DE3888748T2

DE3888748T2 - Struktur einer Elektronenkanone für Farbbildröhrengerät.

Info

Publication number: DE3888748T2
Application number: DE3888748T
Authority: DE
Inventors: Takahiro C O Patent D Hasegawa; Shinpei C O Patent Di Koshigoe; Taketoshi C O Patent D Shimoma
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-08-05
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2008-07-28
Also published as: KR910007830B1; CN1032266A; EP0302657A3; JPS6438947A; EP0302657B1; US4897575A; JP2542627B2; EP0302657A2; CN1016914B; KR890004380A; DE3888748D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in einer Struktur einer Elektronenkanone für ein Farbbildröhrengerät.
Im allgemeinen werden zur Zeit Farbbildröhren mit drei Elektronenkanonensystemen verwendet. Insbesondere kommt zur Zeit eine Farbbildröhre mit einer Inline-Elektronenkanone zur Anwendung, da Selbstkonvergenz von drei Elektronenstrahlen leicht durch Verwendungung gleichmäßiger Ablenkungsmagnetfelder zur Ablenkung der drei Elektronenstrahlen 1, 2 und 3 erreicht wird. Diese Felder bestehen aus einem kissenförmigen horizontalen Ablenkungsmagnetfeld, dargestellt in Fig. 1A und aus einem tonnenförmigen vertikalen Ablenkungsmagnetfeld, dargestellt in der Abbildung 1B. Weiterhin ist es möglich, den Energieverbrauch in einer Farbbildröhre vom Selbstkonvergenztyp zu verringern und es ist auch möglich, infolge der einfachen Konstruktion die Qualität und die Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Andererseits hat die Farbbildröhre den Nachteil, daß die Auflösung an der Bildschirmperipherie auf Grund eines solchen ungleichförmigen Magnetfeldes verringert wird. Die Form des Elektronenstrahls auf dem Bildschirm wird nämlich entsprechend dem Ablenkungswinkel des Elektronenstrahles verzeichnet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Strahlfleck 4 im Bildschirmmittelpunkt fast kreisförmig, der Strahlfleck 5 an der Bildschirmperipherie ist jedoch verzeichnet, so daß der Elektronenstrahl aus einem Kern 6 in Form einer horizontal länglichen Ellipse mit großer Helligkeit und aus einem vertikal länglichen Hof 7 mit geringer Helligkeit besteht. Daher ist die Auflösung an der Bildschirmperipherie in hohem Maße reduziert.
Eine solche Strahlverzeichnung des ungleichförmigen Ablenkungsmagnetfeldes, dargestellt in Fig. 2, wird durch den Mechanismus verursacht, daß der Brennpunkt des Elektronenstrahls im Ablenkungsmagnetfeld in horizontaler Richtung abgeschwächt ist, während der Brennpunkt in der vertikalen Richtung verstärkt ist. Somit wird der Elektronenstrahl an der Bildschirmperipherie verformt.
Die Reduzierung der Auflösung auf Grund einer solchen Strahlverzeichnung kann in gewissem Maße durch Unterdrückung des Durchmessers des Elektronenstrahls, der durch die Hauptlinse und durch den Ablenkungsbereich verläuft, verringert werden. Zu diesem Zweck kann allgemein der Elektronenstrahl durch eine Vorfokuslinse vorfokussiert werden. Bei dieser Konstruktion ist jedoch der Nachteil vorhanden, daß die Strahlenfleckabmessungen im Bildschirmmittelpunkt vergrößert ist, da der Überkreuzdurchmesser vergrößert ist.
Als eine andere Konstruktion zur Kompensation einer solchen Strahlverzeichnung wurde die Verwendung einer asymmetrischen Linse (astigmatische Linse) vorgeschlagen. So schließt zum Beispiel das US-Patent Nr. 4.443.736, erteilt an Chen am 17. April 1984, das eine verbesserte Bildschirmgitterstruktur beschreibt, einen ersten Teil mit einer kreisförmigen Apertur, einen zweiten Teil mit mindestens einer länglichen Apertur und einen dritten Teil mit einer kreisförmigen Apertur ein. Da der Elektronenstrahl sich in dem Zustand befindet, daß er in vertikaler Richtung durch die asymmetrische Linse unterfokussiert ist, kann eine solche Ablenkungsverzeichnung verringert werden. Bei dieser Konstruktion wird jedoch der Strahlfleck in der Bildschirmmitte elliptisch mit der langen Achse in Vertikalrichtung, so daß die Auflösung in der Bildschirmmitte verringert ist.
Als eine andere Konstruktion zur Kompensation der Strahlverzeichnung wurde weiter vorgeschlagen, eine Quadrupollinse zu verwenden. So beschreiben z. B. die offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 61-39346 und 61-39347 erste und zweite Paare von Plattenelektroden mit nichtkreisförmigen Öffnungen, die zwischen einer ersten und einer zweiten Fokuselektrode angeordnet sind. Eine erste Fokussierspannung wird sowohl auf das erste Paar von Plattenelektroden als auch auf die erste Fokussierelektrode aufgebracht und eine zweite Fokussierspannung sowohl auf das zweite Paar der Plattenelektroden und auf die zweite Fokussierelektrode. Folglich ist die Quadrupollinse auf den Plattenelektroden gebildet. Zusätzlich wird mindestens eine der Fokussierspannungen entsprechend dem Ablenkungswinkel variiert, um die Strahlverzeichnung über den gesamten Bildschirm zu kompensieren.
Auch die Europa-Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 231964 und 235975 beschreiben die Struktur einer Elektronenkanone mit einer Quadrupollinse zur Kompensation der Strahlverzeichnung.
