DE936941C

DE936941C - Electron beam tubes, in particular picture tubes for television reception purposes, with electrostatic focusing

Info

Publication number: DE936941C
Application number: DET8651A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr-Ing Gundert
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1953-11-13
Filing date: 1953-11-14
Publication date: 1955-12-22

Description

Zur elektrostatischen Fokussierung des Elektronenstrahles einer Elektronenstrahlröhre kann man EinzelHnsen oder BeschleunigungsMnsen verwenden. Bei sokäien Linsen sind, insbesondere dann, wenn man die Elektronenstrahlröhre als Bildröhre in Fernsehempfangsgeräten verwendet, die beiden folgenden Merkmale erwünscht. Erstens soll bei einer Anodenspannung oberhalb io kV die Linsentspannung nach Möglichkeit so niedrigFor electrostatic focusing of the electron beam of a cathode ray tube can you can use single hands or acceleration hands. With so many lenses are, in particular when the cathode ray tube is used as a picture tube in television receivers, the following two characteristics are desirable. First, with an anode voltage above 10 kV the lens relaxation as low as possible

:o gehalten werden, daß man die im Fernsehrempfangsgerät bereits zur Verfügung stehende Spannung, die in der Regel zwischen —ioo und + soo V liegt, benutzen kann, daß man also ohne ein zusätzliches Gerät zur Erzeugung der Linsenspannung auskommt. Zweitens muß die Linse so dimensioniert sein, daß man mit ihr den optimalen Strahldurchmesser erhält.: o be kept that one is already available in the television receiver Voltage, which is usually between -ioo and + soo V, can be used, so that one can use manages without an additional device for generating the lens tension. Second, the Lens must be dimensioned so that you get the optimal beam diameter with it.

Was man unter dem Begriff »optimaler Strahldurchmesser« zu verstehen 'hat, soll an Hand der Abb. ι erläutert werden. In dem Diagramm dieser Abbildung ist in Abhängigkeit des Strahldurchmessers D in der Ablenkebene der Leuchtfleckd'urchmesser d auf dem Bildschirm aufgetragen. Die eingezeichnete Kurve I gilt für den unausgelenkten, die Kurve II für den ausgelenkten Strahl, wobei für den ausgelenkten Strahl zu den sich aus der Kurve II ergebenden Werten, noch die Werte gemäß der Kurve I zu addieren sind. Man erhält dann die resultierende Kurve III für den ausgelenkten Stra'hl.What is to be understood by the term "optimal beam diameter" is to be explained with reference to Fig. Ι. In the diagram of this figure, the light spot diameter d is plotted on the screen as a function of the beam diameter D in the deflection plane. The drawn curve I applies to the undeflected beam, curve II to the deflected beam, with the values according to curve I still having to be added to the values resulting from curve II for the deflected beam. The resulting curve III for the deflected beam is then obtained.

Wie sich aus der Kurve I ergibt, wird der Leuchtneckduirchrnesser bei nicht ausgelenktem Strahl· mit zunehmendem Strahldurchmesser kleiner. Die Kurve verläuft etwa wie die einer Hyperbel. Dieser Zusammenhang ergibt sich aus dem optischem Abbildungsgesetz. Bed ausgelenktem Elektronenstrahl tritt jedoch zusätzlich ein Ab lenkfehler auf, der eine weitere Vergrößerung des Leuchtfleckdurchmessers hervorruft. Dieser Ablerilcfehler nimmt mit zunehmendem Strahldurchmesser zu (Kurve II). Aus der resultierenden Kurve III ergibt sich Ln erster Näherung· ein optimaler Strahkrurchmesser D_opt, bei dem der Leuchtfleckdurchmesser seinen geringsten Wert erreicht.As can be seen from curve I, if the beam is not deflected, the luminous neck diameter becomes smaller as the beam diameter increases. The curve is roughly like that of a hyperbola. This relationship results from the optical imaging law. However, if the electron beam is deflected, a deflection error also occurs, which causes a further increase in the diameter of the light spot. This reporting error increases with increasing beam diameter (curve II). The resulting curve III yields Ln, as a first approximation, an optimal beam diameter D _opt at which the light spot diameter reaches its smallest value.

