DE2026412A1 - Schattenmaske für Kathodenstrahlröhren - Google Patents

Description

It 1573

Sony Corporation, Tokyo, Japan

Schattenmaske für Kathodenstrahlröhren

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Schattenmaske, Insbesondere eine Parbkathodenstrahlröhre mit einer solchen Schattenmaske zur Gewährleistung des exakten Auftreffens eines Elektronenstrahles auf einer Farbstelle der Röhre.

Bekannte Parbkathodenstrahlröhren enthalten eine Elektronenkanone zur Aussendung eines Elektronenstrahles, einen Farbschirm und eine Schattenmaske bzw. ein Öffnungsgitter zur Strahlselektion, wobei jede in der Maske oder dem Gitter vorgesehene öffnung genau einem Farbfleck entspricht, so daß der Strahl präzis autfden vorgegebenen Parbflecken zur Reproduktion eines Farbbildes auftrifft. Aus verschiedenen Gründen, die eine Abweichung bzw. mangelnde Konvergenz verursachen, trifft der Elektronenstrahl jedoch nicht genau an den vorbestimmten Stellen auf. Dieser störende Einfluß macht sich besonders im Umfangsbereich des Schirmes sehr bemerkbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schattenmaske und eine hiermit ausgerüstete Farbkathodenstrahlröhre zu entwickeln, die ein exaktes Auftreffen des Elektronen-

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Strahles auf einer vorbestimmten Farbstelle gewährleisten. Durch die erfindungsgemäße Lösung soll ferner eine erhöhte Helligkeit des wiedergegebenen Bildes erzielt werden. Es sollen ferner Farbfehler vermieden werden und es soll schließlich gewährleistet sein, daß auch im limfangsbereich des Schirmes die Farbstellen dicht aneinander angeordnet sind.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß sich bei Annäherung an den Umfang der Schattenmaske der Abstand der horizontalen gekrümmten Linien vergrößert und der der vertikalen gekrümmten Linien verkleinert und daß die Linien gleichen Übertragungsfaktors Kreise sind_s die etwa konzentrisch zum Zentrum der Schattenmaske liegen»

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer Kathodenstrahlröhre;

Fig. 2 eine Schemadarstellung ©iner üblichen Schattenmaske;

Fig.3A und 3B Sehemadarstelluragen aur Erläuterung . der Relativlage der Bilsteleiienie auf dem Schirm senkrecht sur Zentralachse üev Kathodenstrahlröhre .bei Verwendung einer 'Schattenmaske gemäß ■ fig. 2;

Fig. 4 ein Schema der leiatlwaaorööimg dei» Biläelements auf einen sphärischen Sehina bei Verwendung, der Schattenmaske öer Fig» 2j - . ■"

Fig.5A, 5B und 5C vergrößerte Schemadarstellungen zur Erläuterung der Relativlage der BHdelemente auf dem Schirm;

Fig. 6 ein Schema einer erfindungsgemäßen Schattenmaske;

Fig. 7 ein Schema zur Erläuterung der Relativlage der Bildelemente auf einem sphärischen Schirm bei Verwendung der Maske gemäß Flg. 6; .

Fig. 8 ein Schema eines weiteren AusfUhrungsbeispieles ^ der Erfindungsgemäßen Maske;

Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen den Koordinaten und den Abstandsteilungen der Ausrichtlinien der Maskenöffnungeni

Flg.10 ein Diagramm xur Darstellung erwünschter Kurven gleichen Übertragungsfaktors der Elektronenstrahlen, gewonnen durch Verbinden von Maskenpunkten mit gleichen Elektronenstrahl-Übertragungsfaktor; M

Fig.11 einige graphische Darstellungen zur Veranschaulichung von Linien gleichen üffnungsdurchmessers.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst eine Schattenmaske«-Farbkathodenstrahlröhre 11 (Pig. I) erläutert, die so ausgebildet ist, daß die in einer Reihe in gemeinsamer horizontaler Ebene 15 verlaufenden roten, grünen und blauen Elektronenstrahlen 12, 13 und Ik durch (nicht dargestellte) Ablenkeinrichtungen horizontal und vertikal in einer gemeinsamen Ebene 16 abgelenkt werden, die senkrecht zur Zentralachse der Röhre liegt; hierdurch wird ein nach außen gekrümmter sphärischer Schirm 18 durch eine Schattenmaske 17 abgetastet. In diesem Falle ist das Verhältnis zwischen den öffnungen 19 der Schattenmaske 17 und den Phosphorstellen auf dem Schirm 18 von besonderer Bedeutung, was im folgenden näher erläutert sei.

Die Erläuterung soll zunächst anhand einer üblichen Schattenmaske 1 erfolgen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei ist angenommen, daß auf der Schattenmaske 1 bei Betrachtung aus der Richtung der z-Achse horizontale und vertikale Linien

XY Y Y Y' Y¹Y' ηηή YYYY

3» ^Λ2 · Ί* 0* 1 * 2 * 3 * *** ^U11U ··· 3' 2* 1' 0'

γ ι γ J γ «

1*2» 3 * .... aufgetragen sind. Die Schattenmaske 1 hat öffnungen 2 an den Schnittpunkten der geradzahligen horizontalen und vertikalen Linien ... Xp, X₀, X₂'» ··* ^un(* ... Yp, Yq, Yp¹» ··· und an den Schnittpunkten der ungeradzahligen horizontalen und vertikalen Linien ... X-,, X., X,¹, und Y₃, Y₁, Y₃',

Ist bei einer solchen Anordnung der Phosphorschirm 3 eine Ebene senkrecht zur Zentralachse der Rühre und werden die roten, grünen und blauen Phosphorpunkte D«» Dq und Dg auf dem Schirm nach einem üblichen Licht- oder Elektronenstrahl-Druckverfahren hergestellt (unter Verwendung eines Licht- oder Elektronenstrahles, der durch das Zentrum der horizontalen und vertikalen Strahlablenkung hindurchgeht), so sind die Phosphorstellen D_R, Dn und Dg eines Durchmessers «5, die Dreiergruppen von BiId-

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elementen für jede öffnung 2 der Maske 1 bilden, nacheinander auf den horizontalen Linien ...X-r» Xp* Xj» Xq » ^xi '» ^x?'» ^X3'»·· in Form horizontaler Reihen von Dreiergruppen angeordnet, wie die Fig. 3A und 3B zeigen. Wegen der Notwendigkeit eng benachbarter hexagonaler Anordnungen der Phosphorstellen D_R, D_Q und Dg auf dem Phosphorschirm 3 wird die Abstandsteilung Lx benachbarter vertikaler Spalten von öffnungen der Schattenmaske V 3 mal so groß wie die Abstandsteilung Ly benachbarter horizontaler Öffnungsreihen gewählt.

