Farbbildröhre mit reduzierter Ablenkdefokussierung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Farbwiedergaberöhre mit einem In-
Line-Elektronenstrahlerzeugungssystem, einer selbstkonvergierenden Ablenkspule,
einer Schattenmaske mit einem Muster von Öffnungen und mit einem
Wiedergabeschirm mit einem Muster von Phosphorpunkten, wobei das Lochmuster aus Öffnungen
besteht, die in vertikalen Reihen mit einem nahezu gleichen vertikalen Zwischenraum
zwischen den Mitten jedes Paares aufeinanderfolgender Öffnungen in jeder Reihe
versehen ist, wobei die vertikalen Reihen von Öffnungen über den halben vertikalen
Öffnungszwischenraum wechselweise versetzt sind.
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Eine Farbwiedergaberöhre dieser Art ist allgemein bekannt. Die
Schattenmaske kann eine hexagonale Maske mit kreisförmigen Öffnungen sein und
das Phosphorpunktmuster kann Phosphorpunkte haben, die in horizontalen Triplets
gegliedert sind. Die Schattenmaske kann aber auch ein Öffnungenmuster sein mit sich
in vertikaler Richtung erstreckenden länglichen Öffnungen, oder Schlitzen, wobei in
diesem Fall das Phosphorpunktmuster aus gleichförmigen vertikalen Phosphorstreifen
besteht. In allen Fällen ist das Elektronenstrahlerzeugungssystem derart angepasst,
dass es drei Elektronenstrahlen in der horizontalen Ebene erzeugt, und zwar durch die
Achse der Farbwiedergaberöhre. Im Wesentlichen werden zur Zeit nur
Farbwiedergaberöhren mit einem horizontalen In-Line-Elektronenstrahlerzeugungssystem weltweit
vermarktet.
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Insbesondere werden drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme in einer
horizontalen Ebene, und die je mit der Information eines der drei Farben Rot, Grün
und Blau moduliert werden, in den heutigen Wiedergaberöhren zum Wiedergeben von
Videobildern oder von Computerdaten benutzt. Die Elektronenstrahlen werden auf
einen Punkt in der Mitte des Wiedergabeschirms gerichtet und werden mit Hilfe einer
selbstkonvergierenen Ablenkspule gemeinsam magnetisch zu anderen Teilen des
Wiedergabeschirms abgelenkt, so dass die Strahlen immer an einem Punkt
zusammenkommen, oder konvergieren. Eine metallene Schattenmaske mit Öffnungen oder
Schlitzen ist in einem Kurzen Abstand von dem Wiedergabeschirm vorgesehen, wobei
diese Schattenmaske teilweise die Strahlen derart durchlässt, dass jeder der drei
Elektronenstrahlen nur an Stellen auf den Wiedergabeschirm auftrifft, wo Phosphore
vorgesehen wurden, die dann aufleuchten in dem Farbton, mit dem der auftreffende
Elektronenstrahl moduliert worden ist.
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Das bei bekannten Farbwiedergaberöhren verwendetete magnetische
Ablenksystem hat den Nachteil, dass bei Ablenkung in der horizontalen Richtung die
horizontale Abmessung des Elektronenpunktes an dem Wiedergabeschirm vergrößert
wird und ebenfalls in der vertikalen Richtung defokussiert wird, so dass die Auflösung
des wiedergegebenen Bildes beeinträchtigt wird. Diese Effekte nehmen mit der
horizontalen Ablenkung quadratisch zu und zeigen sich am deutlichsten bei
Farbwiedergaberöhren mit ziemlich großen Ablenkwinkeln, beispielsweise 110º, die, wegen der
geringen Tiefe, insbesondere bei Farbwiedergaberöhren mit größeren Abmessungen
des Wiedergabeschirms benutzt werden.
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Der interessierte Leser kann weitere Hintergrundinformation finden in:
"The 20AX System and Picture Tube, IEEE Trans. On Broadcast and TV Receivers"
von P.G.J. Barten, Heft 20, Nr. 4, Seiten 286-292, November 1974.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Ablenkdefoussierung bei herkömmlichen Farbwiedergaberöhren dadurch zu reduzieren, dass
eine neue Farbwiedergaberöhrenanordnung vorgeschlagen wird.
