DE60030699T2 - Farbbildröhre mit einer spannmaske mit geringer ausdehnung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Farbbildröhren mit Spannmasken und insbesondere eine Röhre mit einer Spannmaske, die aus einem Material mit geringer Ausdehnung hergestellt ist.
• Eine Farbbildröhre enthält einen Elektronenstrahlerzeuger zum Erzeugen und Richten von drei Elektronenstrahlen auf einen Schirm der Röhre. Der Schirm befindet sich an der Innenseite einer Schirmfläche der Röhre und besteht aus einer Anordnung von Elementen dreier verschiedener farbemittierender Phosphorarten. Eine Farbauswahlelektrode oder Lochmaske ist zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger und dem Schirm angeordnet, damit jeder Elektronenstrahl nur auf die Phosphorelemente auftreffen kann, die diesem Strahl zugeordnet sind. Eine Spannlochmaske ist ein dünnes Blech, wie beispielsweise Stahlblech, das unter Spannung ungefähr parallel zur Innenseite der Schirmfläche der Röhre profiliert oder gereckt wird.
• Ein Problem, das bei Röhren, die Spannmasken verwenden, gelöst werden muss, ist das des Verlustes der mechanischen Spannung während des Betriebes infolge von Wärmeeinwirkung, wie beispielsweise vertikale Blisterstreifen. Vertikale Blisterstreifen sind helle Bereiche auf einem ansonsten dunklen Schirm, die etwa 3 cm breit und etwa 15 bis 25 cm lang sind. In der Vergangenheit wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass man die vertikalen Maskenstränge einer Stahlmaske unter Spannungen im Bereich von bis zu 45 ksi einsetzte. Diese hohen mechanischen Spannungen erzeugen genug Beanspruchung in Stahlmasken, um die durch einen Blisterstreifen verursachte Wärmeausdehnung zu überwinden und eine ausreichende mechanische Spannung unter den meisten Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. Allerdings hat die höhere Elektronenstrahlleistung, die in modernen Fernsehempfängern zur Verfügung steht, dazu geführt, dass die verfügbare Toleranz in Spannmasken gegenüber Wärmeausdehnung unter einigen Betriebsbedingungen inakzeptabel geworden ist. Die hohe mechanische Belastung in einer Stahlspannmaske erfordert einen massiven Maskenstützrahmen, um die erforderlichen Spannkräfte an die Maske anlegen zu können. Solche Masken sind teuer und schwer. Die hohen mechanischen Belastungen in der Maske und dem Rahmen erfordern überdies besondere Materialien für Maske und Rahmen, die ein geringes Wärmekriechverhalten aufweisen, wodurch sie noch teurer werden. Des Weiteren erfordern Stahlspannmasken auch irgendein Entspannungsmittel während der Hochtemperaturverarbeitung.
• EP 121 628 beschreibt eine Kathodenstrahlröhre, wobei das Maskenmaterial eine Nickel-Eisen-Legierung ist, wobei die Maske gleichmäßig unter mechanische Spannung gesetzt wird und entlang zweier orthogonaler Achsen unter mechanischer Spannung gehalten wird.
• Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass in einer Spannmaskenröhre ein leichterer Rahmen verwendet werden kann, wenn die erforderliche, an eine Maske angelegte mechanische Spannung verringert wird. Eine Möglichkeit zur Verringerung der benötigten mechanischen Maskenspannung ist die Herstellung der Maske aus einem Material wie beispielsweise Invar mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
• Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung in einer Farbbildröhre bereit, bei der eine Spannmaske an einem Stützrahmen angebracht ist. Die Verbesserung beinhaltet, dass die Maske aus einem Material hergestellt ist, das einen deutlich niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Rahmenmaterials. Der Rahmen spannt die Maske auf eine Grundresonanzfrequenz von 90 Hz ± 20 Hz.
• In den Zeichnungen ist Folgendes zu sehen:
• 1 ist eine teilweise axial geschnittene Seitenansicht einer die Erfindung verkörpernden Farbbildröhre.
• 2 ist eine Draufsicht auf die Spannlochmaske der Röhre von 1.
• 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Ecke der Spannlochmaske-Rahmen-Baugruppe der Röhre von 1.
• 1 zeigt eine Farbbildröhre 10 mit einem Glaskolben 11 mit einer rechteckigen Schirmflächenplatte 12 und einem röhrenförmigen Hals 14, die durch einen rechteckigen Trichter 15 miteinander verbunden sind. Der Trichter 15 hat eine (nicht gezeigte) leitende Innenbeschichtung, die sich von einem Anodenstumpf 16 zu dem Hals 14 erstreckt. Die Platte 12 weist eine im Wesentlichen flache Sichtschirmfläche 18 und einen peripheren Flansch oder eine periphere Seitenwand 20 auf, die an dem Trichter 15 mittels einer Glasurmasse 17 angeklebt ist. Ein Dreifarb-Phosphorschirm 22 wird durch die Innenseite der Schirmfläche 18 getragen. Bei dem Schirm 22 handelt es sich um einen Zeilenschirm, wobei die Phosphorzeilen in Triaden angeordnet sind, wobei jede Triade eine Phosphorzeile von jeder der drei Farben enthält. Eine Farbauswahlspannmaske 24 ist abnehmbar in einem vorgegebenen Abstand zu dem Schirm 22 montiert. Ein Elektronenstrahlerzeuger 26, der in 1 schematisch in Strichlinien gezeigt ist, ist in der Mitte des Halses 14 angebracht, um drei auf einer Linie liegende Elektronenstrahlen – einen mittleren Strahl und zwei seitliche oder äußere Strahlen – zu erzeugen und entlang konvergenter Pfade durch die Maske 24 auf den Schirm 22 zu richten.