Die erste Anmeldung offenbart eine Elektronenkanonenstruktur für eine Farbbildröhre mit einer ersten und einer zweiten Quadrupollinsenelektrode zwischen einem Strahl, der einen Bereich bildet und einer Hauptfokussierlinse, um eine Quadrupollinse zu bilden. Die erste und die zweite Fokussierspannung werden auf die jeweiligen Quadrupollinsenelektroden aufgebracht.
Die zweite Anmeldung offenbart eine Elektronenkanonenstruktur für eine Farbbildröhre mit einer ersten und einer zweiten Fokussierelektrode, um eine Hauptfokussierlinse dazwischen zu bilden. Die erste Fokussierelektrode besteht aus einem Paar von schalenförmigen Elektroden mit einer plattenförmigen Ergänzungselektrode dazwischen. Die plattenförmige Ergänzungselektrode hat drei nichtkreisförmige Öffnungen an den Passierstellen der Elektronenstrahlen. Durch Aufbringen einer Steuerspannung auf die Ergänzungselektrode werden Strahlenflecke mit einer optimalen Größe über den gesamten Bildschirm erhalten, da die Quadrupollinse an der Ergänzungselektrode konstruiert ist.
Eine solche Elektronenkanonenstruktur mit einer Quadrupollinse, getrennt von der Hauptfokussierlinse, kann in einem bestimmten Grade im Vergleich mit der Elektronenkanonenstruktur mit einer asymmetrischen Linse als Vorfokussierlinse eine verbesserte Auflösung über die Bildschirmmitte und den Bildschirmumfang erzielen. Es sind jedoch beträchtliche Nachteile bei diesen Elektronenkanonenstrukturen vorhanden. Einer dieser Nachteile ist der, daß, weil die Wirkung der Quadrupollinse durch die getrennt vorgesehene Hauptfokussierlinse abgeschwächt wird, die Auflösung an der Bildschirmperipherie nicht ausreichend verbessert wird. Die Quadrupollinse besitzt die Wirkung, daß die Entfernung des virtuellen Objektpunktes von der Hauptfokussierlinse in der horizontalen und in der vertikalen Richtung differiert. Gleichzeitig wirkt auch die Streuung des Elektronenstrahls, der in die Hauptfokussierlinse einfällt so, daß Unterschiede zwischen der horizontalen und der vertikalen Richtung auftreten. Das Verhältnis zwischen der Position des Objektpunktes und der Streuung des in die Hauptfokussierlinse einfallenden Elektronenstrahles schwächt die Wirkung der Quadrupollinse ab. Daher kann, wenn die Fokussierspannung dynamisch entsprechend der Strahlablenkung variiert wird, eine Verbesserung der Auflösung an der Bildschirmperipherie (hierin nachfolgend als Empfindlichkeit bezeichnet) nicht in ausreichendem Maße erreicht werden.
Insbesondere kann die Auflösung an der Bildschirmperipherie nicht ausreichend durch eine Elektronenkanonenstruktur in der oben genannten Konstruktion verbessert werden, da es erforderlich ist eine ausreichende Empfindlichkeit bei großen Stromleistungen und bei großen Bildröhren sowie bei Röhren mit Weitablenkungswinkelröhren zu erzielen.
Darüber hinaus erfordert die Elektronenkanonenstruktur eine Fokussierspannungsstromquelle, die zwei Werte der Fokussierspannung liefern kann, bestehend aus einer konstanten Fokussierspannung zur Errichtung der Hauptfokussierlinse und einer variablen Fokussierspannung, die synchron mit der Strahlablenkung variiert. Da die Fokussierspannung 7 bis 8 kV beträgt, ist es im allgemeinen für eine konventionelle Farbbildröhre erforderlich, die Fokussierspannung über eine Steckeinheit zu liefern, die an Stiften befestigt ist, die am Halsteil der Bildröhre angebracht ist. Somit ist eine Farbbildröhre mit dieser Elektronenkanonenstruktur nicht mit einer konventionellen Bildröhre austauschbar. Weiterhin ist eine spezielle Konstruktion erforderlich, um einen Lichtbogenüberschlag an der Steckeinheit auf Grund der hohen Fokussierspannung, wenn zwei Fokussierspannungen über die Steckeinheit geliefert werden, zu verhindern.
Die veröffentlichte Europapatentanmeldung Nr. 152933 beschreibt ein weiteres Beispiel einer Elektronenkanonenstruktur, deren Konstruktion eine Langfokuslinse einschließt, die einer Linse äquivalent ist, die durch Vergrößerung der Entfernung zwischen der ersten und zweiten Elektrode erhalten werden kann, wobei eine Hilfselektrode mit einer Öffnung zwischen der ersten und zweiten Elektrode gebildet wird.
Ein Gegenstand der Erfindung ist es, ein Farbbildröhrengerät mit einer Elektronenstrahlstruktur zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Auflösung sowohl in der Mitte als auch an der Bildschirmperipherie aufweist.