Die beiden oben angegebenen Forderungen lassen sich ohne weiteres mit einer Einzellinse erfüllen. Durch geeignete Bemessung des Abstandes zwischen den beiden Anodenteilen der Linse ist ao man nämlich in der Lage, eine gewünschte Brennweite der Linse bei jedem Linsendiurchmesser mit einer in weiten Grenzen beliebigen Linsenspannung, insbesondere mit einer zwischen Null und 500 V liegenden Linsenspannung, herzustellen. Diesem Vorteil der Einzellinse stehen jedoch erhebliche Nachteile gegenüber. Zunächst einmal sind die Isolationsschwierigkeiten zu erwähnen, die sich dadurch ergeben, daß eine hohe Anodenspannung an den beiden die Linsenelektrode eingrenzenden Elektrodeniteilen liegt. Ein weiterer Nachteil besteht in der geringen Toleranz für den Abstand zwischen diesen beiden Anodenteilen.The two requirements given above can easily be met with a single lens. By appropriately dimensioning the distance between the two anode parts of the lens ao you are namely able to have a desired focal length of the lens with any lens diameter a lens voltage that is arbitrary within wide limits, in particular with one between zero and a lens voltage of 500 V. However, this advantage of the single lens is available significant disadvantages compared to. First of all, the isolation difficulties should be mentioned, which result from the fact that a high anode voltage at the two delimiting the lens electrode Parts of the electrode. Another disadvantage is the low tolerance for the Distance between these two anode parts.

Die erwähnten, bei Einzellinsensystemen auftreten Schwierigkeiten, hat man jedoch bei einer Beschleunigungslinse nicht zu erwarten, weil bei einer Beschleunigunigslinse in Strahlrichtung gesehen auf die Steuerelektrode die Linsenelektrode und erst dann die auf hohem Potential liegende Anode folgt. Die Schwierigkeiten bezüglich der Isolation sind also wesentlich !geringer. Mit einer solchen Beschleunigungslinse kann man unter Umständen auch kleinere Öffnungsfehler erzielen. Trotz dieser sehr wesentlichen Vorteile der BeschleunigungsHnse hat man ein solches Linsensystem bisher stets ,nur dann angewendet, wenn man in der Lage war, die Linsenspannung· hinreichend groß zu wählen. Man war nämlich der Ansicht, daß man zur Erzielung eines optimalen Strahldurchmessers eine bestimmte geometrische Länge der Linsenelektrode benötigt, daß man aber dann eine entsprechend höhere Linsenspannung anwenden muß. Dieses Vorurteil wird durch die Erfindung beseitigt.The difficulties mentioned, which occur with single lens systems, are, however, encountered with one Accelerator lens not to be expected because seen in the direction of the beam with an accelerator lens on the control electrode the lens electrode and only then the one which is at high potential Anode follows. The difficulties with regard to isolation are therefore considerably less. With a Such an accelerator lens can, under certain circumstances, also produce smaller aperture errors. In spite of these very important advantages of the acceleration lens, one has such a lens system always applied so far, only if one was able to choose the lens tension · sufficiently large. You were the one View that to achieve an optimal beam diameter, a certain geometric Length of the lens electrode required, but then a correspondingly higher lens voltage must apply. This prejudice is eliminated by the invention.

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrählröhre, die in Strahlrichtung hintereinanderliegend eine Kathode, eine Elektrode zur Helligkeitssteuerung (Steuerelektrode), eine Elektrode zur elektrostatischen Fokussierung des Elektronenstrahles (Linsenelefetrode) und eine auf Anoden^u potential liegende Elektrode aufweist und die gegebenenfalls noch eine zwischen der Steuerelektrode und der Linsenelektrode liegende, als Schirmgitter wirkende Elektrode enthält. Erfindiungsgifnäß ist das Verhältnis des· Abstandeszwischen der Emissionsfläche der Kathode und 65, dem Anfang der auf Anodenpotential liegenden Elektrode bzw. dem Ende der Linsenelektrode zu dem Linseminnendurchmesser an der Stelle des Eintritts des Elektronenstrahles in die auf Anodenpotential liegende Elektrode < I, insbesondere jedoch derart gewählt, daß zur Fokussierung des Elektronenstrahles eine Linsenspannung zwischen etwa —100 und +500 V ausreichend ist, und die Absolutwerte dieser beiden Größen sind derart gewählt, daß die oben definierte Linsenlänge den. gewünschten optimalen Strahldurchmesser gewährleistet.The invention relates to an electron beam tube which has, one behind the other in the beam direction, a cathode, an electrode for brightness control (control electrode), an electrode for electrostatic focusing of the electron beam (lens electrode) and an ^{electrode on the anodes and} possibly also one between the control electrode and the Contains the lens electrode, which acts as a screen grid. According to the invention, the ratio of the distance between the emission surface of the cathode and 65, the beginning of the electrode at anode potential or the end of the lens electrode to the inner diameter of the lens at the point of entry of the electron beam into the electrode at anode potential <I, in particular, is chosen so that a lens voltage between approximately -100 and +500 V is sufficient to focus the electron beam, and the absolute values of these two quantities are selected such that the lens length defined above. desired optimal beam diameter guaranteed.