• Die Röhre 10 ist dafür vorgesehen, mit einem externen magnetischen Ablenkjoch verwendet zu werden, wie beispielsweise das Joch 30, das in der Nähe der Trichter-Hals-Verbindungsstelle gezeigt ist. Bei Aktivierung lässt das Joch 30 auf die drei Strahlen Magnetfelder einwirken, die bewirken, dass die Strahlen horizontal und vertikal in einem rechteckigen Raster den Schirm 22 bestreichen.
• Die Spannlochmaske 24, die in den 2 und 3 gezeigt ist, enthält zwei lange Seiten 32 und 34 und zwei kurze Seiten 36 und 38. Die zwei langen Seiten 32 und 34 der Maske verlaufen parallel zu einer mittleren Hauptachse X der Maske, und die zwei kurzen Seiten 36 und 38 verlaufen parallel zu einer mittleren Nebenachse Y der Maske. Die Spannlochmaske 24 enthält einen aktiven, mit Öffnungen versehenen Abschnitt 40, der mehrere parallele, vertikal verlaufende Stränge 42 aufweist. Eine Vielzahl länglicher Öffnungen 44 zwischen den Strängen 42 verlaufen parallel zur Nebenachse Y der Maske. Die Elektronenstrahlen passieren während des Betriebes der Röhre die Öffnungen 44 in dem aktiven Abschnitt 40. Jede Öffnung 44 erstreckt sich durchgängig von einem Grenzabschnitt 46 an einer langen Seite 32 der Maske zu einem anderen Grenzabschnitt 48 auf der gegenüberliegenden langen Seite 34. Die Grenzabschnitte 46 und 48 können gegebenenfalls Verbindungsstreben 49 aufweisen, wie sie beispielsweise in 3 gezeigt sind.
• Ein Rahmen 50 zur Verwendung mit der Spannlochmaske 24 ist teilweise in 3 gezeigt. Der Rahmen 50 enthält vier Seiten: zwei lange Seiten 52, die im Wesentlichen parallel zur Hauptachse X der Röhre verlaufen, und zwei kurze Seiten 54, die parallel zur Nebenachse Y der Röhre verlaufen. Jede der zwei langen Seiten 52 enthält eine starre Sektion 56 und eine nachgiebige Sektion 58, die an nur einer einzigen Seite verbunden von der starren Sektion absteht. Die starren Sektionen 56 sind hohle Röhren, und die nachgiebigen Sektionen 58 sind Metallplatten. Jede der kurzen Seiten 54 hat einen oberen Abschnitt 60 mit L-förmigem Querschnitt, der parallel zu einem flachstreifenförmigen unteren Abschnitt 62 verläuft und von diesem beabstandet ist. Die zwei langen Seiten 32 und 34 der Spannmaske 24 sind an die distalen Enden der nachgiebigen Sektionen 58 angeschweißt.
• Die Maske 24 besteht aus einem Material mit einem relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu dem des Rahmens 50. Vorzugsweise besteht die Maske 24 aus einer Nickel-Eisen-Legierung, wie beispielsweise Invar, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,9 × 10^–6 hat. Der Rahmen 50 spannt die Maske 24 auf eine Grundresonanzfrequenz von 90 Hz ± 20 Hz oder einen ungefähren Bereich von 70 Hz bis 110 Hz, wobei die Grundresonanzfrequenz von 90 Hz ± 20 Hz bei Temperaturen der Spannmaske im Bereich vom Raumtemperatur bis zu Temperaturen beibehalten bleibt, die während des Betriebes der Röhre erreicht werden. Eine solche Grundresonanzfrequenz kann erreicht werden, wenn die Zugbelastung innerhalb eines Stranges, geteilt durch die Stranglänge zum Quadrat, ungefähr im Bereich von 206 bis 321,5 Gramm pro cm⁴ (18,9 bis 29,5 Pfund pro Inch⁴) liegt. Die Frequenz von 90 Hz wird gewählt, weil sie in der Mitte zwischen der vertikalen Abtastfrequenz von 60 Hz und der Oberschwingung von 120 Hz der vertikalen Abtastfrequenz liegt. Diese Frequenz ist deutlich geringer als die der zum Stand der Technik gehörenden Spannmaskenröhren, die im Allgemeinen in den Bereich von 160 Hz bis 300 Hz fallen.
