DE69523225T2

DE69523225T2 - Farbkathodenstrahlröhre

Info

Publication number: DE69523225T2
Application number: DE69523225T
Authority: DE
Inventors: Kumio Fukuda; Masatsugu Inoue; Takashi Murai; Shinji Ohama; Ichiro Saotome; Norio Shimizu
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: TW297907B; DE69528779T2; EP0893814A2; EP0692810B1; US5672934A; KR100190675B1; DE69528779D1; CN1108626C; EP0692810A1; CN1269595A; DE69523225D1; KR960005699A; EP0893814B1; CN1135092A; EP0893814A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Farbkathodenstrahlröhre vom Schattenmasken- bzw. Lochmaskentyp und insbesondere auf eine Farbkathodenstrahlröhre, die einen Leuchtschirm und eine Schattenmaske aufweist, welche einen wirksamen Teil mit Anordnungen bzw. Arrays von Öffnungen bzw. Aperturen oder Blenden aufweist, die sich parallel zu der Kurzachse des wirksamen Teils erstrecken und entlang der Langachse desselben nebeneinander liegen. Die Apertur-Arrays sind voneinander beabstandet, und die Aperturen jedes Arrays sind geneigt bzw. schräggestellt, so daß Elektronenstrahlen, die durch die Aperturen der Schattenmaske hindurchgehen, an gewünschten Positionen auf dem Leuchtschirm landen, wobei sie die Qualität des Leuchtschirms verbessern.
Im allgemeinen umfaßt eine Farbkathodenstrahlröhre ein Panel bzw. eine Platte 2, einen Trichter 3, eine Schatten- bzqw. Lochmaske 6, eine Elektronenkanone 9 und eine Strahlablenkeinheit 10, wie Fig. 1 veranschaulicht. Das Panel 2 und der Trichter 3 sind miteinander verbunden und bilden einen Kolben. Das Panel 2 hat einen wirksamen Teil 1. Auf der Innenfläche des wirksamen Teils 1 ist ein Leuchtschirm 4 vorgesehen. Der Leuchtschirm 4 besteht aus blau-emittierenden Leuchtstoffschichten, grünemittierenden Leuchtstoffschichten und rot-emittierenden Leuchtstoffschichten. Die Schatten- bzw. Lochmaske 6 ist im Kolben vorgesehen und liegt dem Leuchtschirm 4 gegenüber. Die Maske 6 weist einen wirksamen Teil 5 auf, der im wesentlichen rechteckig ist. Der wirksame Teil 5 ist gekrümmt und weist Anordnungen bzw. Arrays von Öffnungen bzw. Aperturen oder Blenden auf. Die Elektronenkanone 9 ist im Hals 7 des Trichters 3 vorgesehen, um drei Elektronenstrahlen 8B, 8 G und 8R zu emittieren. Die Strahlablenkeinheit 10 ist außerhalb des Kolbens gelegen, genauer gesagt am Trichter 3 montiert. Im Betrieb werden die von der Kanone 9 emittierten Strahlen 8B, 8 G und 8R in horizontalen und vertikalen Ebenen abgelenkt, durchlaufen die Aperturen der Schattenmaske 6 und treffen auf den Leuchtschirm 4 auf, wodurch die Kathodenstrahlröhre ein Farbbild anzeigt bzw. wiedergibt.
Es sind verschiedene Farbkathodenstrahlröhren, Welche die oben beschriebene Struktur aufweisen, bekannt. Eine davon ist eine Inline-Farbkathodenstrahlröhre, bei der drei Elektronenstrahlen 8B, 8 G und 8R in der gleichen horizontalen Ebene verlaufen. Die blau-emittierenden Leuchtschichten, grün-emittierenden Leuchtschichten und rot-emittierenden Leuchtschichten, welche den Leuchtschirm 4 der Inline-Kathodenstrahlröhre bilden, sind längliche Streifen, die sich vertikal erstrecken. Die Schattenmaske 6 der Kathodenstrahlröhre weist Arrays bzw. Anordnungen von Aperturen bzw. Blenden in ihrem wirksamen Teil auf. Die Apertur-Arrays erstrecken sich längs der Kurzachse Y des wirksamen Teils 5 und liegen längs der Langachse X des wirksamen Teils 5 nebeneinander.
Die Schattenmaske 6 ist eine farbauswählende Elektrode. Die Elektronenstrahlen 8B, 8 G und 8R werden durch jede. Apertur der Maske 6 geleitet und verlaufen unter verschiedenen Winkeln in bezug auf die Maske 6. Die Strahlen 8B, 8 G und 8R müssen korrekt auf den jeweils benachbarten blau-emittierenden Leuchtstreifen, grünemittierenden Leuchtstreifen bzw. rot-emittierenden Leuchtstreifen des Leuchtschirms 4 landen. Sonst kann die Inline-Farbkathodenstrahlröhre kein Bild mit hoher Farbreinheit wiedergeben. Um ein korrektes Landen bzw. Auftreffen der Strahlen zu erreichen, müssen die Aperturen der Schattenmaske 6 während der ganzen Betriebszeit der Kathodenstrahlröhre mit den Leuchtstreifen ausgerichtet sein bzw. werden. Genauer gesagt muß während des ganzen Betriebs der Kathodenstrahlröhre die Maske 6 an einer solchen Position gehalten werden, daß die Distanz q zwischen ihrem wirksamen Teil 5 und dem wirksamen Teil 1 des Panels 2 innerhalb eines begrenzten Bereichs bleibt.
Aufgrund des Funktionsprinzips einer Farbkathodenstrahlröhre vom Schattenmaskentyp passiert nur ein Drittel oder weniger jedes von der Kanone emittierten Elektronenstrahls eine Apertur der Schattenmaske 6 und erreicht den Leuchtschirm 4. Der andere Teil des Elektronenstrahls trifft auf die Maske 6 auf und wird in Wärmeenergie umgewandelt, welche die Schattenmaske 6 erhitzt. Durch diese Erhitzung wölbt sich die Schattenmaske 6 zum Leuchtschirm 4 hin, wie durch die strichpunktierte Linie gemäß Fig. 2 angedeutet ist, da sie aus einem kohlenstoffarmen Stahl gefertigt ist, der einen hohen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist. Infolge dieser Verwerfung bzw. Wölbung, die als sog. "doming" bekannt ist, verändern die Aperturen ihre Positionen. Infolgedessen nimmt der Abstand q zwischen ihrem wirksamen Teil 5 und dem wirksamen Teil 1 des Panels 2 ab. Falls der Abstand q übermäßig auf einen Wert außerhalb des begrenzten Bereichs abnimmt, verfehlt jeder Elektronenstrahl das Auftreffen auf dem Ziel- Leuchtstreifen 11, und die Kathodenstrahlröhre gibt ein Bild wieder, das eine ungenügende Farbreinheit hat.
Das durch das Doming der Schattenmaske 6 verursachte fehlerhafte Auftreffen bzw. Landen von Elektronenstrahlen ist als "Fehllandung" (mislanding) bekannt. Der Grad des Fehllandens hängt weitgehend von der Luminanz des wiederzugebenden Bildes, der Wiedergabezeit dieses Bildes und dgl. ab. Wenn das wiedergegebene Bild einen Teil hoher Luminanz aufweist, entwickelt sich ein sogenanntes lokales Doming gemäß Fig. 2 innerhalb eines kurzen Zeitraums. Das lokale Doming verursacht ein verstärktes Fehllanden von Elektronenstrahlen.
Um das durch lokales Doming verursachte Fehllanden zu analysieren, wurden Experimente ausgeführt. In den Experimenten wurde am Leuchtschirm einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß Fig. 3 unter Verwendung eines Mustersignalgenerators ein fensterartiges Muster 14 wiedergegeben. Durch Anlegen von Elektronenstrahlen hoher Stromstärke an den Schirm wies das Muster 14 eine hohe Luminanz auf. Sie erstreckte sich längs der Kurzachse Y des Leuchtschirms.
