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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannmaske für eine Farb-Kathodenstrahlröhre, insbesondere
auf eine Spannmaske mit Randabschirmung.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
herkömmliche
Farb-Kathodenstrahlröhre
mit Schattenmaske umfasst im Allgemeinen eine Elektronenkanone,
mit der drei Elektronenstrahlen gebildet und auf einen Schirm der
Röhre gerichtet werden.
Der Schirm ist auf der Innenseite der Stirnfläche der Röhre angeordnet und besteht
aus einem Feld von drei verschiedenen leuchtenden Phosphorelementen.
Bei der Herstellung der Röhre
findet für die
Bedruckung des Schirmfeldes und somit für die Festlegung der Feldränder eine
Schattenmaske Verwendung, die relativ zu der Stirnfläche positioniert
ist. Beim Betrieb der Röhre
ist die Schattenmaske exakt zwischen der Kanone und dem Schirm angeordnet, um
die Quellpositionen während
des Rastervorganges zu vervielfältigen.
Die Schattenmaske ist eine wirkungsvolle Parallaxenbarriere, die
auf dem Schirm Schatten bildet und die übertragenen Abschnitte der
Elektronenstrahlen veranlasst, Phosphorelemente der entsprechenden
Leuchtfarbe auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre anzuregen.
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In
herkömmlichen
Röhren
besteht die Schattenmaske aus einer gewölbten dünnen Metallplatte, die in der
Lage ist, ihre Anordnung auf der Innenseite der Stirnfläche der
Röhre von
selbst aufrechtzuerhalten, und die durch einen Maskenrahmen getragen wird.
Eine weitere Gruppe von Masken, die gewöhnlich in Röhren verwendet werden, sind
Spannmasken. Zuganker- oder Bandspannmasken sind Beispiele für Spannmasken.
Bandspannmasken umfassen eine Vielzahl von dünnen parallel verlaufenden Bändern, die
gedehnt und mit einem starren Maskenrahmen verschweißt werden.
Die Dehnung der Bänder
liefert die vorgegebene Spannung in senkrechter Richtung, welche
erforderlich ist, um sicherzustellen, dass die zwischen den Bändern ausgebildeten Öffnungen
ihre Ausrichtung nach den Phosphorelementen auf dem Schirm behalten.
Um die Spannung der Maske aufrechtzuerhalten, muss die Maske an
einem relativ massiven Rahmen angebracht sein.
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In
herkömmlichen
Röhren
findet man zwei verschiedene Verfahren für die Befestigung der Bänder an
einem Rahmen. Bei dem einen Verfahren ist ein Rand vorgesehen, der
die zentralen Öffnungen der
mit dem Rahmen verschweißten
Maske umgibt. Der feste Rand der Maske dient als optische Kante, die
die schwarze Umrahmung der Matrix bildet, die wiederum die Ränder des
Schirmfeldes auf dem Röhrenschirm
definiert. Zum zweiten dient der feste Maskenrand dazu, am Rand
des aktiven Abtastbereiches eine Elektronenabschirmung vorzusehen,
mit der eine unerwünschte
Streuung der Elektronen beim vertikalen Overscan verringert wird.
Bei dem zweiten Verfahren für
die Befestigung der Bänder werden
die Enden jedes einzelnen Maskenbandes an dem Rahmen befestigt.
Beide Formen der Spannmasken haben sich aus einer Reihe von Gründen als wünschenswert
erwiesen, einschließlich
der äußeren Erscheinung
von Röhren,
die eine Stirnfläche
mit eingeschränkter
oder gar keiner Krümmung
haben.
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Es
hat sich ferner als wünschenswert
herausgestellt, die Maske und den Maskenrahmen aus verschiedenen
Materialien herzustellen, um die erforderliche Maskenspannung und
das Gewicht der Masken-Rahmen-Vorrichtung zu vermindern. In handelsüblichen
Spannmaskenröhren
sind feste Ränder
der Maske mit dem Maskenrahmen verschweißt. Die Folge eines festen
Randes der mit einem Rahmen verschweißten Maske bei einer Maske,
die einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzt als der Rahmen, ist eine Verformung der festen Ränder während der
Wärmebehandlung
der Röhre,
und zwar entlang der Punkte, an denen die Maske mit dem Rahmen verschweißt ist,
wodurch der aktive Abschnitt der Maske dauerhaft verformt wird.