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Dazu schafft die Erfindung eine Farbwiedergaberöhre der eingangs
beschriebenen Art, die das Kennzeichen aufweist, dass das
Elektronenstrahlerzeugungssystem derart angepasst wird, dass es drei Elektronenstrahlen in der vertikalen Ebene
durch die Achse der Farbwiedergaberöhre erzeugt, dass die Phosphorpunkte in
vertikalen Triplets gegliedert sind und dass die Öffnungen und die Phosphorpunkte in
horizontaler Richtung eine länglich Form haben.
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Der Hauptgedanken der vorgeschlagenen neuen Einrichtung einer
Farbwiedergaberöhre ist, dass das Elektronenstrahlerzeugungssystem derart angepasst
ist, dass es nicht drei Elektronenstrahlen in der horizontalen Ebene erzeugt, wie bei der
herkömmlichen Praxis, sondern in der vertikalen Ebene durch die Achse der
Farbwiedergaberöhre, wobei diese technische Maßnahme zu einer größeren Reduktion der
Defokussierung führt, die verursacht wird durch Ablenkung in einem an dem
Wiedergabeschirm wiedergegebenen Bild.
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Es dürfte dem Fachmann einleuchten, dass das Ablenksystem dann
derart angepasst sein soll, dass die Selbstkonvergenz der Elektronenstrahlen beibehalten
wird. In der vorgeschlagenen neuen Anordnung der Farbwiedergaberöhre hat das
Magnetfeld der Horizontal-Ablenkspule den Charakter von dem der Vertikal-Ablenkspule
des herkömmlichen Ablenksystems, und das Magnetfeld der Vertikal-Ablenkspule hat
den Charakter von dem der Horizontal-Ablenkspule des herkömmlichen
Ablenksystems. Die Kombination der Horizontal- und Vertikal-Ablenkspule wird als selbst
konvergierende Ablenkspule bezeichnet.
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Es ist wahr, dass die genannten Defokussierungseffekte nun bei
Ablenkung in der vertikalen Richtung auftreten, aber da, durch das rechteckige Bildformat,
Ablenkung in der vertikalen Richtung viel geringer ist als Ablenkung in der
horizontalen Richtung, und da Defokussierungseffekte mit der Ablenkung quadratisch
zunehmen, sollen sie in der Praxis vermieden werden. Dies gilt insbesondere für
Farbwiedergaberöhren mit einem Wiedergabeschirmformat von 16 : 9, wobei die Vertikal-
Ablenkung nur 9/16 der Horizontal-Ablenkung beträgt und die Defokussierung
folglich um den Quadratwert davon reduziert wird, herunter zu etwa 0,32 der
Defokussierung in der horizontalen Richtung einer herkömmlichen Farbwiedergaberöhre.