Die Erfindung stellt ein Farbbildröhrengerät zur Verfügung, das auf mehrere Spannungen reagiert, einschließlich einer Fokussierspannung, einer Beschleunigungsspannung höher als die Fokussierspannung und mindestens einer Zwischenspannung zwischen der Fokussier- und der Beschleunigungsspannung, bestehend aus einem Kolben mit einem Trichter, der eine Vorder- und eine Rückseite aufweist, einem Schirmträger an der Vorderseite des Trichters und einem Hals an der Rückseite des Trichters, einem Leuchtschirm auf der Innenseite des Schirmträgers mit einer Vielzahl von Leuchtstreifen, die sich in vertikaler Richtung erstrecken und in einer horizontalen Richtung angeordnet sind, einer Lochmaske mit einer Vielzahl von Löchern darin, angeordnet nahe dem Leuchtschirm, einer Elektronenkanonenstruktur im Hals für die Erzeugung von drei Elektronenstrahlen, die in einer Richtung parallel zur Horizontalrichtung verlaufen mit einer Kathode für das Aussenden der Elektronenstrahlen, einer Fokussierelektrode, die auf eine Fokussierspannung reagiert, einer Beschleunigungselektrode, die auf eine Beschleunigungsspannung reagiert und mindestens einer Zwischenelektrode zwischen der Fokussierelektrode und der Beschleunigungselektrode, die auf eine Zwischenspannung reagiert, Widerständen innerhalb des Kolbens zur Lieferung der Zwischenspannung zur Elektronenkanonenstruktur und Ablenkungsmitteln zur Erzeugung eines ungleichförmigen Ablenkungsmagnetfeldes zur Ablenkung der Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode erste Mittel zum Aufbau gemeinsamer Äquipotentiallinien einschließt, die horizontal einen Durchgangsbereich der Elektronenstrahlen durchqueren, um so ein asymmetrisches konvergierendes elektrisches Feld nahe der Fokussierelektrode zu erzeugen, das im Vergleich mit der Konvergierwirkung in einer anderen Richtung eine relativ starke Konvergierwirkung in einer Richtung parallel zur vertikalen Richtung senkrecht zu der einen Richtung aufweist, die Beschleunigungselektrode zweite Mittel zum Aufbau gemeinsamer Äquipotentiallinien einschließt, die horizontal den Durchgangsbereich der Elektronenstrahlen durchqueren, um so ein asymmetrisches divergierendes elektrisches Feld nahe der Beschleunigungselektrode zu erzeugen mit einer im Vergleich zur anderen Richtung relativ starken Divergierwirkung in einer Richtung und daß das konvergierende elektrische Feld vom divergierenden elektrischen Feld durch mindestens eine Zwischenelektrode getrennt ist, die drei Löcher besitzt, durch die die Elektronenstrahlen hindurchgehen.
Die oben genannten und andere Merkmale der Erfindung sollen nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Die Zeichnungen bedeuten:
Fig. 1A und 1B zeigen Schnitte der Elektronenstrahlen in einem Magnetfeld mit horizontaler bzw. vertikaler Ablenkung.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der Elektronenstrahlformen in der Mitte und an der Peripherie des Leuchtschirmes für eine konventionelle Farbbildröhre.
Fig. 3 zeigt eine Perspektivansicht des Farbbildröhrengerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4A und 4B zeigen einen schematischen Querschnitt der Elektronenkanonenstruktur für das Farbbildröhrengerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5A und 5B zeigen einen Querschnitt eines Teils der Elektronenkanonenstruktur für das Farbbildröhrengerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6A und 6B zeigen das optische Modell, um das Erfindungsprinzip zu illustrieren, wenn der Elektronenstrahl auf die Bildschirmmitte projiziert wird.
Fig. 7A und 7B zeigen das optische Modell, um das Erfindungsprinzip zu illustrieren, wenn der Elektronenstrahl zur Peripherie des Bildschirms abgelenkt ist.
Fig. 8A und 8B zeigen einen Querschnitt eines Teils der Elektronenkanonenstruktur für ein konventionelles Farbbildröhrengerät.
Fig. 9A und 9B zeigen das optische Modell der Hauptlinse der Elektronenkanone für eine konventionelle Farbbildröhre, wenn der Elektronenstrahl auf die Bildschirmmitte projiziert ist.
Fig. 10A und 10B zeigen das optische Modell der Hauptlinse in der Elektronenkanone für eine konventionelle Farbbildröhre, wenn der Elektronenstrahl zur Peripherie des Bildschirmes abgelenkt ist.
Fig. 11A und 11B zeigen das Zeitdiagramm des Ablenkungsstromes und der der Fokussierspannung überlagerten dynamischen Fokussierspannung für die Erfindung.
Fig. 12 zeigt eine Vorderansicht der Elektronenstrahlformen in der Mitte und an der Peripherie des Leuchtschirmes gemäß der Erfindung.
Fig. 13 zeigt eine Vorderansicht der Fokussier- und Beschleunigungselektroden für eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 zeigt eine Perspektivansicht der Fokussier- und Beschleunigungselektroden für eine andere Ausführung der Erfindung.
Fig. 15 zeigt einen Querschnitt eines Teils der Elektronenkanonenstruktur für eine andere Ausführung der Erfindung.
Fig. 16 zeigt einen Querschnitt eines Teils der Elektronenkanonenstruktur für eine andere Ausführung der Erfindung.
Beim Farbbildröhrengerät wird jeder Elektronenstrahl durch die Hauptlinse konvergiert und divergiert und abschließend auf dem Leuchtschirm fokussiert. Der Strahlenfleck des Elektronenstrahls wird wegen des ungleichförmigen Ablenkungsmagnetfeldes der Ablenkungsvorrichtung verzeichnet. Eine solche durch das ungleichmäßige Magnetfeld hervorgerufene Verzeichnung wird als eine "quadrupole Verzeichnung" bezeichnet, da der Elektronenstrahl gezwungen wird, sich in vertikaler Richtung auszubreiten, jedoch gezwungen wird, sich in horizontaler Richtung zu komprimieren. So kann die Quadrupollinse vorzugsweise als Hauptlinse für die Kompensation einer solchen Strahlverzeichnung durch das Ablenkungsmagnetfeld verwendet werden. Die Quadrupollinse ist eine Linse, die zwischen der vertikalen und der horizontalen Richtung in einer anderen Richtung auf den Elektronenstrahl einwirkt. So komprimiert zum Beispiel die Quadrupollinse den Elektronenstrahl in der vertikalen Richtung und breitet ihn in der horizontalen Richtung aus.
