Тесікшелі экран: CRT теледидарларындағы түс туралау технологиясы
Shadow mask
Түсті CRT теледидарлары мен мониторларындағы суретті дұрыс көрсету үшін қолданылған тесікті металл жамылғы – shadow mask технологиясы. Қазірде қолданылмайды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Түстерді дұрыс реттеу үшін жүздеген мың тесігі бар металл табақ, катодтық сәулелі түтіктерде (КТҚ) қолданылады.
Metal sheet with hundreds of thousands of holes, used in CRTs to correctly align colors
cathode ray tube (CRT) displays
Көлеңке маскасы – нақты, айқын түсті суреттерді шығаратын катодтық сәулелі түтіктерде (КТҚ) телевизорлар мен компьютерлік мониторларды жасауда қолданылатын екі технологияның бірі. Екінші тәсіл – апертуралық тор, ол Trinitron саудалық атауымен көбірек танымал. Барлық ерте түсті телевизорлар мен КТҚ компьютерлік мониторлардың көпшілігі көлеңке маскасы технологиясын қолданды. Бұл екі технология да көбінесе ескірген, 1990 жылдан бері сұйық кристалды дисплейлермен (ЖКД) ығысып барады. Көлеңке маскасы – экранның алдыңғы шынысының артындағы қабаттағы түсті люминофорларды бөлетін ұсақ тесіктермен тесілген металл пластина. Көлеңке маскалары фотохимиялық өңдеу арқылы жасалады, бұл металл табақтарда кішкентай тесіктерді жасауға мүмкіндік беретін әдіс. Экранның арт жағындағы үш электрондық сәуле таратушы маска арқылы жылжиды, ал сәулелер тесіктерден өткенде ғана экранға жетеді. Сәуле таратушылар түтіктің арт жағында физикалық түрде бөлінгендіктен, олардың сәулелері маскаға үш түрлі бұрыштан келеді, сондықтан тесіктерден өткеннен кейін экранның әртүрлі жерлеріне түседі. Экран түсті люминофор нүктелерімен жабдықталған, осылайша әрқайсысына үш электрондық сәуле таратушыдан келетін сәуленің біреуі ғана тиеді. Мысалы, көк люминофор нүктелері "көк сәуле таратушыдан" шыққан сәуле маскадағы белгілі бір тесіктен өткеннен кейін соқтығысады. Қалған екі сәуле таратушы қызыл және жасыл нүктелер үшін де солай істейді. Бұл құрылым үш сәуле таратушыға экрандағы жеке-жеке нүктелердің түсін басқаруға мүмкіндік береді, тіпті олардың сәулелері маска болмаса, тым үлкен және дұрыс бағытталмаған болар еді. Қызыл, жасыл және көк люминофорлар әдетте үшбұрышты пішінде орналасады (кейде "триада" деп аталады). Телевизорларда қолданылатын заманауи дисплейлер (1960 жылдардың соңынан бастап) жарықтықты арттыру үшін дөңгелек тесіктердің орнына тіктөртбұрышты ойықтарды пайдаланады. Бұл нұсқа кейде ойық маскасы деп аталады.
The shadow mask is one of the two technologies used in the manufacture of cathode ray tube (CRT) televisions and computer monitors which produce clear, focused color images. The other approach is the aperture grille, better known by its trade name, Trinitron. All early color televisions and the majority of CRT computer monitors used shadow mask technology. Both of these technologies are largely obsolete, having been increasingly replaced since the 1990s by the liquid crystal display (LCD). A shadow mask is a metal plate punched with tiny holes that separate the colored phosphors in the layer behind the front glass of the screen. Shadow masks are made by photochemical machining, a technique that allows for the drilling of small holes on metal sheets. Three electron guns at the back of the screen sweep across the mask, with the beams only reaching the screen if they pass through the holes. As the guns are physically separated at the back of the tube, their beams approach the mask from three slightly different angles, so after passing through the holes they hit slightly different locations on the screen. The screen is patterned with dots of colored phosphor positioned so that each can only be hit by one of the beams coming from the three electron guns. For instance, the blue phosphor dots are hit by the beam from the "blue gun" after passing through a particular hole in the mask. The other two guns do the same for the red and green dots. This arrangement allows the three guns to address the individual dot colors on the screen, even though their beams are much too large and too poorly aimed to do so without the mask in place. A red, a green, and a blue phosphor are generally arranged in a triangular shape (sometimes called a "triad"). For television use, modern displays (starting in the late 1960s) use rectangular slots instead of circular holes, improving brightness. This variation is sometimes referred to as a slot mask.
