DE2331535A1

DE2331535A1 - Verfahren zur herstellung einer schattenmaske fuer eine kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE2331535A1
Application number: DE2331535A
Authority: DE
Inventors: Harold Bell Law
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-17
Also published as: IT984035B; AR196135A1; GB1419010A; FR2189861B1; CA979967A; BE801147A; ES415914A1; ES200005Y; NL7308567A; AU5678273A; US3923566A; FR2189861A1; BR7304582D0; ES200005U; USB264833I5; JPS4958747A

Description

7Γο5 - To Ks/80

HCA Ö4, ιΟ4

U.S. Serial No: 264,833

Filed: June 21, 1972

RGA Corporation
New York, N. Y., V. St. A.

Verfahren zur Herstellung einer Schattenmaske für eine Kathodenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schattenmaske für eine Kathodenstrahlröhre.

Kathodenstrahlröhren für Farbfernsehzwecke enthalten gewöhnlich
einen Schirm mit rot-, grün- u .blauemittierenden Leuchtstoff linien
oder - punkten, ein Elektronenstrahlsystem zur Anregung des Schirms sowie eine Schattenmaske zwischen Strahlsystem und Schirm. Die
Schattenmaske ist ein dünnes Metallblech, welches in genauer Ausrichtung nahe dem Schirm angeordnet ist, so daß die Maskenöffnungen den Leuchtstofflinien oder -punkten nach einem bestimmten
System zugeordnet sind.

Die Portentwicklung von Farbfernsehröhren bezog sich bisher meist auf Verbesserungen eines Röhrentyps, bei dem die Schattenmaske
runde Öffnungen enthält und dsr Schirm Leuchtstoffpunkte aufweist. Mit fortschreitender Entwicklung wurden jedoch verschiedene Grenzen erreicht, über die hinaus sich eine solche "Lochmaskenröhre"
kaum weiter verbessern läßt. Wenn man beispielsweise für die runden öffnungen in der Maske die optimale Größe gewählt hat, um bei gegebenen Toleranzen des Schirms eine gewünschte Röhrenhelligkeit zu erreichen, dann ist der Durchlaßgrad der Maske für den Elektronen-

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strahl bereits festgelegt, und .weitere Verbesserungen der Röhrenhelligkeit waren bsher nur möglich durch Verbesserung des Leuchtstoffs, des Strahlsystems, des Ablenkjochs und der optischen Einrichtungen für das Drucken des Schirms.

In jüngster Zeit findet ein Röhrentyp Beachtung, bei welchem der Schim ein Linienmuster aufweist und die Schattenmaske ihre öflhungen in Form von Schlitzen hat. Solche "Schlitzmaskenröhren" können einen erhöhten Durchlaßgrad für den Elektronenstrahl haben und bringen daher eine größere Helligkeit, als sie derzeit bei Schätenmasken mit runden öffnungen möglich ist. Wenn man jedoch eine Schlitzmaske in der gleichen Weise bildet, wie sie derzeit zur Bildung von Masken mit runden Öffnungen bekannt ist, dann gewinnen manche bei Lochmasken mit runden Öffnungen nicht ernst zu nehmende Probleme derart an Gewicht, daß man sie nicht mehr übergehen kann. So müssen beispielsweise die Ränder jeder Schlitz-Öffnung viel schärfer sein als es bei einer runden Öffnung gefordert wird. Der Grund hierfür ist die Slektronenstreuung an den Rändex^n der Öffnungen, die bei einer Schlitzmaske unterdrückt werden muß, weil bei einem Schlitz das Verhältnis der Randlänge zur Fläche größer ist als bei einer runden öffnung. Wegen dieses unterschiedlichen Verhältnisses führen bei einer Schlitzmaskenröhre schlecht ausgebildete Ränder der Öffnungen eher zur Verschlechterung des Bildkontrastes als bei einer Lochmaskenröhre mit runden Maskenöffnungen. Um bei Schlitzmaskenröhren die Elektronenstreuung gering zu halten und dadurch den Bildkontrast zu verbessern, ist daher die Wahl eines Maskenherstellungsverfahrens wichtig, bei welchem sich Öffnungen mit scharfen Messerkanten und sehr genauen Abmessungen bilden lassen.

Bei einer Schlitzmaske verlaufen die Schlitze gewöhnlich in Längsrichtung und sind als Reihen oder Spalten angeordnet. In Längsrichtung benachbarte Schlitze sind durch Querstege voneinander getrennt, welche die Maske zusammenhalten. Um aus der Schlitzmaske den größtmöglichen Nutzen zu ziehen, muß die Fläche dieser

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Querstege klein gehalten werden, sodaß der von den Querstegen abgefangene Teil der Elektronen gering ist. Für den normalen Röhrenbetrieb müssen die Querstege nur stark genug sein, damit die Maske selbsttragend ist. Beim Stand der Technik ist es jedoch üblich, die Maske in ihre endgültige Gestalt zu bringen, nachdem die Schlitze ofer öffnungen gebildet worden sind. Daher mußten die Querstege bei den bekannten Masken ausreichend dick gemacht werden, um den Belastungen während dieser Gestaltgebung standzuhalten. Die dicken Querstege der bekannten Schlitzmaskenröhren beeinträchtigten jedoch die Röhrenhelligkeit und warfen sichtbare Schatten auf den Bildschirm.

