DE1958534A1 - Schattenmaske,insbesondere fuer Kathodenstrahlroehren - Google Patents
Schattenmaske,insbesondere fuer KathodenstrahlroehrenInfo
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- 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
. Corporation3 Tokyo/Japan
Schattenmaske, insbesondere für Kathodenstrahlröhren
Die Erfindung betrifft eine Schattenmaske sowie eine Farbkathodenstrahlrühre,
bei der mittels einer solchen Schattenmaske ein exaktes Auftreffen eines Elektronenstrahles auf einem
Parbpunkt der Röhre erzielt wird.
Bekannte Parbkathodenstrahlröhren enthalten eine Elektronenkanone zur Aussendung eines Elektronenstrahles, ferner einen
Farbschirm sowie eine Schattenmaske bzw. ein Öffnungsgitter zur Strahlselektion; die in dieser Maske bzw. in diesem Gitter
vorgesehenen Durchbrüche entsprechen dabei genau den einzelnen Farbpunkten, so daß der Strahl genau auf vorgegebenen
Farbpunkten zur Wiedergabe eines Farbbildes auftrifft. Sus
verschiedenen Gründen, die noch näher erläutert werden, erfolgt im allgemeinen jedoch kein exaktes Auftreffen des Strahles.
Dieser Fehler macht sich besonders in den äußeren Bereichen des Bildschirmes störend bemerkbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schattenmaske zu entwickeln, die gewährleistet, daß
ein Elektronenstrahl exakt auf einen vorgegebenen Farbpunkt, auftrifft. Eine mit der erfindungsgemäßen Schattenmaske ausgerüstete
Parbkat> odenstrahlröhre soll somit von den erwähnten Farbfehlern frei sein und eine erhöhte Helligkeit des Bildes
gewährleisten.
009840/11Sl
Die erfindungsgemäße Schattenmaske ist im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß die Bohrungen wenigstens im äußeren Teil der Schattenmaske längs gekrümmter Linien angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die erfindungsgemäße
Schattenmaske bei einer Farbkathodenstrahlröhre benutzt, die eine Elektronenkanone verwendet, bei der die Elektronenstrahlen
in einer Linie (Ebene) liegen.
Durch die Erfindung läßt sich eine Parbkathodenstrahlröhre ferner so ausgestalten, daß die Farbpunkte auf dem Bildschirm
im äußeren Teil dicht beieinander liegen.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Kathodenstrahlröhrej
Fig. '2 ein Schema einer in einer bekannten Farbkathodenstrahlröhre
benutzten, üblichen Schattenmaske;
Fig.3A und 3B Schemadarstellungen zur Erläuterung der Relativlage von Bilde lenient en auf dem Schirm
senkrecht zur zentralen Achse einer Kathodenstrahlröhre, unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten,
bekannten Schattenmaske j
Fig. 4 ein Schema der Relativanordnung der Bildelemente
auf einem sphärischen Schirm bei Verwendung einer Schattenmaske gemäß Fig. 2;
Fig,5A und 5B vergrößerte Schemadarstellungen zur Erläuterung
der Relativlage der Bildelemente auf dem Schirm;
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Fig. 6 eine Schemadarstellung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Schattenmaske
für eine Färbkathodenstrahlröhre;
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der Relativlage der Bildelemente auf einem sphärischen Schirm bei
Verwendung einer erfindungsgemäßen Schattenmas ke,
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles
einer erfindungsgemäßen Schattenmaske.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst eine in Fig. 1 veranschaulichte Schattenmaske-Farbkathodenstrahlröhre
11 erläutert. Sie ist so ausgebildet, daß rote, grüne
und blaue Elektronenstrahlen 12, 13, l4, die In einer gemeinsamen
Horizontalebene 15 verlaufen, durch (nicht veranschaulichte) Ablenkeinrichtungen horizontal und vertikal in einer
senkrecht zur zentralen Achse der Röhre verlaufenden, gemeinsamen Ebene 16 abgelenkt werden, wodurch ein nach außen gekrümmter,
sphärischer Schirm 18 durch eine Schattenmaske abgetastet wird. In diesem Falle ist das Verhältnis bzw. die
Beziehung zwischen den öffnungen 19 der Schattenmaske 17 und den Phosphorstellen auf dem Schirm 18 von erstrangiger Bedeutung,,
was im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert wird.
