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Diese
Erfindung bezieht sich auf Farbbildröhren mit gespannten Masken
und insbesondere auf eine Röhre
mit Mitteln zum Verbinden einer gespannten Maske, die aus einem
Werkstoff mit einem verhältnismäßig niedrigen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
hergestellt ist, mit einem Tragrahmen, der einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist.
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Eine
Farbbildröhre
enthält
eine Elektronenkanone, um drei Elektronenstrahlen zu erzeugen und auf
den Bildschirm der Röhre
zu lenken. Der Bildschirm befindet sich auf der inneren Oberfläche eines Leuchtschirms
der Röhre
und ist aus Anordnungselementen dreier Phosphore, die verschiedene
Farben emittieren, hergestellt. Zwischen der Kanone und dem Bildschirm
liegt eine Farbauswahlelektrode, die entweder eine Schattenmaske
oder eine Fokusmaske sein kann, um zu ermöglichen, dass jeder Elektronenstrahl
nur auf die diesem Strahl zugeordneten Phosphorelemente auftrifft.
Eine Schattenmaske ist eine dünne
Lage aus Metall wie etwa aus Stahl, die üblicherweise so konturiert
ist, dass sie annähernd parallel
zu der inneren Oberfläche
des Röhrenleuchtschirms
ist.
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Ein
Typ einer Farbbildröhre
hat eine gespannte Schattenmaske, die in einem Leuchtschirmfeld
davon angebracht ist. Um die Spannung in der Maske aufrechtzuerhalten,
muss die Maske an einem verhältnismäßig massiven
Tragrahmen befestigt sein. Obgleich solche Röhren breite Verbraucherakzeptanz
gefunden haben, besteht immer noch ein Bedarf an einer weiteren
Verbesserung der Röhrentypen,
um das Gewicht und die Kosten der Masken-Rahmen-Baueinheiten in solchen Röhren zu
verringern.
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Es
ist vorgeschlagen worden, dass in einer Röhre mit gespannter Maske ein
leichterer Rahmen verwendet werden könnte, falls die geforderte
Spannung an einer Maske verringert wird. Ein Weg, die geforderte
Maskenspannung zu verringern, ist, die Maske aus einem Werkstoff
mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
herzustellen. Um irgendeine Fehlanpassung der Ausdehnungen während der
für die
Röhrenherstellung
erforderlichen Wärmeverarbeitung
und während
des Röhrenbetriebs
zu verhindern, würde
eine Maske aus einem solchen Werkstoff allerdings einen Tragrahmen
aus einem Werkstoff mit einem ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
erfordern. Da die Metallwerkstoffe, die niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben, verhältnismäßig teuer
sind, ist es verhältnismäßig kostspielig,
sowohl die Maske als auch den Rahmen aus gleichen oder ähnlichen
Werkstoffen herzustellen. Somit ist es erwünscht, die Kombination einer gespannten
Maske mit niedrigerer Ausdehnung mit einem Tragrahmen mit höherer Ausdehnung
zu verwenden. In einem verwandten Stand der Technik, Europäische Patentanmeldung
EP-A-0 602 620 ,
eingereicht am 15. Dezember 1993, mit H. Kume und Y. Horiuchi als
die genannten Erfinder, ist ein Verfahren zum Verringern der mechanischen
Spannung wegen Wärme
in der gespannten Maske offenbart, wobei die minimal zulässige Differenz
der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Maskenrahmen und der gespannten Maske 2,0·10
–6 °C
–1 ist.