Die vorliegende Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung einer Schattenmaske für eine Kathodenstrahlröhre, bei welchem ein Reliefmuster in ein Metallblech geprägt wird, um auf dem Blech Bereiche minderer Starke gegenüber anderen Teilen des Blechs zu schaffen, worauf diese Bereiche minderer Stärke entfernt werden, um öffnungen in dem Metallblech zu bilden.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert.

Figur 1 ist eine Seitenansicht einer Farbbildröhre gemäss einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 ist eine Querschnittsansicht gemäss der Linie 2-2 der Figur 1 und zeigt, teilweise fortgebrochen, die Maskenanordnung der Röhre;

Figuren 3-9 sind Querschnittsansichten von Werkzeugen und Werkstücken und veranschaulichen die schrittweise Herstellung einer Schattenmaske gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 10 zeigt vergrößert die Unteransicht eines Teils einer ersten Treib- oder Prägeform gemäß eine? anderen Ausge-

staltung der Erfindung;

Figur 11 zeigt ebenfalls vergrößert eine teilweise Seitenansicht der in Figur 10 dargestellten Form;

Figur 12 zeigt in einer Draufsicht einen Teil einer Schattenmaske, die mit der Form nach den Figuren 10 und 11 gebildet ist;

Figur 13 zeigt vergrößert einen Teil der in Figur 12 dargestellten Maske von der Seite;

Figur 14 zeigt vergrößert die unteransieht eines Teil einer zweiten Prägeform in einer anderen Ausgestaltung;

Figur 15 zeigt vergrößert einen Teil der in Figur 14 dargestellten Prägeform von der Seite;

Figur 16 zeigt vergrößert die Draufsicht auf einen Teil einer Schattenmaske, die mit der Form nach den Figuren 14- und 15 gebildet ist;

Figur 17 ist eine vergrößerte Seitenansicht des in Figur 16 dargestellten Maskenteils;

Figur 18 zeigt vergrößert die Unteransicht eines Teils einer dritten Prägeform gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung;

Figur 19 ist eine vergrößerte Seitenansicht des in Figur 18 dargestellten Teils der Prägeform;

Figur 20 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf zwei Teile einer Schattenmaske, wie sie im Verlauf der Herstellung mittels der in den Figuren 18 und 19 gezeigten Formen zu verschiedenen Zeiten aussehen;

Figur 21 ist ein Querschnitt durch die in Figur 20 gezeigten Maskenteile;

Figur 22 zeigt vergrößert die Unteransicht eines Teils einer viaten Prägeform gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung;

Figur 23 ist eine vergrößerte Seitenansicht des in Figur 22 gezeigten Formteüs;

Figur 24- zeigt vergrößert die Draufsicht auf zwei Teile einer Schattenmaske, wie sie zu verschiedenen Zeiten der Herstellung mittels da? in den Figuren 22 und 23 gezeigten Prägeform aussehen;

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Figur 25 ist ein Querschnitt durch die in Figur 24 gezeigten Maskenteile;

Figur 26 zeigt vergrößert die Unteransicht eines Teils einer * fünften Prägeform gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung;

Figur 27 zeigt vergrößert die Seitenansicht des in Figur 26 gezeigten Formteils;

Figur 28 zeigt vergrößert eine Draufacht auf zwei Teile einer S_ohattenmaske, wie sie zu verschiedenen Zeiten der Herstellung mittels der in den Figuren 26 und 27 gezeigten Form aussehen;

Figur 29 ist ein Querschnitt durch die in Figur 28 gezeigten Maskenteile;

Figur 30 zeigt auseinandergezogen und in perspektivischer Darstellung ein bei der Maskenherstellung verwendetes Metallblech ;

Figur 31 zeigt perspektivisch das in Figur 30 dargestellte Blech zusammen mit'einer Prägeform;

Figuren 32 und 33 zeigen von der Seite bzw..von vorne das in den Figuren 30 und 31 dargestellte Metallblech während des Prägevorgangs;

Figur 34- zeigt Vergrößert die Draufsicht einer aus dem Metallblech der Figuren 30 und 31 gebildeten Schattenmaske;

Figuren 35 bis 39 sind vergrößerte Querschiittsansxchten zur Veranschaulichung der schrittweisen Herstellung einer.Lochmaske ;

Figur 40 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Teils gemäss den Figuren 35 bis 39 hergestellten Maske;

Figuren 41 bis 46 sind vergrößerte Teilansichten von oben und von der Seite zur Veranschaulichung der schrittweisen Herstellung der in den Figuren 14 und I5 gezeigten Prägeform ;

Figuren 47 bis 5I sind vergrößerte Teilansichten von oben und von der Seite zur Veranschaulichung der Stufen einer anderen Herstellungsart der Prägeform nach den Figuren 14 und 15·

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Die in Figur 1 gezeigte Farbbildröhre 4^Ü besteht aus einem evakuierten Kolben 42, der drei Teile hat: einen trichterförmigen Teil 44, einen Halsteil 46 und eine Endkappe 48« Die Endkappe 48 enthält eine Fraabplatte 50, die auf der Innenseite mit einem Schirm 52 aus in verschiedenen Farben emittierenden Leuchtstoffen beschichtet ist. Im Röhrenhals 46 ist ein Elektronenstrahlsystem 54- angeordnet, welches mindestens einen, vorzugsweise jedoch drei Elektronenstrahlen durch ein magnetisches Ablenkjoch 56 zum Schirm 52 senden kann. Das Ablenkjoch 56 kann derart beaufschlagt werden, daß es die Elektronenstrahlen zur Abtastung des Schirms 52 in einem rechtwinkligen Raster ablenkt.