Es soll zunächst eine Beschreibung im Zusammenhang mit
einer üblichen Schattenmaske 1 erfolgen, wie sie in Fig. 2
veranschaulicht ist. Bei Betrachtung aus der Richtung der z-Achse sind auf die Schattenmaske 1 horizontale und vert?:
le, gedachte Linien X-j, X2
> X1S X0* Xl'» X2 '» X3 '' * * * und
...Y,, Y2, Y1, Y0, Y1 1, Y2'3 Υ,'··.«aufgetragen. Die Schattenmaske 1 besitzt öffnungen 2 an den Schnittpunkten von gerad-
009840/1155
zahligen horizontalen und vertikalen Linien ...Xg, XQ, Xp'
und ...Y2, YQ, Yp'····* ferner an den Schnittpunkten ungeradzahliger
horizontaler und vertikaler Linien ... X-,3 X1, X-*'...
und ... Y-, Y±) Y '...
Wenn bei einer solchen Anordnung der Phosphorschirm 3 eine senkrecht zur zentralen Achse der Röhre liegende Ebene ist
und wenn die roten, grünen und blauen Phosphorstellen D^3 DQ
und Dß auf dem Schirm 3 nach einem üblichen Licht- oder Elektronenstrahl-Druckverfahren
unter Verwendung eines Lichtoder Elektronenstrahles hergestellt werden, der durch das Zentrum
der horizontalen und vertikalen Strahlablenkung verläuft, so sind die Phosphorstellen Dn1 DQ und Dß mit dem Durchmesser
6, die Dreiergruppen von Bildelementen für jede öffnung 2 der
Maske 1 darstellen, nacheinander auf den horizontalen Linien ...X-z, Xp, X1, Xq j Xj*» Xp'» X3'··· in Form horizontaler
Reihen von Dreiergruppen angeordnet, wie dies die Fig. 3A und 3B zeigen. Wegen der Notwendigkeit eng benachbarter hexagonaler
Anordnungen der Phosphorstellen D„, Dß und Dß auf dem
Phosphorschirm 3 wird der Abstand Lx benachbarter vertikaler Kolonnen von öffnungen der Schattenmaske 3 so gewählt, daß er
den V J -fachen Wert von Ly benachbarter horizontaler Öffnungsreihen
besitzt.
Im Falle einer Schattenmaskenröhre 11 (Fig. 1), die.eine
sogenannte "in-line"-Kanone enthält, verdreht sich die Auftreffstelle
der durch einzelne öffnungen 19 hindurchtretenden Strahlen einer Dreiergruppe 10 gegen die ursprüngliche,
ausgerichtete Lage dieser drei Strahlen (vgl. Fig. 2J)j diese
Erscheinung wird als Verdrehung der Auftreffstelle der "inline" -Strahldreiergruppe bezeichnet. Dieses Verdrehungsphänomen erklärt sich als rein geometrischer Effekt durch die
Kombination einer linienmäßigen Ausrichtung der drei Strahlen und eines sphärischen Schirmes. Betrachtet man das in Fig. 1
dargestellte Koordinatensystem, so bilden die drei Strahlen 12, 13, I1J, die durch die öffnung 19 der Schattenmaske 17
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hindurchtretenj die Ebene 16, die parallel zur x-Achse der
Röhre verläuft und die einen Winkel θν (Winkel der vertikalen
Ablenkung) mit der x-z-Ebene bildet. Diese Ebene 16 schneidet den sphärischen Schirm 18, dessen Zentrim O auf
der z-Achse liegt. Die Auftreffstelle der auf eine Linie ausgerichteten Strahldreiergruppe 10 befindet sich auf einer
Schnittlinie C, die bei Betrachtung aus der Richtung der z-Achse
ein Ellipsenbogen ist und durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
(1) x2 + (1 + ~—)y2 +>
2(R"L) y + L2- 2RL = 0
tan Qy tanQ
Hierbei ist R der Krümmungsradius des sphärischen Schirmes 18 und L der Abstand des StrahlablenkungsZentrums vom Schirmzentrum.
