DE3322250A1

DE3322250A1 - Farbbildroehre mit verbesserter schlitzmusterartiger schattenmaske und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3322250A1
Application number: DE19833322250
Authority: DE
Inventors: Henry William Ephrata Pa. Kuzminski
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1982-06-22
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1983-12-22
Also published as: FR2529011A1; JPS598245A; DE3322250C2; US4429028A; IT8321294A0; IT1170145B

Description

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U.S.Ser.No. 390,870

AT: 22. Juni 1982 RCA 74209

Dr.Zi/Schä

RCA Corporation,
New York, N.Y., V.St.v.A.

Farbbildröhre mit verbesserter

schlitzmusterartiger Schattenmaske und Verfahren
zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Allgemein bezieht sie sich auf Farbbildröhren, insbesondere auf Bildröhren mit einer schlitzmusterartigen Lochmaske und auf ein neuartiges Verfahren zur Herstellung solcher Masken.

Farbbildröhren mit Schattenmaske enthalten in der Regel einen Bildschirm mit rot-, grün- und blauemittierenden Leuchtstofflinien bzw. -punkten, ein Elektronenstrahlerzeugungssystem zur Anregung des Bildschirmes und eine Schattenmaske zwischen dem Strahlerzeuger und dem Schirm. Die Schattenmaske ist eine dünne, mit einem Muster von Lochöffnungen versehene Metallfolie, die in einer präzisen Stellung nahe dem Schirm angeordnet ist, so daß die Lochöffnungen der Maske systematisch den Leuchtstofflinien oder -punkten zugeordnet sind.

Mit schlitzmusterartigen Schattenmasken ausgestattete Bildröhren haben erst in neuerer Zeit Eingang in den kommerziellen Bereich gefunden. Ein Grund für diese Entwicklung ist die Elektronenstrahldurchlässigkeit der

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Maske, für die bei einer Bildröhre mit einem schlitzmuster- oder linienartigen Bildschirm höhere Werte erreicht werden können als bei einer Bildröhre mit einem kreislochmuster- oder punktartigen Bildschirm. Obwohl die Verwendung einer Schlitzmaske eine eindeutige Verbesserung der Elektronenstrahldurchlässigkeit mit sich bringt, kann die bisher erreichte Durchlässigkeit noch weiter verbessert werden.

Bei einer bekannten Schlitzschattenmaske weist die Maske vertikal verlaufende Schlitzöffnungen auf, die durch eine große Anzahl von beabstandeten Versteifungsbrücken oder -Stegen, die der Erhöhung der mechanischen Festigkeit dienen, unterbrochen werden. Das Vorhandensein dieser Versteifungsstege hat jedoch Auswirkungen auf die Elektronenstrahldurchlässigkeit und folglich auf die Lichtabstrahlung und Leuchtdichte. Das wirkt sich am stärksten in den vier Ecken der Maske aus, da in den Ecken die Winkel zwischen Elektronenstrahlbündel und einer Maskennormalen ihre größten Werte annehmen. Bei diesen größeren Winkeln treffen die Elektronenstrahlen nicht nur die Oberfläche der Versteifungsstege, sondern auch Teile der Versteifungsstege, die die Enden der Schlitzöffnungen begrenzen. Daher wäre eine Herstellungstechnik für Schattenmasken vorteilhaft, durch die der Anteil der Elektronenstrahlen teilweise oder ganz reduziert wird, die auf Teile der Versteifungsstege treffen, die die Enden der Schlitzöffnungen begrenzen.

Schattenmasken werden aus Rollen von Metallfolien mittels eines photographischen Verfahrens hergestellt. Derartige Herstellungsverfahren sind beispielsweise in den US-PSen-27 50 524, 31 99 430, 33 13 225 und 37 51 250 beschrieben.

Im ersten Herstellungsschritt werden beide Seiten einer Metallfolie mit einem lichtempfindlichen Material beschichtet. Danach werden die Seiten durch zwei ausgerichtete, photographische Muttermasken belichtet. Jede der photographischen Muttermasken weist ein Feld von Elementen auf, die den gewünschten Lochöffnungen in der Schattenmaske entsprechen. Die Elemente auf der einen Muttermaske sind größer als die Elemente auf der anderen Muttermaske, so daß die resultierenden Maskenöffnungen in Richtung Bildschirm größere Lochöffnungen aufweisen als in Richtung Elektronenstrahlerzeuger. Nach Belichtung wird das lichtempfindliche Material der Metallfolie entwickelt und von den Flächen, die den Positionen der Lochöffnungen entsprechen, entfernt, die Metallfolie wird an diesen Stellen also freigelegt. Zum Bilden der Öffnungen an den freigelegten Stellen wird als nächstes die Metallfolie geätzt. Um eine gewünschte Öffnungsform und eine entsprechende Versteifungsstegform zu erhalten, müssen die Musterelemente entsprechend geformt sein und die entsprechenden Elemente der beiden photographischen Muttermasken richtig angeordnet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schattenmasken für Farbbildröhren anzugeben, das zu Schattenmasken mit verbesserter Elektronenstrahldurchlässigkeit führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Gemäß der Erfindung wird das photographische Verfahren zur Herstellung schlitzmusterartiger Schattenmasken, durch die Verwendung von besonders geformten Elementen eines Musters auf einem der photographischen Muttermasken