Der Schirm 52, dergpnauer in Figur 2 dargestellt ist, besteht aus einer Vielzahl paralleler Leuchtstoffstreifen oder-Linien 58. Diese Linien 58 können so angeordnet sein, daß jeweils rotleuchtende, grünleuchtende und blauleuchtende Leuchtstoffstreifen aufeinander folgen und sich diese Folge zyklisch wiederholt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit einem derartigen Linienschirm beschrieben, jedoch bezieht sich die Erfindung auch auf Ausführungsformen mit Schirmen, auf denen die Leuchtstoffe einzelne Punkte bildao.

Zur Ermöglichung der Farbauswahl ist innerhalb der Endkappe 48 in dichtem Abstand zum Schirm 52 eine Schattenmaske angeordnet. Diese Maske liegt somit im Weg der vom Strahlsystem 54- ausgehenden Elektronenstrahlen. Der Schirm 52 wird nur von denjenigen Teilen der Elektronenstrahlen getroffen, die durch die Öffnungen in der Maske 60 gelangen. Die gestrichelten linien 62 deuten die maximale Vertikalablenkung der Elektronenstrahlen für die in Figur 1 gezeigte 90°v-Rechteckröhre an.

Zur Herstellung der Schattenmaske 60 gemäss der vorliegenden Erfindung wird in ein Metallblech ein Relief muster geprägt, um an den für die Maskenöffnungen vorgesehenen Stellen Bereiche verminderter Dicke zu bilden. Anschließend wird das Metallblech z.B. durch Ätzen derart behandelt, daß das Blechmaterial an den Stellen

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verminderter Dicke verschwindet und öffnungen oder Löcher im Blech entstehen. Einer der Vorteile deses Verfahrens besteht darin, daß das Metallblech zu der vorgeschriebenen äusseren Gestalt der Maske gebogen oder sonst wie geformt werden kann, bevor das Metallmaterial an den Stellen verminderter Dicke fortgenommen wird. Bei einer Verformung der Maske vor der Materialabtragung in den Bereichen verminderter Dicke können nämlich diese Bereiche dazu dienen, eine gewisse mechanische Festigkeit während der Verformung aufrechtzuerhalten. Da die Querstege rieht die gesamten Kräfte beim Verformen aufnehmen müssen, können sie dünner ausgebildet werden, wodurch man maximale Röhrenhelligkeit erzielen kann.

Ein Herstellungsverfahren für eine Schattenmaske ist in den Figuren $ bis 9 veranschaulicht. Gemäss. Figur 3 wird ein dünnes Metallblech 70 auf die ebene Oberfläche 72 eines Ambosses 7^ gelegt. Unmittelbar über dem Metallblech 70 ist eine Prägeform 76 dargestellt. Die Prägeform 76 bat eine Vielzahl erhabener Teile 78 an den für die Maskenöffnungen vorgesehenen Stellen. Die Bereiche 80 zwischen den erhabenen Teilen 78 sind zu Furchen vertieft, um die Komprimierung des Metallblechs 70 in diesen Bereichen gering zu halten und eine Möglichkeit zu schaffen, daß das Metall aus den vom Bereich 78 zusammengedrückten Zonen fortfließen kann. Jeder erhabene Bereich 78 ist in Längsrichtung von benachbarten Bereichen durch kleine Rillen 81 getrennt. Diese Rillen 81 dienen zur Bildung der Querstege in der Maske, welche die Maske selbsttragend machen.

Figur 4- veranschaulicht den Prägevorgang, wo sich die Prägeform nach uilen bewegt hat, um ihr Muster in das Metallblech 70 zu prägen. Nach Beendigung des Prägevorgangs wird die Form 76 wieder angehoben, und das geprägte Metallblech 70 wird entfernt. Wie in Figur 5 gezeigt, hinterläßt jeder erhabene Bereich 78 der Prägeform 76 eine Vertiefung 82 im Metallblech 70. Unter diesen Vertiefungen 82 liegen die Bereiche 84 minimäer Dicke des Blechs 70. Das geprägte Blech wird dann eingefaßt oder bearbeitet, um einen

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Rand ringsun das Muster zu lassen, worauf das Blech 70 in die gewünschte Maskenform gebogen wird, wie es in Figur 6 zu sehen ist.· Nach dem Biegen kann die geprägte Seite des Blechs 70 vollständig mit einem Material beschichtet werden, um sie während der nachfolgenden Ätzvorgänge zu schützen, wie es beispielsweise in Figur 7 mit der Schicht 86 gezeigt ist. Diese Schicht kann ein Schutzlack (stop-off laquer) aus einem geeignet behandelten irischleim sein. Anschliessend wird die unbeschichtete Seite des Blechs 70 gleichmässig angeätzt, bis die Bereiche 84 kleinster Dicke vollständig verschwunden sind, wie in figur 8 gezeigt. Hierauf wird die Schutzschicht86 entfernt, so daß die fertige Maske 70' zurückbleibt, wo die Vertiefungen 82 su den Maskenöffnungen geworden sind, die in Längsrichtung durch Querstege 83 voneinander getrennt sind.