Durch diese Anordnung wird also die Lehre gegeben, bei einer erforderlich werdenden Verlängerung der Linsenelektrode zur Erzielung des optimalen Strahldurchmessers nicht nur die Länge dieser Elektrode, sondern gleichzeitig auch den Linsendurchmesser derart zu verändern, daß das Verhältnis dieser beiden. Größen konstant bleibt und einen solchen Wert erhält, daß die erforderliehe Linsenspannung in dem' Bereich von etwa —100 und +500 V liegt.With this arrangement, the teaching is given when an extension becomes necessary of the lens electrode to achieve the optimal beam diameter, not just the length of this electrode, but at the same time also to change the lens diameter in such a way that the Relationship of these two. Sizes remains constant and is given such a value that the required Lens voltage is in the range of about -100 and +500 volts.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 2 der Zeichnung dargestellt. Das Strählerzeugungssystem der Elektronenstrahlröhre ist in den Hals-1 dieser Röhre eingebaut. Es besteht aus der Kathode 2, der Steuerelektrode 3, der Schirmgitterelektrode 4, der Linsenelektrode 5 und der auf Anodenpotential· liegenden Elektrode 6. In der Abbildung sind die Werte« und b eingezeichnet, deren Verhältnis (a/b) einen Wert < 1 haben soll. Dabei wird, die Linsenlänge bei in die Linsenelektrode eintauchender Anode bis zu dem Beginn der Anode gerechnet, während bei einer Anordnung mit außerhalb der Linsenelektrode liegender Anode die geometrische Länge der Linsenelektrode maßgebend ist. Die Linsenelektrode hat einen Durchmesser, der dem Innendurchmesser des Röh'renhalses entspricht. Bei den heute üblichen Röhren wird in der Regel ein Röhrenhals mit etwa 35 mm Durchmesser benutzt. An der Linsenelektrode 5, die sich an ihrem Ausgang etwas verengt, ist an dieser Stelle eine Keramikscheibe 7 befestigt, die zur Halterung der Anode 6 dient. Die Anode 6 taucht in die Linsenelektrode ein und hat eine trichterförmige Erweiterung 8, um eine Abschirmung der Kerarnikscheibe vom Linsenfeld zur Vermeidung von Feldverzerrungen infolge von ungleichmäßigen Aufladungen der Isolatoroberfläche ziu'erreichen und um den Öffnungsfehler zu verringern.An embodiment of the invention is shown in Fig. 2 of the drawing. The beam generation system of the cathode ray tube is built into the neck-1 of this tube. It consists of the cathode 2, the control electrode 3, of the screen grid electrode 4, the lens electrode 5 and the electrode lying on anode potential · 6. In the figure, the values are "and b whose ratio (a / b) a value of <1 have target. The lens length is calculated up to the beginning of the anode when the anode is immersed in the lens electrode, while the geometrical length of the lens electrode is decisive in an arrangement with an anode outside the lens electrode. The lens electrode has a diameter which corresponds to the inner diameter of the tube neck. With the tubes commonly used today, a tube neck with a diameter of about 35 mm is generally used. A ceramic disk 7, which is used to hold the anode 6, is attached to the lens electrode 5, which narrows slightly at its exit. The anode 6 is immersed in the lens electrode and has a funnel-shaped extension 8 to shield the ceramic disk from the lens field to avoid field distortions due to uneven charging of the insulator surface and to reduce the opening error.

An Stelle dieser trichterförmigen' Erweiterung der Anode kann man aber auch die Keramikscheibe auf der Seite der Linsenelektrode mit einer elektrisch leitenden Schicht überziehen. Im übrigen wird es sich empfehlen, diese Keramikscheibe auf beiden Seiten' mit Wülsten zu versehen, um den Kriechweg zu vergrößern: und damit die Überschlagsgefahr zu verringern. Da bei dieser Beschleunigungslinse nur eine einzige Elektrode vorhanden ist, die auf hohem Anodenpotential vonInstead of this funnel-shaped 'extension The anode can also be connected to the ceramic disc on the side of the lens electrode with an electric cover conductive layer. In addition, it is recommended to use this ceramic disc to be provided with bulges on both sides in order to increase the creepage distance: and thus the risk of rollover to reduce. Because there is only a single electrode in this accelerating lens is that on high anode potential of