Das fensterartige Muster 14 veränderte seine Form und Position infolge der Elektronenstrahl-Fehllandung. Das Fehllanden war am größten dort, wo das Muster 14 in einem Abstand von etwa W/3 von der Kurzachse Y des Schirms wiedergegeben wurde, wobei W die Breite des Bildschirms ist. Genauer gesagt war das Fehllanden am deutlichsten in dem elliptischen Bereich 15 des Schirms, der in Fig. 4 gezeigt ist.
Warum das Elektronenstrahl-Fehllanden im Bereich 15 am deutlichsten war, wird nun mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Falls das Muster 14 in dem Mittelbereich des Bildschirms gemäß Fig. 3 angezeigt wird, erfährt der mittlere Teil der Schattenmaske eine Wärmedehnung. In diesem Fall ist das Fehllanden von Strahlen vernachlässigbar, da die durch die in diesem zentralen Teil gefertigten Aperturen passierenden Strahlen nur um kleine Winkel abgelenkt werden. Je weiter das Muster von der Kurzachse Y des Bildschirms entfernt ist, um so größer sind die Einfallwinkel der auftreffenden Elektronenstrahlen, um das Muster zu bilden. Je größer die Auftreffwinkel sind, um so markanter ist das Elektronenstrahl-Fehllanden der Strahlen. Falls demgegenüber das Muster 14 in dem linken oder rechten Randbereich des Schirms angezeigt wird, ist das Fehllanden gering. Dies rührt daher, daß die Verformung der Schattenmaske durch den starren Rahmen, der die Schattenmaske hält, unterdrückt wird. Folglich ist das sich aus der Wärmedehnung der Schattenmaske ergebende Fehllanden am größten, wenn sich das Muster 14 in einem Abstand von etwa einem Drittel der Breite W des Bildschirms von der Kurzachse Y des Bildschirms befindet.
Die oberen und unteren Randteile der Schattenmaske werden, da sie am Rahmen befestigt sind, der starr und widerstandsfähig ist, nur geringfügig verformt, wenn sich die Schattenmaske bei Erwärmung dehnt. Ferner hat der Rahmen eine Wärmekapazität, die groß genug ist, um die Wärmeenergie zu absorbieren, welche die linken, rechten, oberen und unteren Randteile der Schattenmaske erzeugen, wenn Elektronenstrahlen auf sie auftreffen. Dies hilft, die Verformung der Randteile der Schattenmaske zu reduzieren.
Das Elektronenstrahl-Fehllanden war damit am deutlichsten im elliptischen Bereich 15 (Fig. 4) des Leuchtschirms. Dieser Bereich 15 liegt einem elliptischen Bereich der Schattenmaske gegenüber, dessen Zentrum sich auf der Langachse X der Maske befindet und von der Kurzachse Y der Maske um etwa ein Drittel der Breite der Maske beabstandet ist, und dessen obere und untere Ränder sich in einem Abstand von einem Viertel der Höhe der Maske von der Langachse X befinden.
Es sind verschiedene Verfahren entworfen worden, um das Wölben bzw. Doming einer Schattenmaske zu minimieren.
Eine davon besteht darin, dem effektiven bzw. wirksamen Teil der Schattenmaske eine große Krümmung zu verleihen, d. h., den Krümmungsradius des effektiven Teils zu erhöhen. Wie Experimente zeigen, kann das Doming wirksamer reduziert werden, indem die Krümmung längs der Kurzachse der Maske verringert wird, als durch Verringern der Krümmung längs der Langachse.
Die Krümmung des effektiven Teils der Schattenmaske wird durch die Krümmung der Innenfläche des effektiven Panelteils und die Ablenkeigenschaft der strahlablenkenden Einheit bestimmt, so daß die effektiven Teile der Maske und des Panels voneinander um einen angemessenen Abstand q beabstandet sind. Wenn daher die Krümmung des effektiven Teils der Maske verändert wird, muß die Krümmung der Innenfläche des effektiven Panelteils auf die gleiche Art und Weise verändert werden. Um die Krümmung des effektiven Teils der Maske zu erhöhen und dadurch das Doming der Maske zu minimieren, ist es nötig, die Krümmung der Innenfläche des effektiven Panelteils auf den gleichen Wert zu erhöhen. Die Krümmung der Innenfläche des effektiven Panelteils kann im Fall einer Farbkathodenstrahlröhre mit großem Bildschirm und einer kürzlich entwickelten Farbkathodenstrahlröhre mit einem breiten Bildschirm mit einem Seitenverhältnis von 16. 9 nicht verstärkt werden. Bei diesen Kathodenstrahlröhren besteht der Trend dahingehend, daß die Außenfläche des effektiven Panelteils eine geringe Krümmung aufweist und fast flach ist. Falls die Krümmung der Innenfläche des effektiven Panelteils erhöht wird, wird der mittlere Teil des Panels weit dünner als die Randteile, was die Betriebseigenschaft der Kathodenstrahlröhre beeinträchtigt.
Falls die Krümmung des effektiven Maskenteils erhöht wird, während die Krümmung der Innenfläche des effektiven Panelteils relativ gering bleibt, ist die Distanz q zwischen dem effektiven Teil der Maske und dem Panel anders als der gewünschte Wert. Wie auf dem Gebiet der Technik bekannt ist, kann der Unterschied zwischen den tatsächlichen und den gewünschten Werten der Distanz q durch Anpassen der Intervalle zwischen den im effektiven Teil der Schattenmaske angebrachten Apertur-Arrays ausgeglichen werden. Es ist eine Schattenmaske bekannt, bei der die Intervalle zwischen den Apertur-Arrays allmählich von der Kurzachse zum linken und rechten Rand der Maske zunehmen und der effektive Teil längs der Langachse mit hoher Krümmung gekrümmt ist. Der effektive Teil dieser Schattenmaske kann jedoch längs der Kurzachse ausreichend gekrümmt sein, um das Vorwölben bzw. Doming der Maske zu verhindern. Um die Krümmung längs der Kurzachse zu erhöhen, müssen die Apertur-Arrays so angeordnet sein, daß der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays allmählich von der Langachse der Maske zu den oberen und unteren Rändern der Maske hin zunimmt. Falls alle Apertur-Arrays so angeordnet sind, kann der effektive Teil der Schattenmaske nicht rechteckig bleiben. Infolgedessen kann die Kathodenstrahlröhre keinen rechteckigen Bildschirm haben.
Nicht mit diesem Problem behaftete Schattenmasken sind in der jap. Pat. Anm., KOKOKU-Veröffentlichungs- Nr. 5-1574 (entsprechend dem US-Patent Nr. 4 691 138) und der jap. Pat. Anm. KOKOKU-Veröffentlichungs-Nr. 5 42772 (entsprechend dem US-Patent Nr. 4 631 441) offenbart. Die in jeder Veröffentlichung offenbarte Schattenmaske ist dadurch gekennzeichnet, daß die Apertur-Arrays in Nähe jeder Kurzachse weniger voneinander beabstandet sind als in jedem Eckabschnitt. Die Eckabschnitte können daher längs der Kurzachse mit einem geringen Krümmungsradius gekrümmt sein, während sie ermöglichen, daß die Kathodenstrahlröhre einen rechteckigen Bildschirm aufweist.
Der Abstand PH zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays ist wie folgt gegeben:
PH = a + bX² + cX²
wobei X und Y Koordinaten in einem Koordinatensystem sind, dessen Ursprung das Zentrum des effektiven Teils ist, und dessen Achsen die Horizontal- und Vertikalachsen des effektiven Teils sind, wobei a, b und c quadratische Funktionen von Y sind.
