-
Die vorliegende Erfindung betrifft Farbbildröhren mit darin angeordneten
Schattenmasken und insbesondere Röhren mit Schattenmasken aus Materialien mit
niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie zum Beispiel Eisen-Nickel-
Legierungen.
-
Eine Farbbildröhre enthält eine Elektronenkanone zum Erzeugen von drei
Elektronenstrahlen, die auf den Schirm der Röhre gerichtet werden. Der Schirm liegt auf der
Innenfläche eines Schirmträgers der Röhre und enthält eine Anordnung von
Elementen mit drei verschiedene Farben aussendenden Phosphoren. Eine Lochmaske,
eine sogenannte Schattenmaske, liegt zwischen der Kanone und dem Schirm, damit
jeder Elektronenstrahl nur auf das Phosphorelement auftreffen kann, das zu diesem
Strahl gehört.
-
Die Schattenmaske ist eine dünne Metallschicht, wie zum Beispiel AK-Stahl oder
eine Eisen-Nickel-Legierung, die im geringen Parallelabstand an die Innenfläche des
Schirmträgers der Röhre angepaßt ist. Die Schattenmaske enthält einen großen,
mittleren, mit Löchern versehenen Teil, einen festen Randteil, der den mit Öffnungen
versehenen Teil umgibt, und einen umlaufenden Lippenteil. Der Lippenteil ist von
den anderen Teilen der Maske abgewinkelt und im allgemeinen mit einem
Umfangsrahmen verschweißt, der die Maske innerhalb der Schirmträgerplatte der Röhre trägt.
-
Zur Herstellung einer Schattenmaske wird eine flache Metallschicht zur Bildung der
Öffnungen geätzt, die im allgemeinen aus länglichen Schlitzen oder runden Löchern
bestehen. Danach wird die Schicht in die gewünschte Form gebracht, wie zum
Beispiel kugelförmig oder biradial, und eine Lippe wird durch Umbördeln der
umlaufenden Kante der Schicht gebildet. Wenn eine Maske aus einem AK-Stahl kaltgeformt
wird, entsteht ein bestimmter Betrag an Rückfederung in dem mit Öffnungen
versehenen Teil der Maske, und die Lippe steht etwas nach außen. Für eine 27 V-Röhre
kann dieses Abstehen der Lippe etwa 4,5º betragen. Wenn eine Eisen-Nickel-
Legierung, wie zum Beispiel Invar (36% Nickel-TM Reg. #63,970), in eine
Maskenform kaltgeformt wird, sind die Rückfederung und das Vorstehen der Lippe
nennenswert größer als in einer Maske aus AK-Stahl mit gleicher Abmessung. Für eine
27 V-Röhre
mit einer Invar-Maske beträgt das Abstehen der Lippe etwa 18,8º. Die
Rückfederung und das Abstehen der Lippe in Invar-Masken entstehen durch
Restspannungen, die in den Masken erzeugt werden, wenn sie in ihre Konturen geformt
werden. Im Stand der Technik werden diese Restspannungen wenigstens teilweise
durch Heißformung an Stelle von Kaltverformung der Masken gesteuert. Ein
Verfahren zur Heißformung ist beschrieben in der US-PS 4 536 226, ausgegeben an
Ohtake et al. am 20. August 1985. In dem in diesem Patent beschriebenen Verfahren wird
eine flache Maske zunächst bei einer Temperatur in der Größenordnung von 1173ºK
bis 1473ºK geglüht. Dann wird die Maske bei einer Temperatur im Bereich von 298
ºK bis 473ºK in eine gewölbte Form gepreßt. Dieses Verfahren mit der Heißformung
ist wegen der beteiligten Erwärmung teuer. Es wurde außerdem festgestellt, daß
geringe Temperaturabweichungen entlang einer Maske während des Preßvorgangs
Zufallsabweichungen in den Spannungen entlang der Maske bilden können, die in
einer unvorhersehbaren Rückfederung resultieren.
-
Wegen dieser Nachteile der Heißformung besteht eine Notwendigkeit zur
Entwicklung von Eisen-Nickel-Masken, die mit einer akzeptierbaren Rückfederung und
Lippenabweichung genau kaltgeformt werden können.