verbessert. Insbesondere weist die photographische Muttermaske trapezförmige oder trapezoide Elemente in den Bereichen außerhalb der Nebenachse des Musters auf, wobei die längeren Grundlinien der trapezoiden Elemente die von der Nebenachse des Musters abgewandten Seiten sind.

Die Verwendung einer photographischen Muttermaske mit trapezoiden Elementen führt zu einer verbesserten Schattenmaske mit erhöhter Elektronenstrahldurchlässigkeit in den Randbereichen der Maske.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittzeichnung einer Kathodenstrahlröhre mit Lochmaske,

Fig. 2 eine Rückansicht der Bildschirmwanne und Maskenrahmenanordnung der Bildröhre nach Fig. 1 entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 einen Grundriß einer photographischen Muttermaske, ^unc*

Figuren 3A-3H vergrößerte Ausschnitte aus dem Elementmuster auf der photographischen Muttermaske der Fig. 3, und zwar für die entsprechenden Stellen A-H.

Fig. 1 zeigt eine rechteckförmige Farbbildröhre 18 mit einem evakuierten Glaskolben 20, der eine Bildschirmwanne 22 und einen runden Röhrenhals 24 aufweist, die durch einen Röhrentrichter 26 verbunden sind. Die Wanne 22

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enthält eine Bildschirmplatte 28 und eine äußere Flanschoder Seitenwand 30, die ein Frittematerial 27 vakuumdicht mit dem Röhrentrichter 26 verbindet. Ein mosaikartiger, in drei Farben kathodenlumineszierender Bildschirm 32 mit Linienmuster ist auf der inneren Oberfläche der Bildschirmwanne 28 aufgebracht. Der Bildschirm 32 weist ein Feld aus Leuchtstoff strichen auf, die sich im wesentlichen parallel zur Vertikalachse der Bildröhre erstrecken. Teile des Leuchtschirmes 32 können mit einem lichtabsorbierenden Material nach einem bekannten technischen Verfahren beschichtet werden. Eine Farbauswahlelektrode oder Schattenmaske 34, die eine große Anzahl von Öffnungen aufweist und an einem Rahmen 35 mit L-förmigem Querschnitt befestigt ist, ist in der BiIdschirmwanne 22 mit vorgegebener Lage bezüglich des Leuchtschirmes 32 herausnehmbar eingebaut. Die Maske 34 enthält eine Vielzahl von schlitzförmigen Öffnungen, die in im wesentlichen parallelen, vertikalen Spalten angeordnet sind und Versteifungsstegteile, die die Schlitze einer jeden Spalte trennen.

Ein Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem 36 (durch ein gestricheltes Rechteck dargestellt) ist im Röhrenhals 24 angeordnet, um drei Elektronenstrahlbündel 38B, 38R und 38G zu erzeugen und entlang koplanarer, konvergenter Bahnen durch die Maske 34 hindurch auf den Leuchtschirm 32 zu richten.

Die Bildröhre 18 ist zur Verwendung mit einer externen magnetischen Ablenkeinheit 40 konzipiert, die in einem die Verbindung von Röhrenhals 24 und Röhrentrichter 26 umgebenden Bereich angeordnet ist. Beim Anlegen geeigneter Spannungen an die Ablenkeinheit 40 werden die drei Strahlenbündel 38B, 38R und 38G durch die erregten

vertikalen und horizontalen magnetischen Felder in einem rechtwinkligen Raster horizontal und vertikal über den Leuchtschirm 32 geführt. Der Einfachheit halber ist in Fig. 1 nicht die tatsächliche Krümmung der Strahlbahnen in der Ablenkzone gezeigt. Stattdessen werden die Strahlenbündel schematisch mit momentaner Richtungsänderung in der Ablenkebene P-P gezeigt.