Dies ist der Grund für die Verdrehung der Auftreffstelle einer in einer Linie liegenden Strahldreiergruppe; den mathematischen
Ausdruck für den Verdrehungswinkel erhält man, indem man Gleichung (1) differenziert und die Beziehung benutzt
tan9y = y/( I/r2 - x2 - y2 - R + L).
Hieraus ergibt sich
(2) tanO = d| = SL
R2 - x2 -(R-L)^R2 - x2 - y2
wobei θ der von der positiven x-Achse im Gegenuhrzeigersinn gemessene
Verdrehungswinkel ist.
Eine angenäherte Form der Gleichung (2) lautet (3) tanQ = ~ ^J
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Wenn jedoch bei einer oben erläuterten Anordnung der Durchmesser der Phosphorstellen DRJ DQ und Dß auf dem Phosphorschirm
so gewählt wird, daß er mit Rücksicht auf das Erfordernis einer eng benachbarten hexagonalen Anordnung der
Stellen dem zuvor anhand von Fig. 3 beschriebenen Wert έ
entspricht, so überlappen die Phosphorstellen DR, Dß und Dß
entsprechend einer der horizontalen Reihen der öffnungen 2
die Phosphorstellen der benachbarten horizontalen Reihen von öffnungen wegen der festen Relativanordnungen benachbarter
öffnungen (vgl. Pig. 5A). Um dies zu vermeiden, wird der
Durchmesser der öffnungen der Schattenmaske in Übereinstimmung
mit dem Winkel θ klein gewählt t der Durchmesser ύ der
Phosphorstellen auf dem Schirm 3 wird entsprechend gewählt. Im Falle einer üblichen Schattenmaske mit einer "in-line"-Kanone
(d.h. einer Elektronenstränkeinrichtung, bei der die
verschiedenen Elektronenstrahlen auf einer einzigen Linie liegen), verringert sich somit wegen des Verdrehungsphänomens
der Auftreffstellen einer Strahl-Dreiergruppe die Auftrefftoleranz beträchtlich (Fig. 5A). Das Ziel der neuen Schattenmaske
besteht darin, dieses Verdrehungsphänomen vollständig zu kompensieren. Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen neuen
Schattenmaske besteht darin, die Ausrichtung der öffnungen auf die geometrische Verdrehung der Auftreffstellen einer
Strahl-Dreiergruppe anzupassen. Dies bedeutet, daß eine horizontale Reihe der ausgerichteten öffnungen in der sphärischgekrümmten Schattenmaske und die Linie, die durch die Ablenkungszentren
der drei· Elektronenstrahlen verläuft, in einer einzigen, ebenen Fläche liegen müssen. Berücksichtigt man den Umstand,
daß der Radius der sphärisch-gekrümmten Schattenmaske annähernd gleich dem Radius R der inneren Bildschirmfläche ist
und vernachlässigt man die Länge des Spaltes zwischen der Schattenmaske und der inneren Bildschirmfläche (verglichen mit
dem Wert L), so müssen die horizontalen Ausrichtungslinien der öffnungen die Bögen der durch die Gleichung (1) gegebenen
Ellipsen sein; diese Gleichung ist die Lösung der Differenzialgleichung der geometrischen Verdrehung. Eine Umformung der
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Integrationskonstanten θν in Gleichung (1) führt zu folgendem
Ausdruck:
2 R2+(R-L)2 - 2(R-L)
(R-L)2 - (R-L)^R2 - y 2
_2 ~ y + IT - 2RL = 0
_2 ~ y + IT - 2RL = 0
yo
wobei y-C 0 bei yQ
y0 ist ein Parameter, der das durch die y-Achse von der Kurve
abgeschnittene Kurvenstück darstellt.