Aufgrund dieser Verformung sind Anstrengungen unternommen worden,
Maskenbänder
(oder andere Ätzmaskenabschnitte)
einzeln an dem Maskenrahmen zu befestigen, wobei keiner der festen
Maskenränder
an dem Rahmen befestigt wird. Unglücklicherweise hat sich die
Einzelbefestigung von Maskenbändern ebenfalls
als problematisch herausgestellt, weil die Bänder dazu neigen, sich durch
die drückende
Wirkung der Schweißgeräte während des
Schweißens zu
verschieben. Neben den im Prozess auftretenden Problemen beim Befestigen
einzelner Bänder
am Rahmen ist auch das Fehlen fester Maskenränder ebenso unerwünscht, weil
die Ränder
als optische Kanten dienen, die die schwarze Matrixumrahmung und
das Schirmfeld bilden und definieren; sie blockieren außerdem Streuelektronen,
die durch die Kollision des Elektronenstrahls mit den Seiten des
Maskenrahmens verursacht werden. Aus diesem Grund wird eine Erfindung
gefordert, die eine Einzelbefestigung von Maskenbändern an
einem Maskenrahmen ohne Verformung ermöglicht und gleichzeitig eine
gewisse Endabschirmung bereitstellt, die als optische Kante für die Matrix
und die Rasterung und als Abschirmung für Streuelektronen dient.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
in den Ansprüchen
beschriebene vorliegende Erfindung sieht eine Spannmaske für eine Kathodenstrahlröhre beziehungsweise
eine Kathodenstrahlröhre
vor. Die Spannmaske umfasst einen Rahmen mit auf gegenüberliegenden
Seiten des Rahmens angebrachten Auskragungen und eine Vielzahl von
beabstandeten parallel zwischen den Auskragungen des Rahmens verlaufenden
Bändern.
Eine Randabschirmung ist so integriert, dass sie in Eingriff mit
den entsprechenden Bänderenden
gebracht wird, wodurch die Bänder
in einer vorgegebenen Beabstandungsposition an den Auskragungen
gehalten werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Lehren der vorliegenden Erfindung können in Anbetracht der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
leicht verstanden werden. Es zeigen:
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1 zeigt
eine Farb-Kathodenstrahlröhre einschließlich einer
Spannmaskenvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Querschnittsansicht.
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2 zeigt
die Masken-Rahmen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
in perspektivischer Ansicht.
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3 zeigt
einen Ausschnitt der zwischen dem Maskenrahmen und der Randabschirmung
eingeschweißten
Bänder
in Draufsicht.
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4 zeigt
einen Ausschnitt der Masken-Rahmen-Vorrichtung, der die Randabschirmung, die
Maskenbänder
und die Auskragung des Maskenrahmens verdeutlicht, in einer seitlichen
Querschnittsansicht.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
eine herkömmliche
Kathodenstrahlröhre 10 mit
einem Glaskolben 12, die eine rechteckige Stirnflächenplatte 14 und
einen über
einen rechteckigen Trichter 18 damit verbundenen röhrenförmigen Hals 16 umfasst.
Auf dem Trichter 18 erstreckt sich eine leitfähige Beschichtung
(ohne Abbildung) von einem Anodenknopf 20 zurück zu dem Hals 16 und
außerdem
bis zu der Stirnflächenplatte 14.
Die Platte 14 umfasst eine Betrachtungsstirnfläche 22 und
einen umlaufenden Flansch beziehungsweise eine umlaufende Seitenwand 24,
die über
eine gesinterte Glasvorrichtung 26 mit dem Trichter 18 verschweißt ist.
Ein Dreifarben-Phosphorleuchtschirm 28 (Mikrostruktur
ohne Abbildung) wird durch die Innenseite der Stirnfläche 22 gehalten.