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Wenn aber die Elektronenstrahlen in einer vertikalen Ebene liegen,
sollte nicht nur als Ablenksystem angepasst werden, sondern auch die Konfiguration
des Lochmusters in der Schattenmaske und die zugeordnete Konfiguration des
Phosphorpunktmusters am Wiedergabeschirm. In diesem Fall ist es auf der Hand liegend,
die zwei Muster einfach um 90º zu verdrehen. Dies ergibt aber sehr störende Moire-
Effekte, bestehend aus dunklen und hellen Streifen in dem am Schirm
wiedergegebenen Bild, wobei diese Effekte der Interferenz zwischen den horizontalen Abtastzeilen
und dem Lochmuster in der Schattenmaske zuzuschreiben sind. Dieser Moire-Effekt
wird insbesondere deutlich sichtbar, wenn eine Schattenmaske verwendet wird, mit
vertikalen Schlitzen und ein Phosphorpunktmuster, das aus gleichförmigen Streifen
besteht. Der Effekt tritt ebenfalls auf, wenn eine Schattenmaske mit kreisrunden
Öffnungen in einem hexagonalen Muster über 90º verdreht verwendet wird, wobei dieser
Typ von Schattenmaske insbesondere verwendet wird bei Farbwiedergaberöhren für
Monitoren. Bei herkömmlichen Farbwiedergaberöhren hat eine Maske dieser Art eine
derartige Konfiguration, dass das Lochmuster aus kreisförmigen Öffnungen besteht,
die in vertikalen Reihen gegliedert sind, wobei es zwischen den Mitten jedes Paares
aufeinanderfolgender Öffnungen in jeder Reihe einen im Wesentlichen gleichen
vertikalen Raum gibt, und wobei die vertikalen Reihen von Öffnungen über die Hälfte des
vertikalen Öffnungsraum abwechselnd versetzt sind. Wenn der vertikale Raum
zwischen den Mitten der Öffnungen als s bezeichnet wird, beträgt der vertikale Raum
zwischen zwei benachbarten horizontalen Reihen von Öffnungen 1/2a. Dieser Raum
ist klein genug um einen Moire-Effekt zu vermeiden. Wenn die Maske 90º gedreht
wird, wird aber der Raum zwischen zwei horizontalen einen kreisförmiger Öffnungen
1/2a 3 und folglich etwa 1.73mal größer. Da die Intensität des auftretenden Moire-
Effektes mit dem vertyikalen Abstand zwischen zwei benachbarten horizontalen
Reihen von Öffnungen sehr stark steigt, werden Moire-Effekte im Allgemeinen in
geringerem Maße auftreten.
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Der interessierte Leser kann weitere Hintergrunsinformation über
Moire-Effekte bei Farbwiedergaberöhren finden in dem Artikel von P.G.J. Barten:
"Theorie des Moire bei Schattenmasken-Farbbildröhren", Valvo-Berichte, Heft 15, Nr. 3,
Seiten 79-92, November 1969.
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Nach der Erfindung kann aber das Auftreten von Moire-Effekten
dadurch vermieden werden, dass die Phosphor-Triplets vertikal statt horizontal
vorgesehen werden, was besser ist als Drehung des Lochmusters der Schattenmaske um 90º,
wobei in diesem Fall die Öffnungen und die Phosphorpunkte in der horizontalen
Richtung verlängert sind. Das Ergebnis ist eine befriedigende Füllung des
Wiedergabeschirms und die Vermeidung einer Überlappung.
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Wenn die Geometrie der herkömmlichen hexagonalen Maske
verwendet wird als Basis der Mitten der Öffnungen in der Schattenmaske, werden die
horizontalen Abmessungen der Phosphorpunkte vorzugsweise vergrößert um den Faktor
3/2 und die vertikalen Abmessungen werden vorzugsweise reduziert um einen Faktor
3, so dass die Phosphorpunkte horizontal verlängert werden, mit einem Länge/Breite-
Verhältnis von etwa 2,6. Auch die Maskenöffnungen werden dann vorzugsweise eine
derartige horizontal verlängerte Form haben.
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Es ist aber nicht notwendig, die herkömmliche hexagonale Geometrie
als Basis für die Mitten der Öffnungen in der Schattenmaske zu verwenden. Wenn der
horizontale Zwischenraum zwischen zwei vertikalen Reihen von Öffnungen gleich
dem halben vertikalen Öffnungsabstand eingehalten wird, wird eine die
Zwischenräume füllende tetragonale Geometrie erhalten, die günstiger ist für die Auflösung der
Farbwiedergaberöhre und wobei das Länge/Breite-Verhältnis nur 1,5 beträgt.