Die Gruppe von Ellipsenbögen (Gleichung 4) bildet eine
"tonnenförmige" Gruppe von Kurven ...X^, X«, X1, XQ, X.1, X2 1*
X,',..., wie in Fig. 6 veranschaulicht. Die vertikalen Ausrichtungslinien
der öffnungen müssen die aus der Zeichnung ersichtliche Form erhalten, so daß sie über die ganze Fläche der
Schattenmaske senkrecht zu den horizontalen Ausrichtungslinien verlaufen.
Die vertikalen Ausrichtungslinien kann man durch Auflösen der folgenden Differenzialgleichung erhalten, die den mit umgekehrten
Vorzeichen versehenen Kehrwert der Gleichung (2) für die geometrische Verdrehung darstellt:
5) dy_ s R2 - x2 - (R - L)fe2 - x2 - y2
dx " xy
Als Lösung dieser Gleichung (5) ergibt sich; II2 - (H - «Λ?~- x„2
• exp ]
( H-L
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wobei X0 ein Parameter ist, der das von der χ-Achse abgeschnittene
Kurvenstück darstellt.
Die so erhaltenen Kurven (Gleichung 6) bilden rechte Winkel mit der Gruppe der Kurven (Gleichung 4) über die ganze
Fläche der Schattenmaske. Die Gleichung (6) besitzt jedoch die folgende Mherungsform, die bezüglich der Rechtwinkligkeit
zwischen den horizontalen und vertikalen Ausrichtungslinien einen Fehler von maximal -1° aufweist:
wobei Xq^L 0 .
Dsies ist die in Fig. 6 veranschaulichte Gruppe von Kreisbögen
... Y3, Y2, Y1, Y0, Y1', Y2', Y3',
Die Gleichungen (*O, (6) und (7) wurden auf der Grundlage
der Erörterungen über die sphärisch gekrümmte Schattenmaske abgeleitet. Diese Gleichungen drücken die Ausrichtungslinien
der öffnungen auf der sphärisch gekrümmten Schattenmaske bei Betrachtung aus der Richtung der z-Achse aus. Berücksichtigt
man jedoch das experimentelle Ergebnis, wonach dann, wenn eine flache Schattenmaske zu einer annähernd sphärischen Fläche
durch Pressen verformt wird, die Verlagerung der öffnungslage
hauptsächlich nur in z-Richtung erfolgt, während die Verlagerung in der x-y-Ebene vernachlässigbar klein ist, so
kann man diese Gleichungen auch so interpretieren, daß sie die Ausrichtungslinien der öffnungen auf der flachen (vorgespannten)
Schattenmaske zum Ausdruck bringen.
Die obige Beschreibung erfolgte für den Fall, daß der Phosphorschirm 3 sphärisch 'ist; das gleiche gilt jedoch auch
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für den Fall, daß der Schirm eine zylindrische Oberfläche ist,
die sich in vertikaler Richtung erstreckt. In diesem Falle ergibt sich jedoch die Beziehung für den Neigungswinkel der
horizontalen Reihe einer Dreiergruppe der Phosphorstellen DR, Dg und Dg für jede öffnung 2 der Maske 1 zur horizontalen
Linie wie folgt;
(8) tanO =
R2 _ χ2 _ (R - I) /r2 _ χ2
entsprechend der Gleichung (2).