Der Schirm 28 ist ein Zeilenschirm, der eine Vielzahl von Schirmelementen
umfasst, welche aus rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht
emittierenden Phosphorstreifen R, G beziehungsweise B bestehen und in
Farbgruppen oder Bildelementen aus drei Streifen oder Triaden angeordnet
sind, wobei jede Triade ein Phosphorzeilenmuster für jede der
drei Farben umfasst. Die Phosphorzeilen verlaufen ungefähr parallel zu
einer Nebenachse Y der Röhre.
Vorzugsweise überdeckt
wenigstens ein Teil der Phosphorstreifen eine relativ dünne lichtabsorbierende
Matrix (ohne Abbildung), die in der Technik bekannt ist.
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Eine
Masken-Rahmen-Vorrichtung 30 ist auf lösbare Weise durch herkömmliche
Mittel relativ zu dem Schirm 28 montiert und dabei um einen
vorgegebenen Betrag von diesem beabstandet. Wie in 2 gezeigt,
umfasst die Masken-Rahmen-Vorrichtung 30 eine
an einem Rahmen 34 befestigte Spannmaske 32. Bei
der Spannmaske 32 kann es sich um eine Band spannmaske mit
kraftschlüssig
angeschlossenen Dämpfungsdrähten, eine
Fokussierbandspannmaske oder andere ähnliche in der Technik bekannte
Konstruktionen handeln. Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Spannmaske 32 einen aktiven Öffnungsabschnitt,
der eine Vielzahl von parallel zueinander beabstandeten Bändern 44 enthält. Parallel
zu der Nebenachse Y der Spannmaske 32 erstrecken sich eine
Vielzahl von länglichen Öffnungen 46 zwischen
den Bändern 44.
Im Betrieb verlaufen die Elektronenstrahlen durch die Öffnungen 46 in
dem aktiven Abschnitt. Die Bänder 44 haben
jeweils eine querverlaufende Ausdehnung oder Breite, die mit gleichmäßiger Beabstandung oder
Abstufung aufgebaut sein kann. Beispielsweise könnte die Breite der Bänder ca.
0,55 mm (21,5 Mils) betragen. Die Öffnungen 46 sind ebenso
mit gleichmäßiger Beabstandung
oder Abstufung aufgebaut. Beispielsweise kann die Breite jeder ungefähr parallel
zu der Nebenachse Y der Kathodenstrahlröhre verlaufenden Öffnung ca.
0,11 mm (5,5 Mils) betragen.
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Eine
in 1 durch gestrichelte Linien schematisch dargestellte
Elektronenkanone 38 ist mittig in dem Hals 16 montiert,
um drei in Reihen angeordnete Elektronenstrahlen (ohne Abbildung),
nämlich
einen mittleren Strahl und zwei Seiten- oder Außenstrahlen, die entlang konvergenter
Bahnen durch die Schlitze in der Spannmaske 32 auf den
Schirm 28 verlaufen, zu erzeugen.
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Die
Röhre 10 ist
so ausgestaltet, dass sie mit einem außenliegenden Magnetablenkungsjoch,
beispielsweise dem abgebildeten Joch 39, das benachbart
zu der Verbindung zwischen Tunnel und Hals angeordnet ist, verwendet
werden kann. Bei Aktivierung des Jochs 39 werden die drei
Strahlen Magnetfeldern ausgesetzt, die bewirken, dass die Strahlen
den Schirm 28 in einem rechteckigen Raster horizontal und
vertikal abtasten.