Түсті теледидар
Түсті теледидар коммерциялық телехабар тарату кеңінен таралғанға дейін зерттелген, бірақ бұл мәселе 1940 жылдардың соңында ғана қанағаттанарлық деңгейде қарастырылды. Осы уақытта, қызыл, жасыл және көк (RGB) сигналдарын жеке-жеке, бірінен кейін бірі таратуды ұсынатын бірнеше жүйелер ұсынылды. Көптеген тәжірибелік жүйелер түсті сүзгімен (немесе "гельмен") бірге толық кадрларды тізбектеп көрсететін. Бұл сүзгі қара-ақ теледидар түтігінің алдында айналып тұратын. Әрбір кадр суреттің бір түсін кодтайтын, ал дөңгелек сигналмен синхронды түрде айналып, сол түсті кадр көрсетіліп тұрғанда дұрыс сүзгі экранның алдында болатын. Олар әртүрлі түстер үшін жеке сигналдарды тарату болғандықтан, барлық жүйелер қазіргі қара-ақ теледидарлармен үйлесімсіз болды. Тағы бір мәселе – механикалық сүзгінің жоғары жаңарту жиілігі болмаған жағдайда суреттің жыпылықтауы. (Бұл тұжырымдамалық тұрғыдан барлық үш түсті арналар үшін бір DLP құрылғысын пайдаланатын DLP проекциялық дисплейіне ұқсас.) RCA 1938 жылы Жорж Валенси ұсынған жарықтық-түстілік жүйесін пайдаланып, мүлдем басқа бағытта жұмыс істеді. Бұл жүйе RGB сигналдарын тікелей кодтамайды немесе жібермейді; керісінше, оларды "жарықтық" деп аталатын жалпы жарықтық деңгейіне біріктіреді. Бұл қазіргі теледидарлардың қара-ақ сигналына жақын болды, бұл суретті қара-ақ теледидарларда көрсетуге мүмкіндік берді. Қалған түстік ақпарат жоғары жиілікті модуляция түрінде сигналға бөлек кодталды, нәтижесінде композиттік бейне сигналы пайда болды. Қара-ақ теледидарда бұл қосымша ақпарат суреттің қарқындылығының сәл кездейсоқтығы ретінде көрінер еді, бірақ қолданыстағы теледидарлардың шектеулі ажыратымдылығы бұл тәжірибеде көрінбейтін еді. Түсті теледидарларда қосымша ақпарат анықталып, сүзгіленіп, жарықтыққа қосылып, бастапқы RGB түсін қайта жасайтын. RCA жүйесінің үлкен артықшылықтары болғанымен, дисплейлік түтіктерді жасау қиын болғандықтан оны сәтті дамыту мүмкін болмады. Қара-ақ теледидарлар үздіксіз сигналды пайдаланды және түтіктерді біркелкі фосформен жабуға болатын. RCA жүйесінде түс үнемі өзгеретін, бұл кез келген механикалық сүзгі үшін тым жылдам болды. Оның орнына фосфорды түрлі-түсті нүктелердің дискретті үлгісіне бөлу қажет болды. Осы кішкентай нүктелердің әрқайсысына дұрыс сигналды бағыттау сол кездегі электрондық сәулелердің мүмкіндіктерінен асып түсті. Ұқсас жоба – Geer түтігі, ол үш жақты фосформен жабылған пирамидалармен жабылған бір пластинаның артқы жағына бағытталған сәулелердің ұқсас орналасуын қолданды. Алайда, барлық жобаларда түстердің бір фосфордан екіншісіне таралуына байланысты мәселелер болды. Барлық күш-жігеріне қарамастан, кең электрондық сәулелер экранның барлық бөлігінде жеке нүктелерге тигізу үшін жеткілікті түрде шоғырлана алмады. Сонымен қатар, көптеген құрылғылар ауыр болды; экранның сыртындағы электрондық сәулелердің орналасуы айтарлықтай "өлі кеңістігі" бар өте үлкен дисплейге әкелді.