Die horizontalen Ausrichtungslinien der öffnungen sind demgemäß
wieder tonnenförmig und die vertikalen Ausrichtungslinien
der öffnungen verlaufen stiftpolsterähnlich senkrecht zu den horizontalen Ausrichtungslinien über die ganze Fläche der
Schattenmaskei öffnungen sind an den Schnittpunkten der horizontalen
und vertikalen Ausrichtungslinien vorgesehen. Die Kurve der horizontalen Ausrichtungslinien erhält man durch Auflösen
der Differentialgleichung (8) was zu einer Gleichung entsprechend der Gleichung (Ii) führt, und durch Erfüllung der resultierenden
Gleichung. Die Kurve der vertikalen Ausrichtungslinien erhält man durch Auflösen der folgenden Differentialgleichung,
die den mit entgegengesetztem Vorzeichen versehenen Kehrwert der Gleichung (8) darstellt;
(9) dy_ a R2 - χ2 - (R - g) /r2 - χ
d "
y_ a - g) /r - χ2
dx " xy
Hieraus erhält man eine Gleichung entsprechend der Gleichung (4), die man dann erfüllen muß. Auf diese Weise lassen sich
dieselben Resultate wie oben erwähnt erzielen.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand des Falles erläutert, bei dem die den Farben rot, grün und blau entsprechenden Elek-
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tronenstrahlen in einer auf eine gemeinsame horizontale Ebene
ausgerichteten Lage in den Bereich der horizontalen und vertikalen Ablenkeinrichtungen eintreten. Die Erfindung ist
jedoch gleichermaßen auch in dem Falle anwendbar, in dem die Elektronenstrahlen beim Eintritt in den Bereich der Ablenkeinrichtungen
auf eine gemeinsame vertikale Ebene ausgerichtet sind. In diesem Falle muß man natürlich eine Schattenmaske
verwenden, deren öffnungen an den Schnittpunkten von tonnenförmig
verlaufenden vertikalen Ausrichtungslinien mit entsprechend senkrecht dazu verlaufenden, stiftpolsterartigen
horizontalen Ausrichtungslinien vorgesehen sind; es werden also die Kurven für die horizontalen und vertikalen Ausrichtungslinien
vertauscht.
Die Erfindung wurde ferner anhand von Fällen erläutert, bei denen der Schirm 3 sphärisch bzw. zylindrisch ausgebildet
ist; die Erfindung ist jedoch auch dann anwendbar, wenn der Schirm in einer beliebigen anderen Weise nach außen gekrümmt
ist.
Es bleibt noch das Problem der Bestimmung der Werte der Parameter-XqS und yQs, d.h. die Bestimmung der Teilung über
die ganze Fläche der Schattenmaske. In den Eckbereichen der Schattenmaskenfläche ist die horizontale Teilung durch die
kissenförmige Natur der vertikalen Ausrichtungslinien vergrößert,
während die vertikale Teilung durch die Tonnenform der horizontalen Ausrichtungslinien verringert ist. Werden
daher xQs und yQs einfach als linear gewählt, d.h. xQ =
mx00 und yQn = ny00 unter der Bedingung xQ0 =\ß yQ0, so ist
in dem Eckbereich der Schattenmaske nicht die flächenzentrierte, Anordnung der öffnungen in Form von gleichseitigen
Sechsecken vorhanden,
Man kann jedoch eine solche flächenzentrierte Anordnung der öffnungen in Form gleichseitiger Sechsecke über die ganze
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Fläche der Schattenmaske erzielen. Zu diesem Zweck werden längs der x-Achse nach außen hin die horizontalen Abstände quadratisch
verringert und längs der y-Achse nach außen hin die vertikalen Abstände quadratisch vergrößert. Mathematisch ausgedrückt,
erfolgt die Wahl von xQs und yQs wie folgt:
x0m = mx00
= ny
00
wobei Oi= xoo 2/6RL = yOQ 2/2RL
ß=yoo 2/6RL
ß=yoo 2/6RL
yQ0 ist die Standardteilung zwischen den öffnungen (d.h.
die Teilung im Zentrum der Schattenmaske).
