von S. MIYAOKA - Senri Miyaoka ist Assistant Manager in der Television Development Division der Sony Corporation, Tokio (Japan).
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Das elektronenoptische System der üblichen Lochmasken-Farbbildröhre mit drei Elektronen- strahlsystemen (Elektronenkanonen) ist im Bild 1 schematisch dargestellt. Des einfacheren Verständnisses wegen lehnt die Darstellung sich an die in der Glasoptik übliche Form (Linse, Prisma) an.

Jeder Strahlenquelle (Katode) ist zu ihrer punktförmigen Abbildung auf den Bildschirm eine (elektrische) Linse zugeordnet und für die Ablenkung der drei Strahlen auf je einen Farbpunkt des Farbtripeis auf dem Bildschirm ein elektromagnetisch einstellbares Prisma (Radial-Konvergenzsy stem).

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, das Strahlerzeugungssystem mit drei Elektronenkanonen durch ein Drei-Strahlen-System mit nur einer Elektronenkanone zu ersetzen, um eine bessere Auflösung zu erreichen. Diese Versuche blieben bis zur Entwicklung des Trinitron-Systems praktisch erfolglos.

Hauptschwierigkeit war die Fokussierung der Elektronenstrahlen, die durch die Randzonen der elektrischen Linsen hindurchtreten. Bei dem neuen Trinitron-System hingegen verlaufen die drei Strahlen durch den Mittelpunkt des elektronenoptischen Systems.

Das Grundprinzip dieses Systems ist aus Bild 2 zu erkennen, dessen Darstellungsart sich an die im Bild 1 anlehnt. Bei diesem System sind die von drei Katoden ausgehenden Strahlenbündel so ausgerichtet, daß sie sich im Mittelpunkt der Linse überkreuzen.

Die hinter diesem sogenannten Bündelungspunkt divergierenden Seitenstrahlen werden anschließend durch zwei elektrostatische Prismen derart abgelenkt, daß die drei Strahlen auf dem Bildschirm mit senkrechten Leuchtstoffstreifen (Rot, Grün, Blau) in einem Punkt konvergieren.

Benutzt man für diese Konvergenzeinstellung eine elektrische Linse, dann tritt für die seitlichen Strahlen nicht nur eine astigmatische Verzeichnung auf, sondern sie lassen sich auch auf dem Bildschirm nicht mehr einwandfrei fokussieren. Diese Strahlenbündel verlaufen nämlich durch die Randzonen der Linse, und dadurch werden sie auf dem Bildschirm größer abgebildet als der mittlere Strahl.

Beim Trinitron-System hingegen werden die drei Strahlenbündel gleich scharf abgebildet, weil sie durch den Mittelpunkt einer Linse mit großer Apertur hindurchtreten (s.a. Bild 2). Das System wird bei 41cm- und 46cm Trinitron-Röhren angewandt, um bei kurzer Baulänge der Bildröhre eine ausreichend große Strahlspreizung zu erreichen.

Bei kleinen Farbbildröhren ist die Strahlspreizung kleiner, und deshalb bietet ein abgewandeltes System für 25cm- und 33cm-Farbbildröhren besondere Vorteile (Bild 3). Die emittierenden Oberflächen der drei Katoden liegen hier in einer Ebene, und die drei Strahlenbündel verlaufen stets parallel. Deshalb müssen die seitlichen Strahlenbündel durch eine direkt vor den Katoden angebrachte elektrische Linse geringer Brechkraft, die sogenannte Vorfokussierungslinse, in Richtung auf das mittlere Strahlenbündel abgelenkt werden, so daß sie sich wiederum im Mittelpunkt der elektrischen Linse kreuzen.

Obwohl die Seitenstrahlen durch die Randzone der Vorfokussierungslinse verlaufen, sind die dadurch auftretenden Verzeichnungen vernachlässigbar klein. Im allgemeinen ist die verzeichnende Wirkung einer Linse proportional ihrer Brechkraft; die Punktverzerrung als Folge der Verzeichnungsfehler der Linse hängt vom Querschnitt des Strahlenbündels am Ort der Linse ab. Die Vorfokussierungslinse hat aber nur geringe Brechkraft, und außerdem sind die Strahlenbündel beim Eintritt in diese Linse noch sehr eng. Deshalb sind die Punktverzeichnungen der beiden Seitenstrahlen vernachlässigbar klein.

Aus Bild 6 erkennt man den Aufbau des Streifengitters mit den Teilen A und ß sowie dem geätzten Gitter. Die Gitterbänder werden an die gebogenen Teile A geschweißt, die ihrerseits von dem vorgespannten Teil ß gehalten werden. Die Verbindungspunkte der Teile A und ß sind so gewählt, daß man eine einheitliche Verteilung der mechanischen Vorspannung auf die Gitterbänder erhält.

Durch das Material und die Formgebung des Teils ß wird erreicht, daß die auf jedes der Gitterbänder wirkende mechanische Vorspannung größer ist als die höchste infolge des Elektronenbeschusses auftretende thermische Ausdehnung. Die mittlere thermische Ausdehnung in vertikaler Richtung wird durch die Biegung des vorgespannten Teils B kompensiert. Um jegliche Schwingungen der Gitterstreifen zu unterbinden, sind zur Dämpfung feine unsichtbare Drähte auf der zylindrischen Gitteroberfläche rechtwinklig zu den vertikalen Streifen angebracht.