Im Falle einer Schattenmaskenröhre 11 (Fig. 1) mit einer In-Reihe-Kanone sind die Dreiergruppen-Auftreffstellen 10 der in Reihe liegenden Strahlen, die durch einzelne öffnungen hindurchtreten, gegenüber der ursprünglichen Ausrichtzeile der drei Strahlen gekippt (vgl. Fig. 4)j diese Erscheinung wird als Verdrehung der Dreiergruppen-Auftreffstellen von in Reihe liegenden Strahlen bezeichnet. Diese Verdrehungserscheinung läßt sich als rein geometrischer Effekt verstehen, der auf dem Zusammenwirken von drei in einer Linie ausgerichteten Strahlen mit einem sphärischen Schirm erklärt. Legt man das Koordinatensystem gemäß Flg. 1 zugrunde, so bilden die drei Strahlen 12, 13, I¹*, die durch die öffnung 19 der Schattenmaske 17 hindurchtreten, eine ebene Fläche 16, die parallel zur x-Achse der Röhre verläuft und einen Winkel Oy (Winkel der vertikalen Ablenkung) mit der x-z-Ebene bildet. Diese ebene Fläche 16 schneidet den sphärischen Schirm 18, dessen Zentrum 0 auf der z-Achse liegt. Die Dreiergruppen-Auftreffstelle 10 liegt somit auf einer Schnittlinie ■£, die ein Ellipsenbogen ist (bei Betrachtung aus der ζ-Richtung) und die sich wie folgt ausdrücken läßt:

(i) · x²*(l + ) y² + y + L² - 2RL = 0 tan öy tan©y

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Hierbei 1st R der Krümmungsradius des sphärischen Schirmes 18 und L der Abstand zwischen dem Ablenkungszentrum der Strahlen und dem Zentrum des Schirmes.

Dies ist die Ursache für die Verdrehung einer Auftreffstellen-Dreiergruppe; der mathematische Ausdruck für den Verdrehungswinkel ergibt sich durch Differentiation der Gleichung (1) unter Verwendung der Beziehung

tanQ_v=y / ( y/R²-x²-y² - R + L).
Hieraus ergibt sich

Dabei ist θ der Verdrehungswinkel_s gemessen ¥on der positiven x-Achse im Gegenuhrzelgersinn«

Näherungswelse läßt sich Gleichung (2) wie folgt schreiben: (3) tane - -

Wenn jedoch bei einer Anordnung d@r oben beschriebenen Art der Durchmesser der Phosphorstellen Djj, D« und D„ auf dem Phosphorschirm so gewählt wird, daß er gleich ύ ist, wie zuvor bei Flg. 3 im Hinblick auf die Notwendigkeit nahe benachbarter hexagonaler Anordnungen der Stellen beschrieben wurde, so überlappen die Phosphorstellen D„, D_ß und D_ß entsprechend einer der horizontalen Reihen der Offnungen 2 Jene der benachbarten horizontalen Öffnungsreihen mit Rücksicht auf die feste ReIatIvanordnung benachbarter Öffnungen (TgI* Fig. 5A). Um dies zu vermelden, wird der Durchmeeser der Öffnungen der Schattenmaske

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klein entsprechend dem Winkel θ gewählt; der Durchmesser έ der Phosphorstellen auf dem Schirm 3 wird entsprechend gewählt. Bei einer üblichen Schattenmaske mit einer In-Reihe-Kanone verringert sich somit die Auftrefftoleranz beträchtlich durch die Verdrehungserscheinung der Auftreffstellen-Dreiergruppen (Pig. 5A).

Um dies zu vermelden» wurde in der älteren Anmeldung P 19 58 53*1.3 (eingereicht 21.11.1969) eine Schattenmaske vorgeschlagen, bei der die horizontalen Ausrlchtlinien der öffnungen "tonnenförmig" sind und die vertikalen Ausrichtlinien der öffnungen "nadelkissenförmig"; diese horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien der öffnungen stehen senkrecht aufeinander, wobei sich die öffnungen an den Schnittpunkten von horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien befinden. Das Bestreben bei dieser Schattenmaske ist es, die Verdrehungserscheinung vollständig su kompensieren. Der Grundgedanke der älteren Schattenmaske besteht darin, die Ausrichtung der öffnungen auf die geometrische Verdrehung der Auftreffstellen-Dreiergruppen anzupassen. Dies bedeutet, daß eine horizontale Reihe ausgerichteter öffnungen auf der sphärisch gepreßten Schattenmaske und die Linie, die durch die Ablenkungszentren der drei Elektronenstrahlen verläuft, in einer einzigen ebenenfläche liegen müssen. Berücksichtigt man den Umstand, daß der Radius der sphärisch gepreßten Schattenmaske nahezu gleich dem Radius R der inneren Plattenfläche ist, und vernachlässigt man die Länge des Spaltes zwischen der Schattenmaske und der inneren Plattenfläche gegenüber L, so müssen die horizontalen Ausrichtlinien der öffnungen Ellipsenbögen der Gleichung (1) sein,die die Lösung der Differentialgleichung der geometrischen Verdrehung ist. Eine Umformung der Integralkonstante Qy in Gleichung (1) führt zu folgendem Ausdruck:

₀ B² * (R-L)² - 2(R-L) \/r² - y^² „ (J₄) _X2 ₊ O__ _y2

(H-L)² - (R-L) \Jn² - y ²

<- ^j ______ j τ Ij — CIIIj — U

I.9/U3
BAD

wobei y^O bei

y_Q ist ein Parameter entsprechend dem Schnittpunkt der y-Achse mit der Kurve.

