DE2935856A1 - Kathodenstrahlroehre mit schattenmaske - Google Patents

Description

RCA 72 063 Ks/Iw

U.S. Serial No: 939,496

Filed: September 5, 1978

RCA Corporation
New York, N.Y., V. St. v. A.

Kathodenstrahlröhre mit Schattenmaske

Die Erfindung bezieht sich auf Kathodenstrahlröhren, wie sie zur Farbfernsehwiedergabe verwendet werden, und betrifft insbesondere den Abstand zwischen Maske und Schirm in einer Kathodenstrahlröhre, die eine gewellte Schatten- oder Lochmaske hat.

In einer Kathodenstrahlröhre mit Schattenmaske zur Farbbilderzeugung werden mehrere konvergierende Elektronenstrahlen durch eine mit vielen öffnungen versehene farbselektierende Schattenmaske hindurch auf einen Mosaikschirm geschossen. Die Strahlen laufen auf solchen Wegen durch die Maske, daß jeder Strahl einen farbemittierenden Leuchtstoff jeweils nur einer Sorte auf dem Schirm trifft und anregt. Bei bekannten Röhren treffen jeweils Teile dreier Elektronenstrahlen, die durch eine gegebene öffnung der Maske dringen, auf drei benachbarte Leuchtstoffelemente ein und derselben Dreiergruppe auf dem Schirm. Der Abstand zwischen Maske und Schirm in solchen Röhren wird als "Abstand Erster Ordnung" bezeichnet.

Die Geometrie in solchen Röhren wird durch folgende Gleichung definiert:

In dieser Gleichung ist q der Abstand von der Maske zum Schirm,

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L ist der Abstand zwischen der Ablenkebene und dem Schirm, a ist der Abstand zwischen benachbarten Maskenöffnungen und s ist der Abstand eines gegenüber der Achse versetzten Elektronenstrahls von der mittleren Längsachse der Röhre in der Nullablenkebene.

Bei einer typischen 25 V/100°-KathodenstrahlrÖhre, die einen Schirm mit Linienmuster und ein Inline-Strahlerzeugungssystem hat, variiert der Abstand q von der Maske zum Schirm von 16 mm bis etwa 18,5 mm, gemessen parallel zur mittleren Längsachse der Röhre.

In einer Veröffentlichung von S.H. Kaplan mit dem Titel "Theory of Parallax Barrier", die im Journal of the SMPTE, Band 59, Juli 1952 erschienen ist, wurde die Möglichkeit eines Maske/ Schirm-Abstandes einer höheren als der ersten Ordnung behandelt, wobei die oben stehende Gleichung nicht mehr gilt. Mit einem Abstand höherer Ordnung werden die Elemente eines Leuchtstoffdreiers auf dem Schirm durch Teile von Elektronenstrahlen angeregt, die verschiedene Maskenöffnungen durchdringen. In der genannten Veröffentlichung ist jedoch nicht davon die Rede, daß die Verwendung eines Abstandes höherer Ordnung irgendeinen Vorteil haben könnte. Tatsächlich ist eine kommerzielle Anwendung eines Maske/Schirm-Abstandes höherer Ordnung bis heute auch nicht bekannt geworden.

Aus der US-Patentschrift 3 282 691 ist es bekannt, Farbfernseh-Leuchtstoffschirme mittels einer Lichtquelle zu "drucken" die an Farbzentren höherer als der Ersten Ordnung angeordnet wird. Obwohl handelsübliche Röhren nach einem solchen Verfahren hergestellt wurden, ist keine Röhre konstruiert worden, in der Elektronenstrahlen an Farbzentren höherer Ordnung arbeiten.