Da es jedoch schwierig ist, die Fokussierspannung für die Kompensation der Strahlverzeichnung einzustellen, ohne den Konvergenzzustand der drei Elektronenstrahlen zu verändern, wurde die Quadrupollinse nicht als Hauptfokussierlinse verwendet. Weil sich nämlich die Spannungsdifferenz zwischen den Fokussier- und den Beschleunigungselektroden verändert, wenn die Fokussierspannung zur Einstellung des Fokussierzustandes jedes Elektronenstrahls auf dem Bildschirm verändert wird, konvergieren die drei Elektronenstrahlen nicht. Daher sollte bei einer konventionellen Ausführung der Elektronenkanone für die Farbbildröhren, wie zum Beispiel bei der in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen Nr. 61-3946 und 61-39347 und bei der Europäischen Patentanmeldung mit den Veröffentlichungsnummern 231964 und 235975 gezeigten Elektronenkanone, die Quadrupollinse getrennt von der Hauptfokussierlinse vorgesehen werden.
Bei der Elektronenkanonenstruktur, die für das Farbbildröhrengerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird ein elektrisches Hauptfeld der Hauptfokussierlinse in ein konvergierendes elektrisches Feld auf der Fokussierlinsenseite und in ein divergierendes elektrisches Feld auf der Beschleunigungslinsenseite durch eine Zwischenelektrode zwischen der Fokussier- und der Beschleunigungselektrode geteilt. Daher kann die Hauptfokussierlinse selbst die Quadrupollinse sein.
Die Europäische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 226145 offenbart eine Zwischenelektrode, die zwischen der Fokussier- und der Beschleunigungselektrode angeordnet ist. Die Hauptfokussierlinse zwischen der Fokussier- und der Beschleunigungselektrode ist jedoch keine asymmetrische Linse, wie die Quadrupollinse, sondern eine symmetrische Linse.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besteht das erfindungsgemäße Farbbildröhrengerät aus einem Trichter 11, einem Schirmträger 12 an der Vorderseite des Trichters 11, einer Lochmaske 12 mit Schlitzen 14, so im Schirmträger 12 angeordnet, daß sie dicht gegenüber einem Leuchtschirm 15 liegt, der auf einer Innenfläche des Schirmträgers 12 beschichtet ist und aus einer In-line-Elektronenkanonenstruktur im Hals 17 mit drei linear angebrachten Elektronenkanonen 16a, 16b und 16c zur Ausstrahlung von drei Elektronenstrahlen. Eine Ablenkungsspule 18, die ein kissenförmiges Horizontalablenkungsmagnetfeld und ein tonnenförmiges Vertikalablenkungsmagnetfeld, gezeigt in Fig. 1, erzeugt, ist am Trichter 11 angebracht. Der Leuchtschirm 15 besteht aus den roten, grünen und blauen Leuchtstreifen 19a, 19b und 19c, die rotes, grünes bzw. blaues Licht aussenden. Ein Fuß 21 mit isoliert angebrachten Halterungsstiften 22 ist am Ende des Halses 17 angebracht. Die Stifte 22 durchdringen den Fuß 21, um die vorher festgelegten Spannungen zu den Elektroden der Elektronenkanonenstruktur 16 zu liefern. An den Stiften 22 ist eine Steckeinheit (nicht gezeigt) befestigt.
Die Elektronenkanonenstruktur 16, wie sie in Fig. 4A gezeigt ist, schließt die linear angeordneten drei Elektroden KR, KG und KB und die Gehäuseheizeinrichtung (nicht gezeigt) ein. Die Elektronenkanonenstruktur 16 besteht auch aus einer ersten Elektrode 30, einer zweiten Elektrode 40, einer dritten Elektrode 50, einer vierten Elektrode 60, einer fünften Elektrode 70, den beiden Zwischenelektroden 80 und 90, einer sechsten Elektrode 100 und aus einer Konvergenzschale 110. Diese Elektroden werden durch ein Paar von Isolierstangen (nicht gezeigt) gehaltert. Wie in Fig. 4B gezeigt ist, ist ein Widerstand 120 nahe der Elektronenkanonenstruktur 16 angeordnet, um die vorher festgelegten konstanten Spannungen zu den Zwischenelektroden 80 und 90 zu liefern. Eine Endanschlußklemme 121 des Widerstandes 120 ist mit der sechsten Elektrode 100 und eine andere Endanschlußklemme 122 mit Erde verbunden. Die Zwischenanschlußklemmen 123 und 124 des Widerstandes 120 sind mit den Zwischenelektroden 80 bzw. 90 verbunden. Ebenfalls ist die Anschlußklemme 121 des Widerstandes 120 mit dem System 130 für die Lieferung der Arbeitsspannung verbunden. Der im US-Patent Nr. 4.672.269 , erteilt am 9. Januar 1987, gezeigte Widerstand kann zum Beispiel als Widerstand 120 der Erfindung verwendet werden.