beispielsweise 14 kV liegt, kann die Linsenelektrode einen Durchmesser haben, der dem Innendurchmesser des Röhrenlhalses entspricht, weil die bei Einzellinsensystemen- erforderliche Zuführung des Anodenpotentials an eine zwischen Linsenelektrode und Steuerelektrode liegende Elektrode fortfällt.for example 14 kV, the lens electrode have a diameter that corresponds to the inner diameter of the tube neck, because the supply of the anode potential to a between The electrode lying on the lens electrode and control electrode is omitted.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, daß die Elektronenstrahlröhre eine verhältnismäßige kurze Baulänge aufweist. Damit nun das Ablenkfeld möglichst nahe an das Linsenfeld herangebracht werden kann, empfiehlt es sich, die Linsenelektrode und die Anode aus elektrisch schlecht leitendem Material herzustellen. Das Ablenkfeld ruft dann in diesen Elektroden eine ververhältnismäßig geringe Wirbelstrombildung hervor, das Ablenkfeld wird somit nur in geringem Maße geschwiebt.As can be seen from the above, a major advantage of the invention is that the cathode ray tube has a relatively short overall length. So now the deflection field can be brought as close as possible to the lens field, it is recommended that the Manufacture the lens electrode and the anode from electrically poorly conductive material. The deflection field then causes a relatively low eddy current formation in these electrodes, the deflection field is thus shifted only to a small extent.

Weiterhin empfiehlt sich eine magnetische Abschirmung des Raumes, in dem sich das Linsenfeld ausbildet, damit der Streunuß des Ablenkfeldes . keine vorherige Ablenkung des Elektronenstrahles bewirkt. Zu diesem Zweck kann man die Linsenelektrode beispielsweise aus ferromagnetischem Material herstellen.Magnetic shielding of the room in which the lens field is located is also recommended trains so that the stray nut of the deflection field. no previous deflection of the electron beam causes. For this purpose, the lens electrode can be made of ferromagnetic, for example Manufacture material.

An Stelle der in der Abb. 2 eingezeichneten rohrförmigen Linsenelektrode empfiehlt es sich mitunter, auf die Halsinnenwand oder auf ein Isolierrohr einen leitenden Belag aufzubringen und diesen Belag als Linsenelektrode zu verwenden. Dabei kann es vorkommen, daß der Durchmesser des Röhrenhalses nicht ausreichend ist, um eine Linsenelektrode mit einem Durchmesser nach der angegebenen Regel unterzubringen. In diesen Fällen kann man sich dadurch helfen, daß man entlang der Halsinnenwand oder entlang eines eingesetzten Isolierkörpers eine Potentialverteilung erzwingt, die der Potentialverteilung in der Linsenelektrode des erforderlichen Durchmessers entspricht. Dazu kann man beispielsweise' eine Widerstandsschicht vorsehen, an deren einen Seite die Anode anstößt oder die mit der Anode elektrisch leitend verbunden ist. An die andere Seite dieser Widerstandsschicht wird eine zwischen —100 und +500 V regel·- bare Spannung angelegt. Diese Widerstandsschicht enthält zweckmäßig gut leitende Symmetrieringe. Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Anordnung ist in Abb. 3 dargestellt. In das aus Glas bestehende Rohr des Röhrenhalses 1 ist die erwähnte Widerstandsschicht 9 auf der Innenfläche des Rohres aufgetragen. Diese Widerstandsschicht ist durch elektrisch gut leitende Ringe io·, deren Breite in Strahlrichtung abnimmt, unterteilt. An diese Linse schließt sich die auf Anodenpotential liegende Elektrode 11 an, so daß zwischen dem Ende dieser Elektrode 11 und dem Beginn, der als Widerstandsschicht ausgebildeten Linse 9 eine leitende Verbindung besteht.Instead of the tubular one shown in Fig. 2 It is sometimes advisable to place the lens electrode on the inner wall of the neck or on an insulating tube to apply a conductive coating and to use this coating as a lens electrode. Included it can happen that the diameter of the tube neck is insufficient to accommodate a lens electrode with a diameter according to the specified rule. In these cases you can help yourself by running along the inner wall of the neck or along an inserted Insulating body enforces a potential distribution that of the potential distribution in the lens electrode of the required diameter. For this one can, for example, use a resistive layer provide on one side of which the anode abuts or which is electrically conductively connected to the anode is. On the other side of this resistance layer is a rule between -100 and +500 V - face voltage applied. This resistance layer expediently contains well-conducting symmetry rings. An exemplary embodiment of such an arrangement is shown in FIG. In the one made of glass existing tube of the tube neck 1 is the aforementioned resistance layer 9 on the inner surface of the pipe applied. This resistance layer is made up of electrically well-conducting rings, whose Width decreases in the direction of the beam, subdivided. The anode potential connects to this lens lying electrode 11, so that between the end of this electrode 11 and the beginning, as Resistance layer formed lens 9 is a conductive connection.