Die Figuren 10 und 11 zeigen einen Teil einer Prägeform 90 von unten und von der Seite. Wie bei der Seitenansicht gemäss Figur 11 zu sehen ist, sieht das Muster der Prägeform ähnlich aus wie eine gekappte Sägezahnwelle. Die abgeflachten Scheitel der Wale bilden erhöhte Bereiche 92, welche die su den späteren Öffnungen führenden Vertiefungen im Blech bilden. Jeder erhöhte Bereich 92 ist an in Längsrichtung beabstandeten Stellen mit Schlitzen 94- versehen, welche die zur Bildung der Querstege führenden Bereiche des Prägemusters darstellen.

Eine Maske 96, die mit der Prägeform 90 nach den Figuren 10 und 11 unter Anwendung des weiter oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde, ist in Figur 12 in einer Draufsicht und in Figur 13 in einer Seitenansicht gezeigt. Die Maske enthält Öffnungen 98 an denjenigen Stellen, die den Stellen der erhöhten Bereiche 92 der Prägeform 90 entsprechen, sowie Querstege 100, die durch die Schlitze 94- gebildet worden sind.

Eine andere Prägeform 102 ist in den Figuren 14 und 15 gezeigt. B_ei dieser Form 102 sind die erhabenen Bereiche 104, die zur Bildung der Furchen für die späteren Öffnungen dienen, auf Sockeln

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angeordnet, die um die erhabenen Bereiche 10$- verlaufende Schultern 108 bilden. Die mit einer solchen Form 102 unter Anwendung des weiter oben beschriebenen Verfahrens hergestellte Schattenmaske 110 ist in den Figuren 16 und 17 gezeigt. Man erkennt, daß die Schultern 108 der Prägeform Abschnitte 112 geringer Materialstärke ringsum die öffnungen 114· der Schattenmaske 110 bilden. B_ei dieser besonderen Ausführungsform der Maske sind die öffnungen mit geraden vertikalen Seiten ausgebildet. Daher ist die Ätz-2Bit für diese Maske 110 viel weniger kritisch als für die Maske nach den Figuren 12 und 13, weil die Breite der öffnungen in der Maske 110 über eine längere Ätzdauer konstant bleibt, nachdem die Öffnungen 114 einmal erschienen sind.

Eine Abwandlung der in den Figuren 14- und 15g©zeigten Prägeform ist in den Figuren 18 und 19 dargestellt. Diese abgewandelte Prägeform 116 enthält Sockel 118 mit zwei Stufen oder Schultern 120 und 124·. Dieses Muster der Prägeform ist besonders geeignet für die Herstellung von Farbröhren des bekannten Typs, wo eine teilweise fertige Maske mit zunächst schmalen Schlitzen zum Festlegen und Drucken des Röhrenschirms verwendet wird, worauf nach Fertig- , stellung des Schirms eine größere Schlitzbreite für die in die fertige Röhre einzusetzende. Maske geschaffen wird.

Die Figuren 20 und 21 zeigen die mit der Prägeform 116 nach den Figuren 18 und 19 hergestellte Schattenmaske 128. Der Teil A der Figuren 20 und 21 zeigt die Schattenmaske 128 nach dem ersten Schritt des Ätzvorgangs, wo die zur Ausbildung des Röhrenschirms dienenden schmalen Schlitze 130 vorliegen. Der Teil B zeigt dieselbe Maske nach einem zweiten Schritt des Ätzvorgangs, wo die Schlitze 132 gebildet sind, wie sie in der fertigen Röhre verwendet werden. Man erkennt, daß die erste Ätzung gleichmässig das Metall von der unbeschichteten Seite der Maske abträgt und zu irgendeinem Zeitpunkt beendet werden kann, nachdem die schmalen Schlitze 130 offen sind, jedoch bevor die Furchen, welche die breiten Schlitze 132 definieren sollen, erreicht sind. Der S^hutzlack wird dann von der Maske entfernt, und die Maske wird in die Front-

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platte einer Kathodenstrahlröhre eingesetzt. Anschließend bedient man sich des bekannten Belichtungsverfahrens im Lichthaus, wobei der Leuchtstoffschirm der Röhre definiert wird. Wenn der Schirmiertig ist, wird die geprägte Seite der Maske wiederum mit einem Schutzlack beschichtet, und die Maske wird einer zweiten Ätzung unterworfen. Dieser Ätzvorgang kann zu jedem Zeitpunkt beendet werden, zu dem die breiten Schlitze 132 erreicht sind, Jedoch die Schlitzschultern fortgeätzt sind. Um eine maximale Stärke der Maske zu erreichen, ist es vorteilhaft, denzweiten Ätzvorgang kurz nach dem Öffnen der breiten Schlitze zu beenden.