Wenn sich der Abstand Y von der Langachse X des effektiven Teils verändert, verändert sich der Abstand PH als quadratische Funktion von Y. Die Krümmung, mit der der effektive Teil der Maske längs der Kurzachse Y gekrümmt ist, kann nur in einheitlicher bzw. gleichmäßiger Weise groß sein. Das lokale Wölben (doming) der Schattenmaske kann unterdrückt werden, jedoch nicht genügend, um das Fehllanden von Elektronenstrahlen im elliptischen Bereich 15 (Fig. 4) des Leuchtschirms zu minimieren. Um das lokale Doming zu minimieren, muß derjenigen Teil der Schattenmaske, durch welchen die Elektronenstrahlen auf den elliptischen Bereich 15 des Bildschirms auftreffen, entlang der Kurzachse Y mit großer Krümmung gekrümmt sein. Dieser Teil der Maske kann nicht so gekrümmt sein, wenn nicht PHM2 > PHM1 ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist PHM1 der Abstand zwischen den beiden benachbarten Apertur-Arrays, gemessen an einem Punkt M1, der auf der Langachse X der Schattenmaske 6 gelegen ist, und der dem Zentrum P1 des elliptischen Bereichs 15 (Fig. 4) des Bildschirms entspricht. Gemäß Fig. 5 ist auch PHM2 der Abstand zwischen den beiden benachbarten Apertur-Arrays, gemessen an einem Punkt M2, der in einem Abstand von einem Viertel der Höhe H' des effektiven Teils der Maske 6 von der Langachse X der Maske 6 gelegen ist, und der dem oberen Ende P2 des elliptischen Bereichs 15 (Fig. 4) des Bildschirms entspricht. Falls der Abstand PHM2 größer ist als der Abstand PHM1, wird jedoch der Abstand PHM3 zwischen den benachbarten Apertur-Arrays, gemessen an einem Punkt M3, der auf einer Langseite der rechteckigen Schattenmaske 6 gelegen ist, größer als der Abstand PHM2, wie durch unterbrochene Linien in Fig. 5 angedeutet ist. Dies ist unweigerlich so, da der Abstand PH zwischen beliebigen zwei benachbarten Apertur-Arrays sich als quadratische Funktion des Abstands Y von der Langachse X des wirksamen Teils ändert. Damit die Schattenmaske 6 einen rechteckigen wirksamen Teil hat, ist es erforderlich, daß der Abstand zwischen anderen benachbarten Apertur-Arrays an anderen Punkten auf der Langseite der rechteckigen Schattenmaske äußerst kurz sein muß. Falls die Schattenmaske 6 gemäß dem Abstand am Punkt M3 gekrümmt ist, wird der Abstand q zwischen dem wirksamen Teil der Maske und dem Panel übermäßig lang. Infolgedessen ist die wirksame Oberfläche der Schattenmaske so gekrümmt, daß sie eine starke Biegung aufweist. Die Schattenmaske kann auf diese Weise nicht einfach hergestellt werden.
Im allgemeinen wird ein Leuchtschirm zur Verwendung in Farbkathodenstrahlröhren durch Photolithographie hergestellt. Genauer gesagt wird zunächst eine Phosphor- Aufschlämmung, die aus hauptsächlich blau-emittierendem Phosphor und einem photoempfindlichen Harz hergestellt ist, auf die Innenfläche des Panels aufgebracht und danach getrocknet, wobei sie eine Phosphor- bzw. Leuchtstoffschicht bildet. Dann wird die Leuchtstoffschicht den durch die Schattenmaske auftreffenden Lichtstrahlen ausgesetzt. Die so belichtete Schicht wird entwickelt, wobei sie blau-emittierende Leuchtstoffstreifen auf der Innenfläche des Panels bildet. Die Sequenz dieser Schritte wird bei zwei weiteren Phosphor-Aufschlämmungen wiederholt, die grün-emittierendes Phosphor bzw. rotemittierendes Phosphor enthalten, wodurch grünemittierende Leuchtstoffstreifen und rot-emittierende Leuchtstoffstreifen an/auf der Innenfläche des Panels gebildet werden.
Beim Schritt des Belichtens jeder Leuchtstoffschicht werden durch ein optisches Linsensystem Lichtstrahlen von einer Lichtquelle auf die Schattenmaske aufgebracht, und zwar auf denselben Bahnen wie Elektronenstrahlen von der Elektronenkanone auf die Schattenmaske aufgebracht werden. Die durch die Aperturen der Schattenmaske passierenden Lichtstrahlen werden auf jede auf der Innenfläche des Panels ausgebildete Leuchtstoffschicht aufgebracht. Die durch Entwickeln der Leuchtstoffschicht gebildeten Leuchtstoffstreifen nehmen daher eine spezifische Positionsbeziehung mit den Aperturen der Maske ein. Eine Inline-Farbkathodenstrahlröhre weist einen Leucht(stoff)schirm auf, der aus auf der Innenfläche des Panels ausgebildeten blau-, grün- und rot-emittierenden Leuchtstoffstreifen besteht, sowie schwarze Streifen, die zwischen den Leuchtstoffstreifen angeordnet sind, und eine Schattenmaske mit vertikalen Anordnungen von länglichen Aperturen. Selbst wenn der Lichtfleck eines Elektronenstrahls, der eine der Aperturen passiert und auf dem Ziel-Leuchtstoffstreifen gebildet wird, sich in der Längenrichtung des Streifens bewegt (nämlich entlang der Kurzachse Y des Leuchtschirms), wird die Farbreinheit nicht beeinträchtigt. Daher ist es nicht notwendig, Lichtstrahlen auf die Schattenmaske auf den im wesentlichen gleichen Wegen, wie sie die Elektronenkanone auf die Schattenmaske emittiert, aufzubringen. Um einen Leuchtschirm in der Inline-Farbkathodenstrahlröhre zu bilden, wird eine langgestreckte Lichtquelle benutzt, die sich entlang der in die Schattenmaske gefertigten Apertur-Arrays erstreckt. Die langgestreckte Lichtquelle dient dazu, die Belichtungszeit erheblich zu verkürzen und ein Leuchtstoffstreifenmuster mit hoher Präzision zu bilden.
Wenn eine langgestreckte Lichtquelle verwendet wird, kommt es zu einem Problem. Die Innenfläche des Panels ist nicht nur entlang der Langachse X, sondern auch entlang der Kurzachse Y gekrümmt. Gemäß den Fig. 6 und 7 passieren die von den Enden AL und BL der Lichtquelle Ls emittierten Lichtstrahlen Ep die Aperturen der Schattenmaske 6 und erreichen Funkte AP und BP an der Innenfläche des Panels 2. Die Funkte AP und BP sind in der Horizontalrichtung um einen Abstand Δ1 beabstandet, da sich die Achse der Lichtquelle Ls und die Achsen der Apertur-Arrays nicht in derselben Ebene befinden. Demzufolge sind, obwohl die Leuchtstoffstreifen 16B, 16 G und 16R, die im mittleren Teil des Panels 2 vorgesehen sind, wie gewünscht und wie in Fig. 8B dargestellt, gerade sind, die Leuchtstoffstreifen 16B, 16 G und 16R an den vier Randteilen des Panels 2 zickzackförmig gebogen, wie in Fig. 8C gezeigt ist. Der Zickzackverlauf der Streifen, als "Lichtquellenbiegung" (light-source bending) bekannt, vermindert die Qualität der Randabschnitte des Leuchtschirms.
Um eine Verminderung der Qualität des Leuchtschirms zu verhindern, wird in dem Schritt des Belichtens jeder inneren Leuchtstoffschicht gegenüber Lichtstrahlen ein Verschluß bzw. eine Blende im Schritt des Belichtens jeder inneren Leuchtstoffschicht gegenüber Lichtstrahlen verwendet. D. h. eine bewegliche Blende mit einem Fenster wird zwischen dem Panel und der Lichtquelle positioniert und verhindert, daß die gesamte Leuchtstoffschicht dem Licht zur gleichen Zeit ausgesetzt ist. Wenn die Blende bewegt wird, ist die langgestreckte Lichtquelle schräggestellt, so daß sich die Achse des auf der Leuchtstoffschicht gebildeten Apertur-Musters in der gleichen Ebene wie die Achse der langgestreckten Lichtquelle befinden kann. Diese Belichtungsmethode erfordert eine komplexe Belichtungsvorrichtung und eine lange Belichtungszeit. In jüngster Zeit ist ein neues Verfahren weitverbreitet, bei dem ein optisches Linsensystem die Bahn der von der langgestreckten Lichtquelle aufgebrachten Lichtstrahlen anpaßt bzw. verstellt, wobei die Strahlen gleichzeitig auf die gesamte Leuchtstoffschicht auftreffen, ohne die langgestreckte Lichtquelle schrägzustellen. Die durch die neue Belichtungsmethode gebildeten Leuchtstoffstreifen sind an den vier Randabschnitten des Panels zickzackförmig gebogen, wenn auch nur geringfügig, da ein optisches Linsensystem verwendet wird.