Ein weiter verwandter Stand der Technik, Europäische Patentanmeldung
EP-A-0 788 132 ,
eingereicht am 21. Dezember 1996, mit F. R. Ragland als dem genannten
Erfinder, offenbart ein Verfahren zum Verbinden der Maske mit dem
Rahmen unter Verwendung mehrerer Bimetallelemente, wodurch ermöglicht wird, dass
die Maske und der Rahmen in einem gewölbten Schattenmasken-Rahmen-System
aus Werkstoffen mit wesentlich verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten
bestehen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Lösung zu dem Problem, das vorliegt,
wenn es eine wesentliche Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen einer gespannten Maske und ihrem Tragrahmen gibt, wobei
die Erfindung eine Verbesserung einer Farbbildröhre mit einer gespannten Maske,
die durch einen in die Röhre
eingebauten Tragrahmen getragen ist, schafft. Die gespannte Maske
weist einen wesentlich niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als der Rahmen auf. Die Maske enthält einen aktiven Teil mit Öffnungen,
der durch mehrere parallele vertikal verlaufende Stränge gebildet
ist, zwischen denen sich langgestreckte Öffnungen befinden, durch die
die Elektronenstrahlen während
des Betriebs der Röhre
gehen. Zwei Randteile auf gegenüberliegenden
Seiten außerhalb
des aktiven Teils mit Öffnungen
haben Stege, die zwischen den vertikalen Strängen der Maske verlaufen. Die
Stege nehmen die Ausdehnung des Rahmens auf, während sie die Positionen der
vertikalen Stränge
in dem aktiven Teil der Maske im Wesentlichen aufrechterhalten.
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In
den Zeichnungen ist folgendes gezeigt:
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1 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Axialschnitt, einer Farbbildröhre, die
die Erfindung verkörpert.
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2 ist
eine Vorderansicht der gespannten Schattenmaske.
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3 ist
eine Vorderansicht eines kleinen Abschnitts eines Randteils der
Maske aus 2.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ecke einer Baueinheit aus gespannter
Schattenmaske und Rahmen.
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5 bis 11 sind
Vorderansichten kleiner Abschnitte von sechs verschiedenen alternativen Ausführungsformen
von Randteilen gespannter Masken.
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1 zeigt
eine Farbbildröhre 10 mit
einer Glashülle 11,
die ein rechteckiges Leuchtschirmfeld 12 und einen röhrenförmigen Hals 14 umfasst,
die durch einen rechtwinkligen Trichter 15 verbunden sind.
Der Trichter 15 weist eine innere leitende Beschichtung
(nicht gezeigt) auf, die von einem Anodenknopf 16 zu dem
breiten Abschnitt des Trichters und zu dem Hals 14 verläuft. Das
Feld 12 umfasst einen im Wesentlichen flachen äußeren Betrachtungsleuchtschirm 18 und
einen Umfangsflansch oder eine Umfangsseitenwand 20, der/die
durch eine Glasfritte 17 zu dem Trichter 15 abgedichtet
ist. Von der inneren Oberfläche
des Leuchtschirms 18 ist ein Dreifarbphosphor-Bildschirm 22 getragen.
Der Bildschirm 22 ist ein Linienbildschirm mit Phosphorlinien,
die in Dreiergruppen angeordnet sind, wobei jede Dreiergruppe eine
Phosphorlinie jeder der drei Farben enthält. In vorgegebener beabstandeter
Beziehung zu dem Bildschirm 22 ist abnehmbar eine gespannte Farbauswahl-Schattenmaske 24 angebracht.
In den Hals 14 ist zentral eine in 1 schematisch
durch Strichlinien gezeigte Elektronenkanone 26 eingebaut,
um drei Inline-Elektronenstrahlen, einen Mittelstrahl und zwei Seitenstrahlen,
zu erzeugen und entlang konvergenter Wege durch die Maske 24 zu
dem Bildschirm 22 zu lenken.
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Die
Röhre 10 ist
dafür ausgelegt,
mit einem äußeren Magnetablenkjoch
wie etwa mit dem in der Nachbarschaft des Trichter-Hals-Übergangs
gezeigten Joch 30 verwendet zu werden. Wenn das Joch 30 aktiviert
ist, setzt es die drei Strahlen Magnetfeldern aus, die veranlassen,
dass die Strahlen horizontal und vertikal in einem Rechteckmuster über den
Bildschirm 22 abtasten.
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Die
in den 2 und 3 gezeigte gespannte Schattenmaske 24 enthält zwei
lange Seiten 32 und 34 und zwei kurze Seiten 36 und 38.
Die zwei langen Seiten 32 und 34 der Maske sind
parallel zu einer zentralen Hauptachse X der Maske; und die zwei
kurzen Seiten 36 und 38 sind parallel zu einer zentralen
Nebenachse Y der Maske. Die gespannte Schattenmaske 24 enthält einen
aktiven Teil 40 mit Öffnungen,
der mehrere parallele, vertikal verlaufende Stränge 42 enthält. Parallel
zur Nebenachse Y der Maske befinden sich zwischen den Strängen 42 mehrere
langgestreckte Öffnungen 44.