Color television had been studied even before commercial broadcasting became common, but it was not until the late 1940s that the problem was seriously considered. At the time, a number of systems were being proposed that used separate red, green and blue signals (RGB), broadcast in succession. Most experimental systems broadcast entire frames in sequence, with a colored filter (or "gel") that rotated in front of an otherwise conventional black and white television tube. Each frame encoded one color of the picture, and the wheel spun in sync with the signal so the correct gel was in front of the screen when that colored frame was being displayed. Because they broadcast separate signals for the different colors, all of these systems were incompatible with existing black and white sets. Another problem was that the mechanical filter made them flicker unless very high refresh rates were used. (This is conceptually similar to a DLP based projection display where a single DLP device is used for all three color channels.) RCA worked along different lines entirely, using the luminance chrominance system first introduced by Georges Valensi in 1938. This system did not directly encode or transmit the RGB signals; instead it combined these colors into one overall brightness figure, called the "luminance". This closely matched the black and white signal of existing broadcasts, allowing the picture to be displayed on black and white televisions. The remaining color information was separately encoded into the signal as a high frequency modulation to produce a composite video signal. On a black and white television this extra information would be seen as a slight randomization of the image intensity, but the limited resolution of existing sets made this invisible in practice. On color sets the extra information would be detected, filtered out and added to the luminance to re create the original RGB for display. Although RCA's system had enormous benefits, it had not been successfully developed because it was difficult to produce the display tubes. Black and white TVs used a continuous signal and the tube could be coated with an even painting of phosphor. With RCA's system, the color was changing continually along the line, which was far too fast for any sort of mechanical filter to follow. Instead, the phosphor had to be broken down into a discrete pattern of colored spots. Focusing the right signal on each of these tiny spots was beyond the capability of electron guns of the era. A similar project was the Geer tube, which used a similar arrangement of guns aimed at the back of a single plate covered with small three sided phosphor covered pyramids. However, all of these projects had problems with colors bleeding from one phosphor to another. In spite of their best efforts, the wide electron beams simply could not focus tightly enough to hit the individual dots, at least over the entirety of the screen. Moreover, most of these devices were unwieldy; the arrangement of the electron guns around the outside of the screen resulted in a very large display with considerable "dead space".
Арқадағы қару-жарақ күштері
Көбірек практикалық жүйе түтіктің артқы жағында бір ғана электрондық қаруды пайдаланып, алдыңғы жағында бірнеше түсті экранға бағыттайтын еді. 1950 жылдардың басында бірнеше ірі электроника компаниялары мұндай жүйелерді әзірлеуді бастады. Олардың бірі – General Electric компаниясының Penetron жүйесі, ол экранның артқы жағында бір-бірінің үстіне жатқан үш қабатты люминофорды қолданды. Түс таңдау үшін электрондық сәуленің энергиясын өзгертіп, люминофор қабаттарының әртүрлі тереңдіктеріне енгізетін еді. Дәл қабатқа тиюге тырысу амалсыз болды, сондықтан GE теледидар үшін бұл технологиядан бас тартты. Алайда, ол авиация саласында қолданыс тапты, онда түс гаммасын шектеуге болады, көбінесе үш түске дейін, ал жүйе осыны іске асыра алатын еді. Көп жағдайда қажетті дәлдікті қамтамасыз ету үшін экранның артында қосымша фокустау құрылғысын пайдалануға тырысты. Paramount Pictures ұзақ уақыт бойы Chromatron жүйесімен жұмыс істеді, ол экранның артындағы сымдар жиынтығын қосымша «электрондық қару» ретінде пайдаланып, сәулені одан әрі шоғырландырып, дұрыс түске бағыттайтын еді. Philco компаниясының «Apple» түтігі электрондық сәуле олардың үстінен өтетін кезде электрондық импульс шығаратын люминофордың қосымша жолақтарын қолданды. Импульстің уақытын дұрыс белгілеу арқылы сәуленің өту жолын реттеп, дұрыс түске тигізуге болатын еді. Бұл жүйелердің бірі өндіріске енуіне бірнеше жыл кетті. GE компаниясы 1960 жылдардың басында Penetron жүйесінен бас тартты. Sony 1960 жылдары Chromatron жүйесін сынап көрді, бірақ одан бас тартып, оның орнына Trinitron жүйесін жасады. «Apple» түтігі 1970 жылдары қайта пайда болды және әртүрлі сатушылармен сәттілікке жетті. Бірақ RCA компаниясының көлеңкелік маскамен жеткен табысы осы күш-жігердің көпшілігін тоқтатты. 1968 жылға дейін сатылған барлық түсті теледидарлар RCA көлеңкелік маскасын пайдаланды.