Die Figuren 22 und 23 zeigen eine andere Prägeform 134· von unten bzw. von der Seite. Diese Prägeform 134· liefert eine Maske mit öffnungen in Polygonform zur Verwendung in einer Kathodenstrahlröhre, deren- Schirm ein punktförmiges Leuchtstoffmuster trägt. Das Muster der Prägeform 134· hat eine Vielzahl von sechseckigen Sockeln 136, auf denen Jeweils ein sechseckiger erhöhter Teil 138 sitzt. Die mit dieser Prägeform 134- gebildete Maske 14-0 ist in den Figuren 24- und 25 dargestellt. Der Teil A dieser Figuren zeigt die Schattenmaske nach einem ersten Ätzvorgang, bei welchem die zur Bildung des Röhrenschirms herangezogenen Öffnungen 14-2 geschaffen werden. Der Teil B der Figuren zeigt dieselbe Maske nach einem zweiten Ätzvorgang, bei welchem die in der fertigen Röhre verwendeten öffnungen 14-4- geschaffen werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ,die im Zusammenhang mit Kathodenstrahlröhren angewendet wird, deren Schirme runde Leuchtstoff punkte tragen, ist in den Figuren 26 bis 29 veranschaulicht. Das Muster der hier verwendeten Prägeform 14-5 weist eine Vielzahl zylindrischer Sockel 14-6 auf, auf deren £dem sich ein kleiner erhöhter zylindrischer Teil 14-7 befindet. Die mit der Prägeform 14-5 hergestellte Maske 14-8 ist in den Figuren 28 und 29 zu sehen. Der Teil A der Figuren 28 und 29 zeigt die Schattenmaske nach einem ersten Ätzvorgang, bei welchem kleine Öffnungen 14-9 geschaffen werden. Die Maske mit diesen kleinen Öffnungen wird dann in die Frontplatte einer Kathodenstrahlröhre eingesetzt und dient

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zur Bildung eines Punktschirms. Anschließend wird die Maske wieder von der Prontplatte abgenommen und ein zweites Mal geätzt, wobei die großen öffnungen 14-9 a entstehen, wie sie im Teil B der Figuren 28 und 29 zu sehen sind. Die nunmehr mit den großen öffnungen ausgestattete Maske wird dann wieder in die Frontplatte eingesetzt und dient als fertige Schattenmaske beim Betrieb der Kathodenstrahlröhre .

Eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 30 bis 34- veranschaulicht. Die Figuren 30 und 31 zeigen einmal auseinandergezogen und einmal zusammengesetzt eine Schichtanordnung 150 bestehend aus zwei Metallblechen I52 und 154· und einer Vielzahl dazwischenliegender paralleler Drähte I56. Die Schichtanordnung 150 kann durch einen Walzvorgang hergestellt werden, indem man Drähte 156 geeigneten Durchmessers zwischen zwei Metallbleche 152 und 154- legttnd die Bleche dann zusammenschichtet, so daß die Drähte komprimiert und zwischen den Blechen eingebettet v/erden, wenn die .Schichtanordnung I50 dünner gewalzt wird.

Die derart zusammengeschichtete Tafel I50 wird dann mittels einer Form 158 geprägt, deren Muster aus erhabenen langgestreckten Teilen 160 und dazwischenliegenden Rillen 161 beäbeht. Jeder dieser erhabenen Teile 160 bildet eine Rille in der Tafel I50, die eventuell zu einem S_chlitz in der fertigen Maske wird. Figur 31 zeigt die Prägeform 158 in angehobener Stellung über der Tafel I50, und die Figuren 32 und 33 zeigen zwei Ansichten der Prägeform I58 und. der Tafel I50 während des Prägevorgangs. Jeder erhabene langgestreckte Teil 160 wird von Einschnitten oder Rillen 159 gekreuzt, die eine Verformung der eingebetteten Drähte während des Prägevorgangs verhindern.

Während des Prägevorgangs drücken die erhabenen Teile 160 der Prägeform I58 gegen das Metall zwischen den Drähten I56. Hierdurch wird ein Teil des Metalls direkt unterhalb den erhabenen Bereichen 160 komprimiert, und das überschüssige Metall fließt in die vertieften längslaufenden Bereiche 161 der Prägeform. In diesem Zustand hat die Tafel I50 eine Vielzahl langgestreckter Be-

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reiche verminderter Dicke, deren jeder in Längsrichtung durch Drähte 156 unterteilt ist. Seitlich werden die Reihen oder Spalten" der Bereiche verminderter Dicke durch längsverlaufende Streifen getrennt, as den eigentlichen Körper der Maske bilden.

Nach dem Prägevorgang wird die ganze Tafel in die richtige Form gebracht und so lange geätzt, bis die Bereiche mit der kleinsten Dicke entfernt sind. Das Material der Drähte 156 ist so gewählt, daß es von dem Ätzmittel nicht angegriffen wird. Die fertige Maske 162 ist in Figur 34- gezeigt. Die Maske besteht aus par all elaa Metallstreifen 164-, die durch querverlaufende parallele Bindedrähte 156 zusammengehauten werden. Bei dieser Ausführungsform können die quer verlaufenden Bindedrähte 156 dünner sein als die Querätege bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, falls die Bindedrähte 156 aus einem entsprechend kräftigen Material bestehen.