Durch die US-Patentschrift 4 O72 8?6 ist kürzlich eine be-

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sondere Konstruktion einer Schattenmaskenröhre bekannt geworden, bei welcher die Schattenmaske parallel verlaufende Wellungen hat und mit schlitzförmigen öffnungen versehen ist, die in Spalten parallel zu den Wellungen angeordnet sind. Bei dieser Röhre wird zugelassen, daß sich der Abstand von Spalte zu Spalte der öffnungen in gewisser Weise proportional zu den horizontalen Änderungen des Maske/Schirm-Abstandes ändert. Wegen dieser zugelassenen Änderung variiert der von Schlitzspalte zu Schlitzspalte gemessene Abstand a über die Maske bis zu einem Maß von 2 zu 1. Damit die Elektronendurchlässigkeit überall richtig bleibt, muß sich die Breite der Schiitzöffnungen ebenfalls über einen Bereich von 2 zu 1 ändern. Ein derart weiter Bereich bringt Probleme bei der Maskenätzung und der Matrixabschirmung, da es schwierig ist, die erforderlichen Toleranzen einzuhalten, wenn es derart weite Unterschiede in der Schlitzgröße und den Matrixöffnungen gibt. Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Ätzprobleme, die bei Herstellung einer gewellten Maske auftreten,dadurch vermindert, daß man bei der Konstruktion der Röhre Maskenpositionen höherer Ordnung nutzt.

Bei einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre sind der Abstand zwischen einer gewellten Schattenmaske und einem Schirm und der Abstand zwischen den öffnungen in der Schattenmaske so eingestellt, daß benachbarte Elemente im selben Leuchtstoffdreier des Schirms durch Teile verschiedener Elektronenstrahlen erregt werden, die durch verschiedene öffnungen dringen.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine bekannte Kathodenstrahlröhre mit einer gewellten Maske von oben und teilweise axial aufgeschnitten;

Fig. 2 zeigt ebenfalls von oben und teilweise axial aufge-

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schnitten eine Bohre, die der Röhre nach Fig. 1 ähnelt, jedoch erfindungsgemäß ausgebildet ist;

Fig. 3 zeigt schematisch verschiedene Maskenpositionen relativ zu einem Schirm und das Auftreffen von Teilen dreier Elektronenstrahlen auf den Schirm;

Fig. 4- ist eine ähnliche Darstellung wie Fig. 3 für den Fall, daß die äußeren Elektronenstrahlen für rot und blau vertauscht sind.

Die Fig. 1 zeigt eine bekannte rechteckige Kathodenstrahlröhre 18 mit einem evakuierten Glaskolben 20, der aus einer rechteckigen vorderen Kappe 22, einem rohrförmigen Hals 24- und einem dazwischen liegenden trichterförmigen Teil 26 besteht. Die fiöhrenkappe 22 besteht ihrerseits aus einer Frontplatte 28 und einem umlaufenden Flansch (Seitenwand) 30, der abdichtend mit dem Trichter 26 verbunden ist. An der inneren Oberfläche der Frontplatte 28 befindet sich ein Schirm 32 in Form eines Mosaiks aus Leuchtstoffen dreier verschiedener Farben. Der Schirm 32 ist ein sogenannter Linienschirm, das heißt, das Mosaik besteht aus parallelen Leuchtstofflinien oder -streifen, die parallel zur Vertikalachse der Röhre verlaufen, also senkrecht zur Richtung der hochfrequenten Abtastung. Die Bereiche zwischen den Leuchtstofflinien können mit einem lichtabsorbierenden Material ausgefüllt sein. Eine mit vielen öffnungen versehene gewellte farbselektierende Elektrode, die sogenannte Schattenmaske 34-, ist lösbar in einem vorbestimmten Abstand zum Schirm 32 angeordnet. Die Wellungen der Maske 34- bilden parallele Rippen oder Sicken, die sich in Vertikalrichtung erstrecken und eine horizontal laufende Wellenform ergeben. Die öffnungen in der Maske 34- sind Schlitze, die vertikal in Spalten miteinander ausgerichtet sind, wobei die Spalten den Wellungen (das heißt den Rippen) parallel laufen. Innerhalb des Halses 24 der Röhre sitzt ein

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(in Fig. 1 nur schematisch dargestelltes) Inline-Strahlerzeugungssystem 36, um drei Elektronenstrahlen 38B, 38R und 38G zu erzeugen und längs konvergierender Wege, die in gemeinsamer Ebene laufen, durch die Maske 34- hindurch zum Schirm 32 zu schicken.