Für diese Wahl der Werte von xQs und yQs werden an beiden
Rändern der x-Achse die Abstände um etwa 10$ verglichen mit dem Abstand im Zentrum verringert, während an beiden Rändern
der y-Achse die Abstände um etwa 6% gegenüber dem Zentrum ver größert werden. Vom Zentrum aus zu den vier Diagonalbereichen
der Schattenmaske sind dieselben Abstände wie im Zentrum vorgesehen. Die angestrebte Änderung der AbStandsteilung ergibt
somit eine nahezu vollständige, flächenzentrierte Anordnung der Öffnungen in form von gleichseitigen Sechsecken über die
ganze Fläche der Schattenmaske, wobei es ausreicht, runde öffnungen zu verwenden. Die auf diese Weise hergestellte
Schattenmaske ist in Fig. 8 veranschaulicht.
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Claims (12)
- Patentansprüche) Schattenmaske zur Verwendung in Kathodenstrahlröhren, bestehend aus einer Metallplatte mit einer Vielzahl von Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen wenigstens im äußeren Teil der Schattenmaske längs gekrümmter Linien angeordnet sind.
- 2.) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen - mit Ausnahme des zentralen Bereiches der Schattenmaske - längs in horizontaler Richtung verlaufender, gekrümmter Linien angeordnet sind.
- 3.) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im äußeren Teil der Schattenmaske an den Schnittpunkten horizontaler und vertikaler gekrümmter Linien angeordnet sind.
- 4.) Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte gewölbt ausgestaltet ist.
- 5.) Schattenmaske nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen und vertikalen gekrümmten Linien, an deren Schnittpunkten die Bohrungen vorgesehen sind, einander etwa unter rechten Winkeln kreuzen»
- 6.) Schattenmaske nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen gekrümmten Linien kissenförmig verlaufen.
- 7.) Schattenmaske nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen gekrümmten Linien tonnenförmig verlaufen.
- 8.) Schattenmaske nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der horizontalen gekrümmten Linien im äußeren Teil der Schattenmaske von dem Abstand im zentralen Bereich unterschiedlich ist.009840/1155BAD ORIGINAL
- 9.) Schattenmaske nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der vertikalen gekrümmten Linien im äußeren Teil der Schattenmaske vom Abstand im mittleren Bereich unterschiedlich ist.
- 10.) Schattenmaske nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei Annäherung an den äußeren Umfang der Schattenmaske der Abstand der horizontalen gekrümmten Linien vergrößert und der der vertikalen gekrümmten Linien verringert.
- 11.) Kathodenstrahlröhre mit einer Schattenmaske mit gekrümmter Oberfläche, ferner mit einem in Abstand von der Schattenmaske t angeordneten, mit aufgebrachten Phosphorstellen versehenen fPhosphorschirni, weiterhin mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Anzahl von Elektronenstrahlen, wobei die Schattenmaske eine Vielzahl von Bohrungen bzw. Durchbrüchen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durc hbrüche im äußeren Teil der Schattenmaske längs gekrümmter Linien angeordnet sind, so daß die Elektronenstrahlen genau auf den Phosphorstellen des Phosphorschirmes auftreffen.
- 12.) Kathodenetrahlröhre mit einem gekrümmten Schirm, der eine Anzahl aufgebrachter Phosphorstellen aufweist, ferner mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Anzahl von Elektronenstrahlen, deren AblenkungsZentren auf eine gemeinsame Ebene ä ausgerichtet sind, weiterhin mit einer Schattenmaske zwischen dem Schirm und der Strahlerzeugungseinrichtung, wobei die Schattenmaske eine Anzahl von Bohrungen bzw. Durchbrüchen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche bei Betrachtung aus der zentralen Achsrichtung der Kathodenstrahlröhre längs gekrümmter Linien angeordnet sind.009840/1155Leerseite
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