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2 zeigt
den zum Halten der Spannmaske 32 bestimmten Rahmen 34,
welcher vier Seiten umfasst: zwei im Wesentlichen parallel zu der
Hauptachse X der Röhre
verlaufende lange Seiten 40 und zwei parallel zu der Nebenachse
Y der Röhre
verlaufende kurze Seiten 42. Die beiden langen Seiten 40 umfassen
jeweils eine Auskragung 52, die sicher am distalen Ende
der kurzen Seiten 42 befestigt ist. Die vorliegende Erfindung
wird in einer Ausgestaltung beschrieben, in der der Rahmen 34 Verwendung
findet, jedoch können
selbstverständlich
auch viele andere Arten von Spannmasken mit der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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Wie
am besten in 2 und 3 gezeigt ist,
verläuft
die Vielzahl von Bändern 44 weiter
von dem aktiven Abschnitt zu den beiden Auskragungen 52,
wo sie über
Schweißpunkte 58 zwischen
der Randabschirmung 56 und den Auskragungen 52 positioniert
sind. Eine Reihe von Schweißpunkten 58 bildet
eine Schweißlinie 62,
die beispielsweise durch ein radförmiges Widerstandsschweißgerät oder mittels
anderer Schweißverfahren,
wie z.B. Laserschweißen,
ausgebildet werden kann. Die Randabschirmung 56 wird über die
Bänder
entlang jeder Kante der Rahmenauskragungen 52 geschweißt und wird
so integriert, dass sie relativ zu den entsprechenden Bandenden
mit diesen in Eingriff gebracht wird, wodurch die Bänder 44 mit
einer vorgegebenen Beabstandung an den Auskragungen 52 gehalten werden.
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In
der bevorzugten Ausgestaltung bestehen die Auskragungen 52 und
die Randabschirmungen 56 aus einem Material, das einen
hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzt, bei spielsweise aus kohlenstoffarmem legierten Stahl oder
einem anderen geeigneten herkömmlichen
Stahl. Dagegen bestehen die Maskenbänder 44 aus einem
Material, das einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzt. Eine Eisen-Nickel-Legierung,
beispielsweise INVAR® (TM Reg. Nr. 63,970),
oder beliebige andere ähnliche
Materialien mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
sind hier wirkungsvoll. Wird eine Maske mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten
und einem festen Rand an einem Rahmen mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten
befestigt, kann durch die Wärmebehandlung
der Röhre,
bei der Temperaturen bis zu 450°C
erreicht werden können,
die Maske in dem festen Randbereich unelastisch gedehnt, so dass
die Maske beim Abkühlen
Falten bildet. Ist keine Maske mit festem Rand vorhanden, nehmen
die Randabschirmungen 56 die Ausdehnung des Rahmens 34 mit
hoher Wärmeausdehnung,
die im Vergleich zu der der Spannmaske 32 mit niedriger
Wärmeausdehnung
und Befestigung über
feste Ränder
größer ist,
auf, ohne dass eine nennenswerte Verschiebung der Maskenbänder 44 durch
die dauerhafte Verformung eines Maskenrandes entsteht. Mit der Randabschirmung 56 wird
dies im Allgemeinen dadurch erreicht, dass sie aus einem Material
besteht, das einen der Wärmeausdehnung
des Rahmens ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzt und dadurch eine Faltenbildung während der Wärmebehandlung verhindert. Somit
wird durch Befestigen der einzelnen Maskenbänder 44 an den Auskragungen 52 des
Rahmens 34 die seitliche Ausdehnung der Spannmaske 32 über die
seitliche Ausdehnung des Rahmens 34 gesteuert. In einem
beispielhaften Fall bestehen der Rahmen 34 und die Randabschirmung 56 aus
kohlenstoffarmen legierten Stählen,
die man als Materialien mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten
bezeichnen kann und deren Wärmeausdehnungskoeffizienten
in einem Bereich von 120 bis 160 × 10–7/C° liegen. In diesem Fall bilden
sich keine Falten, selbst dann nicht, wenn die Maske 32 aus
einem Material mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten,
wie z.B. einer Eisen-Nickel-Legierung, besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
im Bereich von 9 bis 30 × 10–7/C° liegt.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt, umfasst die Spannmaske 32 eine
dünne Platte
aus einer Eisen-Nickel-Legierung, die in eine Vielzahl von Bändern 44 geätzt ist.
Die Bänder 44 sind
auf beabstandete parallele Weise auf den Auskragungen 52 ausgerichtet.