Die Gruppen von Ellipsenbögen (Gleichung k) bilden eine "tonnenförmige" Gruppe von Kurven ...X,, X₂, X₁, Xq, X₁', X₂ ¹, X,¹,... (vgl. Fig. 6). Die vertikalen Ausrichtlinien der öffnungen müssen "nadelkissenförmig" sein, so daß sie im Bereich der ganzen Schattenmaske senkrecht zu den horizontalen Ausrichtlinien verlaufen.

Die vertikalen Ausrichtlinien kann man durch Auflösen der folgenden Differentialgleichung erhalten, die der umgekehrte Ausdruck mit entgegengesetztem Vorzeichen der Gleichung der geometrischen Verdrehung tGleichung 2) ist:

(5) dy_ . R² - x² - (R-L) N/r² - x² - y²

xy

Die Lösung der Gleichung (5) ergibt sich wie folgt:

2
(6) - - - ι H - (R-L)

. »₀ J"²: <

⁰I R² -

(R-L)

_{ Mr? - x* -y*. Vr? -X₀*!

X expj —■— ——■——— >

v. R-L J

Hierbei ist x_Q ein Parameter entsprechend dem Schnittpunkt der x-Achse mit der Kurve.

Die so erhaltenen Kurven (Gleichung 6) bilden über die ganze Fläche der Schattenmaske rechte Winkel mit der Gruppe der Kurven (Gleichung k)« Die Gleichung (6) hat Jedoch die fol-

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gende Näherungsform, die hinsichtlich der Rechtwinkligkeit zwischen den horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien höchstens einen Fehler von - 1° aufweist:

(7) χ -ψ +\ΑΡ - X₀)² - y^{2 x}o ο

für X₀^ O.

Dies ist die "nadelkissenförmige" Gruppe von Kreisbögen.. .Y-,

γγγγιγιγι

*2» ¹I'-. 0» ¹I * *2 » ^X3 '·" (vgl. Fig. 6),

Die Gleichungen (4), (6) und (7) wurden auf der Basis der Diskussionen über die sphärisch gepreßte Schattenmaske abgeleitet. Diese Gleichungen stellen dabei die Ausrichtlinien der öffnungen auf der sphärisch gepreßten Schattenmaske bei Betrachtung aus der Richtung der z-Achse dar. Berücksichtigt man jedoch das experimentelle Ergebnis, das dann, wenn eine ebene Schattenmaske in eine etwa sphärische Fläche gepreßt wird, die Verlagerung der Öffnungsstellung fast nur in z-Richtung erfolgt, während die Verlagerung in der x-y-Ebene vernachlässigbar klein ist, so kann man die genannten Gleichungen auch dahin interpretieren, daß sie die Ausrichtlinien der Öffnungen auf der ebenen (vorgepreßten) Schattenmaske bedeuten.

Die obige Beschreibung erfolgte in Zusammenhang mit dem Fall, daß der Phosphorschirm 3 sphärisch ist; dasselbe gilt jedoch auch dann, wenn der Schirm eine Zylinderfläche ist, die sich in vertikaler Richtung erstreckt. In diesem Falle ergibt sich jedoch folgende Beziehung für den Neigungswinkel der horizontalen Reihe der Dreiergruppen der Phosphorstellen D_R, D_Q und Dg für jede öffnung 2 der Maske 1 gegenüber der horizontalen Linie: '

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(6) tanG :

R² - x² - (R-L)

entsprechend der Gleichung (2).

Entsprechend sind in diesem Falle die horizontalen Ausrichtlinien der Öffnungen "tonnenförmit" und die vertikalen Ausrichtlinien der Öffnungen "nadelkissenförmig", so daß sie auf der ganzen Fläche der Schattenmaske senkrecht zu den horizontalen Ausrichtlinien verlaufen; die Öffnungen befinden sich an den Schnittpunkten der horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien. Die Kurve der horizontalen Ausrichtlinien erhält man durch Auflösen der Differentialgleichung (6), was eine Gleichung entsprechend Gleichung (¹O ergibt, sowie durch Erfüllen der resultierenden Gleichung. Die Kurve der vertikalen Ausrichtlinien erhält man dagegen durch Auflösen der folgenden Differentialgleichung, die der umgekehrte Ausdruck mit entgegengesetzten Vorzeichen der Gleichung (8) ist:

djr . R² - x² - (R-L) VR² - x² . -

dx xy

Hierdurch erhält man eine Gleichung entsprechend der Gleichung (4), die dann erfüllt werden muß. Auf diese Weise können somit dieselben Resultate wie oben erwähnt erzielt werden.

Vorstehend wurde die Schattenmaske der erwähnten älteren Anmeldung in Verbindung mit dem Fall erläutert, daß die Elektronenstrahlen, entsprechend der roten, grünen und blauen Farbe, in die Position der horizontalen und vertikalen Ablenkeinrichtungen gelangen, während sie in einer gemeinsamen horizontalen Ebene ausgerichtet sind. Die Maske ist Jedoch auch für den Fall anwendbar, in dem diese Elektronen-träniert in. die Position der Ablenkeinrichtungen gelangen, während sie in einer gemeinsamen vertikalen Ebene ausgerichtet sind. In diesem

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Falle ist es natürlich erforderlich, die öffnungen an den Schnittpunkten der "nadelkissenförmig" ausgestalteten horizontalen Ausrichtlinien und der "tonnenförmigen" vertikalen Ausrichtlinien anzubringen und die Kurven für die horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien auszutauschen.