Im allgemeinen hängt die Farbreinheit einer Farbbildröhre von den auftretenden Landungsfehlern des Elektronenstrahls ab. Der Landepunkt kann sich jedoch bei Änderung des Gerätestandorts verschieben, weil der Winkel, unter dem der Elektronenstrahl auf den Bildschirm fällt, sich infolge von Änderungen des Bahnverlaufs der Strahlen als Folge von Richtungsänderungen des erdmagnetischen Feldes in bezug auf den Standort des Empfängers ändert.

Bild 7 zeigt die berechneten Änderungen der Landepunkte auf den Bildschirmen einer 90°-Farbbildröhre für verschiedene Stellungen eines Farbfernsehempfängers mit Lochmasken-und Streifengitter-Röhre. Die maximale Verschiebung des Landepunktes ist proportional der Horizontalkomponente des äußeren magnetischen Feldes. Die maximale Verschiebung tritt in vertikaler Richtung und die minimale Verschiebung in horizontaler Richtung auf.

Beim Trinitron hat jedoch die Vertikalkomponente der Landepunktverschiebung keinen Einfluß auf die Farbreinheit, sondern lediglich die Horizontalkomponente. Daher ist die maximale Landepunktverschiebung, die die Farbreinheit der Trinitron-Röhre beeinflußt, gleich der minimalen Verschiebung für die LochmaskenRöhre, und es tritt keine Horizontalkomponente der Landepunktverschiebung auf der mittleren horizontalen Zeile des Bildschirms als Folge von Richtungsänderungen des Magnetfelds auf.

Selbst bei den obersten und untersten Zeilen auf dem Bildschirm ist die Horizontalkomponente weniger als halb so groß wie die Vertikalkomponente. Daher kann eine Verschlechterung der Farbreinheit als Folge von Landepunktfehlern nur selten auftreten, was vor allem für tragbare Fernsehempfänger besonders wichtig ist.

Die Trinitron-Röhre hat eine voll ausnutzbare rechteckige Frontplatte mit sehr scharfen Ecken, die den vollständigen Bildinhalt wiedergibt.

Die zylindrische Form der Frontplatte hat neben dem Vorteil der geringeren Reflexion des Raumlichts noch den weiteren Vorteil, daß bei seitlicher Betrachtung des Bildes die optischen Verzerrungen kleiner sind.

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Für die Konvergenzeinstellung wäre grundsätzlich auch die elektromagnetische Ablenkung geeignet. Wegen des kleinen Abstandes der Strahlenbündel ist es aber schwierig, ein hinreichend gleichmäßiges Magnetfeld zu erzeugen (Bild 11, rechts). Deshalb hat man die elektrostatische Ablenkung (Bild 11, links) vorgezogen, um eine Defokussierung infolge der Feldverzerrungen in den Randzonen des magnetischen Ablenkfeldes zu vermeiden.

Da die Ablenkung elektrostatisch erfolgt, genügt es für die statische Konvergenzkorrektur der Seitenstrahlen (Rot und Blau), die Spannungen an den Ablenkelektroden entsprechend einzustellen.

Die dynamische Konvergenzkorrektur erfolgt durch Überlagerung einer parabelförmigen zeilenfrequenten Spannung. Da das Verhältnis der Ablenkspannung für die statische Konvergenzeinstellung zum Spitze-Spitze-Wert der Spannung für die dynamische Konvergenzeinstellung immer konstant ist, erübrigt sich die getrennte Einstellung beider Spannungen. Ist die statische Konvergenz eingestellt, dann stimmt automatisch schon ungefähr auch die dynamische Konvergenz, und es bedarf nur noch der zusätzlichen Einstellung der Parabelform der überlagerten zeilenfrequenten Spannung.

Weitere Erleichterungen der Konvergenzeinstellungen ergeben sich dadurch, daß die Anzahl der für die Konvergenzkorrektur erforderlichen elektronischen Bauelemente und Einstellungen geringer ist: 39 Bauelemente und 16 Einstellungen bei der Lochmasken-Röhre gegenüber 13 Bauelementen und 6 Einstellungen bei der Trinitron-Röhre.

Sony ist bemüht, die Trinitron-Röhre weiterzuentwickeln und den Anwendungsbereich dieses Prinzips zu erweitern. Eine der zu lösenden Aufgaben betrifft beispielsweise die Entwicklung einer Bildröhre mit Weitwinkelablenkung, für die das Trinitron-System Vorteile bieten könnte (Defokussierung, Ablenkleistung, Konvergenzkorrektur usw.).

Eine andere Entwicklung beschäftigt sich mit Verbesserungen der Lochmasken-Röhre durch den Übergang vom 3-Kanonen-System auf die Trinitron-Kanone. Dadurch ließe sich die Helligkeit um den Faktor 1,5 verbessern. Die Kombination von Lochmaske und Trinitron-Kanone bringt aber Probleme für die Farbreinheit. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wird an der Entwicklung einer speziellen Lochmaske gearbeitet, bei der die Anordnung der Farbpunkte so geändert ist, daß man eine dichtere Packung der Farbtripel erhält (Bild 12).

Mit dieser neuen Lochmaske läßt sich eine gleichmäßigere und höhere Transparenz für Elektronenstrahlen bis in die Ecken des Bildschirms erreichen.