Die erste Elektrode 30 ist aus einer dünnen Plattenelektrode mit drei kleinen, in Horizontalrichtung des Elektronenstrahlweges angeordneten Löchern hergestellt. Die zweite Elektrode 40 ist ebenfalls aus einer dünnen Plattenelektrode mit drei linear angeordneten kleinen Löchern hergestellt. Die dritte Elektrode 50 besteht aus der ersten und der zweiten Schalenelektrode 51 bzw. 52, die an ihren offenen Enden aneinander befestigt sind. Die erste Schalenelektrode 51 hat drei Löcher mit etwas größerem Durchmesser als die Löcher der dritten Elektrode 50 auf der Seite der zweiten Elektrode 40. Die zweite Schalenelektrode 52 hat drei Löcher mit einem größeren Durchmesser als der der Löcher der ersten Schalenelektrode 51 auf der Seite der vierten Elektrode 60. Die vierte Elektrode 60 besteht ebenfalls aus einer ersten und zweiten Schalenelektrode 61 bzw. 62, die an ihren offenen Enden aneinander befestigt sind. Die erste und zweite Schalenelektrode 61 und 62 besitzen drei Löcher mit einem großen Durchmesser. Die fünfte Elektrode 70 besteht aus vier Schalenelektroden 71, 72, 73 und 74, von denen jede drei Löcher mit großem Durchmesser hat. Die Zwischenelektroden 80 und 90 sind aus dicken Plattenelektroden mit drei Löchern großen Durchmessers hergestellt. Die sechste Elektrode 100 ist aus den beiden Schalenelektroden 101 und 102 zusammengesetzt, von denen jede drei Löcher mit großem Durchmesser aufweist. Die Konvergenzschale 110 ist am Boden der Schalenelektrode 102 befestigt. Alle Elektroden, von der ersten Elektrode 30 bis zur Konvergenzschale 110, haben kreisförmige Löcher.
Um die Elektronenkanone in Betrieb zu setzen, werden auf die Elektroden jeweils die folgenden Spannungen aufgebracht. An die Kathoden KR, KG und KB werden zum Beispiel jeweils Gleichstromspannungen von 150 V und modulierte Bildsignale entsprechend dem Bild angelegt. Die erste Elektrode 30 ist mit dem Erdpotential verbunden und eine Gleichstromspannung von etwa 600 V wird auf die zweite Elektrode 40 aufgebracht. Somit bilden die Kathoden KR, KG und KB, die erste Elektrode 30 und die zweite Elektrode 40 eine Triode. Die dritte und die fünfte Elektrode 50 und 70 sind an die Innenseite des Röhrenkolbens angeschlossen und an sie wird als Fokussierspannung eine Spannung von 7 kV bis 8 kV angelegt. Diese Elektroden 50 und 70 sind weiterhin der dynamischen Fokussierspannung VD überlagert, die mit dem Ablenkungswinkel variiert. Die vierte Elektrode 60 ist an der Innenseite des Kolbens mit der zweiten Elektrode 40 verbunden. Weiterhin wird eine Beschleunigungsspannung von etwa 25 kV bis 30 kV auf die sechste Elektrode 100 aufgebracht. Die zweite und die dritte Elektrode 40 und 50 bilden eine Vorfokuslinse, die vorläufig die Elektronenstrahlen fokussiert, die durch die Triode verlaufen. Die dritte, vierte und fünfte Elektrode 50, 60 und 70 bilden eine Hilfsfokussierlinse und die Elektronenstrahlen werden an der Hilfsfokussierlinse weiter fokussiert.
Spannungen von 40% und 65% der Beschleunigungsspannung werden auf die Zwischenelektroden 80 und 90 über den Widerstand 120 aufgebracht. Die fünfte Elektrode 70, die Zwischenelektroden 80 und 90 und die sechste Elektrode 100 bilden die Hauptfokussierlinse, die die jeweiligen Elektronenstrahlen fokussiert und die drei Elektronenstrahlen auf dem Leuchtschirm konvergiert. Da bei diesem Typ der Hauptfokussierlinse die Fläche der Hauptfokussierlinse durch die Zwischenelektroden 80 und 90 erweitert ist, kann die Hauptfokussierlinse eine Linse mit einer langen Brennlänge sein, eine Linse, die als Linse mit erweitertem elektrischen Feld bezeichnet wird.
Als nächstes beziehen wir uns auf Fig. 5A und 5B, dargestellt ist die äquipotentiale Verteilung, die in der Hauptlinse der Elektronenkanone gemäß der gezeigten Ausführung entsteht. Erstens besteht in Fig. 5A, die einen horizontalen Querschnitt des elektrischen Feldes zeigt, das konvergierende elektrische Feld zwischen der Schalenelektrode 74 und einer der Zwischenelektroden 80, das bis in die letzte Schalenelektrode 74 der fünften Elektrode 70 reicht, aus Äquipotentiallinien, die gemeinsam durch das Mittelloch 74G und die beiden Seitenlöcher 74R und 74B verlaufen. Weiterhin ist, weil die Äquipotentiallinien im horizontalen Querschnitt gemeinsam durch diese Löcher 74G, 74R und 74B verlaufen, die Krümmung der elektrischen Felder gering. Im Gegensatz dazu ist, wie in Fig. 5B, die einen vertikalen Querschnitt des elektrischen Feldes zeigt, die Krümmung des elektrischen Feldes des vertikalen Querschnittes durch den Einfluß der Seitenwand 75 größer als die des horizontalen Querschnittes. Daher ist die Konvergierungswirkung auf den Elektronenstrahl in vertikaler Richtung relativ stärker als in der horizontalen Richtung. Aus dem gleichen Grunde ist das divergierende elektrische Feld zwischen der anderen Zwischenelektrode 90 und der sechsten Elektrode 100, das bis in die sechste Elektrode 100 reicht, ebenfalls in vertikaler Richtung stärker als in der horizontalen Richtung.