Die Teilung der öffnungen 2 auf den horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien X_n und Y_n auf der Maske 1 sind jeweils ^xOO ^Und ^OO ^^x00 ^sx» '^yOO^ ^{für die x}~ ^bzw· y"Achse; die öffnungen auf Jeder Linie sind in regelmäßigen Abständen angeordnet, wobei die Teilung der öffnungen 2 auf den vertikalen Ausrichlinien allmählich größer wird mit zunehmendem Abstand vom Zentrum der Maske I₁ während die Teilung der öffnungen 2 auf den horizontalen Ausrichtlinien mit zunehmendem Abstand vom Zentrum der Maske 1 sich allmählich verringert. Dies liefert nicht die oben erwähnte Beziehung, daß die Teilung Lx benachbarter vertikaler Spalten von öffnungen der Maske 1 gleich dem V3-fachen von Ly benachbarter horizontaler Reihen an vom Zentrum der Maske 1 entfernten Stellen ist.

Die horizontalen Reihen von Dreiergruppen der Phophorstellen Dp., D_Q und D_ß, die sich auf dem Schirm 3 an Stellen befinden entsprechend Jenen, die vom Zentrum der Maske 1 entfernt sind, kippen somit gegen die horizontalen Linien und Überlappen nicht benachbarte, wie in Fig. 7 dargestellt; die vertikalen Abstände der Phosphorstellen sind Jedoch verringert gegenüber denen am Zentrum des Schirmes, während die horizontalen Abstände der Stellen gegenüber denen im Zentrum vergrößert sind. Dies erfüllt nicht vollständig die Forderung nach einer dicht zusammengefaßten hexagonalen Anordnung der Phosphorstellen und bringt die Gefahr einer Verschlechterung der Farbreinheit mit sich, beruhend auf einem überlappen der Phosphorstellen benachbarter horizontaler Reihen der Dreiergruppen an Stellen, die vom.Zentrum des Schirmes weiter entfernt sind als die oben erwähnten, wie in Fig. 5C dargestellt.

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Der Erfindung liegt somit die Aufgab? zugrunde, eine Schattenmaske der in Pig» 6-dargestellten Konstruktion für eine Verwendung bei einer Schattenmaske-Farbkathodenstrahlröhre zu verbessern, bei der die in einer gemeinsamen horizontalen Ebene ausgerichteten roten, grünen und blauen Elektronenstrahlen horissontal und vertikal in einer gemeinsamen Ebene durch Ablenkeinrichtung©« abgelenkt werden, sodaß sie durch eine Schattenmaske einen nach außen gekrümmten sphärischen Schirm abtasten« Ein erste© Merkmal der erfindungsgemäßen Schattenmaske besteht darin _a daß die Teilung der Ausrichtlinien der öffnungen vergrößert wird_s wenn man sich beiden Enden der vertikalen Ausrichtlinien der öffnungen vom Zentrum der Maske aus nähert und daß die Teilung der Ausrichtlinien der öffnungen verringert, wird, wenn man sich den beiden Enden der horizontalen Ausrichtlinien nähert j die Teilung der horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien der öffnungen an den Eckbereichen der Maske kann daher etwa gleich der Teilung im Zentrum der Maske sein.

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Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Schattenmaske besteht darin, daß die Durchmesser der öffnungen der Schattenmaske so bestimmt werden, daß die Kurven gleichen Übertragungsfaktors der Elektronenstrahlen durch die Schattenmaske Kreise sein können, wie in Fig. 10 durch 70 dargestellt; hierbei sind die Kreise im wesentlichen konzentrisch zum Zentrum der Schattenmaske Ij die Übertragungsfaktoren verringern sich vom Zentrum der Maske zum Umfangsbereich. Die Gründe dafür, warum die Kurven gleichen Übertragungsfaktors der Elektronenstrahlen konzentrische Kreise etwa um das Zentrum der Schattenmaske sind, liegen darin, daß die einzelnen Teile der Farbkathodenstrahlröhre hauptsächlich aus Elementen aufgebaut sind, die symmetrisch zur Röhrenachse gestaltet oder angeordnet sind, besonders dann, wenn der Schirm und die Schattenmaske wie oben beschrieben sphärisch sind; in diesem Falle ist im wesentlichen die ganze Konstruktion der Kathodenstrahlröhre symmetrisch zur Röhrenachse; eine Verschlechterung der Farbreinheit auf dem Schirm wird daher konzentrisch zum Zentrum des Schirmes durch Fehler in der mechanischen Genauigkeit der Teile und ihrer Anordnung hervorgerufen, ferner durch thermische Verformung der Schattenmaske, durch den Einfluß des Erdmagnetismus usw. Kurven gleichen Übertragungsfaktors der Schattenmaske für den Elektronenstrahl in Form von Kreisen konzentrisch zum Zentrum der Maske sind somit zur Kompensation einer Verschlechterung der Farbreinheit geeignet; selbst wenn ferner eine konzentrisch-kreisförmige Helligkeitsverteilung auf dem Schirm bezogen auf das Zentrum besteht, so wird unter den geschilderten Voraussetzungen keine wesentliche Änderung im reproduzierten Bild verglichen mit dem Fall bewirkt, daß die Helligkeitsverteilung nicht konzentrisch-kreisförmige ist.

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Im folgenden soll die Vergrößerung und Verringerung der Teilung der horizontalen und. vertikalen Ausriehtlinien der Offnungen vom Zentrum der Maske nach beiden Enäen der horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien, die äurefa das Zentrum der Maske verlaufen, beschrieben werden,. Die Method© sur Bestimmung der veränderlichen Werte der Teilung wurde in der oben erwähnten älteren Anmeldung be^ehrieben_s soll hler nochmals wiederholt werden»

In Fig. 9 sind die
linien, die durch die öffnung 2 in einem bestimmten Pirakt P" auf der Maske 1 hindurchlauf ess, basierend auf den ©folgen Gleichungen (4) und (S)₁₁ mit' Im bzw» In .bszeieh&iefci der Schnittpunkt der Linie Xm mit der y»Achse (Yq) ist mit B(O,y ) und der Schnittpunkt der Linie Yn mit der s-Aehse mit A(x , 0) beaseichnet.

