DE2935856C2

DE2935856C2 - Kathodenstrahlröhre zur Farbbilderzeugung

Info

Publication number: DE2935856C2
Application number: DE2935856A
Authority: DE
Inventors: Walter David Lancaster Pa. Masterton; Albert Maxwell Morrell
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1982-09-02
Also published as: IT1122466B; JPS583581B2; CA1125348A; FR2435806A1; FR2435806B1; JPS5535497A; IT7925040A0; DE2935856A1

Description

Q =

nLa

17

wobei die Symbole in dieser Gleichung folgendes bedeuten:

q ist der Abstand zwischen Schattenmaske und Schirm;

L ist der Abstand vom Elektronenstrahlablenkzentrum zu einem Punkt auf dem 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 Elektronenstrahl in der Ablenkebene;

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

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre zur Farbbilderzeugung mit einem Schirm aus Leuchtstoffelementen, die sich in vertikaler Richtung erstrecken und in Dreiergruppen jeweils verschiedenfarbig emittierender Leuchtstoffe angeordnet sind, mit einer nahe dem Schirm angeordneten Schattenmaske, die mit öffnungen versehen ist und parallele, sich in vertikaler Richtung erstreckende Wellungen aufweist, und mit einem Strahlerzeugungssystem, um drei Elektronenstrahlen zu erzeugen und längs konvergierender Wege, die in gemeinsamer Ebene laufen, durch die öffnungen der Schattenmaske hindurch zum Schirm zu schicken.

Bei Kathodenstrahlröhren dieser Gattung laufen die Elektronenstrahlen auf solchen Wegen durch die Schattenmaske, daß jeder Strahl einen farbemittierenden Leuchtstoff, jeweils nur einer Sorte auf dem Schirm trifft und anregt. Bei bekannten Bauarten einer solchen Röhre treffen jeweils Teile dreier Elektrcnenstrahlen, die durch eine gegebene öffnung der Maske dringen, auf drei benachbarte L.euchtstoffelemente 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

ίο folgende Gleichung definiert:

La

In dieser Gleichung ist q der Abstand zwischen Schattenmaske und Schirm, L ist der Abstand vom Eiektronenstrahlablenkzentrum zu einem Punkt auf dem Schirm, a ist der Abstand zwischen benachbarten Maskenöffnungen, gemessen parallel zu einer Linie, die durch zwei Strahlen in der Ablenkebene läuft, und s ist der Abstand zwischen der mittleren Längsachse der Röhre und der Mitte eines außerhalb der Achse laufenden Elektronenstrahls in der Ablenkebene.

Bei einer typischen 25 V/l00°-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 Barriers«, die im Journal of the SMPTE, Band 59, S. 11-21, JuIi 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 einer Leuchtstoffdreiergruppe 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 bekanntgeworden.

Aus der US-Patentschrift 32 82 691 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 40 72 876 ist kürzlich eine besondere Konstruktion einer Schattenmaskenröhre bekanntgeworden, 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/Schirrn-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 Schlitzöffnungen

ebenfalls über einen Bereich von 2 zu 1 andern. 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.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kathodenstrahlröhre der aus der US-PS 40 72 876 bekannten Bauart dahingehend zu verbessern, daß zur Herstellung der gewellten Schattenmaske die üblichen |₍₎ Maskenätz-, erfahren angewendet werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schatttenmaske in einem Abstand einer höhreren als der ersten Ordnung vom Schirm angeordnet ist, so daß benachbarte Leuchtstoffelemente des Schirms, die jeweils derselben Dreiergruppe angehören, von solchen Teilen verschiedener Elektronenstrahlen angeregt werden, die durch verschiedene Öffnungen der Schattenmaske dringen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf de> Erkenntnis, daß die Kombination des Konzeptes einer gewellten Schattenmaske 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 jo anwendet.