In Abb. 3 sind eine übliche Linsenelektrode und eine Anode gestrichelt eingezeichnet, und zwar in Abmessungen, die nach den durch die Erfindung gegebenen Regeln notwendig wären, um die gestellten Bedingungen zu erfüllen, Würde die Linsenelektrode einen Durchmesser besitzen, wie er der gestrichelt eingezeichneten Linsenelektrode entspricht, so brauchte man einen Röhrenhals von wesentlich größerem Durchmesser. Durch die Erzwingung des angegebenen Potentialverlaufs mit Hilfe der Widerstandsschicht kommt man jedoch mit einem Röhrenhals wesentlich geringeren Durchmessers aus.In Fig. 3, a conventional lens electrode and an anode are shown in dashed lines, namely in Dimensions that would be necessary according to the rules given by the invention to the provided To meet conditions, the lens electrode would have a diameter like that of the corresponds to the lens electrode drawn in dashed lines, a tube neck of much larger diameter. By forcing the specified potential curve with With the help of the resistance layer, however, you can get a tube neck with a much smaller diameter the end.

Ein Aufbau entsprechend einer Linsenanordnung nach Abb. 3 kann insbesondere bei Systemen mit Ionenfalle wichtig werden, da man dort bei einer Schirmgitterspannung von beispielsweise 400 V die Linsenspannung hinreichend weit unterhalb der Schiirmgitterspannung wählen muß, um an einer im Schirmgitter befindlichen Aperturblende ausgelöste Sekunidärelektronen vom Leuchtschirm fernzuhalten. A structure corresponding to a lens arrangement according to Fig. 3 can, in particular in systems with Ion trap are important, because there you have a screen grid voltage of 400 V, for example the lens voltage must be sufficiently far below the screen grid voltage in order to work on an im Screen grids located aperture diaphragm to keep triggered secondary electrons away from the fluorescent screen.

Claims

Patent claims:

i. Cathode, a cathode, one behind the other in the direction of the beam Electrode for brightness control (control electrode), one electrode for electrostatic Focusing of the electron beam (lens electrode) and one at anode potential Has electrode and optionally also one between the control electrode and contains the electrode lying on the lens electrode and acting as a screen grid, characterized in that that the ratio of the distance between the emitting surface of the cathode and the beginning of the electrode at anode potential or the end of the lens electrode (1st size) to the inner lens diameter at the point of entry of the electron beam in the electrode at anode potential (2nd size) <C i, but in particular chosen in this way is that for focusing the electron beam a lens voltage between -100 and about + 500 V is sufficient and that the absolute values of these two quantities are so i ° 5 are chosen that the lens length (1st size) the desired optimal beam diameter guaranteed.

2. Cathode ray tube according to claim 1, characterized in that it is the beam "o generating system receiving neck has an inner diameter that is approximately the same the lens diameter.

3. cathode ray tube according to claim 1 or 2, characterized in that the in "5 The end of the lens electrode lying in the direction of the screen is tapered and that this tapered part to accommodate a

■ The insulating washer is used in which the anode is expediently inserted in this way, coaxially to the lens electrode is that it is immersed in the lens electrode.

4. Cathode ray tube according to claim 3, characterized in that the into the lens electrode immersed end of the anode to shield the lens field from the insulating

Disc and to reduce the opening error, in particular funnel-shaped, expanded is.

5. cathode ray tube according to claim 3, characterized in that the side of the insulating disk facing the lens electrode coated with an electrically conductive layer.

6. Cathode ray tube according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the lens electrode and the anode are made of poorly electrically conductive Material are made.

y. Cathode ray tube according to one or more of the preceding claims, characterized in that the space enclosed in the lens field is magnetically shielded, e.g. B. in that the Lirusenelectrode is made of ferromagnetic material.

8. cathode ray tube according to claim r or 2, characterized in that the lens electrode ale electrically conductive layer is formed, which is on the inner surface of the tube neck is applied. "

9. cathode ray tube according to claim 8, characterized in that the conductive Layer as a resistive layer conductively connected to the anode on one side is formed, optionally by highly conductive rings running parallel to one another is divided.

1 sheet of drawings

I 509 606 12.55