Es sei angenommen, daß der Punkt; P di® Koordinaten {x(n, m), y(n, m)} aufweist. Da der Punkt P ies» S<shnlttpunkt der Ausrichtlinien Xm wiü Yn ISt₃, lassen sieh die obigen Gleichungen (4) und (6) wie folgt.ausdrücken, y_m und x_n jeweils für y_Q und x_Q elnsetst vaiü üie daraus geleiteten Simultangleichungen näherungsweise auflögt;

(10) x(n, m) = (1 + Jj[g) X_n

(11) y(n, m) = (1 - 3§|

Wenngleich man beim Auflösisn der aus den Gleichungen und (6) gewonnenen SimUlfc&ngleichungen Potenzreihen von Vari% ^i ^i i 2

ablen erhält, wie % , ^i , ^i, i-, 2-, xy , ... deren Zähler

IT IT IT RL RL RL

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Ausdrücke swelter Ordnung bezogen auf eine Länge auf der Schattenmaskenfläche sind und deren Nenner Ausdrücke zweiter Ordnung bezüglich der Länge des Krümmungsradius R des sphärischen Schirmes oder des Abstandes des Schirmes vom Ablenkungszentrum oder von beiden sind, so kann man doch die Ausdrücke höherer Ordnung bei der Näherungsweisen Ableitung der Gleichungen (10) und (11) vernachlässigen, da die erwähnten Variablen in der Praxis kleiner als 0,2 sind.

Bezeichnet man die Abstandsteilung der öffnungen auf den vertikalen und horizontalen Ausrichtlinien in der Nähe des Punktes P mit Py(n, m) und Pjj(n, m), so sind diese durch fol gende Gleichungen gegeben:

2 " (12) P_H(n, m) = x(n,m) - x(n-l, m) = (1 + ^

y ²

(13) P_v(n,m)=y(n,a) - y(n,m-l)=(l - ^

In diesem Falle 1st (^χ _η~^χ _η_ι) ^die Abstandsteilung der vertikalen Ausrichtlinien auf der x-Achse (X-) und kann duröh Pjj(n,Oj ausgedrückt werden, während (y-y J die Abstandsteilung der horizontalen Ausrichtlinien auf der y-Achse (Y_Q) ist und durch P™(0, m) ausgedrückt werden kann. Die Gleichungen (12> und (13) lassen sich dann wie folgt schreiben:

y ² P_H(n, n) = (1 ♦ ^) P_H(n, 0)

_H(n, n) = (1 ♦ ^) P_H

^xn² (15) P_v(n, b) = (1 - ^) Py(O, m)

Drückt man eine Linie y = /x, die das Zentrum der Schattenmaske 1 mit ihren Unifangsbereich verbindet, in Form einer Funktionsgleichung aus, so werden die Abstandeteilungen der

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vertikalen und horizontalen Ausrichtlinien der öffnungen Pu(n, m) und Py(n, m) auf der Linie y ^sT^x» di® ^man durch die obigen Gleichungen (I¹I) und (15) erhält, gleich denen von P₁₁(O, 0) und Py(O, 0) im Zentrum der Maske 1 gewählt. Dies bedeutet die Erfüllung der Forderung einer dicht zusammengefaßten Anordnung der Offnungen.

Drückt man demgemäß P_H(n, m) und Py (n_s m) auf der Linie y :][Ί durch die Gleichungen (1*0 und (15) Jeweils aus als P„(n', m') und Py(n', m⁸), so ist es ausreichend, nur die folgenden Gleichungen zu erfüllen:

(16) ^PH⁽ⁿ'» ^{ml) = P}H⁽⁰» ⁰⁾

(17) Py(n·, m') s Py(O,0)

Eine Berechnung unter Verwendung der obigen Beziehungen aus den Gleichungen (14) und (15), ergibt für Pjj(n, 0) und Py(O,m):

(18) P_H(n_f 0) = ^PH<ⁿ' >

H _^

P_v(n«, m«) P_v(0_s 0)

(19) Py(O, ω) s -^ -j-— » -Ζ- -=«-

X X

1 ⁿ 1 ⁿ

¹ " 2RL ² " 2RL

Aus den Gleichungen (10) und (11) erhält man die folgende Beziehung: ρ

X-

_v y(n, (20) Im _

ⁿ x(n,

Berücksichtigt man y = f%, so läßt sich Gleichung (20) wie folgt ausdrücken:

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χ ²
(21) J₁ y(n'. «■')/(! -^)

χ(η·, m')/(l + —
2RL

(22) y(n'V m') = /χ(η', m«)

Aus den Gleichungen (16) und (17) läßt sich folgende Gleichung ableiten:

y ²

⁽²³⁾ ^₅₁ ^{u }}

^xn

Diese Gleichung (23) läßt sich näherungsweise wie folgt schreiben; (24) .ν

Drückt man ferner die Gleichungen (18) und (19) jeweils so aus, daß sie y und χ enthalten, so daß die Gleichung (22) in die genannten Gleichungen (10) und (11) eingesetzt wird, und führt man ferner eine Näherung ähnlich der für die Gleichungen (10) und (11) durch, so daß die Gleichung (18) nur χ und die Gleichung (19) nur y_ffi enthält, so werden P_H(n, 0) und Py(O, m) durch die folgenden Gleichungen gegeben:

P„(0, 0) ρ x„²

(25) P_H(n, 0) «.-S 2 = P_H(0, 0) (1-Γ ^

Py(O, 0) y ²

(26) Py(O, m) = = P_v(0, O)(I + -§ )

. . . y_m F2RL

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Die so erhaltenen Gleichungen (25) und (26} stellen Jeweils die Teilungen der vertikalen und horizontalen Ausrichtung der Öffnungen auf der x- und y-Achse dar5, wenn P„(n,ro) und Py(n,m) im Punkte P auf der Linie y - fx auf der Maskenfläche gleich sind P^(O, 0) und Py(O, 0) im Zentrum der Maske.