Während die grundlegenden Merkmale einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre im Patentanspruch 1 aufgeführt sind, kennzeichnet der Patentanspruch 2 eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert:

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

F i g. 2 zeigt ebenfalls von oben und teilweise axial aufgeschnitten eine Röhre, die der Röhre nach Fig. 1 ähnelt, jedoch die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist;

F i g. 3 zeigt schematisch verschiedene Positionen der Schattenmaske relativ zu einem Schirm und das Auftreffen von Teilen dreier Elektronenstrahlen auf den Schirm;

F i g. 4 ist eine ähnliche Darstellung wie F i g. 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 dazwischenliegenden trichterförmigen Teil 26 besteht. Die Röhrenkappe 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 Vertikairichtung 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 Wellungeii (das heißt den Rippen) parallel laufen. Innerhalb des Halses 24 der Röhre sitzt ein (in Fi g. 1 nur schematisch dargestelltes) Inline-Strahlerzeugungssystem 36, um drei Elektronenstrahlen 38S, 38/? und 38C zu erzeugen und längs konvergierender Wege, die in gemeinsamer Ebene laufen, durch die Maske 34 hindurch zum Schirm 32 zu schicken.

In der F i g. 2 ist eine Farbbildröhre 40 gezeigt, die die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist. Zur Vereinfachung sind alle diejenigen Teile der Röhre 40, die Teilen der bekannten Röhre 18 gleich sind, mit denselben Bezugszahlen wie dorf 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 is: der Abstand zwischen Schattenmaske 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 >.ann angesehen werden als eine Versetzung der Mask j 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 F i g. 3 und 4 näher veranschaulicht.

In beiden Fig. 3 und 4 sind die Orte: der Leuchtstoffelemente, die den Schirm 32 bilden, jeweils die gleichen, jedoch sind die Orientierungen der beiden äußeren Strahlen B und R vertauscht. Ir, 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 Strah'.kanonen, während die mit ungeraden Zahlen bezifferten Positionen für die vertauschte Anordnung der Strahlkanonen gilt. In jeder Figur sind diejenigen Maskenpositionen, die für die in der gleichen Figur dargestellte Anordnung des Strahlerzeugungssystems geeignet sind, mit starken Linien gezeichnet, während die Maskenpositionen für die jeweils alternative Anordnung der Strahlkanonen mit unterbrochenen Linien gezeichnet sind.

Die Position 1 in F i g. 4 entspricht der Position Erster Ordnung, wie sie eine gewellte Maske in einer Röhre bekannter Bauart (US-PS 40 72 876) hat, wobei sich innerhalb jeder Maskenöffnung Teile dreier Elektronenstrahlen kreuzen, um auf drei benachbarte bzw. aufeinanderfolgende Leuchtstoffelemente einer Leuchtstoffdreiergruppe am Schirm zu treffen. In den dargestellten Fällen besteht eine Leuchtstoffdreiergruppc Hus drei aufeinanderfolgenden Leuchtstoffelementen, wobei das dem mittleren Elektronenstrahl zugeordnete Element jeweils die Mitte der Dreiergruppe ist. Bei Maskenpositionen höherer Ordnung, wie sie verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung entsprechen, dringen die Teile der Elektronenstrahlen, die auf

benachbarte oder aufeinanderfolgende Leuchistoffelemente treffen, niemals durch jeweils dieselbe öffnung, sondern immer durch verschiedene öffnungen.

Die erste mögliche Maskenposition höherer Ordnung ist die Position 2 in P i g. 3. Es sei erwähnt, daß wenn die Maske an der Position 2 sitzt, die Anordnung der Slrahlkanonen 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 1, wenn man die Orte und Größe der Leuchtstoffelemente am Schirm beibehalten will. Genauer gesagt, müssen die öffnungen etwas kleiner und dichter beieinander liegen. Wegen dieser Änderungen ist die oben stehende Gleichung

Q = — für die Röhrengeometrie nicht mehr anwendbar.