A more practical system would use a single gun at the back of the tube, firing at a single multi color screen on the front. Through the early 1950s, several major electronics companies started development of such systems. One contender was General Electric's Penetron, which used three layers of phosphor painted on top of each other on the back of the screen. Color was selected by changing the energy of the electrons in the beam so that they penetrated to different depths within the phosphor layers. Actually hitting the correct layer proved almost impossible, and GE eventually gave up on the technology for television use, although it went on to see some use in the avionics world where the color gamut could be reduced, often to three colors, which the system was able to achieve. More common were attempts to use a secondary focussing arrangement just behind the screen to produce the required accuracy. Paramount Pictures worked long and hard on the Chromatron, which used a set of wires behind the screen as a secondary "gun", further focusing the beam and steering it towards the correct color. Philco's "Apple" tube used additional stripes of phosphor that released a burst of electrons when the electron beam swept across them, by timing the bursts it could adjust the passage of the beam and hit the correct colors. It would be years before any of these systems made their way into production. GE had given up on the Penetron by the early 1960s. Sony tried the Chromatron in the 1960s, but gave up and developed the Trinitron instead. The Apple tube re emerged in the 1970s and had some success with a variety of vendors. But it was RCA's success with the shadow mask that dampened most of these efforts. Until 1968, every color television sold used the RCA shadow mask concept,
Көлеңкелік маска
1938 жылы неміс өнертапқышы Вернер Флечсиг алғаш рет (1941 жылы Францияда тіркелді) түтіктің алдыңғы жағына металл жалақ орнатып, оған кішкентай тесіктер жасау идеясын патенттеді. Тесіктер экранға тиер алдында сәулені бағыттау үшін қолданылатын. RCA компаниясындағы Ал Шрёдер де ұқсас жүйемен жұмыс істеді, бірақ ол үш электрондық пушканы пайдаланды. Зертхана жетекшісі жобаның мүмкіндіктерін басшылығына түсіндіргенде, оған оны іске асыру үшін шексіз кадр және қаржы уәде етілді. Бірнеше айдың ішінде осы жүйемен бірнеше прототиптік түрлі-түсті теледидарлар жасалды. Түтіктің арт жағында дельта пішінде орналасқан пушкалар металл жалаққа бағытталды және оны қалыпты жағдайда сканерледі. Сканерлеу кезінде сәулелер көбінесе жалақтың арт жағына тиіп, тоқтатылды. Бірақ сәулелер тесіктен өткенде, олар жалақтың алдындағы люминофорға жететін. Осылайша, жалақ сәулелердің түсті люминофорлық нүктелермен дәл келуін қамтамасыз етті. Бұл дұрыс түсті нүктеге бағыттау мәселесін шешпеді. Әдетте, үш пушкадан шыққан сәулелер экрандағы үш түсті нүктенің барлығын жарықтандыруға жеткілікті болды. Маска сәулені экранға тиер алдында механикалық түрде кішірейту арқылы көмектесті. Бірақ идеяның нағыз гениалдығы – сәулелердің металл жалаққа әртүрлі бұрыштардан жақындауында. Маскамен кесілгеннен кейін, сәулелер экранға әртүрлі нүктелерде және әртүрлі бұрыштармен алға жылжуда. Бұл таралу түтіктің арт жағындағы пушкалар арасындағы қашықтыққа және маска жалағы мен экран арасындағы қашықтыққа байланысты. Түсті нүктелерді экранның дұрыс жерлеріне орналастырып, олардың арасында өзара әрекеттесуді болдырмау үшін орын қалдыру арқылы, пушкалардың дұрыс түсті нүктеге тиесілігіне кепілдік берілді. Бұл нәтижедегі кескінді жарықтандыру үшін одан да көп қуат қажет етті. Қуат үш қуатты пушкаға бөлінгендіктен, осы жүйенің құны ұқсас қара-ақ теледидардан әлдеқайда жоғары болды. Түсті экранға жұмсалған энергия мөлшері соншалықты көп болғандықтан, жылу жүктемесі маңызды мәселе болып табылды. Электрондық пушкадан көлеңке маскасы сіңіретін