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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Farbkathodenstrahlröhre mit
einem weitestgehend flachen Bildschirm, und genauer eine eine solche
Röhre ausstattende
Anordnung aus einem Rahmen und einer Farbauswahlmaske.
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Die
Erfindung findet Anwendung in jeder Art von Röhre mit einer Farbauswahlmaske;
sie ist insbesondere auf die Röhren
abgestimmt, deren Maske durch Tiefziehen hergestellt und innerhalb
der Röhre durch
einen steifen Rahmen festgehalten ist, mit dem sie fest verbunden
ist.
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Eine
herkömmliche
Farbkathodenstrahlröhre ist
durch eine Vakuum-Glashülle
gebildet. Innerhalb der Hülle
weist die Röhre
eine Farbauswahlmaske auf, die in einem genauen Abstand zu der Röhren-Glasvorderseite
angeordnet ist, auf welcher rote, grüne und blaue Leuchtstoffgitter
angeordnet sind, um einen Schirm zu bilden. Eine Elektronenkanone ist
innerhalb der Röhre
in deren hinterem Teil nach der Richtung der Längsachse der Röhre angeordnet, wobei
die Achse durch die Mitte der Vorderseite geführt ist, wobei die Kanone drei
elektronische Strahlen zu der Vorderseite hin erzeugt. Eine in der
Regel außerhalb
der Röhre
und nahe der Elektronenkanone angeordnete Vorrichtung zur elektromagnetischen Ablenkung
hat die Aufgabe, die elektronischen Strahlen abzulenken, damit sie
die Oberfläche
des Paneels abtasten, auf der die Leuchtstoffgitter angeordnet sind.
Unter der Einwirkung dreier elektronischer Strahlen, die jeweils
einer bestimmten Grundfarbe entsprechen, ermöglichen die Leuchtstoffgitter
die Wiedergabe von Farbbildern an dem Bildschirm, wobei die Maske
es jedem bestimmten Strahl ermöglicht,
lediglich den Leuchtstoff mit der zugeordneten Farbe zu bestrahlen.
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Die
Farbauswahlmaske muss während
des Betriebs der Röhre
in einer genauen Stellung innerhalb der Röhre angeordnet und festgehalten
sein. Die Masken-Festhaltefunktionen werden mit Hilfe eines metallischen,
rechteckigen, in der Regel sehr steifen Rahmens, mit dem die Maske
herkömmlicherweise
verschweißt
ist, realisiert.
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Die
Rahmen-Maske-Anordnung ist in der Vorderseite der Röhre mit
Hilfe von Aufhängungsmitteln
montiert, die mit dem Rahmen verschweißt sind und mit Blöckchen zusammenwirken,
die in das die Vorderseite der Röhre
bildende Glas eingesetzt sind.
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Die
Farbauswahlmaske ist aus einer metallischen Folie mit einer sehr
geringen Dicke hergestellt und weist eine so genannte effektive
Fläche
auf, in der Öffnungen
ausgebildet sind, die durch chemisches Ätzen realisiert werden und
in der Regel in vertikalen Spalten angeordnet sind; die effektive
Fläche ist
von einem nicht durchbrochenen Umfangsrand umgeben; eine in der
Regel durch Tiefziehen hergestellte Schürze umgibt das Ganze und erstreckt
sich dabei in einer im Wesentlichen senkrecht zu der effektiven
Fläche
verlaufenden Richtung. Die Maske ist durch Punktschweißen an der
Schürze
mit dem Rahmen fest verbunden.
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Der
in der Regel rechteckige Rahmen weist ein Paar von Längsseiten
und ein Paar von kurzen Seiten mit einem in der Regel L-förmigen Querschnitt auf.
Der Rahmen muss eine ausgezeichnete Steifigkeit aufweisen, aufgrund
deren die Rahmen-Maske-Anordnung ohne Verformung die zahlreichen Handhabungen
erfahren kann, die während
der Schritte des Verfahrens zur Herstellung einer Kathodenstrahlröhre vorgenommen
werden, wie in dem Patent
US
4 639 230 erklärt
ist.
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Um
diesen Steifigkeitsgrad zu erreichen, haben die Rahmen gemäß dem Stand
der Technik einen dicken Querschnitt und ein beträchtliches
Gewicht, was zwei Nachteile aufweist:
- – das Endgewicht
der Röhre,
das aufgrund des Gewichts des Rahmens, das in der Regel mindestens
drei Mal das Gewicht der Maske erreicht, beträchtlich ist;
- – die
Endkosten der Röhre
aufgrund der beträchtlichen
Materialkosten des Rahmens.