Während
des Röhrenbetriebs
gehen die Elektronenstrahlen durch die Öffnungen 44 in dem
aktiven Teil 40. Jede Öffnung 44 verläuft ununterbrochen
von einem Randteil 46 an einer langen Seite 32 der
Maske zu einem weiteren Randteil 48 auf der gegenüberliegenden
langen Seite 34.
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In 4 ist
teilweise ein Rahmen 50 zur Verwendung mit der gespannten
Schattenmaske 24 gezeigt. Der Rahmen 50 enthält vier
Seiten: zwei lange Seiten 52, die im Wesentlichen parallel
zu der Hauptachse X der Röhre
sind, und zwei kurze Seiten 54, die parallel zur Nebenachse
Y der Röhre
sind. Jede der zwei langen Seiten 52 enthält einen
starren Abschnitt 56 und einen nachgiebigen Abschnitt 58,
der von dem starren Abschnitt angelenkt ist. Die starren Abschnitte 56 sind
Hohlrohre und die nachgiebigen Abschnitte 58 sind Metallplatten.
Jede der kurzen Seiten 54 weist einen oberen Teil 60 mit
L-förmigem Querschnitt
auf, der parallel zu einem flachen stabförmigen unteren Teil 62 und
von ihm getrennt ist. Die zwei langen Seiten 32 und 34 der
gespannten Maske 24 sind an die fernen Enden der nachgiebigen
Abschnitte 58 geschweißt.
Obgleich die vorliegende Erfindung in Ausführungsformen beschrieben wird,
die den Rahmen 50 verwenden, könnten mit der vorliegenden
Erfindung selbstverständlich
viele weitere Typen gespannter Rahmen verwendet werden.
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Wie
in den 3 bis 10 gezeigt ist, sind die Stränge 42 von
dem aktiven Teil 40 bis in die Randteile 46 und 48 fortgesetzt,
wo sie durch Stege 49 verbunden sind, die die Fortsetzung
der Öffnungen 44 unterbrechen.
Die Stege 49 in angrenzenden Spalten sind vertikal gegeneinander
versetzt, so dass keine zwei Stege in angrenzenden Spalten horizontal
ausgerichtete Mittellinien haben. Außerdem verlaufen die Stränge 42 über die
Randteile 46 und 48 hinaus, wo sie einzeln an
den Rahmen geschweißt
sind.
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Der
Zweck der Stege 49 in den Randteilen 46 und 48 der
Maske 24 ist zweifach. Zunächst nehmen die Stege 49 unerwünschte Strang-Positionierungsfehler
auf, die auftreten, wenn einzelne Stränge an den nachgiebigen Abschnitt 58 geschweißt werden.
Eine solche Befestigung einzelner Stränge ist erforderlich, um unelastische Verformungen
zu vermeiden, die, wie im Fachgebiet bekannt ist, während der
Wärmeverarbeitung
von Maske-Rahmen-Systemen,
in denen die Maske und der Rahmen beträchtlich verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten haben
und die Maske in der Schweißzone
einen festen Rand hat, erzeugt würden.
Wenn eine Maske mit niedriger Wärmeausdehnung
mit einem festen Rand an einen nachgiebigen Abschnitt 58 mit
hoher Wärmeausdehnung
befestigt wird, kann die Wärmeverarbeitung
der Röhre,
die so hohe Temperaturen wie 450 °C
erreichen kann, veranlassen, dass die Maske in dem festen Randgebiet
inelastisch gespannt wird, wobei die Maske beim Abkühlen faltig
wird. Bei Abwesenheit eines festen Randgebiets stellen die Stege 49 sicher,
dass der gewünschte
Strangabstand während
des Schweißens
aufrechterhalten wird.