In der Fig. 2 ist eine Farbbildröhre 40 gezeigt, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. Zur Vereinfachung sind alle diejenigen Teile der Röhre 40, die Teilen der bekannten Röhre 18 gleich sind, mit den selben Bezugszahlen wie dort bezeichnet, und nur für anders ausgebildete Teile sind andere Bezugszahlen verwendet. Der hauptsächlich zu "bemerkende Unterschied zwischen der Röhre 40 und der bekannten Röhre 18 ist der Abstand zwischen Maske und Schirm. In der Röhre 40 hat die Maske 42 einen wesentlich größeren Abstand vom Schirm 32 als die Maske 34 in der bekannten Röhre 18. Dieser größere Abstand zwischen Maske und Schirm kann angesehen werden als eine Versetzung der Maske 42 an einen Ort, der eine Position höherer Ordnung gegenüber dem Schirm 32 darstellt. Bei solchen Positionen höherer Ordnung sind sowohl die Abstände von Spalte zu Spalte der Öffnungen als auch die Breite der öffnungen anders als bei der Position Erster Ordnung. Das Konzept für diesen erhöhten Abstand ist in den Fig. 3 und 4 näher veranschaulicht.

In beiden Fig. 3 und 4 sind die Orte der Leuchtetoffelemente, die den Schirm 32 bilden, jeweils die gleichen, jedoch sind die Orientierungen der beiden äußeren Strahlen B und R vertauscht. In jeder der Figuren sind Masken in einer Vielzahl von Positionen dargestellt, in denen jeweils eine Farbselektierung möglich ist. Die mit geraden Zahlen bezifferten Positionen gelten für die eine Anordnung der Strahlkanonen, während die mit ungeraden Zahlen bezifferten Positionen für die vertauschte Anordnung der Strahlkanonen gilt. In jeder Fig. sind diejenigen Maskenpositionen, die für die in der gleichen Fig. dargestellte Anordnung

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des Strahlerzeugungssystems geeignet sind, mit starken Linien gezeichnet, während die Maskenpositionen für die jeweils alternative Anordnung der Strahlkanonen mit unterbrochenen Linien gezeichnet sind.

Die Pos. 1 in Fig. 4- entspricht der Position Erster Ordnung, wie sie eine gewellte Maske in einer bekannten Röhre hat, wobei sich innerhalb jeder Maskenöffnung Teile dreier Elektronenstrahlen kreuzen, um auf drei benachbarte bzw. aufeinanderfolgende Leuchtstoffelemente eines Leuchtstoffdreiers am Schirm zu treffen. In den dargestellten Fällen besteht ein Leuchtstoffdreier aus drei aufeinanderfolgenden Leuchtstoffelementen, wobei das dem mittleren Elektronenstrahl zugeordnete Element jeweils die Mitte des Dreiers ist. Bei Maskenpositionen höherer Ordnung, wie sie verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung entsprechen, dringen die Teile der Elektronenstrahlen, die auf benachbarte oder aufeinanderfolgende Leuchtstoffelemente treffen, niemals durch jeweils dieselbe öffnung, sondern immer durch verschiedene Öffnungen.

Die erste mögliche Maskenposition höherer Ordnung ist die Position 2 in Fig. 3. Es sei erwähnt, daß wenn die Maske an der Position 2 sitzt, die Anordnung der Strahlkanonen gegenüber der Anordnung,die im Falle der bekannten Maskenposition Erster Ordnung getroffen ist, vertauscht ist. In der Position 2 müssen , Größe und Abstand der Maskenöffnungen anders sein als im Falle des Sitzes der Maske an der Position Λ, wenn man die Orte und Größe der Leuchtstoffelemente am Schirm beibehalten will. Genauer gesagt, müssen die Öffnungen etwas kleiner und dichter beieinander liegen. Vegen dieser Änderungen ist die oben stehende Gleichtun Q ^β τ§· für die Röhrengeometrie nicht mehr anwendbar. Die Gleichung der Röhrengeometrie für den speziellen Fall der Position 2 bekommt vielmehr folgende Form:

2La

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Bei einer solchen Röhrengeometrie dringen die entsprechenden Teile der beiden äußeren Strahlen E und B, die auf benachbarte Elemente des selben Leuchtstoffdreiers treffen, durch öffnungen, die neben denjenigen öffnungen liegen, durch die der auf das mittlere Element des Dreiers treffende Teil des mittleren Strahls dringt.