• Bei einer Ausführungsform des Rahmens sind die starren Sektionen 56 der langen Seiten 52 hohle quadratische Röhren aus Stahl 4130 mit einer Wanddicke von 0,175 cm. Die Dicke der nachgiebigen Sektionen 58 wird unter Berücksichtigung der Maskendicke, der Flexibilität der gesamten Maske-Rahmen-Baugruppe und der gewünschten Verziehungs-Fehlausrichtungsgrenzen bestimmt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die nachgiebigen Sektionen 58 Platten aus 4130 Stahl mit einer Dicke von 0,157 cm. Die nachgiebigen Sektionen 58 können auch Bimetallplatten sein, wie beispielsweise aus Edelstahl/Edelstahl oder Edelstahl/Invar. Die zwei oberen Abschnitte 60 bestehen vorzugsweise aus Stahl CRS-1018 mit einer Dicke von 0,318 cm. Die zwei unteren Abschnitte 62 bestehen vorzugsweise aus Edelstahl der Reihe 300, der einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als der Stahl CRS-1018 der oberen Abschnitte 60. Wenn der Rahmen 50 erwärmt wird, so dehnen sich die unteren Abschnitte 62 stärker aus als die oberen Abschnitte 60. Aufgrund der flexiblen Verbindungen zwischen den geraden und den gekrümmten Elementen baut die unterschiedliche Ausdehnung zwischen den unteren Abschnitten 62 und den oberen Abschnitten 60 mechanische Beanspruchung in den nachgiebigen Sektionen 58 und mechanische Spannung in der Maske 24 während einer Hochtemperaturverarbeitung ab.
• Obgleich die starren Sektionen 56 als hohle quadratische Röhren gezeigt werden, sind für diese Sektion auch andere bevorzugte Konfigurationen, wie beispielsweise solche mit L-förmigen, C-förmigen oder dreiecksförmigen Querschnitten, möglich. Und obgleich die oberen Abschnitte 60 mit L-förmigen Querschnitten gezeigt werden, können weitere bevorzugte Konfigurationen C-förmig, dreiecksförmig oder kastenförmig sein.
• Die geringere Wärmeausdehnung des bevorzugten Invar im Vergleich zu Stahl (1:9) bei Betriebstemperaturen führt zu geringerer anfänglicher mechanischer Beanspruchung und damit zu geringeren Spannanforderungen für dieselben Wärmequellen. Diese geringeren Spannanforderungen gestatten somit einen Rahmen mit wesentlich weniger Gewicht, wesentlich weniger Kosten und wesentlich weniger Komplexität als die Rahmen des Standes der Technik, die zum Spannen von Stahlmasken verwendet werden. Der geringere Modul von Invar im Vergleich zu Stahl (2:3) gestattet eine weitere Verringerung der anfänglichen mechanischen Spannung, weil die gleiche mechanische Beanspruchung bei geringerer mechanischer Spannung erreicht werden kann. Des Weiteren ist das Wärmekriechverhalten von Invar dem Wärmekriechverhalten früher verwendeter Materialien überlegen, wodurch eine weitere Verringerung der anfänglichen mechanischen Spannung in der Maske möglich wird. Darüber hinaus macht die geringe mechanische Spannung, die in einer Invar-Spannmaske erforderlich ist, ein Entspannungsmittel während der Hochtemperaturverarbeitung überflüssig.
• Des Weiteren hält eine Spannmaske, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, eine ausreichende mechanische Spannung während einer Wärmezufuhr, wie beispielsweise Blisterstreifen, aufrecht.

Claims (5)

1. Farbbildröhre (10) mit einer Spannmaske (24), die an zwei Seiten 32 und 34 eines Stützrahmens (50) angebracht ist, wobei die Spannmaske aus einem Material mit einem deutlich niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Rahmens hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmaske uniaxial unter mechanischer Spannung gehalten wird, indem ihre zwei langen Seiten an zwei lange Seiten des Rahmens geschweißt werden, wobei die Spannmaske auf eine Grundresonanzfrequenz von 90 Hz ± 20 Hz gespannt wird, und die Grundresonanzfrequenz von 90 Hz ± 20 Hz bei Temperaturen der Spannmaske im Bereich von Raumtemperatur bis zu Temperaturen beibehalten bleibt, die während des Betriebes der Röhre erreicht werden.
2. Farbbildröhre (10) nach Anspruch 1, wobei die Spannmaske (24) mehrere parallele Stränge (42) enthält, die aus dem Material mit einem deutlich niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Rahmens (50) hergestellt sind, und die Zugbelastung innerhalb eines Stranges, geteilt durch die Stranglänge zum Quadrat, ungefähr im Bereich von 206 bis 321,5 Gramm pro cm⁴ (18,9 bis 29,5 Pfund pro Inch⁴) liegt.
3. Farbbildröhre (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Maske (24) aus einer Nickel-Eisen-Legierung hergestellt ist.
4. Farbbildröhre (10) nach Anspruch 3, wobei die Maske (24) aus Invar hergestellt ist.
5. Farbbildröhre (10) nach Anspruch 4, wobei der Rahmen (50) aus Stahl hergestellt ist.