In den Figuren 35 bis 4-0 ist ein anderer Maskenaufbau veranschaulicht. Figur 35 zeigt ein Metallblech 170, welches derart geprägt worden ist, daß es eine Vielzahl langgestreckter Teile 174- mit dreieckigem Querschnitt enthält, die durch Bereiche I76 verminderter Blechstärke miteinander verbunden sind. Das Blech I70 wird dann in die richtige Form gebracht, d.h. es wird, wie in Figur 36 gezeigt, in die Form einer Maske gebogen, und auf den Scheitel jedes der dreieckigen Teile 174- wird eine Vielzahl von Drähten 178geschweißt, wie in Figur 37 gezeigt. Anschließend wird ein schützendes Material 180 über die Drähte 178 und die geprägte Seite des Blechs I70 geschichtet (vergl. Figur 38), und die Blechbereiche 176 verminderter Dicke werden fortgeätzt (vergl. Fig.39). Die in Figur 4-0 dargestellte resultierende Maske 182 besteht aus einer Vielzahl paralleler dreikantiger Streifen 184-, die durch eine Vielzahl von auf jeden Streifen aufgeschweißten Drähten I78 zusammengehalten werden.

Mit Hilfe des vorstehend geschilderten Herstellungsverfahrens sind viele verschiedene Formen des Maskenaufbaus möglich, von denen einige nachstehend beschrieben werden. Ein wichtiges Hilf snittel

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zur Bildung aller Maskenformen ist die Prägeform, welche als Prägewalze ausgebildet sein und zusammen mit einer Glattwalze einen Walzengang in einem Walzwerk darstellen kann.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der in den Figuren 14- und 15 gezeigten Prägeform ist in den Figuren 4-1 bis 46 veranschaulicht. Die Figuren 4-1 und 4-2 zeigen von oben bzw. von der Seite eine Stahlplatte 190 mit einer Vielzahl darauf befindlicher paralleler Streifen 192 aus Photolack (Photoresist). Die Mitte Jedes Streifens 192 ist so angeordnet, daß sie mit der beabsichtigten Stelle eines erhöhten Teils der Prägeform zusammenhält. Die Bereiche 194 zwischen den Photolackstreifen 192 werden dann fortgeätzt (vergl. Figur 4-3), um eine Vielzahl paralleler Rippen 196 zu bilden. Anschließend wird das Fotolackmuster 192 entfernt,und ein anderes Muster aus Fotolackstreifen 198 (vergl. Figuren 44· und 4-5) wird oben auf die Rippen 196 aufgebracht. Wie dargestellt, bedeckt jeder Fotolackstreifen 198 nur einen mittleren Teil der jeweiligen Rippe und jeder Streifen 198 hat mehrere Unterbrechungen 199· Durch einen zweiten Ätzvorgang wird auf der.Platte 190 die Kontur des Prägemusters gebildet, wie sie mit der gestrichelten Linie in Figur 4-6 angedeutet ist. Nach dem Entfernen des Fotolackmusters 198 ist die Prägeform 102 fertig.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung der in den Figuren 14- und 15 dargestellten Prägeform 102 ist in den Figuren 4-7 bis 5I veranschaulicht. Dieses Verfahren ist einfach die Umkehrung des eben beschriebenen bevorzugten Verfahrens. Die Figuren 4-7 und 4-8 zeigen von oben bzw. von der Seite eine Stahlplatte 200 mit einem darauf befindlichen ersten Fotolackmuster '202. Das Muster 202 bedeckt diejenigen Bereiche 104- der Stahlplatte, die später zu den Rippen 104- der Prägeform 102 werden sollen. Nach dem Aufbringen des Musters 202 wird de Oberfläche der Platte 200 leicht angeätzt, um eine Vielzahl von Sockeln 204- und flachen Vertiefungen 206 zu bilden (vergl. Figur 4-9). Nach diesem ersten Ätzvorgang wird das Fotolackmuster 202 entfernt, wä die Oberfläche der Platte 200 wird mit einer

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Vielzahl von parallelen Fotolackstreifen 208 versehen. Jeder Streifen 208 überdeckt vollständig einen Sockel 204 und reicht etwas über die Seiten des Sockels hinaus. Anschließend wird die Oberfläche der Platte 200 ein zweites Mal geätzt, so daß zwischen den Sockeln 204 jeweils Furchen 210 entstehen. Dieses zweite Herstellungsverfahren für die Prägeform 102 wird dann abgeschlossen, indem man das zweite aus den Streifen 208 bestehende Fotolackmuster entfernt.

Wenn man die Prägeform mittels Ätzen herstellt, ist es wichtig, daß der Fotolack vollständig frei von Fehlern ist. Eine Pore im Fotolack kann beispielsweise zur Folge haben, daß die Prägeform an falschen Stellen geätzt wird. Eine Ausbesserung solcher durch Poren entstandener Fehle? ist schwierig und es besteht die Gefahr, daß die ausgebesserte Stelle beim Gebrauch nicht nahezu so gut standhält, wie der ursprünglich zur Herstellung .der Prägeform verwendete Stahl. Diese Problem der Haltbarkeit von ausgebesserten Stellen ist besonders ernst, wenn sich eine Pore am Rand eines Sockels befindet. Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine zusätzliche Prüfung der Fehlerlosigkeit des Fotolackmusters durchgeführt. Man kann die Fehlerfreiheit des Fotolackmusters z.B. dadurch nachprüfen, daß man versucht, ein Metall kontrastierender Farbe wie z.B. Kupfer auf das mit dem Fotolack beschichtete Werkstück zu plattieren. Wenn der Fotolack Poren hat, dann liegt an diesen Stellen das darunter befindliche Metall offen, und das Metall mit der kontrastierenden Farbe schlägt sich an diesen offenen Stellen nieder, wodurch der Ort der Poren sichtbar angezeigt wird. Die so lokalisierten Poren können dann vor dem weiteren Ablauf des Verfahrens ausgebessert werden.