энергия оның жұмыс істеу кезінде қызып, кеңейіп, бұл кескінді бүркемелеуге немесе түсін өзгертуге әкелді (көлемді қараңыз). Жарық пен қараңғы арасындағы сигналдар алмасуы масканың деформациялануын қиындатты. Сонымен қатар, геометрия үш сәулені экран бойымен дұрыс орналастыру үшін күрделі жүйелерді қажет етті. Егер экранның орталық бөлігінен өтетін сәулені қарастырсаңыз, жеке пушкалардан шыққан сәулелер бірдей қашықтықты жүріп, маскадағы тесіктерге тең бұрыштармен келіседі. Экранның бұрыштарында кейбір сәулелер ұзаққа дейін жүруге мәжбүр болады және олардың барлығы экран ортасындағыдан өзгеше бұрышта тесікке тиеді. Бұл мәселелер сәулелердің дұрыс орналасуын сақтау үшін қосымша электроника мен түзетулерді қажет етті.
In 1938 German inventor Werner Flechsig first patented (received 1941, France) the seemingly simple concept of placing a sheet of metal just behind the front of the tube, and punching small holes in it. The holes would be used to focus the beam just before it hit the screen. Independently, Al Schroeder at RCA worked on a similar arrangement, but using three electron guns as well. When the lab leader explained the possibilities of the design to his superiors, he was promised unlimited manpower and funds to get it working. Over a period of only a few months, several prototype color televisions using the system were produced. The guns, arranged in a delta pattern at the back of the tube, were aimed to focus on the metal plate and scanned it as normal. For much of the time during the scan, the beams would hit the back of the plate and be stopped. However, when the beams passed a hole they would continue to the phosphor in front of the plate. In this way, the plate ensured that the beams were perfectly aligned with the colored phosphor dots. This still left the problem of focusing on the correct colored dot. Normally the beams from the three guns would each be large enough to light up all three colored dots on the screen. The mask helped by mechanically attenuating the beam to a small size just before it hit the screen. But the real genius of the idea is that the beams approached the metal plate from different angles. After being cut off by the mask, the beams would continue forward at slightly different angles, hitting the screens at slightly different locations. The spread was a function of the distance between the guns at the back of the tube, and the distance between the mask plate and the screen. By painting the colored dots at the correct locations on the screen, and leaving some room between them to avoid interactions, the guns would be guaranteed to hit the right colored spot. This required even more power in order to light up the resulting image. And as the power was divided up among three of these much more powerful guns, the cost of implementation was much higher than for a similar B&W set. The amount of power deposited on the color screen was so great that thermal loading was a serious problem. The energy the shadow mask absorbs from the electron gun in normal operation causes it to heat up and expand, which leads to blurred or discolored images (see doming). Signals that alternated between light and dark caused cycling that further increased the difficulty of keeping the mask from warping. Furthermore, the geometry required complex systems to keep the three beams properly positioned across the screen. If you consider the beam when it is sweeping across the middle area of the screen, the beams from the individual guns are each traveling the same distance and meet the holes in the mask at equal angles. In the corners of the screen some beams have to travel farther and all of them meet the hole at a different angle than at the middle of the screen. These issues required additional electronics and adjustments to maintain correct beam positioning.