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Zwischenformen sind selbstverständlich auch möglich. So kann
beispielsweise eine Schattenmaske verwendet werden, wobei der horizontale
Zwischenraum zwischen den vertikalen Reihen von Öffnungen 2/3 des vertikalen
Zwischenraums zwischen den Öffnungen beträgt. In dem Fall werden die Phosphorpunkte ein
Länge-Breitenverhältnis gleich 2 haben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Figur leinen horizontalen Schnitt durch die Achse einer herkömmlichen
Farbwiedergaberöhre,
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Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch die Achse einer Ausführungsform
der vorgeschlagenen Farbwiedergaberöhre,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Musters
von Öffnungen und eines Musters von Phosphorpunkten bei einer herkömmlichen
Farbwiedergaberöhre mit einer hexagonalen Schattenmaske,
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Fig. 4 eine schematische Darstellung einer etwaigen Konfiguration
eines Lochmusters und eines Phosphorpunktmusters bei einer Farbwiedergaberöhre
nach der Erfindung, wobei die Geometrie der Mitten der Öffnungen in der
Schattenmaske der einer herkömmlichen Schattenmaske entspricht, und
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Fig. 5 eine Darstellung, ähnlich wie in Fig. 4, einer weiteren etwigen
Konfiguration eines Lochmusters und eines Phosphorpunktmusters bei einer
Farbwiedergaberöhre nach der Erfindung, wobei der horizontale Zwischenraum zwischen den
vertikalen Reihen von Öffnungen dem halben vertikalen Zwischenraum zwischen den
Öffnungen entspricht.
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Die relativen Ausdrücke "horizontal" und "vertikal", wie in der
herkömmlichen Praxis vom Fachmann definiert, werden in der Beschreibung sowie in
den Ansprüchen benutzt.
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Fig. 1 ist ein horizontaler Schnitt durch die Achse einer herkömmlichen
Farbwiedergaberöhre. Die Röhre umfasst ein durch das Bezugszeichen 1 bezeichnetes
In-Line-Elektronenstrahlerzeugungssystem, eine selbst konvergierende Ablenkspule 2,
eine Schattenmaske 3, ein Lochmuster 4 der Schattenmaske 3, einen
Wiedergabeschirm 5, eine Phosphorschicht 6 (bestehend aus dem oben beschriebenen
Punktmuster) des Wiedergabeschirms 5, und drei Elektronenstrahlen 7, 8 und 9, und die Achse
10 der Farbwiedergaberöhre.
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Die Struktur der herkömmlichen Farbwiedergaberöhre nach Fig. 1
sowie die Wirkungsweise und die Antriebsmoden sind dem Fachmann durchaus
bekannt.
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Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt durch die Achse einer Ausführungsform
der Farbwiedergaberöhre nach der Erfindung. Entsprechende Teile der
Farbwiedergaberöhre nach Fig. 2 werden mit denselben Bezugszeichen aus Fig. 1 bezeichnet.
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Die Farbwiedergaberöhre nach Fig. 2 weicht von der nach Fig. 1 ab
durch die vertikale Konfiguration der Elektronenstrahlen 7, 8 und 9 statt der
horizontalen Konfiguration.
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Ausgehend von der herkömmlichen Farbwiedergaberöhre nach Fig. 1
und nach Durchführung der Maßnahme nach der vorliegenden Erfindung dürfte der
Fachmann imstande sein, die drei Elektronenstrahlen 7, 8 und 9 in einer vertikalen
Ebene vorzusehen und das Ablenksystem anzupassen, insbesondere die
selbstkonvergierende Ablenkspule 2 derart, dass die Selbstkonvergenz der Elektronenstrahlen 7, 8
und 9 beibehalten wird.
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Weiter Maßnahmen nach der vorliegenden Erfindung werden anhand
der Fig. 3 bis 5 näher erläutert, die zur Erläuterung das Phosphorpunktmuster zeigen in
der Ebene der betreffenden Figur und das Lochmuster projiziert in der Ebene dieser
Figur, aus welchen Grund die Lochkonturen gestrichelt dargestellt sind.
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Fig. 3 zeigt schematisch die Konfiguration des Lochmusters 4 und des
Phosphorpunktmusters 6 in der Farbwiedergaberöhre nach Fig. 1. Insbesondere zeigt
Fig. 3 Teile einer hexagonalen Schattenmaske mit kreisförmigen Öffnungen 104 und
einem Phosphorpunktmuster mit horizontalen Triplets, die durch 111 bezeichnet
werden und aus je drei Phosphorpunkten 106 bestehen, beispielsweise einem grünen
Punkt in der Mitte und einem blauen und roten Punkt an den Enden jedes Triplets. Die
Mittel der kreisförmigen Öffnungen 104 in der hexagonalen Schattenmaske sich mit
dem Bezugszeichen 112 angegeben.