In Fig. 2 ist ein Teil des Leuchtschirmes 32 mit teilweiser Überdeckung durch die Maske 34 dargestellt. Der Leuchtschirm 32 weist abwechselnd Linien 42 mit rot-, grün- und blauemittierenden Leuchtstoffelementen auf. In Fig. 2 sind noch vier Maskenrahmenhalterungen 44 (zwei von diesen sind in Fig. 1 gezeigt), dargestellt, die der Aufhängung der Anordnung aus Maske 34 und Rahmen 35 in der Bildschirmwanne 22 dienen. Auch wenn in der beschriebenen Ausführungsform vier Halterungen 44 verwendet werden, können es bei anderen Ausführungsformen beispielsweise drei Halterungen sein.

Fig. 3 zeigt eine photographische Muttermaske 50, die bei der Herstellung der Schattenmaske für die Belichtung lichtempfindlichen Materials einer metallischen Folie verwendet wird. Die photographische Muttermaske 50 umfaßt eine Glasplatte 52 mit einem aufgetragenen Schattenmaskenmuster 54. Das Schattenmaskenmuster 54 weist eine äußere Umrandung 56 auf, durch die die distalen Kanten des Maskensaumes bestimmt werden. Eine innere Umrandung 58 begrenzt den mit den Lochöffnungen versehenen Teil der Maske. Die Formen der Lochelemente des Musters an den mit A-H bezeichneten Stellen innerhalb der inneren Umrandung 58 sind der Reihe nach in den Figuren 3A bis 3H mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die gestrichelten Linien in den Figuren 3A bis 3H zeigen die Formen der Lochelemente des Musters auf einer entsprechenden, ausge-

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richteten photographischen Muttermaske, mit deren Hilfe das lichtempfindliche Material auf der entgegengesetzten Seite der Metallfolie belichtet wird.

Im Zentrum des Lochmusters 54 befindet sich die Stelle A. Fig. 3A zeigt, daß die großen Elemente 60 an der Stelle A des Lochmusters rechteckförmig sind. Die kleineren Elemente 62 des Lochmusters auf der gegenüberliegenden photographischen Platte sind kleinere Rechtecke, die vertikal und horizontal mit den größeren Elementen 60 mittig ausgerichtet sind.

Die Stelle B liegt in der unteren, linken Ecke des Lochmusters 54. Wie Fig. 3B zeigt, sind an der Stelle B die großen Elemente 64 Trapeze oder Trapezoide, deren längere Grundseite die von der Nebenachse Y-Y abgewandte Seite ist. Die kleinen Elemente 66 auf der anderen, gegenüberliegenden Platte sind kleinere Trapezoide, die in horizontaler Richtung bezüglich der großen Elemente 64 mittig ausgerichtet sind, aber in vertikaler Richtung auf die Hauptachse X-X zu verschoben sind.

Die Stelle C liegt auf der Hauptachse X-X auf der linken Seite des Lochmusters 5. Fig. 3C zeigt, daß an der Stelle C die großen Elemente 68 Trapeze sind. Die kleinen Elemente 70 auf der gegenüberliegenden Platte sind kleinere Trapeze, die in vertikaler und horizontaler Richtung mittig bezüglich der großen Elemente 68 ausgerichtet sind.

Die Stelle D liegt in der oberen linken Ecke des Lochmusters 54- Fig. 3D zeigt, daß an der Stelle D die großen Elemente 72 Trapeze oder Trapezoide sind, deren längere Grundseite die von der Nebenachse Y-Y abgewandten Seite

-Ι ist. Die kleinen Elemente 54 auf der gegenüberliegenden Platte sind kleinere Trapeze oder Trapezoide, die in horizontaler Richtung bezüglich der großen Elemente 72 zentriert sind, aber in vertikaler Richtung auf die Hauptachse X-X zu verschoben sind.

Die Stelle E liegt in der Nähe der oberen Kante des Lochmusters 54 auf der Nebenachse Y-Y. Fig. 3E zeigt, daß bei der Stelle E die großen Elemente 75 Rechtecke sind.

1Q Die kleinen Elemente 76 auf der gegenüberliegenden Platte sind kleinere Rechtecke, die in horizontaler Richtung bezüglich der großen Elemente 75 zentriert sind, aber auf die Hauptachse X-X zu verschoben sind. Die Stellen F, G und H liegen oben rechts, Mitte rechts bzw. unten rechts im Lochmusters 54. An diesen Stellen sind die Formen und Ausrichtungen der Elemente des Musters, so wie sie in den Fig. 3F, 3G und 3H gezeigt sind, Spiegelbilder der Formen und Ausrichtungen der Elemente aus den Fig. 3D, 3C bzw. 3B bezüglich der Nebenachse Y-Y. Die Bezugszeichen der mit diesen korrespondierenden Elemente sind in den Figuren mit gleichen, aber gestrichenen Bezugszahlen versehen.