Die Position 3 ist wie die Position 2 eine Maskenposition zweiter Ordnung, jedoch für den Fall vertauschter äußerer Strahlkanonen. Auch hier dringen Teile der beiden äußeren Strahlen, die eine bestimmte Dreiergruppe benachbarter oder aufeinanderfolgender Leuchtstoffelemente auf dem Schirm treffen, durch öffnungen, die jeweils derjenigen öffnung benachbart sind, welche von dem auf den gleichen Leuchtetoffdreier treffenden Teil des mittleren Strahls durchdrungen wird. Obwohl die Maskenpositionen 2 und 3 beide als Positionen zweiter Ordnung bezeichnet werden (bei denen die einen bestimmten Leuchtstoffdreier beleuchtenden Teile der äußeren Strahlen durch öffnungen dringen, welche der Durchtrittsöffnung für den mittleren Strahl für die Beleuchtung des selben Dreiers benachbart sind), ist für diese beiden Positionen der Abstand zwischen Maske und Schirm sehr unterschiedlich. Dieser Unterschied zeigt sich in der für die Position 3 geltenden Röhrengleichung:

4La
^{q =}

Eine Maskenposition dritter Ordnung besteht dann, wenn sich die Maske an einer solchen Stelle befindet, daß Teile der äußeren Strahlen, die auf Leuchtetoffelemente eines bestimmten Dreiers treffen, durch öffnungen dringen, die um zwei öffnungen gegenüber derjenigen öffnung versetzt sind, durch die ein auf ein Element des selben Dreiers treffender Teil des mittleren Strahls dringt. Anders ausgedrückt: Die Teile der äußeren Strahlen, die durch die gleiche öffnung wie der mittlere Strahl dringen, treffen auf Leuchtstoffdreier, die gegenüber dem vom Teil

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des mittleren Strahls getroffenen Dreier um zwei Dreier versetzt sind. Eine Maskenposition dritter Ordnung ist die Position 4 in Figur 3- Die Böhrengeometriegleichung für die Position 4- ist folgende:

?La

Der alternative Fall einer Maskenposition dritter Ordnung ist die Position 5 i*i Fig. 4-, Für diesen Fall gilt folgende Böhrengeometriegleichung:

Für Maske, Schirm und Strahlkanonen sind auch Anordnungen höherer als der dritten Ordnung möglich und geeignet, obwohl solche Anordnungen etwas weniger wünschenswert sind. Zwei Anordnungen vierter Ordnung sind in den Fig. 3 und 4- mit den Maskenpositionen 6 bzw. 7 dargestellt. Für den Fall einer an der Position 6 sitzenden Maske gilt folgende Gleichung:

8La

und für den Fall einer an der Position 7 befindlichen Maske gilt die Gleichung:

10La .

Bei Betrachtung der für zweite und höhere Ordnungen geltenden Gleichungen läßt sich erkennen, daß man die Röhrengeometrie für diese Fälle durch folgende allgemeine Gleichung beschreiben. kann:

wobei η eine ganze Zahl ist, die größer als 1 aber kein Vielfaches von 3 ist, also η = 2, 4-, 5, 7, 8, 10, 11, 13f 14» 16 ..,

Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß in den Fig. 3 und 4 die Schirme einander gleich sind, wobei die schirmbildenden Leucht-

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Stoffelemente in gleicher Orientierung (also gleicher Beihenfolge in gegebener Eichtung) angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Positionen der beiden äußeren Leuchtstoffelenente jedes Dreiers zu vertauschen und die Orientierungen der Elektronenstrahlen gleich zu lassen, so wie sie bei der bekannten Anordnung Erster Ordnung sind.