Wie vorher erläutert wurde, besteht die Hauptfokussierlinse der Elektronenkanone 16 aus einem konvergierenden elektrischen Feld in der Nähe der fünften Elektrode 70 und aus einem divergierenden elektrischen Feld in der Nähe der Elektrode 100, die voneinander durch die Zwischenelektroden 80 und 90 getrennt sind. Weil weiterhin die Krümmung des konvergierenden und des divergierenden elektrischen Feldes in der vertikalen Richtung relativ größer ist als in der horizontalen Richtung, besitzt die Hauptfokussierlinse eine konvergierende Wirkung, die in der vertikalen Richtung relativ stärker ist und eine divergierende Wirkung, die in der vertikalen Richtung relativ stärker ist. Die Wirkung der Hauptfokussierlinse soll erläutert werden. Wenn die Elektronenstrahlen auf die Bildschirmmitte projiziert werden, werden die jeweiligen Elektronenstrahlen durch Aufbringen einer vorher festgelegten Fokussierspannung auf die fünfte Elektrode 70 in einer fast kreisförmigen Form fokussiert, so daß das asymmetrische konvergierende elektrische Feld und das divergierende elektrische Feld sich im Gleichgewicht befinden.
Wenn die Elektronenstrahlen zur Peripherie des Bildschirmes abgelenkt werden, wird die Fokussierspannung über den vorher festgelegten Wert hinaus in Abhängigkeit vom Ablenkungswinkel erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wird das konvergierende elektrische Feld schwächer, weil die Fokussierspannung sich dem Wert der Spannung nähert, die auf die Zwischenelektrode 80 aufgebracht wird. Andererseits verändert sich das divergierende elektrische Feld zwischen der Zwischenelektrode 90 und der sechsten Elektrode 100 nicht, da die Potentialdifferenz zwischen der Zwischenelektrode 90 und der sechsten Elektrode 100 sich nicht verändert. Somit wird das divergierende elektrische Feld in der Hauptfokussierlinse im Vergleich zum konvergierenden Feld relativ stärker. Somit ist für den Elektronenstrahl in der vertikalen Richtung ein unterfokussierter Zustand vorhanden und somit kann der überfokussierte Zustand, der durch das Ablenkungsmagnetfeld verursacht wird, aufgehoben werden.
Wir beziehen uns nun auf das in Fig. 6 und 7 dargestellte optische Modell. Die Wirkung der Hauptfokussierlinse wird detaillierter erläutert. Wie in Fig. 6A zu sehen ist, kann die Hauptfokussierlinse der horizontalen Richtung durch die Kombination einer relativ schwachen konvergierenden Linse (Konvexlinse) 200 und einer divergierenden Linse (Konkavlinse) 300 dargestellt werden, wenn keine Ablenkung erfolgt. Weiterhin kann, wie in Fig. 6B dargestellt ist, die Hauptfokussierlinse der vertikalen Richtung ebenfalls durch die Kombination einer relativ starken konvergierenden Linse 210 und der divergierenden Linse 310 dargestellt werden. Somit wird der Elektronenstrahl auf dem Bildschirm sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung fokussiert und es kann ein kreisförmiger Strahlfleck erhalten werden.
Wie aus Fig. 7A ersichtlich ist, verändern sich die konvergierende Linse 200 und die divergierende Linse 300 im Vergleich zu der in Fig. 6 gezeigten Linse nicht, wenn der Elektronenstrahl abgelenkt wird. Andererseits wird, wie in Fig. 7B gezeigt wird, die konvergierende Linse schwächer, wie durch die Linse 220 gezeigt wird, wogegen die divergierende Linse sich als starke Linse 310 nicht verändert, da die Potentialdifferenz zwischen der fünften Elektrode 70 und der Zwischenelektrode 80 durch Erhöhung der Fokussierspannung in der vertikalen Richtung reduziert wird, daher tritt in der vertikalen Richtung des Elektronenstrahls ein unterfokussierter Zustand auf.
Um den Unterschied zwischen der Elektronkanonenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Zwischenelektroden und einer Elektronenkanone ohne Zwischenelektrode zu erklären, wird die Wirkung der Hauptfokussierlinse in der Elektronenkanone ohne Zwischenelektrode unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis 10 erläutert. Fig. 8A und 8B zeigen einen horizontalen bzw. einen vertikalen Querschnitt der äquipotentialen Verteilung. Wie aus Fig. 8B ersichtlich ist, wird ein stark konvergierendes elektrisches Feld in der vertikalen Richtung der Hauptfokussierlinse nahe der Fokussierelektrode 70 gebildet und auch in der vertikalen Richtung bildet sich ein stark divergierendes elektrisches Feld, genauso wie bei der Elektronenkanone der vorliegenden Ausführung. Da jedoch das konvergierende und das divergierende elektrische Feld nicht voneinander getrennt sind, wird das divergierende elektrische Feld schwächer, wenn die Fokussierspannung erhöht wird, um das konvergierende elektrische Feld abzuschwächen. Daher wird an der Peripherie des Bildschirms der optimale Strahlfokussierzustand auf dem Bildschirm nicht erreicht.
Diese Erscheinung ist klar ersichtlich, wenn man Bezug auf Fig. 9 und 10 nimmt. Fig. 9 und 10 zeigen die optischen Modelle, wenn der Elektronenstrahl auf die Bildschirmmitte bzw. auf die Bildschirmperipherie projiziert wird. Wie in Fig. 10B gezeigt ist, werden in der vertikalen Richtung sowohl die konvergierende als auch die divergierende Linse infolge der erhöhten Fokussierspannung bei Projizierung des Elektronenstrahls auf die Bildschirmperipherie schwach. Somit ist es unmöglich, den unterfokussierten Zustand des Elektronenstrahls in der vertikalen Richtung allein zu erreichen. Daher ist die Strahlverzeichnung auf Grund des Ablenkungsmagnetfeldes nicht kompensiert.