Das US-Patent Nr. 4 691 138 (KOKOKU- Veröffentlichungs-Nr. 5-1574) offenbart zwei Schattenmasken, die dazu dienen, Leuchtstoffstreifen zu bilden, die sogar an den vier Randabschnitten des Panels gerade verlaufen.
Wie in Fig. 9A gezeigt ist, weist die erste Maske Apertur-Arrays 18 in ihrem wirksamen Teil 5 auf. Von den in dem Abschnitt, der sich über ein Viertel der Breite W des effektiven Teils 5 von jeder Kurzseite desselben erstreckt, gefertigten Aperturen sind diejenigen, die nahe jeder Langseite des wirksamen Teils gelegen sind, nicht unter Winkeln P1 positiver Werte gelegen, wie es durch die Kurve I gemäß Fig. 5B dargestellt ist. Ferner sind von diesen Aperturen diejenigen, die nahe einer Zwischenlinie 19 gelegen sind, welche von jeder Langseite des wirksamen Teils 5 um ein Drittel der Höhe H desselben beabstandet sind, unter Winkeln KII negativer Werte geneigt, wie durch die Kurve II gemäß Fig. 9C angedeutet ist. Wie Fig. 10A zeigt, sind an der zweiten Maske Apertur-Arrays 18 in ihrem wirksamen Teil 5 ausgebildet.
Von den in dem oben festgelegten Abschnitt gefertigten Aperturen sind diejenigen, die nahe jeder Langseite des wirksamen Teils gelegen sind, unter verschiedenen Winkeln P1 geneigt, wie durch die Kurve I gemäß Fig. 10B angedeutet ist. Von diesen Aperturen sind diejenigen, die nahe einer Zwischenlinie 19 nach obiger Definition gelegen sind, unter verschiedenen Winkeln PII geneigt, wie durch die Kurve II gemäß Fig. 10C angedeutet ist.
In jeder im US-Patent Nr. 4 631 441 offenbarten Schattenmaske sind die in jedem Eckabschnitt des wirksamen Teils 5 hergestellten Aperturen nicht genügend geneigt bzw. schräggestellt, um die Bildung von Zickzack- Leuchtstoffstreifen zu verhindern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Farbkathodenstrahlröhre bereitzustellen, bei der die Schattenmaske Apertur-Arrays aufweist, die in geeigneten Intervallen nebeneinander angeordnet sind, und die gekrümmt ist, um eine örtliche Wölbung (local doming) des wirksamen Teils zu verhindern, und bei der keine Elektronenstrahl-Fehllandung auf dem Leuchtschirm stattfindet.
Gemäß der Erfindung wird eine Farbkathodenstrahlröhre bereitgestellt mit: einem Panel mit einem im wesentlichen rechtwinkligen wir ksamen Teil, der eine gekrümmte innere Oberfläche aufweist, einem Leucht(stoff)schirm, der an der inneren Oberfläche des wirksamen Teils des Panels vorgesehen ist, zum Emittieren von roten, grünen und blauen Lichtstrahlen, wenn dieser von den von dem Elektronenstrahlerzeugungsmittel erzeugten Elektronenstrahlen angeregt wird, und einer Lochmaske mit einem gekrümmten, im wesentlichen rechtwinkligen wirksamen Teil, der dem Leucht(stoff)schirm zugekehrt ist, und die eine Anzahl von Öffnungen bzw. Aperturen oder Blenden zum Führen der Elektronenstrahlen zu dem Leucht(stoff)schirm aufweist, wobei die Öffnungen bzw. Aperturen so angeordnet sind, daß sie eine Mehrzahl von Arrays bilden, die sich entlang der Kurzachse des wirksamen Teils erstrecken und entlang der Langachse des wirksamen Teils nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand PH (N) zwischen dem (N-1) ten und dem N-ten Array, wobei N eine die Position des jeweiligen Apertur-Arrays bezüglich des am Mittelpunkt 0 des wirksamen Teils angeordneten 0-ten Apertur-Arrays kennzeichnende Ordinalzahl ist, gegeben ist durch:
PH(N) = A + BN² + CN&sup4;
wobei A, B und C Funktionen vierter Ordnung einer Y-Koordinate in einem Koordinatensystem sind, deren Ursprung der Mittelpunkt 0 des wirksamen Teils ist und deren Achsen die horizontalen und vertikalen Achsen des wirksamen Teils sind, und C eine Funktion ist, die zuerst abnimmt und dann zunimmt, während sich der Absolutwert der Y-Koordinate von 0 erhöht, und wobei sich die Werte für A und B mit C ändern, so daß der wirksame Teil im wesentlichen rechtwinklig bleibt.
Der Abstand PH(N) zwischen den (N-1)ten und N-ten Arrays, die etwa ein Drittel der Breite W des Bildschirms. von der Kurzachse des Schirms beabstandet sind, kann um den Absolutwert der Y-Koordinate zunehmen und kann durch eine Funktion vierter Ordnung der Y-Koordinate dargestellt werden, so daß er einen Übergangspunkt im wirksamen Teil in bezug auf die Kurzachse des wirksamen Teils aufweist.
Da der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Öffnungs- bzw. Apertur-Arrays so eingestellt ist, kann der Abstand PHM2, gemessen an einem Punkt M2, der in einem Abstand von einem Viertel der Höhe H des wirksamen Teils der Maske von der Langachse X der Maske gemäß Fig. 5 gelegen ist, länger sein als der Abstand PHM1 zwischen den beiden benachbarten Apertur-Arrays, gemessen an einem Punkt M1, der auf der Langachse X der Schattenmaske gelegen ist. Außerdem kann der Abst and PHM3 zwischen den benachbarten Apertur-Arrays, gemessen an einem Punkt M3, der oberhalb des Punkts M2 gemäß Fig. 5 gelegen ist, kürzer sein als in dem Fall, in dem sich der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays als eine quadratische Funktion des Abstands Y von der Langachse X des wirksamen Teils ändert. Der Abstand PH zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays verändert sich als Funktion vierter Ordnung des Abstands Y. Damit kann der Abstand PHM3 ausreichend kurz sein, selbst wenn der Abstand PHM2 länger als der Abstand PHM1 ist. Ein gewünschter Teil des wirksamen Teils bzw. Abschnitts kann daher entlang der Kurzachse mit einem genügend kleinen Krümmungsradius gekrümmt sein, um die lokale Wölbung der Schattenmaske zu reduzieren. Im Ergebnis kann ein Fehllanden der Elektronenstrahlen auf dem Leuchtschirm minimiert werden.