-
In dem Dokument EP 0 174196 ist eine besondere Zusammensetzung eines Eisen-
Nickel-Materials beschrieben, die das Problem der Rückfederung vermeiden soll, die
auftritt, wenn die Maske mit einem normalen Invar-Material geformt wird.
-
Die vorliegende Erfindung liefert eine verbesserte Farbbildröhre mit einem Bildschirm
und einer an dem Bildschirm befestigten Schattenmaske. Die Maske hat einen mit
Öffnungen versehenen konturierten Teil und eine umlaufende Lippe. Die
Verbesserung besteht darin, daß die Lippe darin eine Gegenkrümmung aufweist, wobei ein
erster Teil der Lippe, der mit dem mit Öffnungen versehenen konturierten Teil in
Verbindung steht, sich von dem Schirm weg erstreckt, und ein zweiter Teil der Lippe, der
von dem mit Öffnungen versehenen konturierten Teil weiter entfernt ist, sich in
Richtung des Schirms erstreckt.
-
Die Farbbildröhre und das Verfahren der Kaltverformung einer Schattenmaske
gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 1 beziehungsweise 2
angegeben.
-
In der Zeichnung zeigen
-
Fig. 1 eine axial geschnittene Seitenansicht einer die vorliegende Erfindung
enthaltenden Farbbildröhre,
-
Fig. 2 eine Perspektive einer Schattenmaske der Röhre von Fig. 1,
-
Fig. 3 eine Schnittansicht der Maske von Fig. 1 entlang den Linien 3-3,
-
Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht einer Maskenpresse,
-
Fig. 5 bis 9 Schnittansichten einer Maskenpresse mit fünf verschiedenen Schritten
während der Ausbildung der Maske von Fig. 2 und
-
Fig. 10 und 11 Querschnittsprofile einer kaltgeformten Schattenmaske entlang ihrer
Hauptachse beziehungsweise entlang ihrer Nebenachse.
-
Fig. 1 zeigt eine Rechteck-Farbbildröhre 8 mit einem Glasgehäuse 10, das eine
rechteckförmige Schirmträgerplatte 12 und einen röhrenförmigen Hals 14 enthält, die
über einen rechteckförmigen Trichter 16 miteinander verbunden sind. Die Platte 12
enthält einen Schirmträger 18 und einen umlaufenden Flansch oder eine Seitenwand
20, die mit dem Trichter 16 verschmolzen ist. Ein mosaikförmiger Drei-Farben-
Phosphorschirm 22 liegt auf der Innenfläche des Schirmträgers 18. Der Schirm ist
vorzugsweise ein zeilenförmiger Schirm mit vertikal verlaufenden parallelen
Phosphorstreifen. Alternativ kann der Schirm ein punktförmiger Schirm sein. Eine mit
vielen Öffnungen versehene Farbauswahlelektrode oder Schattenmaske 24 ist lösbar in
einem vorbestimmten Abstand zu dem Schirm 22 gelagert. Eine Elektronenkanone
25 ist zentrisch innerhalb des Halses 14 gelagert und erzeugt drei Elektronenstrahlen
und richtet diese entlang konvergenten Wegen durch die Maske 24 auf den Schirm
22.
-
Die Bildröhre gemäß Fig. 1 ist für eine Anwendung mit einer äußeren magnetischen
Ablenkeinheit 28 vorgesehen, die in der Nähe der Verbindung zwischen dem Trichter
und dem Hals liegt. Im Betrieb unterwirft die Einheit 28 die drei Elektronenstrahlen
magnetischen Feldern, die bewirken, daß die Strahlen horizontal und vertikal in
einem rechteckförmigen Raster über den Schirm 22 abgelenkt werden.
-
Die auch in den Fig. 2 und 3 dargestellte Schattenmaske 24 enthält einen mit
Öffnungen versehenen Teil 26 und eine periphere Lippe 30, die den mit Öffnungen
versehenen Teil 26 umgibt. Die Schattenmaske ist in einem Umfangsrahmen 32
gelagert, der in der Schirmträgerplatte 12 gelagert ist, entweder durch (nicht
dargestellte) Haltemittel an den vier Ecken der Schattenmaske oder durch (nicht
dargestellte) Haltemittel entlang den Seiten der Maske.