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Es
wurde ferner festgestellt, dass eine durch Tiefziehen hergestellte
Maske eine sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber der Erhitzung aufweist,
die dadurch verursacht wird, dass ca. 70% der durch die Kanone ausgesendeten
Elektronen von der Maske abgefangen werden. Der Grund für diese
Empfindlichkeit liegt in dem beträchtlichen Massenunterschied
zwischen Rahmen und Maske, welcher bewirkt, dass das thermische
Verhalten der beiden Teile für
Anordnungen gemäß dem Stand
der Technik sehr unterschiedlich ist.
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Unter
anderen Vorteilen ermöglicht
es der erfindungsgemäße Rahmen,
das Gewicht der für
die Herstellung der Rahmen-Maske-Anordnung
verwendeten Materialien zu verringern und dabei das thermische Verhalten
der Anordnung zu verbessern.
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Hierzu
umfasst die erfindungsgemäße Röhre eine
Röhre nach
Anspruch 1.
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Die
Erfindung und ihre unterschiedlichen Vorteile werden anhand der
nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen besser verständlich.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine
perspektivische Ansicht, teilweise in einer Explosionszeichnung,
einer Rahmen-Maske-Anordnung für
Kathodenstrahlröhren
gemäß dem Stand
der Technik;
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2A, 3B, 3C Front-
und Seitenansichten einer erfindungsgemäßen Rahmen-Maske-Anordnung;
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4A und 4B einen
Vergleich zwischen dem Stand der Technik und der Erfindung in Schnittansichten
der Rahmen-Maske-Anordnung.
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In 1 ist
anhand einer Schnittansicht der Aufbau einer Farbkathodenstrahlröhre gezeigt.
In einer solchen Röhre 10 befindet
sich eine Rahmen-Maske-Anordnung 20 mit einer Schattenmaske 21,
deren gebogene Fläche
durch Tiefziehen einer Stahlfolie oder einer Folie aus einer Invar-Legierung hergestellt
ist und in einem genauen Abstand zu einem Leuchtstoffschirm 11 angeordnet
ist, der auf der Glasvorderseite 1 der Röhre angeordnet
ist; die Maske ist durch einen steifen Rahmen 22 festgehalten, mit
dem sie durch Schweißung
an ihrer Umfangsschürze 23 fest
verbunden ist, die derart gefalzt ist, dass sie sich in das Innere
des Rahmens in einer im Wesentlichen parallel zu der Längsachse
Z verlaufenden Richtung erstreckt. Der Rahmen selbst ist rechteckig
geformt mit mindestens teilweise einen L-förmigen Querschnitt aufweisenden
Seiten, mit einem sich in einer parallel zu der Längsachse
verlaufenden Richtung erstreckenden Seitenteil 24 und einem
im Wesentlichen senkrecht zu diesem Seitenteil verlaufenden Flansch 25.
Der Flansch 25 und der Seitenteil 24 sind miteinander
an dem unteren Rand 26 des Seitenteils verbunden, der von
dem Schirm am weitesten entfernt ist.
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Die
Röhre umfasst
einen trichterförmigen hinteren
Teil 30, der mit einem zylindrischen Hals 31 endet,
in dem sich eine Elektronenkanone 40 befindet, die drei
Elektronenstrahlen 41 in Richtung der Farbauswahlmaske 21 erzeugt.
Die elektronischen Strahlen tasten die Schirmfläche 11 unter der Einwirkung
der Vorrichtung zur magnetischen Ablenkung 50 ab.
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2 verdeutlicht
ein Beispiel einer Rahmen-Maske-Anordnung
gemäß dem Stand
der Technik wie sie beispielsweise in dem Patent
US 6 064 146 beschrieben ist. Der
massive Rahmen weist einen weitestgehend rechteckigen Verbindungsrand
26 und
einen Flansch
25 auf, der in den Ecken des Rahmens eine
geringere Breite aufweist, um das Gewicht des Rahmens zu verringern,
ohne dessen Steifigkeit zu verändern.