Diese Erfindung ist aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Farbkathodenstrahlröhre,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Elektronenstrahl-Fehllandens, das bei der in Fig. 1 gezeigten Kathodenstrahlröhre infolge der Wölbung (doming) der Schattenmaske auftritt,
Fig. 3 ein Diagramm zur Erklärung, wie eine lokale Wölbung der Schattenmaske in der in Fig. 1 gezeigten Kathodenstrahlröhre auftritt,
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des Bereichs des Leuchtschirms, auf dem das Fehllanden der Elektronenstrahlen infolge der lokalen Wölbung der Schattenmaske gemäß Fig. 3 auftritt,
Fig. 5 ein Diagramm zur Erklärung des Problems mit einer herkömmlichen Schattenmaske, bei der der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays als quadratische Funktion des Abstands Y von der Langachse X des wirksamen Teils zunimmt,
Fig. 6 ein Diagramm zur Erklärung, warum die Leuchtstoffstreifen an den vier Randteilen des Panels bei einer herkömmlichen Farbkathodenstrahlröhre in Zickzackform gebogen bzw. gekrümmt sind,
Fig. 7 ein weiteres Diagramm zur Erklärung, warum die Leuchtstoffstreifen an den vier Randteilen des Panels bei der herkömmlichen Farbkathodenstrahlröhre zickzackförmig gebogen sind,
Fig. 8A eine Draufsicht auf den Leuchtschirm der herkömmlichen Farbkathodenstrahlröhre,
Fig. 8B ein Diagramm zur Darstellung der Form der auf dem zentralen Teil des Panels gebildeten Leuchtstoffstreifen,
Fig. 8C ein Diagramm zur Veranschaulichung der Form der an den vier Randabschnitten des Panels gebildeten Leuchtstoffstreifen,
Fig. 9A ein Diagramm zur Darstellung der in einer herkömmlichen Schattenmaske hergestellten Apertur-Arrays,
Fig. 9B eine graphische Darstellung, um wieviel die entlang der Langseite der herkömmlichen Schattenmaske angeordneten Aperturen gegenüber der Kurzachse Y der Maske geneigt bzw. schräggestellt sind,
Fig. 9C eine graphische Darstellung, um wieviel die entlang einer von der Langseite der Maske um ein Drittel der Höhe des wirksamen Teils der Maske beabstandete Zwischenlinie angeordneten Aperturen gegenüber der Kurzachse Y der herkömmlichen Schattenmaske geneigt bzw. schräggestellt sind,
Fig. 10A ein Diagramm zur Darstellung der in einer weiteren herkömmlichen Schattenmaske hergestellten Apertur-Arrays,
Fig. 10B eine graphische Darstellung, um wieviel die entlang der Langseite der in Fig. 10A gezeigten Maske angeordneten Aperturen gegenüber der Kurzachse der Maske geneigt bzw. schräggestellt sind,
Fig. 10C eine graphische Darstellung, um wieviel die entlang einer von der Langseite der Maske beabstandete Zwischenlinie angeordneten Aperturen gegenüber der Kurzachse Y der Schattenmaske geneigt bzw. schräggestellt sind,
Fig. 11 eine Schnittansicht einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht der Schattenmaske, die in die in Fig. 11 dargestellte Kathodenstrahlröhre aufgenommen ist,
Fig. 13 eine graphische Darstellung, um wieviel die Apertur-Arrays entlang der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils der in Fig. 12 gezeigten Schattenmaske und entlang einer sich zwischen der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils erstreckenden Zwischenlinie voneinander beabstandet sind,
Fig. 14 ein Diagramm zur Darstellung der Anordnung der Apertur-Arrays, die in die in Fig. 12 gezeigte Schattenmaske eingearbeitet sind,
Fig. 15A, 15B und 15C Diagramme, von denen jede s eine Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Schattenmaske und der Innenfläche des Panels, dem Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays und dem Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Leuchtstoffstreifen zeigt,
Fig. 16 ein Diagramm zur Darstellung dreier Kurven, entlang denen die in Fig. 12 gezeigte Schattenmaske, eine erste herkömmliche Schattenmaske und eine zweite herkömmliche Schattenmaske entlang der Kurzachse gekrümmt bzw. gebogen sind,
Fig. 17 eine graphische Darstellung, um wieviel die Apertur-Arrays, die in den wirksamen Teil einer in einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung benutzten Schattenmaske eingearbeitet sind, entlang der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils und entlang einer sich zwischen der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils erstreckenden Zwischenlinie voneinander beabstandet sind,
Fig. 18 eine Draufsicht, die schematisch die Anordnung der in die in Fig. 17 gezeigte Schattenmaske eingearbeiteten Apertur-Arrays darstellt,
Fig. 19A und 19B ein Diagramm zur Darstellung, um wieviel die Apertur-Arrays, die in den wirksamen Teil einer Schattenmaske eingearbeitet sind, die in einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung aufgenommen ist, entlang der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils und entlang einer Zwischenlinie, die sich zwischen der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils erstreckt, voneinander beabstandet sind,
Fig. 20A und 20B Draufsichten, welche die Anordnung der Apertur-Arrays, welche in die in Fig. 19 gezeigte Schattenmaske eingearbeitet sind, schematisch darstellt.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die Farbkathodenstrahlröhren darstellen, im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 11 zeigt eine Farbkathodenstrahlröhre gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Fig. 11 umfaßt die Kathodenstrahlröhre ein Panel 21, einen Trichter 22, einen Leucht(stoff)schirm 23, eine Schattenmaske 25, eine Elektronenkanone 28 sowie eine Strahlablenkeinheit 29. Das Panel 21 und der Trichter 22 sind miteinander verbunden und bilden einen Kolben. Der Leuchtschirm 23 ist auf der Innenfläche des wirksamen Teils 1 des Panels 21 vorgesehen. Der Schirm 23 besteht aus blau-emittierenden Leuchtstoffschichten, grünemittierenden Leuchtstoffschichten und rot-emittierenden Leuchtstoffschichten. Die Schattenmaske 25 ist im Kolben vorgesehen und liegt dem Leuchtschirm 23 gegenüber. Die Maske 25 hat einen wirksamen Teil 24, der im wesentlichen rechteckig ist. Der wirksame Teil 24 ist gekrümmt und weist Öffnungen bzw. Aperturen oder Blenden auf. Die Elektronenkanone 28 ist im Hals 26 des Trichters 22 vorgesehen, um drei Elektronenstrahlen 27B, 27 G und 27R zu emittieren. Die Strahlablenkeinheit 29 ist außerhalb des Kolbens gelegen, genauer gesagt am Trichter 22 angebracht. Im Betrieb werden die von der Kanone 28 emittierten Strahlen 27B, 27 G und 27R in horizontalen und vertikalen Ebenen abgelenkt, passieren die Aperturen der Schattenmaske 25 und treffen auf den Leuchtschirm 23 auf, wodurch die Kathodenstrahlröhre ein Farbbild wiedergibt.
Wie in Fig. 12 gezeigt ist, sind die Aperturen 31 in mehreren Arrays 32 angeordnet, welche sich annähernd parallel zu der Kurzachse Y der Schattenmaske 25 erstrecken und entlang der Langachse X der Schattenmaske 25 nebeneinander angeordnet sind. Der Abstand PH(N) zwischen den (N-1)ten und N-ten Arrays 32, gezählt von dem die Mitte 0 des wirksamen Teils 24 passierenden Arrays 32, ist wie folgt gegeben:
PH(N) - A + BN² + CN&sup4;
wobei A, B und C Funktionen vierter Ordnung einer Y-Koordinate in einem Koordinatensystem sind, dessen Ursprung das Zentrum 0 des wirksamen Teils ist, und dessen Achsen die Horizontal- und Vertikalachsen des wirksamen Teils sind, und C ist eine Funktion, die als der Absolutwert der Y-Koordinate zunächst abnimmt und dann zunimmt. Die Werte für A und B verändern sich mit C so, daß der wirksame Teil 24 im wesentlichen rechteckig bleibt.
Angenommen, die Schattenmaske 25 weist 500 Apertur- Arrays auf, wobei 250 Apertur-Arrays auf jeder Seite der Kurzachse Y vom Zentrum 0 des wirksamen Teils 24 zum linken oder rechten Rand hin nebeneinander angeordnet sind. Fig. 13 zeigt die Beziehungen, die N und PH(N) entlang der Langachse X haben. Im einzelnen zeigt die Kurve 33 die Beziehung, welche N und PN(N) entlang der Langachse X des wirksamen Teils 24 haben; die Kurve 34 zeigt die Beziehung, die N und PH(N) entlang der sich parallel zur Langseite des wirksamen Teils 24 erstreckenden und sich von diesem um ein Viertel der Höhe H' des wirksamen Teils 24 beabstandeten Zwischenlinie haben; und Kurve 35 zeigt die Beziehung, welche N und PH(N) entlang der Langseite des wirksamen Teils 24 haben.