Eine vorgegebene Spannung an den Bändern 44 kann durch
Dehnen der Bänder 44 erreicht werden,
indem beispielsweise die Auskragungen 52 zu dem Mittelpunkt
der Maske 32 hin zusammengedrückt werden oder durch beliebige
andere in der Technik bekannte Mittel. An jedem Ende des Rahmens 34 ist über den
Enden der Bänder 44 eine Randabschirmung 56 befestigt,
die mit der äußeren Kante
der Auskragung 52 fluchtet. Die Randabschirmungen 56 kommen
in Kontakt mit den Bändern 44 und
erstrecken sich so bis zum Mittelpunkt der Spannmaske 32,
dass die Kante 54 der Randabschirmung 56 über die
innenliegende Kante 57 der Auskragung 52 hinüberhängt. Wenn
die Randabschirmungen 56 über den Bändern 44 positioniert
sind, wird ein Schweißgerät entlang
der Oberfläche
der Randabschirmung 56 geführt, wodurch die Randabschirmung 56 und
die Bänder 44 sicher über Schweißpunkte 58 an
der Auskragung 52 befestigt werden und dadurch die Spannmaske 32 fertiggestellt
wird. Beim Schweißvorgang
schützt
die Randabschirmung 56 die Bänder 44, um eine unerwünschte Verschiebung
der Bänder
so gering wie möglich
zu halten, wie sie durch die drückende
Wirkung des Schweißgeräts entsteht,
beispielsweise im Fall eines radförmigen Widerstandsschweißgeräts oder
eines ähnlichen
Geräts.
In einer Ausgestaltung bilden die Ränder 56 und die Maskenbän der 44 eine
vormontierte Vorrichtung, bei der die Randabschirmungen 56 vor
dem Schweißen
mit einem Klebstoff präzise an
den Bändern 44 angebracht
werden, wodurch zusätzlich
sichergestellt wird, dass die Bänder 44 ihre Präzisionsausrichtung
beibehalten und dass sich die Bänder 44 durch
den Schweißvorgang
nicht verschieben. Für
solche Anwendungen sind Acrylharze oder Epoxidharze oder auch Silikatbinder
geeignet.
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Beim
Zusammensetzen der Stirnflächenplatte 14 und
der Spannmaske 32 bei der Endmontage der Röhre wird
die Spannmaske 32 auf Stiften (ohne Abbildung), die sich
von der Stirnflächenplatte 14 erstrecken,
befestigt. Die Elektronenkanone 38 erzeugt einen Elektronenstrahl,
dessen Ablenkungszentrum im Wesentlichen und tatsächlich mit
der Bahn zusammenfällt,
der die bei der Herstellung und Festlegung der Phosphorstreifen
auf dem Schirm 28 verwendete Lichtquelle folgt. Bei Verwendung
der in der Technik bekannten Matrix- und Rastervorgänge definieren
die Randabschirmungen 56 die Umfangslinie im Matrixvorgang;
sie definieren außerdem
die Stellen, an denen die Phosphorstreifen in der senkrechten Ausdehnung
enden.
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Indem
sich die Randabschirmung 56 entlang der Enden des Rahmens 34 erstreckt,
wird außerdem
eine Elektronenabschirmung am Rand des aktiven vom Elektronenstrahl
abgetasteten Bereichs erzielt, so dass eine unerwünschte von
den Auskragungen 52 ausgehende Streuung der Elektronen
unter den Bedingungen eines vertikalen Overscans verringert werden
kann. Bei der bevorzugten Ausgestaltung sollte die Dicke der Randabschirmung 56 unter 0,1
Inches (2,54 cm) liegen und sich von der Auskragung 52 bis
zum Mittelpunkt der Maske um wenigstens 0,1 Inches (2,54 cm) erstrecken.
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Nachdem
nun die Ausgestaltungen, die die Lehren der vorliegenden Erfindung
integrieren, aufgezeigt und detailliert beschrieben sind, sind Fachleute
in der Lage, eine Vielzahl anderer Ausgestaltungsvarianten zu entwickeln,
die immer noch im Umfang dieser Lehren liegen, ohne den Geist der
Erfindung zu verlassen. Andere Ausgestaltungen umfassen (1) den
Einsatz von Materialien mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die
Bänder 44 und von
Materialien mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die
Auskragungen 52 und die Randabschirmungen 56,
(2) den Einsatz von Materialien mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten für die Bänder 44,
die Auskragungen 52 und die Randabschirmungen 56 und
(3) den Einsatz von Materialien mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die
Bänder 44,
die Auskragungen 52 und die Randabschirmungen 56.