Die fünfte Elektrode 70 der vorliegenden Ausführung nimmt die dynamische Spannung VD auf, die in Fig. 11B dargestellt ist und die der Fokussierspannung überlagert und mit der Ablenkung des Elektronenstrahls synchronisiert ist. Wenn der in Fig. 11A gezeigte Ablenkungsstrom gleich Null ist, nämlich wenn der Elektronenstrahl auf die Bildschirmmitte projiziert ist, ist die dynamische Spannung ebenfalls Null. Da der Elektronenstrahl zur Bildschirmperipherie abgelenkt wird, steigt die dynamische Spannung ebenfalls in einer parabolischen Kurve. Da die Fokussierspannung synchron mit der Ablenkung zur Bildschirmperipherie ansteigt, wie es vorher beschrieben wurde, ist es möglich, den unterfokussierten Zustand der Elektronenstrahlen in der vertikalen Richtung allein zu erreichen. Da die dynamische Spannung der Fokussierspannung überlagert werden kann, kann die konventionelle Steckereinheit mit einer Anschlußklemme für die Zuführung der Fokussierspannung verwendet werden.
Die Elektronenstrahlfleckkonfiguration der Ausführung ist in der Bildschirmmitte fast kreisförmig und an der Bildschirmperipherie kann der Hof in der vertikalen Richtung fast eliminiert werden, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Daher kann über den gesamten Bildschirm eine hohe Auflösung erreicht werden.
Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung soll unter Bezugnahme auf Fig. 13 erläutert werden. Im allgemeinen ist es so, daß je größer die Abmessungen der Bildröhre sind, desto größer die Verzeichnung der Elektronenstrahlen durch das Ablenkungsmagnetfeld und desto größer die in der vertikalen Richtung an der Bildschirmperipherie erscheinenden Höfe. In dem Falle, wenn die Fokussierspannung erhöht ist, ist es auch erforderlich, den unterfokussierten Zustand in der vertikalen Richtung zu vergrößern. Mit anderen Worten, es ist erforderlich die Asymmetrie des konvergierenden elektrischen Feldes und des divergierenden elektrischen Feldes zu verstärken. In der in Fig. 4A und 4B gezeigten Ausführung können, obwohl die fünfte Elektrode und die sechste Elektrode kreisförmige Löcher auf den Zwischenelektrodenseiten aufweisen, elliptische Löcher 74R', 74G' und 74B' mit der langen Achse in der horizontalen Richtung verwendet werden, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Durch das längliche Loch wird das konvergierende Feld in der vertikalen Richtung weiter verstärkt und das divergierende elektrische Feld wird ebenfalls in der vertikalen Richtung weiter verstärkt. Das Verhältnis der langen Achse zur kurzen Achse der elliptischen Löcher kann für die fünfte und die sechste Elektrode gleich sein oder kann auch unterschiedlich gestaltet werden. Ebenfalls kann das Verhältnis der Löcher in der Mitte 74G' (101G') zu den Löchern auf beiden Seiten der Löcher 74R' (101R') und 74B' (101B') unterschiedlich sein. Durch Kombination dieser vorher erwähnten Konstruktionen kann das Überlagern der dynamischen Spannung über die Fokussierspannung eliminiert werden.
Als eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung kann, wie in Fig. 14 dargestellt ist, ein Paar von plattenförmigen Bauteilen 300 so angeordnet werden, daß sie in vertikaler Richtung in der Innenseite der letzten Schalenelektrode der fünften Elektrode 70 und der Schalenelektrode 101 der sechsten Elektrode 100 gegenüberliegend angeordnet sind. Bei dieser Komplexelektrode wird das konvergierende elektrische Feld in der vertikalen Richtung weiter verstärkt und das divergierende elektrische Feld wird ebenfalls in der vertikalen Richtung weiter verstärkt, da die Durchdringung des elektrischen Feldes auf die vertikale Richtung allein beschränkt ist. Ebenfalls kann, wenn die Länge l der plattenförmigen Bauteile 300 in der axialen Richtung der Röhre größer gemacht wird, die Stärke des elektrischen Feldes in der vertikalen Richtung erhöht werden. Die Länge l des Bauteils 300 in der axialen Richtung der Röhre, das an der Innenseite der fünften und der sechsten Elektrode angeordnet ist, kann die gleiche sein oder sie kann unterschiedlich sein. Auch das elliptische Loch, gezeigt in Fig. 13, und das in Fig. 14 gezeigte Bauteil können kombiniert werden. Bei dieser Komplexelektrode werden die Stärken des asymmetrischen konvergierenden und divergierenden elektrischen Feldes sogar noch stärker als die der in Fig. 13 und 14 gezeigten Ausführungen. Es ist weiterhin möglich, die Überlagerung der dynamischen Fokussierspannung durch Verwendung dieser Komplexelektroden zu eliminieren.
In einer anderen Ausführung, die in Fig. 15 gezeigt ist, können die Zylinderwände 76 und 103, die sich in das Innere des Loches erstrecken, in der fünften und sechsten Elektrode oder in einer der beiden Elektroden vorgesehen sein. Wenn die Länge k der Zylinderwände 76 und 103 länger gestaltet wird, schwächt sich im Falle des kreisförmigen Loches die Asymmetrie ab. Sie wird jedoch im Falle eines elliptischen Loches verstärkt. Weiterhin kann, wie in Fig. 16 gezeigt ist, das dickplattige Bauteil 77 und 104 zu einer oder beiden der fünften und sechsten Elektroden hinzugerechnet werden. Wenn die Dicke m dieses dickplattigen Bauteils vergrößert wird, wird die Asymmetrie im Falle eines kreisförmigen Loches abgeschwächt, im Falle eines elliptischen Loches wird sie jedoch verstärkt.