Die Kurven 33, 34 und 35 gemäß Fig. 13 geben an, daß bei Zunahme von Y das C von CN&sup4; sich entlang der Langachse X des wirksamen Teils 24, der Zwischenlinie zwischen der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils 24 und der Langseite des wirksamen Teils 24 unterschiedlich ändert. Wie die Kurven 33 und 34 zeigen, nimmt das C von CN&sup4; ab, wenn Y zunimmt. Die Kurven 33 und 34 lehren auch, daß der Abstand PH(190M2), um den die 189-ten und 190-ten Apertur-Arrays an Punkt M2 (Fig. 5) auf der Zwischenlinie beabstandet sind, länger ist als der Abstand PH(190M1), um den diese beiden benachbarten Apertur-Arrays am Punkt M1 (Fig. 5) beabstandet sind, an dem ein Elektronenstrahl die Maske 25 durchläuft, bevor er den Punkt P1 (Fig. 4) erreicht, der auf der Langachse X des Bildschirms 23 und auf einem Drittel der Breite W des Bildschirms 23 von der Kurzachse Y des Bildschirms 23 gelegen ist. Wenn der Abstand Y abnimmt, nimmt die Funktion C vierter Ordnung von N zu. Wie aus der Kurve 35 zu ersehen ist, ist der Abstand PH(190M3) kürzer als der Abstand PH(190M2). Um diesen Abstand PH(190M3) sind die 189-ten und 190-ten Apertur- Arrays am Punkt M3 (Fig. 5) auf der Langseite voneinander beabstandet, an dem ein Elektronenstrahl die Maske 25 durchläuft, bevor er den Punkt P3 (Fig. 4) erreicht.
Der Abstand PH zwischen den 189-ten und 190-ten Apertur-Arrays der Schattenmaske 25, die um etwa ein Drittel der Breite W des Bildschirms 23 von der Kurzachse Y des Bildschirms 23 beabstandet sind, weisen Werte PH (190M1), PH (190M2) und PH (190M3) auf, welche die folgende Beziehung haben:
PH(190M2) > PH(190M3) > PH(190M1)
Fig. 14 veranschaulicht schematisch die Anordnung der in der oberen rechten Sektion (dem ersten Quadranten) des effektiven Teils 24 der Schattenmaske 25 erstellten Apertur-Arrays. In diesem Abschnitt des wirksamen Teils 24 erstrecken sich die meisten Apertur-Arrays entlang der Kurven, die Funktionen vierter Ordnung des Abstands Y sind, und einige Apertur-Arrays nahe am rechten Rand des wirksamen Teils 24 erstrecken sich annähernd gerade. D. h., der wirksame Teil 24 ist im wesentlichen rechteckig. Der Abstand PH zwischen den 189-ten und 190-ten Apertur-Arrays, der in dem Abschnitt der Maske 25 vorgesehen ist, in dem eine lokale Wölbung am wahrscheinlichsten vorkommt, um ein Elektronenstrahl- Fehllanden auf dem Leuchtschirm 23 zu verursachen, nimmt allmählich vom Punkt M1 auf der Langachse X des wirksamen Abschnitts 34 zum Punkt M2 hin zu. Dann nimmt der Abstand PH allmählich vom Punkt M2 zum Punkt M3 auf der Langseite des wirksamen Teils 24 ab.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Minimieren des Elektronenstrahl-Fehllandens aufgrund der lokalen Wölbung der Schattenmaske 25 erläutert. Wie schon beschrieben wurde, müssen die drei Elektronenstrahlen korrekt auf blau-emittierenden, grün-emittierenden und rotemittierenden Leuchtstoffstreifen landen, um ein Bild mit ausreichender Farbreinheit auf dem Leuchtschirm 23 anzuzeigen bzw. wiederzugeben, der auf dem wirksamen Teil des Panels 21 vorgesehen ist. Um ein korrektes Elektronenstrahl-Landen zu bewerkstelligen, muß der Abstand q zwischen dem wirksamen Teil 24 der Maske 25 und dem wirksamen Teil des Panels 21 eine angemessene Beziehung mit dem Abstand PH zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 aufweisen. Genauer gesagt sollte der Abstand q und der Abstand PH eine Relation der Art aufweisen, daß der Abstand d beispielsweise zwischen einem rot-emittierenden Leuchtstoffstreifen 37R und dem benachbarten blau-emittierenden Leuchtstoffstreifen 37B zwei Drittel der Distanz PHP zwischen den benachbarten, grün-emittierenden Leuchtstoffstreifen 37 G beträgt, wie in Fig. 15A dargestellt ist.
Falls der Abstand q weniger als der angemessene Wert ist, beträgt d weniger als zwei Drittel des Abstands PHP gemäß der Fig. 15B - d. h., d < 2/3 PHP. In diesem Fall ist es nötig, den Abstand q zu erhöhen oder den Abstand PHP zu vermindern. Wenn andererseits der Abstand q größer ist als der richtige Wert, ist d größer als zwei Drittel des Abstands PHP gemäß Fig. 15C - d. h., d > 2/3 PHP, und es ist nötig, den Abstand q zu vermindern oder den Abstand PHP zu erhöhen. Gemäß den Fig. 15A, 15B und 15C sind lichtabsorbierende Streifen 38 zwischen den Leuchtstoffstreifen 37B, 37 G und 37R vorgesehen.
Wie oben angegeben wurde, ist der Abstand PH(190M2) größer als der Abstand PH(190M1). Die 189-ten und 190-ten Apertur-Arrays sind entlang der Zwischenlinie zwischen der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils 24 um diesen Abstand PH(190M2) voneinander beabstandet. Die 189-ten und 190-ten Apertur-Arrays sind entlang der Langachse X des wirksamen Teils 24 ebenfalls durch diesen Abstand PH(190M1) voneinander beabstandet. Folglich kann der Abstand q erhöht werden, um dem Abstand q und dem Abstand PH eine angemessene Beziehung zu verleihen.
Eine herkömmliche Schattenmaske (nachstehend als "erste herkömmliche Schattenmaske" bezeichnet), deren Apertur-Arrays entlang der Langachse derart nebeneinander angeordnet sind, daß sich der Abstand PH zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays entlang der Kurzachse Y nicht ändert, ist längs einer Kurve 39 gemäß Fig. 16, in einer Y-Z-Ebene, die den Punkt M1 (Fig. 5) enthält, betrachtet, gekrümmt. Die herkömmliche Schattenmaske 6 gemäß Fig. 2 (nachstehend als "zweite herkömmliche Maske" bezeichnet), welche entlang der Langachse angeordnete Apertur-Arrays aufweist, so daß der Abstand PH zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays sich als quadratische Funktion des Abstands Y von der Langachse X ändert, ist entlang einer Kurve 41 gemäß Fig. 16, in einer Y-Z-Ebene, die den Punkt M1 (Fig. 5) enthält, betrachtet, gekrümmt. Die zweite herkömmliche Maske kann einen längeren Abstand q an den Punkten M2 und M3 (Fig. 5) aufweisen als die Schattenmaske, die entlang einer Kurve 39, in der Y-Z-Ebene betrachtet, gekrümmt ist. Die zweite herkömmliche Maske weist daher eine Krümmung entlang der Kurzachse Y auf, die groß genug ist, um ihre lokale Wölbung bis zu einem gewissen Grad zu reduzieren. Der Wert, den der Abstand PH am Punkt M3 hat, ist größer als der Wert, den er am Punkt M2 hat. Um den Abstand PH am Punkt M3 in angemessener Weise zu vermindern, muß die zweite herkömmliche Maske in der entgegengesetzten Richtung gekrümmt sein. Um dies zu vermeiden, muß der Abstand PH am Punkt M2 relativ kurz sein.
In der Schattenmaske 25 gemäß Fig. 12 erstrecken sich die meisten Apertur-Arrays entlang der Kurven, die Funktionen vierter Ordnung des Abstands Y nach obiger Beschreibung sind. Somit ist die Maske 25 entlang einer Kurve 40 gemäß Fig. 16, in einer den Punkt M1 (Fig. 5) enthaltenden Y-Z-Ebene betrachtet, gekrümmt. Wie aus der Kurve 40 zu ersehen ist, ist der Abstand PH(190MB) am Punkt M3 genau so kurz wie bei der zweiten herkömmlichen Maske, auch wenn der Abstand PH(190M2) am Punkt M2 größer ist als bei der zweiten herkömmlichen Maske. Daher muß die Maske 25 nicht in zwei entgegengesetzten Richtungen entlang der Kurzachse Y gekrümmt sein. Der Abstand q kann nämlich genügend lang am Punkt M2 sein, d. h. entlang der Zwischenlinie, während der Abstand q entlang dem oberen und unteren Rand genau so lang ist wie bei der zweiten herkömmlichen Schattenmaske. Infolgedessen weist der wirksame Teil 24 eine Krümmung auf, die groß genug ist, um das Fehllanden von Elektronenstrahlen zu unterdrücken, die durch den wirksamen Teil 24 hindurch gehen, selbst wenn der wirksame Teil 24 eine lokale Wölbung erfuhr.