Нарыққа енгізу
Даму кезінде RCA көлеңкелік маска жүйесін іске қоса алатынына толық сенімді емес еді. Концепциясы қарапайым болғанымен, оны іс жүзінде, әсіресе қолжетімді бағада жасау қиын болды. Компания жүйе жұмыс істемеген жағдайда, басқа да бірнеше технологияларды, соның ішінде Гир түтігін қарастырды. 1950 жылы алғашқы құбырлар шығарылғанда, осы балама жобалар тоқтатылды. Соғыс жылдарындағы электроникадағы прогресс жоғары жиілікті таратудың кең ауқымын қолдануға мүмкіндік берді, ал 1948 жылы АҚШ Федералды байланыс комиссиясы (FCC) болашақтағы UHF арналарын пайдалану мәселесі бойынша бірқатар мәжілістер өткізді. Сол кезде АҚШ-та теледидарлар өте сирек болғандықтан, мүдделі тараптар жаңа, үйлесімсіз түсті формат үшін UHF-ты пайдалану идеясын тез қабылдады. Аталған мәжілістердің нәтижесінде CBS ұсынған бәсекелес жартылай механикалық, реттік түс жүйесі таңдалып алынды. Бірақ, мәжілістер барысында RCA үйлесімді түс бойынша жұмыстарын жариялады, алайда процеске әсер ету үшін бұл тым кеш болды. CBS түсті теледидарды 1950 жылы енгізді. Дегенмен, RCA жүйесінің перспективасы соншалықты зор болды, Ұлттық теледидар жүйесі комитеті (NTSC) оны қолдауға кірісті. 1950-1953 жылдар аралығында олар адамның түс қабылдауын зерттеу бойынша ауқымды зерттеу жүргізіп, алынған мәліметтерді RCA-ның негізгі концепциясын жетілдіру үшін пайдаланды. Осы кезде RCA бәсекелестерінен сапа жағынан айқын басымдық құратын тәжірибелік көлеңкелік маска жиынтықтарын жасады. Жүйе тұйық, күрделі, ірі, көп қуат тұтынатын және осы себептерге байланысты қымбат болды, бірақ қолдануға жарамды түсті кескінді қамтамасыз етті, ең бастысы – қолданыстағы қара-ақ сигналдарымен үйлесімді болды. Бұл мәселе 1948 жылы FCC-нің алғашқы мәжілістерінде көтерілмеген, бірақ 1953 жылға қарай қара-ақ теледидарлардың саны күрт өсті, оларды толығымен тоқтату мүмкін болмады. NTSC жаңа стандартты FCC ратификациялауды ұсынғанда, CBS өзінің жүйесіне деген қызығушылығын тоқтатты.
During development, RCA was not sure that they could make the shadow mask system work. Although simple in concept, it was difficult to build in practice, especially at a reasonable price point. The company optioned several other technologies, including the Geer tube, in case the system didn't work out. When the first tubes were produced in 1950, these other lines were dropped. Wartime advances in electronics had opened up large swaths of high frequency transmission to practical use, and in 1948 the U. S. Federal Communications Commission (FCC) started a series of meetings on the use of what would become the UHF channels. At the time there were very few television sets in use in the United States, so the stakeholder groups quickly settled on the idea of using UHF for a new, incompatible, color format. These meetings eventually selected a competing semi mechanical field sequential color system being promoted by CBS. However, in the midst of the meetings, RCA announced their efforts on compatible color, but too late to influence the proceedings. CBS color was introduced in 1950. However, the promise of the RCA system was so great that the National Television System Committee (NTSC) took up its cause. Between 1950 and 1953 they carried out a huge study on human color perception, and used that information to improve RCA's basic concept. RCA had, by this time, produced experimental shadow mask sets that were an enormous leap in quality over any competitors. The system was dim, complex, large, power hungry and expensive for all these reasons, but provided a usable color image, and most importantly, was compatible with existing B&W signals. This had not been an issue in 1948 when the first FCC meetings were held, but by 1953 the number of B&W sets had exploded; there was no longer any way they could simply be abandoned. When the NTSC proposed that their new standard be ratified by the FCC, CBS dropped its interest in its own system.