Die erfindungsgemässen Prägeformen können auch durch sehr genaue mechanische Bearbeitung hergestellt werden. Jede Prägeform kann entweder als flache gleichmässige Platte oder als zylindrische Walze ausgebildet sein.

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Nachstehend werden Einzelheiten zweier Ausführungsbeispieleder Erfindung beschrieben.

Beispiel I

Ein erstes Herstellungsverfahren für eine Maske beginnt damit, daß ein Metallblech von z.B. etwa 0,15 nun in einem W_alzwerk zwischen einer glatten Walze und einer besonderen Prägewalze mit einem darauf befindlichen Reliefmuster gepreßt wird. Das Reliefmuster kann beispielsweise die in den Figuren 18 und 19 gezeigte Form haben, wobei im Blech ein geprägtes Muster aus Längsfurchen entsteht. Der Boden der Rillen ist ziemlich dünn (etwa 0,038 mm dick), weil das Metall während des Prägevorgangs fließt.

Das geprägte Blech wird dann geglüht und anschließend sphärisch gewölbt. Damit das gewölbte Blech weiteren Formänderungen einen möglichst großen Widerstand entgegensetzt, erfolgt das Glühen vorzugsweise nur mit minimaler Intensität, die gerade ausreicht, um . ein Reißen des Blechs während des Wölbvorgangs zu verhindern»

Nach dieser Formgebung (Wölben) wird die gesamte geprägte Seite des Blechs mit einem schützenden Lack überzogen, und die unbeschichtete Seite des Blechs wird mit einem geeigneten Ätzmittel wie z.B. Chloreisen'gleichmäßig geätzt.Mindestens 0,038 mm dieser unbeschichteten Seite werden abgetragen, um die dünn ausgebildeten Bereiche des Metallblechs vollständig zu entfernen. Nach dem Ätzen wird der Schutzlack entfernt, z.B. durch Ablösen oder Abwaschen mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels, so daß die fertige Maske übrig bleibt. Weitere Maßnahmen, wie z.B. das Schwärzen der Maske . und das Verschweißen der Maske mit einem Rahmen,können dann nach den bekannten Verfahren erfolgen. Falls ein zweiter Ätzvorgang notwendig ist, wie weiter oben beschrieben, wird die konvexe geprägte Seite der Maske erneut mit einem Schutzlack versehen (nachdem die Maske zur Bildung des Schirms herangezogen worden ist), und die ^riaske wird ein zweites Mal geätzt. Dieses Ätzen erfolgt vorzugsweise an der im Rahmen befestigten Maske, um die richtige Ausrich-

''ferric chloride'¹

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tung der Maske zum Schirm sicher zu stellen.

Beispiel II

Bei einem zweiten Verfahren zur Maskenherstellung wird eine Vielzahl von Drähten zwischen zwei Metallblechen (z.B. 0,076 mm dick) angeordnet, und die beiden Bleche werden in einem Walzvorgang zusammengeschichtet, um eine gute Bindung zu erhallten. Die Drähte können einen Durchmesser von 0,05 bis 0,1 mm haben und bestehen aus einem Material, welches gegenüber dem in den nachfolgenden Verfahrensstufen verwendeten Ätzmittel beständig ist. Bei Verwendung von Chloreisen als Ätzmittel bestehen die Drähte vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung. Die zusammengeschichteten Bleche werden dann mit einer Prägeform, beispielsweise mit der in Figur 31 gezeigten Form, geprägt, um Furchen senkrecht zu den eingebetteten Drähten zu bilden. Als nächstes wird das geprägte Blechpaket sphärischgpwölbt und anschließend geglüht. Darnach wird das gewölbte und geprägte Blechpaket mit einem geeigneten Ätzmittel wie z.B. Chloreisen geätzt, um die endgültige Maske zu erhalten.

^adurch, daß bei der Herstellung der Maske ein Prägevorgang erfolgt, bekommen die Maskenöffnungen Messerkanten und genaue Maße. Die gebildeten Querstege haben gleichförmige Flächen und können so dünn wie möglich, d.h. wie es die Forderung nach mechanischer Festigkeit erlaubt, gemacht werden. Da die Orte der Maskenöffnungen durch den Prägevorgang festgeigt werden, kann die Maske vor der Abtragung der Bereiche minderer Blechstärke in ihre endgültige Form gebracht werden. D.h. die Verformung des Metallblechs in die endgültige Maskengestalt kann dann erfolgen, wenn das geprägte Metallblech die größte Festigkeit hat. Hiermit ist eine viel dünnere Ausbildung der Querstege möglich, als wenn diese Querstege die gesamte mechanische Belastung bei der Verformung aufnehmen müßten.