Die Krümmungsradien Ry, mit denen die ersten und zweiten herkömmlichen Masken und die Schattenmaske 25 entlang der Kurzachse Y gekrümmt sind, sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist der Krümmungsradius Ry, mit dem die Schattenmaske 25 entlang der Kurzachse Y gekrümmt ist, auf der Langachse X um 23% geringer als der Krümmungsradius Ry der ersten herkömmlichen Maske und um 13% geringer als der Radius Ry der zweiten herkömmlichen Maske. Auf der Langseite ist der Krümmungsradius Ry der Schattenmaske 25 größer als der der ersten herkömmlichen Maske. Nichtsdestoweniger ist eine etwaige Wölbung des Langseitenteils der Schattenmaske 25 gering, da der diesen Teil haltende Maskenrahmen eine Wärmekapazität aufweist, die hoch genug ist, um die Wärmeenergie, welche die Maske 25 beim Auftreffen von Elektronenstrahlen erzeugt, zu absorbieren. Dies hilft, das Elektronenstrahl-Fehllanden zu reduzieren, obwohl der Krümmungsradius Ry der Maske 25 relativ groß ist. Es hat sich herausgestellt, daß das in einer Farbkathodenstrahlröhre mit der Schattenmaske 25 auftretende Fehllanden um 14% geringer ist als das in einer Farbkathodenstrahlröhre mit der zweiten herkömmlichen Maske auftretende Fehllanden.
Im folgenden wird eine Farbkathodenstrahlröhre gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Fig. 17 und 18 beschrieben.
In der in Fig. 14 gezeigten Ausführungsform sind die Intervalle bzw. Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays auf der Langachse X der Schattenmaske unterschiedlich zu denen auf der Langseite der rechteckigen Schattenmaske. In der in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform sind jedoch die Intervalle zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays auf der Langachse X der Schattenmaske im wesentlichen die gleichen wie die auf der Langseite der rechteckigen Schattenmaske. In Fig. 18 erstrecken sich die im wirksamen Teil 24 der Schattenmaske hergestellten Apertur-Arrays 32 annähernd parallel zu der Kurzachse Y der Schattenmaske und sind entlang der Langachse X der Schattenmaske nebeneinander angeordnet. Der Abstand PH(N) zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 ergibt sich wie folgt:
PH (N) = A + BN² + CN&sup4;
Die Schattenmaske von Fig. 18 ist die gleiche wie die Schattenmaske 25 gemäß Fig. 12, sofern es diese Gleichung angeht. Die Koeffizienten A, B und C weisen jedoch verschiedene Werte auf.
In Fig. 17 zeigt eine Kurve 33, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang der Langachse X des wir ksamen Teils 24 der Maske voneinander beabstandet sind, eine Kurve 34 zeigt, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang einer sich zwischen der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils 24 erstreckenden Zwischenlinie voneinander beabstandet sind, und eine Kurve 35 veranschaulicht, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang der Langseite des wirksamen Teils 24 voneinander beabstandet sind. Die Zwischenlinie ist von der Langachse X um ein Viertel der Höhe H' des wirksamen Teils 24 beabstandet. Gemäß Fig. 17 überlappen sich die Kurven 33 und 35 vollständig. Dies bedeutet, daß jeweils zwei benachbarte Apertur-Arrays um den gleichen Abstand entlang der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils 24 voneinander beabstandet sind.
Fig. 18 stellt schematisch die Anordnung der Apertur-Arrays dar, die in dem oberen rechten Abschnitt (dem ersten Quadranten) des wirksamen Teils 24 der Schattenmaske hergestellt sind. Wie durch unterbrochene Linien klar dargestellt ist, ist der Abstand PH(N) zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 auf der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils 24 gleich. Wie aus den durchgezogenen Kurven hervorgeht, ist der Abstand PH(N) in Nähe eines Punkts M2 größer als in Nähe eines Punkts M1, an dem ein Elektronenstrahl durch die Maske hindurchgehen kann, bevor er einen Bereich des Leuchtschirms erreicht, an dem das Elektronenstrahl-Fehllanden am deutlichsten ist. Es ist anzumerken, daß der Punkt M1 auf der Langachse X liegt, während der Punkt M2 auf der von der Achse X um ein Viertel der Höhe H' des wirksamen Teils 24 beabstandeten Zwischenlinie liegt.
Die Schattenmaske, welche die in Fig. 18 gezeigte Apertur-Array-Anordnung aufweist, erreicht denselben Vorteil wie die in die erste Ausführungsform aufgenommene Schattenmaske 25.
Eine Farbkathodenstrahlröhre gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 19A bis 20B beschrieben.
Eine Schattenmaske der dritten Ausführungsform der Erfindung hat Apertur-Arrays mit einer in Fig. 19A gezeigten Anordnung. In Fig. 19A ist der Abstand PH(N) zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 wie folgt gegeben:
PH(N) = A + BN² + CN&sup4;
Die Schattenmaske von Fig. 18 ist, sofern diese Gleichung betroffen ist, die gleiche wie die Schattenmaske 25 gemäß Fig. 12. Die Koeffizienten A, B und C weisen jedoch verschiedene Werte auf.
In Fig. 19A zeigt eine Kurve 33, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang der Langachse X des wirksamen Teils 24 der Maske beabstandet sind, eine Kurve 34 zeigt, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang einer sich zwischen der Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils 24 erstreckenden Zwischenlinie voneinander beabstandet sind, und eine Kurve 35 veranschaulicht, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang der Langseite des wirksamen Teils 24 voneinander beabstandet sind. Die Zwischenlinie ist von der Langachse X um ein Viertel der Höhe H' des wirksamen Teils 24 beabstandet. Gemäß Fig. 19A überlappen sich die Kurven 34 und 35 vollständig. Dies bedeutet, daß jeweils zwei benachbarte Apertur-Arrays voneinander um den gleichen Abstand entlang einer Zwischenlinie und entlang der Langseite des wirksamen Teils 24 beabstandet sind.
Fig. 20A veranschaulicht schematisch die Anordnung der Apertur-Arrays, die in dem oberen rechten Abschnitt (dem ersten Quadranten) des wirksamen Teils 24 der Schattenmaske hergestellt sind. Wie durch unterbrochene Linien klar dargestellt ist, ist der Abstand PH(N) zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 gleich der Zwischenachse und der Langseite des wirksamen Teils 24. Wie aus den durchgezogenen Kurven hervorgeht, ist der Abstand PH(N) in Nähe eines Punkts M2 größer als in Nähe eines Punkts M1, an dem ein Elektronenstrahl durch die Maske hindurchlaufen kann, bevor er einen Bereich des Leuchtschirms erreicht, an dem die Elektronenstrahl-Fehllandung am deutlichsten ist. Es ist anzumerken, daß sich der Punkt M1 auf der Langachse X befindet, während der Punkt M2 sich auf der von der Achse X um ein Viertel der Höhe H des wirksamen Teils 24 beabstandeten Zwischenlinie befindet.
Die Schattenmaske mit der in Fig. 19A gezeigten Apertur-Array-Anordnung erreicht die gleichen Vorteile wie die in die erste Ausführungsform aufgenommene Schattenmaske 25.