Wie bereits erwähnt, wird bei in jüngerer Zeit vorgeschlagenen Bohren der Abstand a von öffnung zu öffnung proportional zu den Änderungen des Maske/Schirm-Abstandes q etwas geändert. Indem man gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung den Absolutwert von q erhöht, kann im Falle ungleichmäßiger Schwankungen von q, wie sie im Falle einer Bohre gewellter Maske vorhanden sind, die Änderung des Wertes a reduziert werden. Wenn sich z.B. bei einer bekannten Bohre der Abstand q von 16 mm an einem Punkt auf 18,5 mm an einem anderen Punkt ändert, ist das Verhältnis zwischen den beiden verschiedenen Abständen an diesen Punkten gleich 1,16. Wenn jedoch bei diesem gleichen Abstandsunterschied zwischen zwei Punkten der Absolutwert von q erhöht wird, so daß der Abstand q am ersten Punkt gleich 32 mm und am zweiten Punkt gleich 34,5 mm ist, dann bekommt das Verhältnis zwischen den an den beiden Punkten herrschenden unterschiedlichen Abständen den Wert 1,08. Da sich der Abstand a zwischen den öffnungen proportional zur Änderung des Abstandes q ändern kann, wird in diesem Fall die Änderung des Abstandes a von ungefähr 16 % auf 8 % vermindert.

Obwohl die weiter oben genannte Veröffentlichung von Kaplan die Möglichkeit anspricht, Maskenpositionen zweiter oder höherer Ordnung in Bohren mit flacher oder sphärisch gewölbter Maske zu verwenden, enthält die Veröffentlichung keinerlei Hinweis darauf, daß solche Maskenpositionen irgendeinen Vorteil hätten. Tatsächlich ist bis heute nicht erkannt worden, inwiefern Maskenpositionen zweiter oder höherer Ordnung in der Praxis vorteilhaft sein könnten. Die vorliegende Erfindung beruht aber auf der

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ORIGINAL INSPECTED

Erkenntnis, daß die Kombination des Konzeptes einer gewellten Maske mit einer Anordnung der Maske an Positionen zweiter oder höherer Ordnung zu einem neuartigen Ergebnis führt, das bisher von Fachleuten auf dem Gebiet der Röhrenherstellung nicht erkannt worden ist. Dieses vorteilhafte Ergebnis ist die Vereinfachung der Breitenänderung der Maskenöffnungen, so daß die erforderlichen Toleranzen für Röhren kommerziell verwertbarer Qualität eingehalten werden können, wenn man die üblichen Maskenätzverfahren anwendet.

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Claims (2)

DR. DlETEK ν. BJSZOLD DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER MAHIA-THERESIA-STRASSE 22 POSTFACH ΗβΟβΟβ D-SOOO MUENCHEN 8β TELEFON Ο80/4Τβ9Οβ 476819 RCA 72 063 Ks/iw U.S. Serial No: 939,4-96 telegram« bombez Filed: September 5, 1978 RCA Corporation New York, N.Y., V. St. ν. Α. Kathodenstrahlröhre mit Schattenmaske Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre mit einem Schirm aus Leuchtstoffelementen, die sich vertikal erstrecken und in Dreiergruppen jeweils verschiedenfarbig emittierender Leuchtstoffe angeordnet sind, und mit einer nahe dem Schirm angeordneten gewellten Schattenmaske, die mit öffnungen versehen ist und parallele, sich in Vertikalrichtung erstreckende Wellungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (42) in einem Abstand (Position 2, 3* 4, 5, 6, 7) einer höheren als der ersten Ordnung vom Schirm (32) angeordnet ist, so daß benachbarte Elemente im ^jeweils selben Leuchtstoffdreier des Schirms von solchen Teilen verschiedener Elektronenstrahlen (38) angeregt werden, die durch verschiedene öffnungen der Maske dringen.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Maske und Schirm in der Röhre durch folgende Gleichung definiert ist:

nLa

^M 3s '

wobei die Symbole in dieser Gleichung folgendes bedeuten:

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POSTSCHECK MÜNCHEN NR. β»148 8OO · BANKKONTO HYPOBANK MÜNCHEN (BLZ 7(K)2OO401 KTO. 6060257378

q ist der Abstand zwischen Maske und Schirm, ist der Abstand von der Ablenkebene zum Schirm, a ist der Abstand zwischen den Maskenöffnungen, gemessen parallel zu einer Linie, die durch zwei Strahlen in der Ablenkebene läuft, s ist der Abstand zwischen der mittleren Längsachse der Röhre und der Mitte eines außerhalb der Achse laufenden Elektronenstrahls in der Ablenkebene,

η ist eine positive ganze Zahl, die größer als 1 und kein Vielfaches von 3 ist.

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