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Der
zweite Zweck für
die Stege 49 ist es, die größere Ausdehnung eines Rahmens 50 mit
hoher Ausdehnung im Vergleich zu einer Maske 24 mit niedriger
Ausdehnung aufzunehmen, ohne dass durch die dauerhafte Verformung
des Maskenrandteils eine beträchtliche
Verschiebung der Maskenstränge 42 verursacht
wird. Die Stege 49 erzielen dieses Ergebnis gemeinsam mit
den Strangabschnitten, die sie verbinden, allgemein durch elastisches Spannen
in der Nähe
des aktiven Teils der Maske. Ein Hauptziel aller hier offenbarten
Randbehandlungen, in denen Masken und Rahmen aus verschiedenen Werkstoffen
konstruiert werden, ist die Schaffung von Abstandsmitteln von Strang
zu Strang beim Schweißen
einzelner Stränge
oder kleiner Gruppen von Stränge
derart, dass die Maske die übliche
Wärmeverarbeitung
der Röhre
ohne die Bildung inelastischer Verformungen aushalten kann, die
zu Fehlern in den Öffnungen
von Strang zu Strang führen
würden.
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In
den 5 bis 11 sind weitere Ausführungsformen
der Maskenränder
mit verschiedenen Stegmustern gezeigt. In einer in 5 gezeigten Maske 64 sind
die Stege in der Nähe
des nachgiebigen Abschnitts 58 weggelassen. In einer in 6 gezeigten
Maske 66 sind die Stegpositionen anstatt in jeder zweiten
Spalte, wie es in dem Muster aus 3 erfolgt,
in jeder dritten Spalte wiederholt. 7 zeigt eine
Maske 68, in der der Abstand zwischen den Stegen erhöht ist. 8 zeigt
eine Maske 70, in der die Wiederholungsdistanz zwischen
den Stegen zwischen angrenzenden Spalten geändert ist. 9 zeigt
eine Maske 72, in der in jeder zweiten Spalte ein großer Steg
eingefügt
ist. 10 zeigt eine Maske 74, in der jede vierte
Spalte einen großen
Steg enthält
und die drei Zwischenspalten in der Nähe des nachgiebigen Abschnitts 58 keine
Stege aufweisen. 11 zeigt eine Maske 76 mit
einem Randteil, der ähnlich
dem in der Maske 24 aus 3 gezeigten
ist, jedoch mit einem aktiven Teil 40 mit weit beabstandeten
Stegen 78, die die Stränge
darin verbinden. Alternativ könnte
der vertikale Abstand zwischen den Stegen 78 in dem aktiven
Teil 40 derselbe wie der vertikale Abstand zwischen den
Stegen in dem Randteil 46 sein. Außerdem sind zusätzliche
Maskenausführungsformen
möglich,
die Randteile haben, die Stege enthalten. Vorzugsweise sind die
Mittellinien der Stege in angrenzenden Öffnungen vertikal versetzt.
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In
verschiedenen Ausführungsformen
liegen die vertikalen Abstände
zwischen den Stegen in dem Bereich von 2,03 mm (80 Millizoll) bis
zu so viel wie 76,96 mm (3030 Millizoll). Allerdings sind vertikale Abstände der
Stege von 2,54 mm (100 Millizoll) bis 4,06 mm (160 Millizoll) bevorzugt.
Obgleich in einigen Ausführungsformen
Dicken von 1,02 mm (40 Millizoll) verwendet werden, sind Stegdicken
von etwa 0,38 mm (15 Millizoll) im Allgemeinen bevorzugt. Vorzugsweise
ist die Maske aus einem Invar-Werkstoff hergestellt, der 0,10 mm
(4,0 Millizoll) dick ist, wobei der Rahmen aus AK-Stahl hergestellt
ist.
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Alle
bekannten kommerziell verwendeten Röhren mit gespannter Schattenmaske
haben an den Maske-Rahmen-Schweißpunkten
feste Randteile. Dies war akzeptabel, wenn die Maske und der Rahmen
aus Werkstoffen mit ähnlicher
Ausdehnung hergestellt wurden. Wenn sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten
einer Maske und eines Rahmens dagegen stark unterscheiden, verformen
sich solche festen Randteile, wodurch der aktive Teil der Maske während der
Wärmeverarbeitung
der Röhre
dauerhaft verformt wird. Die einzelne Befestigung der Maskenstränge an dem
Rahmen zusammen mit dem neuen Randteil der vorliegenden Erfindung
verhindern eine wesentliche Verwerfung in dem aktiven Teil der Maske,
indem sie einen "mechanischen
Filter" bereitstellen,
der während
der Verarbeitung oder des Röhrenbetriebs
irgendeinen Einzelstrang-Befestigungsfehler oder eine Einzelstrangbewegung
aufnimmt.