In der Modifikation der dritten Ausführungsform weist die Schattenmaske eine Apertur-Array-Anordnung gemäß Fig. 19B auf. In Fig. 19B ist der Abstand PH(N) zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 wie folgt gegeben:
PH(N) = A + BN² + CN&sup4;
Die Schattenmaske von Fig. 19B ist, sofern diese Gleichung betroffen ist, die gleiche wie die Schattenmaske 25 gemäß Fig. 12. Die Koeffizienten A, B und C weisen jedoch verschiedene Werte auf.
In Fig. 19B zeigt eine Kurve 33, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang der Langachse X des wirksamen Teils der Maske voneinander beabstandet sind, eine Kurve 34 zeigt, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang einer sich zwischen Langachse X und der Langseite des wirksamen Teils 24 erstreckenden Zwischenlinie voneinander beabstandet sind, und die von der Achse X um ein Viertel der Höhe H' des wirksamen Teils 24 beabstandet sind, und eine Kurve 35 veranschaulicht, um wieviel die Apertur-Arrays 32 entlang der Langseite des wirksamen Teils 24 voneinander beabstandet sind. Wie die Kurve 34 zeigt, nimmt der Abstand PH(N) zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays, die in einem Zwischenteil des wirksamen Teils 24 gelegen sind, zunächst allmählich von der Kurzachse Y zur Kurzseite der Schattenmaske zu, und nimmt dann von dem Zwischenteil zur Kurzseite des wirksamen Teils 24 hin ab.
Fig. 20B veranschaulicht schematisch die Anordnung der in dem oberen rechten Abschnitt (dem ersten Quadranten) des wirksamen Teils 24 der Schattenmaske hergestellten Apertur-Arrays. Wie aus Fig. 20B hervorgeht, kann der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 unter der Bedingung erhalten werden, bei der der Koeffizient C im Term CN&sup4; der obigen, der Kurve 34 entsprechenden Gleichung so eingestellt ist, daß er einen Minuswert aufweist.
Da der Abstand PH(N) zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 sich entlang der Langachse X des wirksamen Teils 24 so verändert, wird die lokale Wölbung an demjenigen Teil der Schattenmaske, durch den Elektronenstrahlen durch die Maske hindurchlaufen können, bevor sie den elliptischen Bereich 15 (Fig. 4) des Leuchtschirms erreichen, weitgehend reduziert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann vielmehr auf irgendeine Schattenmaske angewandt werden, bei der der Abstand PH zwischen jeweils zwei benachbarten Apertur-Arrays 32 wie folgt gegeben ist: PH(N) = A + BN² + CN&sup4;. Für die Koeffizienten A, B und C können geeignete Werte gewählt werden, wodurch die lokale Wölbung der Schattenmaske minimiert wird.
Wie beschrieben wurde, kann durch die vorliegende Erfindung eine Farbkathodenstrahlröhre bereitgestellt werden, welche ein Panel mit einem im wesentlichen rechteckigen wirksamen Teil aufweist, einen auf der Innenfläche des wirksamen Teils des Panels vorgesehenen Leuchtschirm, und eine Schattenmaske mit einem gekrümmten, im wesentlichen rechteckigen wirksamen Teil, welcher dem Leuchtschirm zugewandt ist und eine Reihe von Aperturen bzw. Öffnungen aufweist. Die Aperturen sind so angeordnet, daß sie eine Vielzahl von Arrays bilden, die sich entlang der Kurzachse des wirksamen Teils erstrecken und entlang der Langachse des wirksamen Teils nebeneinander angeordnet sind. Der Abstand PH(N) zwischen den (N-1)ten und N-ten Arrays, gezählt von dem durch das Zentrum O des wirksamen Teils hindurchgehenden Array, ist wie folgt gegeben:
PH(N) = A + BN² + CN&sup4;
wobei A, B und C Funktionen vierter Ordnung einer Y-Koordinate in einem Koordinatensystem sind, dessen Ursprung das Zentrum 0 des wirksamen Teils ist und dessen Achsen die Horizontal- und Vertikalachsen des wirksamen Teils sind, wobei C eine Funktion ist, die zunächst als der Absolutwert der Y-Koordinate abnimmt und dann zunimmt.
Der Abstand PH(N) zwischen den (N-1)ten und N-ten Arrays, die um etwa ein Drittel der Breite W des Bildschirms von der Kurzachse des Bildschirms beabstandet sind, können mit dem Absolutwert der Y-Koordinate zunehmen und können durch eine Funktion vierter Ordnung der Y-Koordinate dargestellt werden, wobei sie einen Übergangspunkt im wirksamen Teil in bezug auf die Kurzachse des wirksamen Teils aufweisen. In diesem Fall kann der Abstand PH(N) optimiert werden, ohne den Krümmungsradius der Innenfläche des Panels zu verändern. Die lokale Wölbung der Schattenmaske kann daher verringert werden, wodurch das Elektronenstrahl-Fehllanden auf dem Leuchtschirm unterdrückt wird. Infolgedessen kann die Farbkathodenstrahlröhre Bilder mit hoher Farbreinheit wiedergeben.

Claims

1. Farbkathodenstrahlröhre mit:

Elektronenstrahlerzeugungsmittel (28) zum Erzeugen von Elektronenstrahlen (27R,27 G,27B) auf eine Inline-Art;

einem Panel (21) mit einem im wesentlichen rechtwinkligen wirksamen Teil, der eine gekrümmte innere Oberfläche aufweist;

einem Leuchtstoffbildschirm (23), der an der inneren Oberfläche des wirksamen Teils des Panels (21) vorgesehen ist, zum Emittieren von roten, grünen und blauen Lichtstrahlen, wenn dieser von den von dem Elektronenstrahlerzeugungsmittel (28) erzeugten Elektronenstrahlen (27R,27 G,27B) angeregt wird; und

einer Lochmaske (24) mit einem gekrümmten, im wesentlichen rechtwinkligen wirksamen Teil, der dem Leuchtstoffbildschirm (23) zugekehrt ist, und einer Anzahl von Öffnungen (31) zum Führen der Elektronenstrahlen (27R, 27G, 27B) zu den Leuchtstoffbildschirm (23) aufweist,

wobei die Öffnungen (31) so angeordnet sind, daß sie eine Mehrzahl von Arrays (32) bilden, die sich entlang der kurzen Achse (Y) des wirksamen Teils erstrecken und entlang der langen Achse (X) des wirksamen Teils nebeneinander angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand PH(N) zwischen dem (N-1)ten und dem N-ten Array, wobei N eine die Position des jeweiligen Öffnungsarrays bezüglich des am Mittelpunkt O des wirksamen Teils angeordneten 0-ten Öffnungsarrays kennzeichnende Ordinalzahl ist, gegeben wird durch

PH (N) = A + BN² + CN&sup4;

wobei A, B und C Funktionen vierter Ordnung einer Y- Koordinate in einem Koordinatensystem sind, deren Ursprung der Mittelpunkt 0 des wirksamen Teils ist und deren Achsen (X, Y) die horizontalen und vertikalen Achsen des wirksamen Teils sind, und C eine Funktion ist, die zuerst abnimmt und dann zunimmt, während sich der Absolutwert der Y-Koordinate von 0 erhöht, und wobei sich die Werte für A und B mit C ändern, so daß der wirksame Teil im wesentlichen rechtwinklig bleibt.

2. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Teil der Lochmaske (24) zwei lange Seiten, die im wesentlichen parallel zu der langen Achse sind, und zwei kurze Seiten, die im wesentlichen parallel zu der kurzen Achse sind, aufweist, und ein Abstand, mit dem beliebige zwei benachbarte Öffnungsarrays (32) von der langen Achse beabstandet sind, gleich einem Abstand ist, mit dem beliebige zwei benachbarte Öffnungsarrays (32) an jeder langen Seiten beabstandet sind.

3. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen den Öffnungsarrays (32), die etwa ein Drittel der Breite W des Bildschirms (23) von jeder kurzen Achsen (Y) des wirksamen Teils der Lochmaske beabstandet sind, mit dem absoluten Wert der Y-Koordinate zunimmt und durch eine Funktion vierten Grades der YKoordinate so dargestellt wird, daß ein Übergangspunkt in dem wirksamen Teil bezüglich der kurzen Achse (Y) des wirksamen Teils liegt.