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Neben dem erhöhten Durchlaßgrad und der herabgesetzten Elektronenstreuung haben die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen einer Schattenmaske noch weitere Vorteile. Beispielsweise trägt die verminderte Dicke der Querstege dazu bei, dai sogenannte Moire gering zu halten. Das Moire ist ein auf dem Fernsehschirm sichtbares Störmuster in Form abwechselnder heller und dunkler Bänder, was häufig einer Holzmaserung ähnelt. Diese Erscheinung wird hervorgerufen durch Schwankungen· des von der Maske abgefangenen Anteils' der Elektronenstrahlen, wenn sich der Abstand und die Phase der Abtastzeilen ändert. Bei minimaler Dicke der horizontal verlaufenden Querstege einer Maske bleibt daher das sichtbare Moire minimal.

Es sei noch.bemerkt, daß bei allen Ausführungsformen der Maske die zwischen den Reihen der öffnungen liegenden Maskenteile zu den Händern der Öffnungen hin abfallen oder abgeschrägt sind. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Elektro'nenstrahlen bei jedem beliebigen Ablenkwinkel nach ihrem Durchtritt durch die Maskenöffnungen nicht von der Maske weggelenkt werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Schattenmaske für eine Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reliefmuster (78) in ein Metallblech (70) geprägt wird, um im Metallblech Bereiche von minderer Blechstärke (84·) gegenüber anderen Teilen des Blechs zu bilden, und daß diese Bereiche verminderter Blechstärke entfernt werden, so daß an diesen Stellen öffnungen (82) im Metallblech entstehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, daß das Metallblech (70') in die gewünschte Maskengestalt geformt wird, bevor die Bereiche verminderter Blechstärke entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche verminderter Blechstärke (84) durch Ätzen entfernt werden.

4. Verfahren nachAnspruch 1, dadurch gekennaeä-chnet, daß das Reliefmuster langgestreckte und in parallelen Reihen angeordnete Vertiefungen (82) aufweist, deren Längsrichtungen in Richtung der Reihen verlaufen, und daß jede Vertiefung von benachbarten Vertiefungen in derselben Reihe durch erhöhte Stege (8$) getrennt ist, und daß die Vertiefungen die Bereiche verminderter Blechstärke darstellen.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vertiefung (114·) des Reliefmusters Schultern (112) aufweist, die parallel zu und neben den Seiten der Vertiefung verlaufen und im wesentlichen die Höhe der erhöhten Stege haben.

6, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reliefmuster erste Vertiefungen (130) aufweist, welche die Be-

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reiche verminderter Blechstärke darstellen und in parallelen . Reihen angeordnet sind, in deren Richtung sie langgestreckt sind J und daß das Reliefmuster zweite langgestreckte Vertiefungen (132) aufweist, die den ersten Vertiefungen überlagert und breiter als diese sind und Bereiche mittlerer Blechstärke bilden; und daß sowohl die eräben als auch die zweiten Vertiefungen von benachbarten Vertiefungen in Jeweils derselben Reihe durch gemeinsame erhöhte Stege getrennt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reliefmuster Schultern aufweist, die parallel zu und neben jeder Längsseite einer jeden der zweiten Vertiefungen (132) verlaufen und im wesentlichen die gleiche Höhe wie die erhöhten Stege haben.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech nach dem Entfernen der Bereiche verminderter Blechstärke mindestens ao weit geätzt wird, bis die Bereiche mittle-. rer Blechstärke entfernt sind und somit vergrößerte öffnungen im Metallblech entstanden sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reliefmuster eine Anordnung vnn im wesentlichen -runden Vertiefungen (149) aufweist, welche die Bereiche verminderter Blechstärke darstellen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdas Reliefmuster eine Anordnung von vieleckigen Vertiefungen (142) aufweist, welche die Bereiche verminderter Blechstärke bilden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech (I50) aus zwei aufeinander geschichteten Lagen (152, 154) aus Metall besteht, zwischen denen sich eine Vielzahl beabstandeter paralleler Drähte (156) befindet, und daß die Bereiche verminderter Blechstärke zwischen diesen Drähten geformt werden.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Reliefmuster Vertiefungen aufweist, die in parallelen Reihen angeordnet sind und die Bereiche verminderter Blechstärke bilden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Reliefmuster langgestreckte und die Bereiche verminderter Blechstärke darstellende Vertiefungen aufweist, die in parallelen Reihen angeordnet sind und ,jeweils in Richtung dieser Reihen und senkrecht zu den Drähten langgestreckt sind, und daß benachbarte Vertiefungen in ,"jeder Reihe durch im Metallblech gebildete Stege getrennt sind,welche die Drähte enthalten.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reliefmuster langgestreckte und die Bereiche verminderter Blechstärke darstellende Vertiefungen (176) aufweist, und daß vor dem Entfernen dieser Bereiche verminderter Blechstärke eine Vielzahl von Drähten (178) auf dem Metallblech senkrecht zur Richtung der langgestreckten Vertiefungen aufgebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reliefmuster erste Vertiefungen (I30, 142, 149) aufweist, welche Bereiche verminderter Blechstärke mit dünnster Blechstärke bilden, und zweite Vertiefungen (132, 144, 149a), die den ersten Vertiefungen überlagert und breiter als diese sind nnd Bereiche mittlerer Blechstärke bilden; und daß sowohl die ersten als auchdie zweiten Vertiefungen von benachbarten Vertiefungen in Jeweils derselben Reihe durch gemeinsame erhöhte Stege im Metallblech getrennt sind.

16. Schattenmaske für eine Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß sie nacheinem Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 - I5 hergestellt ist.

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