Die Gleichungen (25) und (26) sind so ausgedrückt, daß sie yenthalten, das in der Linie y ~ fs, verwendet wird. Wenn die vertikalen und horizontalen Ausrichtllralen der Öffnungen im gewünschten Punkt P auf der Maskenfläche, gegeben durch die Gleichungen (14) und (15)» durch Verwendung der Gleichungen (25) und (26) ausgedrückt werden, so lassest sieh die Gleichungen (I¹I) und (15) durch die folgenden Gleichungen wiedergeben:

(27) P_H(n, m) = P_H(0,0)(l «■ ^{m w}* ^^{2 n}

(28) P_v(n, m) = Py(O,O)(l -

Wenn das in der Linie y = fx verwendet® $ mit i gewählt wird« so erhält man aus den Gleichungen (27) und (28) folgende Beziehung :

(29) P_H(n, m) Ρ_β( O₈ 0)
PyIn, m) ^s P_¥( 0, θ/

Die Gleichungen (25) und (26) lassen sich In den Ausdrücken von X_n und y_m durch folgende Gleichungen wiedergeben:

(30) X_n = Σ P_H(k, 0) = nP_H(0, 0) - P_H(0, O)E ^fe:

m ' m „ 2

^{(31) y}m ⁼ Y\ ^pv⁽⁰'^{k) s} mP_v(°»0)>P_v(0, 0)

k=l

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Setzt man χ und y In die obigen Gleichungen (25) und (26) ein und führt man Näherungen durch entsprechend denen zur Gewinnung der Gleichungen (10) und (11), so erhält man folgende Beziehungen:

{P_H(0, 0)\² ₂

(32) P_H(n, 0) « P_H(0, O)(I - n²)

/P_v(0, O)I² ρ

(33) P_V(O, ») = P_v(0, O)(I + m²)

Wenngleich X_n und y_a in den folgenden Formen basierend auf den Gleichungen (30) und (3D ausgedrückt werden fj

Il

^pv<⁰· ^k>

so lassen sie sich näherungsweise doch wie folgt schreiben:

η /"

(3¹O X_n «Τ" ^p _H ^(k» ⁰^ ■/ P_HCk, 0)

(35) y_m - 2_j ^pv⁽⁰» ^k) * / ^pv⁽⁰»

k)dk

Setst man in die Gleichungen (3¹O und (35) als η und m Jeweils k-Werte ein und rechnet man die Gleichungen unter Verwendung der Beziehungen der Gleichungen (32) und (33) aus, so erhält man folgende Gleichungen:

(P_H(0, O)I² ₂ x_n -■ nP_H(0, O)(I - n²)

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(37) y_m = mP_v(O, O)(I + Da

_A und

ergeben sich folgende Beziehungen (38)' X_n * nP_H(0, O)(I -OLn²) (39) y_m = mP_v(0, O)(I + ßm²)

Vom obigen ausgehend erhält die erfindungsgemäße Schattenmaske die Konstruktion gemäß Fig. 8, wobei die Abstandsteilun- , gen der horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien der öffnungen auf den vertikalen und horizontalen Äusrichtlinien, die durch das Zentrum der Maske verlaufen), sich Jeweils vergrößern bzw. verringern, in dem Maße, wi® man eich vom Zentrum den beiden Außenseiten der Maske nähert; die Vergrößerung bzw. Verringerung erfolgt dabei in Übereinstimmung mit den Gleichungen und (26) bzw. (38) und (39).

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Vorstehend wurde das eine Erfindungsnierkraal erläutert. Im folgenden soll nun das zweite Erfindungsmerkmal beschrieben werden, wonach die Kurven gleichen Übertragungsfaktors der . Elektronenstrahlen durch die Schattenmaske konzentrische Kreise etwa um das Maskenzentrum herum sind, wie in Fig. 10 durch 70 angedeutet. Es sei zunächst beschrieben, wie man für diesen Zweck die Öffnungsdurchmesser bestimmt.

Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 9 erwähnt, werden die Koordinaten des gewünschten Punktes P auf der Maske 1 als P {x(n, m), y(n, m)} bezeichnet, die Abstandsteilung der horizontalen Ausrichtlinien der öffnungen in der Nähe des Punktes P mit Py(n, m) und der Abstand zwischen benachbarten öffnungen 2 auf der Ausrichtlinie Yn nahe dem Punkte P mit P(n, ra). Wie im Zusammenhang mit der Ausführung der Maske der Flg. 6 bereits erläutert, sind in einem solchen Falle die horizontalen Ausrichtlinien unter einem Winkel θ gegenüber der horizontalen Linie (der x-Achse X_Q) geneigt, wie in der Gleichung (2) zum Ausdruck kommt, so daß die vertikalen Ausrichtlinien gleichfalls unter einem Winkel θ gegenüber der vertikalen Linie (der y-Achse Y_Q) geneigt sind. P(n, m) ist infolgedessen durch folgende Gleichung gegeben:

2P_v(n, m)
P(n, m) =

Dabei ist

(41) cos© =

\/l + tan²©

tan© ist durch die Gleichung (2) gegeben, die sich Jedoch wie folgt schreiben läßt, wenn man Ausdrücke höher als zweiter Ordnung^vernachlässigt, wie bei Gewinnung der Gleichungen (10) und (11): * .