Өндiру
Көлеңкелік маскалар фотохимиялық өңдеу процесі арқылы жасалады. Ол болат немесе инвар қорытпасынан жасалған, бетіне фоторезист жағылады, ол қатайтылу үшін пісіріледі, фотомаска арқылы күлгін сәулеге (УФ-сәуле) ұшыратылады, әсер етпеген резист алынып тасталады, металл сұйық қышқылмен кесіледі, содан кейін фоторезист алынады. Бір фотомаскадағы қараңғы дақтар екіншісінен ірі болады, бұл конус тәрізді апертураларды құрайды. Көлеңкелік маска металл бөліктері немесе рельс немесе рама арқылы экранға орнатылады, ол тиісінше түтікке немесе экран әйнегіне біріктіріледі, көлеңкелік масканы кернеуде ұстап, деформацияны азайту үшін (егер маска тегіс болса, CRT компьютер мониторларында қолданылады) және бейненің жарықтығы мен контрастын арттыруға мүмкіндік береді. Телевизорлардағы CRT құрылғыларында электрондық сәуле көлеңкелік масканы қыздырып, жылулық кеңеюге себеп болатын деформацияны теңеу үшін биметалл серіппелер қолданылуы мүмкін.
Shadow masks are made using a photochemical machining process. It starts out with a sheet of steel or invar alloy that is coated with photoresist, which is baked to solidify it, exposed to UV light through photomasks, developed to remove unexposed resist, the metal is etched using liquid acid, and then the photoresist is removed. One photomask has larger dark spots than the other, this creates tapered apertures. The shadow mask is installed to the screen using metal pieces or a rail or frame that is fused to the funnel or the screen glass respectively, holding the shadow mask in tension to minimize warping (if the mask is flat, used in flat screen CRT computer monitors) and allowing for higher image brightness and contrast. Bimetal springs may be used in CRTs used in TVs to compensate for warping that occurs as the electron beam heats the shadow mask, causing thermal expansion.
Жағдайдың жақсаруы, нарықтағы қабылдау
1960 жылдары алғашқы RCA патенттерінің мерзімі аяқталды, сонымен бірге бірқатар техникалық жетістіктер енгізілді. Олардың бір бөлігі 1966 жылы үлкен сәттілікке ие болған GE Porta Color теледидарына енгізілді. 1968 жылға қарай дерлік әрбір компания өз дизайнын жасады, ал түсті теледидар қымбат опциядан негізгі құрылғылардың қатарына көшті. Көлеңке маскасының жылулық кеңеюінен туындаған дөңгелектеу проблемалары бірнеше тәсілмен шешілді. Кейбір компаниялар температураны өлшеу үшін термостаттарды пайдаланды және кеңеюге сәйкес сканерлеуді реттеді. Бұл материалдар оңай магниттенуге ұшырады, бұл түстерге әсер етуі мүмкін, бірақ бұл көбінесе автоматты магниттендіру функциясын қосу арқылы шешілді. Жарықтықты жақсарту 1960 жылдарығы маңызды жұмыс салаларының бірі болды. Сирек кездесетін жерлердегі люминофорларды қолдану арқылы жарық түстер алынды және электрондық сәулелердің күші сәл төмендетілді. Жақсырақ фокустау жүйелері, әсіресе автоматты жүйелер, теледидардың толық фокусқа жақын уақыт өткізуін қамтамасыз етті, бұл экрандағы нүктелердің үлкейюіне мүмкіндік берді. Porta Color осы екі жетістікті де пайдаланып, пішіндерді үшбұрыш емес, бір-біріне жақын орналастырды, бұл нүктелерді экранның көп бөлігін қамтитын тік саңылауларға дейін кеңейтуге мүмкіндік берді. Бұл дизайн, кейде "саңылаулы маска" деп аталады, 1970 жылдары кеңінен таралды. 