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In einer hexagonalen Schattenmaske sind die Öffnungen 104 in
vertikalen Reihen gegliedert, mit einem im Wesentlichen gleichen vertikalen Abstand
zwischen den Öffnungen, bezeichnet durch a, zwischen den Mitten 112 jedes Paares
aufeinanderfolgender Öffnungen 104 in jeder Reihe, während die vertikalen Reihen von
Öffnungen 104 wechselweise über den halben vertikalen Zwischenraum zwischen den
Öffnungen versetzt sind, wobei diese Versetzung mit dem Bezugszeichen b angegeben
ist und wobei b = a/2 ist. Der Ausdruck " mit einem im Wesentlichen gleichen
vertikalen Abstand zwischen den Öffnungen" wird geprägt, weil "ein gleicher vertikaler"
Abstand zwischen den Öffnungen nur genau gilt in dem Mittenteil der Schattenmaske
beispielsweise einer Farbwiedergaberöhre mit einer randflexiblen Begrenzungskontur.
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Wenn die herkömmliche Konfiguration der Schattenmaske 3 und des
Wiedergabeschirms 5 aus Fig. 3 bei der Farbwiedergaberöhre nach Fig. 2 verwendet
wird, aber mit einer Drehung von 90º, d. h. mit vertikalen Triplets 111, dann wird der
vertikale Raum c zwischen zwei horizontalen Reihen von Öffnungen 104 das
1/2 3fache des Raumes b im Falle ohne Drehung sein, wie in Fig. 3 dargestellt, so
dass Moire-Effekte auftreten werden.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen etwaige Lösungen für das Moire-Problem,
während der Vorteil einer reduzierten Ablenkdefokussierung beibehalten wird.
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Fig. 4 zeigt schematisch eine etwaige Konfiguration eines Lochmusters
4 und eines Phosphorpunktmusters 6 in einer Farbwiedergaberöhre nach der
vorliegenden Erfindung, wobei die Geometrie der Mitten 212 der Öffnungen 204 in der
Schattenmaske 3 der einer herkömmlichen Schattenmaske entspricht. Wie in Fig. 4
dargestellt, sind die Phosphorpunkte 206 in vertikalen Triplets gegliedert, die durch
die Linien 211 bezeichnet sind, während die Öffnungen 204 sowie die Phosphorpunkte
206 horizontal eine lägliche Form haben. Mit anderen Worten, dies ist eine sich
horizontal erstreckende Phosphorpunktstruktur, wobei die Punkte 206 eine rechteckige
Form haben können mit semikreisförmigen Enden und einer entsprechenden Form der
Öffnungen 204.
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Auf ähnliche Weise wie bei der Konfiguration nach Fig. 3 zeigt die
Konfiguration nach Fig. 4, dass der horizontale Raum zwischen den vertikalen Reihen
mit Öffnungen 104 und 204, der durch c bezeichnet ist, und in dem vertikalen
Zwischenraum zwischen den Öffnungen ausgedrückt, durch das Bezugszeichen a
bezeichnet, gleich 1/2 3 ist.
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In Fig. 5 entspricht der horizontale Raum c zwischen vertikalen Reihen
von Öffnungen 304 der Hälfte des vertikalen Raums a zwischen den Öffnungen, so
dass eine die Zwischenräume füllende tetragonale Geometrie mit einem Längeßreite-
Verhältnis von 1,5 erhalten wird.
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In Fig. 5 werden die Phosphorpunkte, die Triplets und die Mittel der
Öffnungen durch die Bezugszeichen 306, 311 bzw. 312 bezeichnet.
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Die Farbwiedergaberöhre nach der vorliegenden Erfindung kann mit
großem Vorteil bei Farbfernsehgeräten oder in Monitoren, beispielsweise für einen
Computer, verwendet werden.