(42) tan© = - ^X3

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Durch Einsetzen von (42) in (kl) erhält man

1 _Λ

(43) öosQ =- s 1 -

da γΊ-u = 1 - ^, wenn u als kleine Zahl gewählt wird. Vernach lässigt man ^ Il' ^{auf aer} achten Seite der Gleichung durch eine Näherung ähnlich der obigen„ so ergibt sich

(44) cos θ \ 1 ■

Gleichung (¹JO) läßt sich daher wie folgt umschreiben:

(45) P(n, m) '= 2P_y(n, m)

Dabei wird Py(n, m) durch folgende, bereits erwähnte Gleichung (15) ausgedrückt:

X_n ² (15) P_v(n, m) = (1 - ~~) P_y(0, as)

P_v(0, m) in Gleichung (15) ist durch folgende Gleichung (26) gegeben:

P_v(0, Q) P_v(0, m) - — -γ

(26) _v

ι ^m

Wird $, das in y = fx vorkommt., in Gleichung (26) als 1 gewählt, so läßt sich Gleichung (26) wie folgt schreiben:

P_v(0₉ 0) (46) Py(O, m) = -5L- 2_

¹ " 2RL

Hier erhält man die folgenden Gleichungen aus den Gleichungen (10) und (11):

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(47) X_n \ \ (i - » ) _x (n, m)

_x 2 (48) y_ffi » = (1 ♦ ^) y (n, ro)

Durch eine Näherung ähnlich der obigen kann mar/die Gleichungen (15) und (16) wie folgt umschreiben:

P_v(n, m) *« {l - IfgM-Sii-} P_V(O,

(k9) P_v(n, m) *« {l - IfgM-Sii-} P_V(O, in)

(50) P_v(0, m) V L- p_v(o, 0)

Aus diesen Gleichungen (49) und (50) erhält man:

(51) P_v(n,m)=

1-

Setzt man (51) in (45) ein, so ergibt sich: (52) P(n, m) = (l ^f,^)^ Γχ

Da Py(O,0) die Abstandsteilung der horizontalen Ausrichtlinien der öffnungen im Zentrum der Schattenmaske ist, ist 2Py(O,O) der Abstand zwischen benachbarten Offnungen auf den vertikalen Ausrichtlinien im Zentrum der Maske. Wird demgemäß dieser Ab-

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stand SKWlachen benachbarten öffnungen als P(O₉ O) bezeichnet,

(53)

werden ferner P(n, m)_s %(n$ a) und y(n₈ m) Ira die Gleichung (52) ausgedrückt ale P(x_$y)_s χ und y_s so läßt sich die Gleichung (52) wie folgt schreiben: ■

So ttct

Den Abstand Pin© m) gwiiehesi benachbarten öffnungen auf den Ausrlchtllnieia In nahe d@a Pankt P erhält use somit durch die Gleichung (5¹O als PCx₉ y)· Sb ©ei nwn.di© Verteilung der Durchmesser der öffaungen b@®6hx<leben* öle v©n benachbarten Jeweils wa, uen dursh die ©lelehung CS¹O ^©§^^^βη©^η Abstand entfernt sind.

Sind die Itaven

für die Strahlen Kreise, wie FIg₀ 10 se igt» Zentrum der. Maske au eineas g der Strahlöbertragnngsfaktor In folgende Gleichung als Funktion

Abstand vom P₉ so kann gewünschten Punkt durch

(55)

Hierbei Ist T(O) der Üb@i*t2*®gun@8factor der Maske im Zentrum _ und k eine Konstante» - -

Wird der Durchmesssep der Abstand saisehen zeichnet wlrd₉ d.h· net, wird ferner der betrachtet als das
benachbarten öffnung©!

an der Stelle₉ an der gen alg P(x, y) -be-P₈ mit D(x₉ y) bereich·

Dreieckes, das durch die benachbarten drei öffnungen definiert wird, als T(x, y) bezeichnet, so ist der Übertragungsfaktor T(x, y) durch folgende Gleichung gegeben:

₍₅₆₎ . _T(x, „ .

Da r s χ + y² nach Gleichung (55) ist, kann T(r), d.h. T(x, y) wie folgt ausgedrückt werden:

(57) T(x, y) = T(O, 0) {l - k(x²+y²)), wobei T(O,0) = T(O).

D(x,y) ist demgemäß durch folgende aus den Gleichungen (56) und (57) abgeleitete Gleichung gegeben:

(58) D(x,y) _{sl 1}-, _kCx2+_y2)l . P(x,y)

Wird u als eine beliebige kleine Zahl gewählt, wobei νΊ-u *= 1 - £ , so kann Gleichung (58) wie folgt ausgedrückt werden:

(59) „(,,)■ -

Da Gleichung (59) auf Gleichung (55) beruht, was der Fall ist, wenn die Verteilung gleichen übertragungafaktors die Form von konzentrischen Kreisen zum Zentrum der Maske aufweist, 1st verständlich, daß man die Verteilung der Öffnungsdurchmesser erhalten kann, indem man in die Gleichung (59) die Gleichung (5Ό einsetzt, die die Verteilung der Abstände zwischen den öffnungen ausdrückt. Man gewinnt infolgedessen aus den Gleichungen (5¹O und (591 folgende Beziehung:

(60) D(X, y) . (X-I (M) [u 4£j ApIP(O, 0)

0 0 9 θ 4 9 / U 3 4

Wird der Durchmesser der Öffnung Im Zenfei-ua der Maste© als 0(0, Q) bezeichnet j so ergibt sieh

(61) D(O, 0) s „___- ^_{w> w/f}

da D(O, 0) der Wert bei x=ysQ in öleietorag (60) let ο

Unter Verwendung der Gleichung (60) läßt si©h Gleichung (61) wie folgt schreiben:

„2 „2 (62)

Diese Gleichung stellt die Verteilung des? öffnangsdurchmesser dar.

