DE2026412A1 - Schattenmaske für Kathodenstrahlröhren - Google Patents
Schattenmaske für KathodenstrahlröhrenInfo
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- H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
- H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
- H01J29/06—Screens for shielding; Masks interposed in the electron stream
- H01J29/07—Shadow masks for colour television tubes
- H01J29/076—Shadow masks for colour television tubes characterised by the shape or distribution of beam-passing apertures
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- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
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 sinds 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.
009849/1431»
2026A12'
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 DR,
Dn und Dg eines Durchmessers «5, die Dreiergruppen von BiId-
■009849/U34
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 DR, DQ 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
tanQv=y / ( y/R2-x2-y2 - R + L).
Hieraus ergibt sich
Hieraus ergibt sich
Dabei ist θ der Verdrehungswinkels 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„, Dß und Dß 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
BAD
wobei y^O bei
yQ 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)
(6) - - - ι H - (R-L)
. »0 J"2:
<
0I R2 -
(R-L)
{ Mr? - x* -y*. Vr? -X0*!
v. R-L J
Hierbei ist xQ 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-
00 98Λ 9 / U34
gende Näherungsform, die hinsichtlich der Rechtwinkligkeit
zwischen den horizontalen und vertikalen Ausrichtlinien höchstens einen Fehler von - 1° aufweist:
(7) χ -ψ +\ΑΡ - X0)2 - y2
xo 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 DR, DQ und Dg für jede öffnung 2 der Maske 1 gegenüber der
horizontalen Linie: '
009849/1434
(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
009849/U3 A
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 Xn und Yn 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., DQ und Dß, 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.
0.09849/U3*
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 wirds 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.
008843/1434
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^ehriebens 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.
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,
ym und xn jeweils für yQ und xQ elnsetst vaiü üie daraus
geleiteten Simultangleichungen näherungsweise auflögt;
(10) x(n, m) = (1 + Jj[g) Xn
(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) PH(n, m) = x(n,m) - x(n-l, m) = (1 + ^
y 2
(13) Pv(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 (YQ)
ist und durch P™(0, m) ausgedrückt werden kann. Die Gleichungen (12>
und (13) lassen sich dann wie folgt schreiben:
y 2
PH(n, n) = (1 ♦ ^) PH(n, 0)
H(n, n) = (1 ♦ ^) PH
xn2
(15) Pv(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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2026U2
vertikalen und horizontalen Ausrichtlinien der öffnungen
Pu(n, m) und Py(n, m) auf der Linie y sTx» 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 PH(n, m) und Py (ns 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) = PH(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) PH(nf 0) = PH<n' >
H _^
Pv(n«, m«) Pv(0s 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'. «■')/(! -^)
(21) J1 y(n'. «■')/(! -^)
χ(η·, m')/(l + —
2RL
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 yffi enthält, so werden PH(n, 0) und Py(O, m)
durch die folgenden Gleichungen gegeben:
P„(0, 0) ρ x„2
(25) PH(n, 0) «.-S 2 = PH(0, 0) (1-Γ ^
Py(O, 0) y 2
(26) Py(O, m) = = Pv(0, O)(I + -§ )
. . . ym 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) PH(n, m) = PH(0,0)(l «■ m w* ^2 n
(28) Pv(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) PH(n, m) Ρβ( O8 0)
PyIn, m) s P¥( 0, θ/
PyIn, m) s P¥( 0, θ/
Die Gleichungen (25) und (26) lassen sich In den Ausdrücken von
Xn und ym durch folgende Gleichungen wiedergeben:
(30) Xn = Σ PH(k, 0) = nPH(0, 0) - PH(0, O)E ^fe:
m ' m „ 2
(31) ym = Y\ pv(0'k) s mPv(°»0)>Pv(0, 0)
k=l
009843/U34
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:
{PH(0, 0)\2 2
(32) PH(n, 0) « PH(0, O)(I - n2)
/Pv(0, O)I2 ρ
(33) PV(O, ») = Pv(0, O)(I + m2)
Wenngleich Xn und ya 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 Xn «Τ" p H (k» 0^ ■/ PHCk, 0)
(35) ym - 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:
(PH(0, O)I2 2
xn -■ nPH(0, O)(I - n2)
009849/1434
(37) ym = mPv(O, O)(I +
Da
A und
ergeben sich folgende Beziehungen (38)' Xn * nPH(0, O)(I -OLn2)
(39) ym = mPv(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).
9849/1434
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 XQ) 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 YQ) geneigt sind. P(n, m) ist infolgedessen durch folgende
Gleichung gegeben:
2Pv(n, m)
P(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
Q09849/U34
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) '= 2Py(n, m)
Dabei wird Py(n, m) durch folgende, bereits erwähnte Gleichung (15) ausgedrückt:
Xn 2 (15) Pv(n, m) = (1 - ~~) Py(0, as)
Pv(0, m) in Gleichung (15) ist durch folgende Gleichung (26)
gegeben:
Pv(0, Q) Pv(0, m) - — -γ
(26) v
ι m
Wird $, das in y = fx vorkommt., in Gleichung (26) als 1 gewählt, so läßt sich Gleichung (26) wie folgt schreiben:
Pv(09 0) (46) Py(O, m) = -5L- 2_
1 " 2RL
Hier erhält man die folgenden Gleichungen aus den Gleichungen (10) und (11):
009849/1434
(47) Xn \ \ (i - » ) x (n, m)
x 2 (48) yffi » = (1 ♦ ^) y (n, ro)
Durch eine Näherung ähnlich der obigen kann mar/die Gleichungen
(15) und (16) wie folgt umschreiben:
(k9) Pv(n, m) *« {l - IfgM-Sii-} PV(O, in)
(50) Pv(0, m) V L-
pv(o, 0)
(51) Pv(n,m)=
1-
Setzt man (51) in (45) ein, so ergibt sich:
(52) P(n, m) = (l ^f,^)^ Γχ
Da Py(O,0) die Abstandsteilung der horizontalen Ausrichtlinien
der öffnungen im Zentrum der Schattenmaske ist, ist 2Py(O,O)
der Abstand zwischen benachbarten Offnungen auf den vertikalen Ausrichtlinien im Zentrum der Maske. Wird demgemäß dieser Ab-
009849/143*
stand SKWlachen benachbarten öffnungen als P(O9 O) bezeichnet,
(53)
werden ferner P(n, m)s %(n$ a) und y(n8 m) Ira die Gleichung (52)
ausgedrückt ale P(x$y)s χ und ys 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©!
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) ®ins 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
009849/1434
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:
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
-.009849/1434
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«,
009849/U3A-
Claims (8)
- 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.) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers der öffnungen Ellipsen sind, wobei eine Achse jeder Ellipse horizontal liegt.
- 3·) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers der öffnungen Gerade sind, die etwa parallel zueinander vertikal verlaufen.
- 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.) 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 Übertragungsfaktors0098A9/U34Kreise etwa konzentrisch zum Zentrum der Schattenmaske sind.
- 6.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Öffnungsdurchmessers Ellipsen
sind, wobei eine Achse jeder Ellipse horizontal liegt. - 7.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers Gerade sind, die
etwa parallel zueinander vertikal verlaufene, - 8.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Linien gleichen Durchmessers Hyperbeln sind, die um eine vertikale und eine horizontale Linie ausgebildet sind.0098A9/U3A
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