Hinsichtlich der Ausführungen der vorliegenden Erfindung können, obwohl eine Elektronenkanone vom komplexen Typ, bezeichnet als quadrupotentiale Elektronenkanone erläutert wurde, im Rahmen der Erfindung auch andere kombinierte Elektronenkanonen verwendet werden und es können auch Elektronenkanonen vom bipotentialen Typ und vom unipotentialen Typ Verwendung finden. Weiterhin gilt, obwohl die Elektronenkanone zwei Zwischenelektroden besitzt, die Erfindung auch für eine Elektronenkanone mit einer Zwischenelektrode und mit mehr als drei Zwischenelektroden.
Darüber hinaus gilt die vorliegende Erfindung auch für ein Mehrstrahlensystem und für ein Einstrahlensystem. Weiterhin gilt die vorliegende Erfindung auch für die Delta-Elektronenkanone.

Claims

1. Farbbildröhrengerät, das auf mehrere Spannungen reagiert, einschließlich einer Fokussierspannung, einer Beschleunigungsspannung höher als die Fokussierspannung und mindestens einer Zwischenspannung zwischen der Fokussier- und der Beschleunigungsspannung, bestehend aus einem Kolben mit einem Trichter (11), der eine Vorder- und eine Rückseite aufweist, einem Schirmträger (12) an der Vorderseite des Trichters und einem Hals (17) an der Rückseite des Trichters, einem Leuchtschirm (15) auf der Innenseite des Schirmträgers mit einer Vielzahl von Leuchtstreifen (19a, 19b, 19c), die sich in vertikaler Richtung erstrecken und in einer horizontalen Richtung angeordnet sind, einer Lochmaske (13) mit einer Vielzahl von Löchern darin, angeordnet nahe dem Leuchtschirm, einer Elektronenkanonenstruktur (16) im Hals für die Erzeugung von drei Elektronenstrahlen, die in einer Richtung parallel zur Horizontalrichtung verlaufen mit einer Kathode für das Aussenden der Elektronenstrahlen, einer Fokussierelektrode (70), die auf eine Fokussierspannung reagiert, einer Beschleunigungselektrode (100), die auf eine Beschleunigungsspannung reagiert und mindestens einer Zwischenelektrode (80, 90) zwischen der Fokussierelektrode und der Beschleunigungselektrode, die auf eine Zwischenspannung reagiert, Widerständen (120) innerhalb des Kolbens zur Lieferung der Zwischenspannung zur Elektronenkanonenstruktur und Ablenkungsmitteln (18) zur Erzeugung eines ungleichförmigen Ablenkungsmagnetfeldes zur Ablenkung der Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode erste Mittel (74) zum Aufbau gemeinsamer Äquipotentiallinien einschließt, die horizontal einen Durchgangsbereich der Elektronenstrahlen durchqueren, um so ein asymmetrisches konvergierendes elektrisches Feld nahe der Fokussierelektrode zu erzeugen, das im Vergleich mit der Konvergierwirkung in einer anderen Richtung eine relativ starke Konvergierwirkung in einer Richtung parallel zur vertikalen Richtung senkrecht zu der einen Richtung aufweist, die Beschleunigungselektrode zweite Mittel (101) zum Aufbau gemeinsamer Äquipotentiallinien einschließt, die horizontal den Durchgangsbereich der Elektronenstrahlen durchqueren, um so ein asymmetrisches divergierendes elektrisches Feld nahe der Beschleunigungselektrode zu erzeugen mit einer im Vergleich zur anderen Richtung relativ starken Divergierwirkung in einer Richtung und daß das konvergierende elektrische Feld vom divergierenden elektrischen Feld durch mindestens eine Zwischenelektrode getrennt ist, die drei Löcher besitzt, durch die die Elektronenstrahlen hindurchgehen.

2. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung der Fokussierspannung in Abhängigkeit von der Ablenkung der Elektronenstrahlen.

3. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode und/oder die Beschleunigungselektrode nichtkreisförmige Löcher mit einer langen Achse parallel der anderen Richtung, die der Zwischenelektrode gegenüberliegen, aufweist.

4. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode und/oder die Beschleunigungselektrode kreisförmige Löcher gegenüber der Zwischenelektrode aufweisen.

5. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode und/oder die Beschleunigungselektrode weiterhin ein Paar von plattenförmigen Bauteilen aufweisen, die einen Raum dazwischen definieren und die Löcher sich in Flucht mit dem Raum befinden.

6. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode und/oder die Beschleunigungselektrode kreisförmige Löcher aufweist, die der Zwischenelektrode gegenüberliegen und ein Paar von plattenförmigen Bauteilen, die einen Raum dazwischen definieren und die Löcher sich in Flucht mit dem Raum befinden.

7. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode und/oder die Beschleunigungselektrode weiterhin eine Zylinderwandung aufweisen, die jedes Loch definiert und die sich in Richtung zur entsprechenden Elektrode erstreckt.

8. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode und/oder die Beschleunigungselektrode weiter ein dickplattiges Bauteil mit mehreren kreisförmigen Öffnungen darin aufweisen, wobei jede Öffnung sich mit einem der Löcher in Flucht befindet.

9. Farbbildröhrengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode und/oder die Beschleunigungselektrode ein dickplattiges Bauteil mit mehreren nicht kreisförmigen Öffnungen darin aufweisen, wobei jede Öffnung sich mit einem der Löcher in Flucht befindet.