Bei einem derartigen Aufbau besteht jedoch ein beträchtlicher
Unterschied zwischen den Massen des Rahmens und der Maske, die in
der Regel in einem Verhältnis
stehen, das größer als oder
gleich drei ist.
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Während des
laufenden Betriebs der Röhre gelingt
es ca. 20 bis 30 der von der Kanone ausgesendeten Elektronen, die
Maske durch die Öffnungen durchzuqueren,
die auf deren dem Schirm entgegengesetzten Fläche angeordnet sind. Die Elektronen werden
somit zu einem großen
Teil von der Farbauswahlmaske 21 abgefangen und treffen
ebenfalls auf deren Tragrahmen 22. Folglich erfahren der
Rahmen und die Maske eine Wärmeausdehnung,
und, wenn der Rahmen und die Maske aus demselben Material, beispielsweise
aus Stahl hergestellt sind, dehnt sich die Maske aufgrund des beträchtlichen
Unterschieds zwischen den Massen der beiden Bestandteile schneller
als der Rahmen aus. Die an ihrem Umfang von dem Rahmen festgehaltene
Maske wölbt
sich dann (dieses Phänomen
wird mit „Doming" bezeichnet), und
der Abstand zwischen ihrer Fläche
und dem Leuchtstoffschirm verändert
sich, bis die Anordnung ein thermisches Gleichgewicht erreicht.
Die Veränderungen
des Abstandes zwischen Maske 21 und Schirm 11 bewirken
Ausbleichungen des Bilds auf dem Bildschirm, da die Elektronenstrahlen
die ihnen zugeordneten Leuchtstoffe nicht mehr korrekt bestrahlen.
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Es
wurde entdeckt, dass zwei Faktoren das Auftreten dieses Übergangsphänomens beeinflussen:
- – das
Massenverhältnis
zwischen Rahmen und Schirm, das unter 2 liegen muss, so dass die
zur Erreichung des thermischen Gleichgewichts durch die Rahmen-Maske-Anordnung erforderliche
Zeit, die in der Regel in der Größenordnung von
anderthalb Stunden liegt, minimiert wird;
- – der
Temperaturgradient an der Oberfläche
der Maske, der gemäß dem Stand
der Technik bewirkt, dass die Temperatur in der Schirmmitte maximal
und an den Rändern
minimal ist. Je geringer der Temperaturgradient ist, desto weniger
sichtbar sind die Doming-Phänomene.
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Die
Temperatur an dem Umfang der Maske unterliegt Grenzbedingungen:
Kontakte mit dem Rahmen, thermische Trägheit des Rahmens, Formen der
Rahmenränder,
die es den elektronischen Strahlen ermöglichen, auf die gefalzte Umfangsschürze 23 der
Maske zu treffen.
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In
den 3A, 3B, 3C ist
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Rahmen-Maske-Anordnung
in unterschiedlichen Ansichten gezeigt.
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3A zeigt
einen erfindungsgemäßen Rahmen 122 in
einer Ansicht von hinten. Der weitestgehend rechteckige Rahmen weist
zwei Längsseiten 121 und
zwei kurze Seiten 120 auf. Die Rahmenseiten haben einen
L-förmigen
Querschnitt mit Flanschen 125 für die kurzen Seiten und 125' für die Längsseiten,
die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse Z verlaufen. Die Flansche
sind durch Innenränder 130 für die kurzen
Seiten und 127 für
die Längsseiten
sowie durch Außenränder 131 für die kurzen
Seiten und 126 für
die Längsseiten
abgegrenzt. Die Rahmenseiten weisen ferner einen Seitenteil 124 für die kurzen
Seiten und 124' für die Längsseiten
auf, welcher im Wesentlichen flach ist und parallel zu der Längsachse
Z verläuft.
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Die
kurzen Seiten weisen einen Flansch auf, dessen Breite von der Mitte
aus zu den Enden hin derart variiert, dass die Breite 150 des
Flanschs in dessen Mitte geringer ist als die Breite 151 an
dessen Enden. Dadurch weisen die Innenränder 130 der kurzen
Seiten eine Konkavität
auf, die nach innen gewandt ist, um das Abfangen der Elektronenstrahlen auf
einem größeren Teil
der Fläche
der mit dem Rahmen verschweißten
Maskenschürze
zu ermöglichen. Die 4A und 4B stellen
in einem Querschnitt nahe der Mitte einer kurzen Seite beziehungsweise nahe
deren Ende die unteren Grenzen der Schürze dar, die bei einem Rahmen
gemäß dem Stand
der Technik (gestrichelt) und gemäß der Erfindung (durchgezogene
Linien) von den Elektronenstrahlen erreicht werden können.