Aus den Figuren 3 und 3A bis 3H kann man ersehen, daß die trapezoiden Elemente der photographischen Platte mit den größeren Elementen in einem Bereich außerhalb der Nebenachse Y-Y liegen und ihre längere Grundseite die von der Nebenachse Y-Y abgewandte Seite ist. Im Bereich der Nebenachse Y-Y sind die größeren Elemente Rechtecke.

Außerdem kann man sehen, daß die kleineren Elemente auf der gegenüberliegenden photographischen Platte in hori-

zontaler Richtung bezüglich der größeren Elemente zentriert sind, aber an den Stellen außerhalb des Bereiches der Hauptachse X-X zur Hauptachse X-X hin verschoben sind.

Bei einem optimierten Lochmuster auf der photographischen Platte mit großen Elementen werden die spitzen Winkel der Trapezoide für zunehmenden Abstand von der Nebenachse Y-Y kontinuierlich kleiner. Leider ist jedoch zur Zeit die IQ Verwirklichung einer derartigen graduellen Winkeländerung sehr schwierig. Als ein Kompromiß wird daher der zentrale Teil des Musters im Bereich der Nebenachse durch rechteckige große Elemente, und die rechten und linken Teile durch trapezförmige große Elemente in nur einer Größe gebildet. Die betreffende Abmessung ergibt sich aus dem Extremfall möglicher Elektronenstrahlwinkel in einer betriebsfertigen Bildröhre. In einer Ausführungsform der Farbbildröhre, bei der die äußere diagonale Abmessung 67 cm und die maximale Ablenkung 110° beträgt, haben die Innenwinkel der trapezförmigen Elemente die Werte 87.5° und 92.5°. Die rechnerische Verbesserung in der Elektronenstrahldurchlässigkeit in den Eckbereichen einer derartigen Bildröhre mit der vorliegenden Erfindung beträgt 3*4 %, d.h. die Durchlässigkeit steigt von 19 % ohne die Erfindung auf 19.65 % mit der Erfindung.

Die beschriebene Technik kann unter Verwendung bekannter Verfahren und Materialien durchgeführt werden, die u.a. aus den Patentschriften

ÜS-PSen 36 69 770, 36 74 488, 38 34 905 und 40 61 bekannt sind.

Claims

dr. wtTf;R ν;

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESiA-STRASSE 522 POSTFACH 86 02 60

D-8O0O MUENCHEN 86

ZUGELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEEr

TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ

U.S.Ser.No. 390,870 AT: 22. Juni 1982

RCA 74209 Dr.Zi/Scha

RCA Corporation,
New York, N.Y. , V.St.v.A.

Farbbildröhre mit verbesserter

schlitzmusterartiger Schattenmaske und Verfahren zu deren Herstellung

Patentansprüche

Schattenmaske mit einer Vielzahl von schlitzförmigen Löchern, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (62-68) in Bereichen, die außerhalb einer Nebenachse (YY) liegen, zumindest am bildschirmseitigen Ende einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt haben, wobei die längere Seite des Trapezoids auf der der Nebenachse (YY) abgewandten Seite liegt.
2. Schattenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Löcher zum Bildschirm hin erweitern.
3. Verfahren zur Herstellung einer Schattenmaske mit Schlitzmuster für eine Farbbildröhre (18), bei welchem beide Seiten einer Metallfolie mit einem lichtempfindlichen Material beschichtet werden, das lichtempfindliche Material auf den beiden Seiten der Metallfolie durch zwei ausgerichtete photographische Muttermasken (50) mit Lochmuster, die Haupt- und Nebenachsen (XX, YY) aufweisen, belichtet wird, das lichtempfindliche Material entwickelt wird und Lochöffnungen in die Metallfolie eingeätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochmuster (54) auf einer ersten Platte (52) der photographischen Platten trapezförmige oder trapezoide Elemente (64, 68, 72, 72', 68', 64') an Stellen (B, C, D, F, G, H), die außerhalb des Bereiches der Nebenachse (Y-Y) des Musters liegen, aufweist, wobei die längeren Seiten der trapezoiden Elemente die von der Nebenachse abgewandten Seiten sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochmuster auf einer zweiten der photographischen Platten kleinere, längliche Elemente (66, 70, 74, 74', 70', 66') an Stellen aufweist, die den Stellen der trapezoiden Elemente entsprechen, wobei die Mittelpunkte der kleineren, länglichen Elemente außerhalb des Bereiches der Hauptachse (X-X) des Musters näher an der Hauptachse des Musters liegen als die Mittelpunkte der entsprechenden trapezoiden Elemente auf der ersten photographischen Platte.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kleineren, länglichen Elemente auch eine trapezförmige oder trapezoide Form aufweisen.