1970 жылдардың басында кеңінен енгізілген тағы бір өзгеріс – люминофор үлгісінің ішкі жағындағы кеңістіктерде қара материалды қолдану болды. Бұл бояу бөлмеден келетін сыртқы жарықты сіңіріп алып, көрерменге кері шағылысатын жарықтың мөлшерін азайтты. Бұл тиімді жұмыс істеу үшін люминофор нүктелерінің мөлшері кішірейтіліп, олардың жарықтығы төмендетілді. Дегенмен, сыртқы жарыққа қарағанда жақсарған контраст бет пластинаның айқындығын арттырып, люминофордан көрерменге көбірек жарық жеткізіп, жарықтықты арттырды. Сұрғылт бет пластиналар кескінді күңгірттеді, бірақ жақсы контрастты қамтамасыз етті, өйткені сыртқы жарық люминофорларға жеткенше әлсіретілді, ал екінші рет көрерменге қайтып келгенде де әлсіретілді. Люминофордан шыққан жарық бір рет ғана әлсіретілді. Бұл әдіс уақыт өте келе өзгерді, теледидар түтіктері уақыт өте келе қара түске айналды. Түсті ЭЛТ-терді (Электронды сәулелі түтіктерді) өндіру кезінде көлеңке маскалары немесе апертуралық торлар бет пластинадағы фоторезистке ультракүлгін сәулелерді бағыттау үшін де қолданылды, бұл бір түстің электрондарын имитациялау үшін дәл орналастырылған. Дамығаннан кейін бұл фоторезист тек бір түстің люминофорын қажет болған жерге ғана жағуға мүмкіндік берді. Бұл процесс әр түс үшін үш рет қайталанды. (Көлеңке маскасы немесе апертуралық тор осы процестің сәтті болуы үшін алынып тасталып, дәл орналастырылуы керек еді.)
By the 1960s the first RCA patents were ending, while at the same time a number of technical improvements were being introduced. A number of these were worked into the GE Porta Color set of 1966, which was an enormous success. By 1968 almost every company had a competing design, and color television moved from an expensive option to mainstream devices. Doming problems due to thermal expansion of the shadow mask were solved in several ways. Some companies used a thermostat to measure the temperature and adjust the scanning to match the expansion. These materials suffered from easy magnetization that can affect the colors, but this could be generally solved by including an automatic demagnetizing feature. Improving brightness was another major line of work in the 1960s. The use of rare earth phosphors produced brighter colors and allowed the strength of the electron beams to be reduced slightly. Better focusing systems, especially automatic systems that meant the set spent more time closer to perfect focus, allowed the dots to grow larger on the screen. The Porta Color used both of these advances and re arranged the guns to lie beside each other instead of in a triangle, allowing the dots to be extended vertically into slots that covered much more of the screen surface. This design, sometimes known as a "slot mask", became common in the 1970s. Another change that was widely introduced in the early 1970s was the use of a black material in the spaces around the inside of the phosphor pattern. This paint absorbed ambient light coming from the room, lowering the amount that was reflected back to the viewer. In order to make this work effectively, the phosphor dots were reduced in size, lowering their brightness. However, the improved contrast compared to ambient conditions allowed the faceplate to be made much more clear, allowing more light from the phosphor to reach the viewer and the actual brightness to increase. Grey tinted faceplates dimmed the image, but provided better contrast, because ambient light was attenuated before it reached the phosphors, and a second time as it returned to the viewer. Light from the phosphors was attenuated only once. This method changed over time, with TV tubes growing progressively more black over time. In manufacturing color CRTs, the shadow masks or aperture grilles were also used to expose photoresist on the faceplate to ultraviolet light sources, accurately positioned to simulate arriving electrons for one color at a time. This photoresist, when developed, permitted phosphor for only one color to be applied where required. The process was used a total of three times, once for each color. (The shadow mask or aperture grille had to be removable and accurately re positionable for this process to succeed.)