Die Gleichung der Röhrengeometrie für den speziellen Fall der Position 2 bekommt vielmehr folgende Form:

2La

Bei einer solchen Röhrengeometrie dringen die entsprechenden Teile der beiden äußeren Strahlen R und B, die auf benachbarte Elemente derselben Leuchtstoffdreiergruppe treffen, durch öffnungen, die neben denjenigen öffnungen liegen, durch die der auf das mittlere Element der Dreiergruppe 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 die gleiche Leuchtstoffdreiergruppe treffenden Teil des mittleren Strahls durchdrungen wird. Obwohi die Maskenpositionen 2 und 3 beide als Positionen zweiter Ordnung bezeichnet werden (bei denen die eine bestimmte Leuchtstoffdreiergruppe beleuchtenden Teile der äußeren Strahlen durch öffnungen dringen, welche der Durchtrittsöffnung für den mittleren Strahl für die Beleuchtung derselben Dreiergruppe 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
^{9 =}

25

Eine Maskenposition dritter Ordnung besteht dann, wenn sich die Maske an einer solchen Stelle befindet, daß Teile der äußeren Strahlen, die auf Leuchtstoffelemente einer bestimmten Dreiergruppe treffen, durch öffnungen dringen, die um zwei öffnungen gegenüber derjenigen Öffnung versetzt sind, durch die ein auf ein Element derselben Dreiergruppe 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 Leuchtstoffdreiergruppen, die gegenüber der vom Teil des mittleren Strahls getroffenen Dreiergruppe um zwei Dreiergruppen versetzt sind. Eine Maskenposition dritter Ordnung

30

35

40

45

50 ist die Position 4 in Fig. 3. Die Röhrengeometriegleichungfürdie Position 4 ist folgende:

SLa

Q =

Der alternative Fall einer Maskenposition dritter Ordnung ist die Position 5 in Fig. 4. Für diesen Fall gilt folgende Röhrengeometriegleichung:

Q =

TLa 3s

Für Schattenmaske, 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 F i g. 3 und 4 mit den Maskenpositionen 6 bzw. 7 dargestellt. Für den Fall einer an der Position 6 sitzenden Maske gilt folgende Gleichung:

Q =

8La
3s

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

10 La

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:

Q =

nLa Ts

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

Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß in den F i g. 3 und 4 die Schirme einander gleich sind, wobei die schirmbildenden Leuchtstoffelemente in gleicher Orientierung (also gleicher Reihenfolge in gegebener Richtung) angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Positionen der beiden äußeren Leuchtstoffelemente jeder Dreiergruppe zu vertauschen und die Orientierun gen der Elektronenstrahlen gleich zu lassen, so wie sie bei der bekannten Anordnung Erster Ordnung sind. Wie bereits erwähnt, wird bei in jüngerer Zeit bekanntgewordenen Röhren der Abstand a von öffnung zu öffnung proportional zu den Änderungen des Maske/Schirm-Abstandes ς geändert. Indem man gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung den Absolutwert von q erhöht, kann im Fane ungteichmäßi-

ger Schwankungen von q, wie sie im Falle einer Röhre gewellter Schattenmaske vorhanden sind, die Änderung des Wertes a reduziert werdea Wenn sich z. B. bei einer bekannten Röhre 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre zur Furbbilderzeugung mit einem Schirm aus Leuchtstoffelementen, die sich in vertikaler Richtung erstrecken und in Dreiergruppen jeweils verschiedenfarbig emittierender Leuchtstoffe angeordnet sind, mit einer nahe dem Schirm angeordneten Schattenmaske, die mit Öffnungen versehen ist und parallele, sich in vertikaler Richtung erstreckende Wellungen aufweist, und mit einem Strahlerzeugungssystem, um drei Elektronenstrahlen zu erzeugen und längs konvergierender Wege, die in gemeinsamer Ebene laufen, durch die Öffnungen der Schattenmaske hindurch zum Schirm zu schicken, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (42) in einem Abstand (2,3_; 4,5,6, 7) einer höheren als der ersten Ordnung vom Schirm (32) angeordnet ist, so daß benachbarte Leuchtstoffelemente des Schirms, die jeweils derselben Dreiergruppe angehören, von solchen Teilen verschiedener Elektronenstrahlen (38) angeregt werden, die durch verschiedene öffnungen der Schattenmaske dringen.

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