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Die
elektronischen Strahlen erreichen die Mitten der kurzen Seiten unter
Einfallswinkeln, die in der Mitte der Rahmenseiten größer sind
als an deren Enden. Wenn der Flansch eine konstante Breite aufweist
(gestrichelte Linien), ist die Maskenschürze den elektronischen Strahlen
in ihrer Mitte weniger ausgesetzt als an ihren Enden, während die
Elektronenstrahlen, wenn die Breite von den Enden zur Mitte hin
abnimmt (durchgezogene Linien), eine weitestgehend konstante Breite
der Schürze
entlang dem Teil dieser, der mit der kurzen Seite des Rahmens verschweißt ist,
erreichen können.
Daraus ergibt sich eine besser verteilte Erhitzung der Maske mit
einem geringen Temperaturgradienten zwischen den verschiedenen Maskenteilen.
Der Innenrand 130 des Flansches weist somit eine nach innen
gewandte Konkavität
mit einem mittleren Biegeradius auf, der geringer ist als der mittlere
Biegeradius seines Außenrandes 131.
In einem in den 3A, 3B, 3C verdeutlichten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
für eine
Röhre mit
einer Bildschirmdiagonale in der Größenordnung von 60 cm hat der
Rahmen mit dem Format 16/9 einen unteren Rand 130 mit einem
mittleren Biegeradius von ca. 1,1 m und einem unteren Rand 131 mit
einem Biegeradius in der Größenordnung
von 2,2 m.
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Die
gebogene Form des Flanschs bietet eine hohe mechanische Steifigkeit
des Rahmens, mit der sich eine Verringerung der für die Herstellung
des Rahmens eingesetzten Metallmenge erzielen lässt. Die Steifigkeit der Rahmen-Maske-Anordnung
kann dadurch verbessert werden, dass die gebogene Form der Flansche
der kurzen Seiten mit Flanschen der Längsseiten gekoppelt werden,
die im Gegenteil in der Mitte eine Breite 160 aufweisen,
die größer ist als
die Breite 161 an den Enden. In dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 3A, 3B, 3C weist
der Innenrand 127 des Flanschs eine dem Rahmenäußeren zugewandten
Konkavität
auf, und der Außenrand 126 weist
eine nach innen gewandte Konkavität auf. Die Biegeradien von
Außenrand
und Innenrand liegen in der Größenordnung
von 7 m beziehungsweise 7,3 m.
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Obwohl
der erfindungsgemäße Rahmenaufbautyp
an alle Typen von Aufhängungsmitteln
in der Röhre
der Rahmen-Maske-Anordnung
angepasst werden kann, wird die Steifigkeit der Anordnung, wenn
diese in die Röhre
eingesetzt worden ist, durch in den Ecken angeordnete Aufhängungsmittel
verbessert. So können
Aufhängungsfedern
in den Ecken 140 des Rahmens angeordnet sein, um mit Glöckchen 2 zusammenzuwirken,
die in die Glasschürze
des Vorderteils 1 der Röhre
eingesetzt sind. Dadurch ist es gleichzeitig möglich, die für die Herstellung
des Rahmens eingesetzte Materialmenge zu verringern und eine Rahmen-Maske
Anordnung aus Stahl zu verwenden – einem Material, das weniger als
eine Invar-Legierung kostet.
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In
der Ausführungsform
gemäß 3A bis 3C wurde
festgestellt, dass das thermische Verhalten der Rahmen-Maske-Anordnung verbessert wurde,
sobald das Verhältnis
zwischen Maskengewicht und Rahmengewicht 0,5 überstieg und vorzugsweise gegen
1 tendierte. Für
eine Röhre
mit einer 60-cm-Bildschirmdiagonale und dem Format 16/9 ist die
ausgewählte
Maske demnach aus einem Stahl mit einer Dicke von 0,25 mm, während der
Rahmen aus demselben Material eine Dicke von 0,5 mm hat; daraus
ergeben sich eine Maske mit einem Gewicht von ca. 340 g und ein
Rahmen von ca. 450 g, was zu einem Massenverhältnis von ca. 0,75 führt.