Lichts, wie in Fig. 7 gezeigt, abhängig. In Fig. 7 stellt die Kurve A die Strahlungsintensität von Phosphor dar. Die Kurven B, C und D, die die Änderungen der Durchlässigkeit entsprechend der Änderungen der Wellenlänge bei den Einfallswinkeln θ von z.B. O⁰, 30° und 60° zeigen, stellen die bevorzugten spektralen Transmissionscharakteristiken des dünnen Interferenz-Films dar. Insbesondere bringt der dünne Interferenz-Film eine bemerkenswerte Richtungsabhängigkeit der Durchlässigkeit bei der Wellenlänge der Phosphoreszenz A mit sich.

Bezogen auf eine in Fig. 7 eingefügte Darstellung wird, wenn ein solcher dünner Interferenz-Film 20 benutzt wird, die Durchlässigkeit I-j/Iq als Verhältnis des Lichtes I-, das durch den dünnen Interferenz-Film 20 durchgestrahlt wird, zu dem einfallenden Licht I_Q, das von den Phosphorteilchen, die von dem Elektronenstrahl EB angeregt werden, ausgesandt wird, am größten, wenn das Licht senkrecht auf den dünnen Interferenz-Film auftrifft (Θ = 0°) und sie nimmt ab, wenn der Einfallswinkel θ groß wird. In diesem Fall wird das nicht durchgestrahlte Licht zu der Leuchtschicht 8 als reflektiertes Licht I„ zurückgeworfen. Das reflektierte Licht Ip wird diffus an den Phosphorteilchen

und an dem metallhinterlegten Film 9 reflektiert, so daß dieses wieder zu dem dünnen Interferenz-Film 20 zurückgestrahlt wird. Neben dem diffus reflektierten Licht wird der größte Teil des Leuchtstroms mit einem kleinen θ Wert durch den dünnen Interferenz-Film 20 hindurchgestrahlt und das verbleibende Licht wird wieder reflektiert. Durch Wiederholung eines solchen Vorgangs wird der Leuchtstrom in einem kleinen Streuwinkel θ konzentriert.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel des dünnen Interferenz-Films 20, der die von dem Einfallswinkel abhängigen Transmissionscharakteristiken besitzt. Der dünne Interferenz-Film 20 besteht aus sechs Schichten 21 bis 26, drei alternative Schichten 21, 23 und 25 sind Schichten eines geringen Brechungsindex und die anderen Schichten 22, 24 und 26 sind Schichten eines hohen Brechungsindex. Tabelle I zeigt die Materialien und die Dicke der jeweiligen Schichten, die den dünnen Interferenz-Film 20 bilden.

Tabelle I	Dicke (A)
Material	1250
SiO₂	300
Ta₂O₅	200
SiO₂	1600
Ta₂O₅	300
SiO₂	200
Ta₂O

Schicht

Die jeweiligen in Tabelle I aufgelisteten Schichten

können mit einem gewöhnlichen Vakuumaufdampf- oder Abtragverfahren gebildet werden.

Um den Abstrahlwirkungsgrad innerhalb des schmalen Streuwinkels θ zu vergrößern, werden als Phosphorteilchen in der Leuchtschicht 8 vorzugsweise plattenförmige Kristalle verwendet, die parallel zur Frontplatte 7 gebildet werden.

Wie zuvor beschrieben befindet sich der Winkel zur Aufnahme des Leuchtstroms in die Projektionslinsen zum größten Teil im Bereich von +_ 30°. In einer herkömmlichen Projektions-Kathodenstrahlröhre beträgt der Leuchtstrom innerhalb des Aufnahmewinkels von +_ 30° ungefähr 25 % des gesamten Leuchtstroms, der von einem Strahlungspunkt auf der Leuchtschicht abgestrahlt wird. Wenn der aufgenommene Leuchtstrom auf 30 % des gesamten Leuchtstroms erhöht wird, kann die Helligkeit um ca. 20 % gesteigert werden. Die Differenz in der Bildhelligkeit auf einem Bildschirm eines Fernsehgeräts oder ähnlichem von ungefähr 10 % oder mehr kann visuell von einem Menschen wahrgenommen werden. Dementsprechend wird durch Verbessern der Helligkeit um 20 % die Leistung ausreichend erhöht.

■/nt-

- Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN

FO 56-3206 P/Ka/hu

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Projektions-Kathodenstrahlröhre

PATENTANSPRÜCHE

/1

1/. Projektions-Kathodenstrahlröhre mit einem Vakuumgefäß (10), das eine Frontplatte (7), eine Leuchtschicht (8) auf der inneren Oberfläche der Frontplatte (7) und eine Elektronenkanone in dem Gefäß (10) besitzt, wobei ein Bild auf der Leuchtschicht (8) vergrößert und mit einer Projektionslinse (5) vor der Frontplatte (7) auf einen Bildschirm, der in einer gegebenen Entfernung davor angebracht ist, projiziert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß mehr als 30 % des gesamten Lichtstroms,der von einem Strahlungspunkt auf der Leuchtschicht (8) abgestrahlt wird, innerhalb des Streuwinkels von +_ 30° in Richtung der Normalen auf die Frontplatte (7) konzentriert ist.

PATENTANWALT DIPL-PHYS. LUTZ H. PRÜFER - D-8OOO MÜNCHEN 90 HARTHAUSER STR. 25d · TEL (0 89) 64O64O
2. Projektions-Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner Interferenz-Film (20) zwischen der inneren Oberfläche der Frontplatte (7) und der äußeren Oberfläche der Leuchtschicht (8) vorgesehen ist,

sowie ein metallhinterlegter Film (9) auf der inneren Oberfläche der Leuchtschicht (8) vorgesehen ist, und die Konzentration des Leuchtstroms durch die Wirkung des dünnen Interferenz-Films (20) und des metallhinterlegten Films (9) erreicht wird.
3. Projektions-Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß Phosphorteilchen in der Leuchtschicht (8) plattenförmige Kristalle parallel zur Frontplatte (7) sind.