Im folgenden seien die Linien von öffnungen gleichen Durehmessers erläutert. Es sind diejenigen geosKetspiselieii orte*³., für die das Verhältnis des öffn«ngsdureh!igss®rs D(x _s y) ram Öffnungsdurchmesser D(x, y) im Zentrum einen k©BSfe©nt@n Mes=t (als a. bezeichnet) be&itrtj öiese geoaiet^iieSieia öftes¹¹ erfüllen also folgende Beziehung:

Setzt man Gleichung (63) in Gleichung (62) ®in_s so erhält man die Linien der öffnungen gleichen Durchmessers aus folgender Gleichung:

(64) (l - § <xV>} (1 * 4ir > ^{= a}

Im allgemeinen verringert sich bei der Schattenmaske der

Strahlübertragungsfaktor im Umfangsbereich um 30 bis H0% gegen-

2 2 über dem Zentrum, so daß ein Maximalwert von k(x +y ) in

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Gleichung (57) durch 0,3 bis O,M ausgedruckt wird, während

2 2
ein Maximalwert von (x +y } etwa gleich dem Quadrat der kürzesten Entfernung L des Elektronenstrahl-Ablenkungezentrums zum Schirm 1st und demgemäß durch folgende Gleichung gegeben ist:

(65) kuV) = kL² = O.H-0,3

Der Krümmungsradius R des Schirmes ist ferner üblicherweise zwei bis drei Mal so groß wie der Abstand L und k hat einen Wert etwa gleich 1/RL. Der Ausdruck ^ (x²+y²)· |j" kann

daher vernachlässigt werden, so daß sich Gleichung (6¹O wie folgt schreiben läßt:

(66) χ ₊ XZX | ²²

Durch Umformung dieser Gleichung erhält man: (67) (k ♦ Ij ) x* ♦ (k - j^) y² = 2 (i-a)

Dies 1st die Beziehung für die Linien gleicher öffnungsdurehmesser. Bei

(68) k>

bilden die Linien gleichen Durehmessers Ellipsen etwa um das Zentrum der Maske 1» wie in Fig. IiA durch 111 angedeutet. Jede dieser Ellipsen besitzt einen längeren Durchmesser

und einen küreeren Durchmesser 2

Die Durchmesser der öffnungen verringern sich» wenn man sich vom Zentrum aus dem Umfangsbereich der Maske nähert. .Bei

(69) ^{k s} k

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sind die Linien gleichen Durchmesser Gerade, die parallel zur y-Achse verlaufen, wie durch 112 in Figo HB angedeutet, wobei sich die öffnungsdurehmesser bei Entfernung von der y-Achse verringern, Bei

(70) k<4

sind die Linien gleichen Durchmessers Jener öffnungen, deren Durchmesser größer als der Durchmesser im Maskenzentrum ist, Hyperbeln zur y-Achse, die man erhält, indem man a aus Gleichung (63) ausrechnet (vgl» 113 in Pig. HC) jede dieser Hyperbeln besitzt eine Asymptote

y ^s - ]ρ-κΓ + k) · χ / \/(βΤ ~ k) ; die Durchmesser der öffnungen vergrößern sich bei zunehmender Entfernung vom Maskensentrum. Die Linien gleichen Durchmessers der öffnungen, die kleinere Durchmesser als die öffnung im Maskencentrum aufweisen, bilden dagegen Hyperbeln zur x-Aehse (vgl» 114 in Fig. HC)₈ die je eine Asymptote entsprechend üer oben erwähnten haben und deren öffnungsdurehmesser sich bei zunehmender Entfernung vom Maskenzentrum verringern.

Durch die Erfindung wird der Übertragungsfaktor der Elektronenstrahlen durch die Schattenmaske vergrößert, so daß sich ein besonders helles Wiedergabebild ergibt; die Kurven gleichen Übertragungsfaktors, die konzentrische Kreise etwa zum Zentrum der Schattenmaske sind,, kompensieren auf einfache Welse eine ■ Verschlechterung der Farbreinheit und gewährleisten damit ein Farbbild hoher Qualität«,

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   ) Schattenmaske zur Verwendung in Kathodenstrahlröhren, enthaltend eine Metallplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen, die an den Schnittpunkten von horizontalen und vertikalen«gekrümmten Linien vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei Annäherung an den Umfang der Schattenmaske der Abstand der horizontalen gekrümmten Linien vergrößert und der der vertikalen gekrümmten Linien verkleinert und daß die Linien gleichen Übertragungsfaktors Kreise sind, die etwa konzentrisch zum Zentrum der Schattenmaske liegen.
2. 2.) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers der öffnungen Ellipsen sind, wobei eine Achse jeder Ellipse horizontal liegt.
3. 3·) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers der öffnungen Gerade sind, die etwa parallel zueinander vertikal verlaufen.
4. 4.) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers Hyperbeln sind, die um eine vertikale und eine horizontale Linie angeordnet sind.
5. 5.) Kathodenstrahlröhre mit einem gekrümmten Schirm, der eine Anzahl von Phosphorstellen trägt, ferner mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Anzahl von Elektronenstrahlen, mit in einer gemeinsamen Ebene ausgerichteten AblenkungsZentren für die Elektronenstrahlen, ferner mit einer Schattenmaske zwischen dem Schirm und den zur Erzeugung der Elektronenstrahlen dienenden Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske eine Vielzahl von öffnungen aufweist, die wenigstens im Um'fangsbereich der Schattenmaske bei Betrachtung aus der zentralen Achsrichtung der Kathodenstrahlröhre nicht in geraden Linien angeordnet sind und daß die Linien gleichen Übertragungsfaktors

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   Kreise etwa konzentrisch zum Zentrum der Schattenmaske sind.
6. 6.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Öffnungsdurchmessers Ellipsen
   sind, wobei eine Achse jeder Ellipse horizontal liegt.
7. 7.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers Gerade sind, die
   etwa parallel zueinander vertikal verlaufene,
8. 8.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers Hyperbeln sind, die um eine vertikale und eine horizontale Linie ausgebildet sind.

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