-
Ein neuer Aspekt der Schattenmaske 24 ist die Form des Querschnitts der Lippe 30.
Die Lippe 30 enthält eine Gegenkrümmung, derart, daß die Lippe einen U-förmigen
Querschnitt aufweist. Diese Gegenkrümmung verringert die Spannungen in einer
kaltgeformten Eisen-Nickel-Maske um ungefähr 50% und "beherrscht" (block) die
Spannungen derart, daß sie sich nicht wesentlich ändern. Die Herstellung und der
Aufbau der Maske 24 werden später beschrieben.
-
Die Maske wird auf einer Schattenmasken-Presse 31 hergestellt, wie sie in Fig. 4
dargestellt ist. Es bestehen zwei Hauptteile der Schattenmasken-Presse 31, eine
obere Stanzanordnung 33 und eine untere Stempelanordnung 34. Die obere
Stanzanordnung 33 enthält ein Stanzteil 36 mit einer unteren Oberfläche, die ähnlich der
gewünschten Form der Schattenmaske geformt ist. Es besteht ein geringer
Unterschied in der Form zwischen dem Stanzteil 36 und der gewünschten Maskenform,
um eine Rückfederung des Materials nach dem Herstellen der Maske zu
ermöglichen. Das Stanzteil 36 ist an einer oberen Platte 38 befestigt, die wiederum mit dem
nicht dargestellten übrigen Teil der Presse über Hydraulikkolben 39 verbunden ist
(von denen nur einer dargestellt ist). Ein gleitend gelagerter Druck- oder Abstreifring
40 umgibt das Stanzteil 36 und steht in Gleitkontakt mit einer Seite davon. Die Lage
des Abstreifrings 40 wird durch getrennte Hydraulikkolben 41 gesteuert (von denen
nur einer dargestellt ist).
-
Die untere Stempelanordnung 34 enthält einen Ausstoßstempel 42, einen
Gegenkrümmungsring 44, der den Ausstoßstempel umgibt, und einen Umlaufstempel 46,
der den Gegenkrümmungsring 44 umgibt. Der Ausstoßstempel 42 ist mit einem
Hydraulikkolben 48 verbunden (von denen nur einer dargestellt ist), der sich durch
Öffnungen in einer Stempel-Aufnahmeplatte 50 erstreckt, die unter dem
Ausstoß
stempel 42 angeordnet ist. Der Umlaufstempel 46 ist mit einem anderen Satz von
Hydraulikkolben 52 verbunden (von denen nur einer dargestellt ist), die sich ebenfalls
durch Öffnungen in der Stempel-Aufnahmeplatte 50 erstrecken. Der
Gegenkrümmungsring 44 ist direkt durch Bolzen 54 mit der Stempel-Aufnahmeplatte 50
verbunden.
-
Die obere Stanzanordnung 33 und die untere Stempelanordnung 34 sind zunächst
voneinander entfernt, und eine flache Schattenmaske 56 wird zwischen ihnen
angebracht. Dann werden die Kolben 41 betätigt, um die Maske 56 zwischen dem
Abstreifring 40 und dem Stempel 46 einzuklemmen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Als
nächstes werden die Kolben 39 betätigt, und das Stanzteil 36 wird abgesenkt, bis es
die Maske 56 gegen den Ausstoßstempel 42 drückt und dadurch die Maske 56 wölbt,
wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Das Stanzteil 36 bewegt sich weiter nach unten, drückt
gegen den Ausstoßstempel 42, bis ein Lippenteil der Maske 56 den
Gegenkrümmungsring 44 etwa zur Hälfte umfaßt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Als nächstes
werden die Kolben 52 betätigt, und der Stempel 46 wird abgesenkt und gibt dadurch
die Kanten der Maske 56 frei, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Schließlich werden die
Kolben 41 betätigt, senken den Abstreifring 40 ab und bewirken, daß er den Endteil
der Lippe der Maske gegen den Gegenkrümmungsring 44 drückt und dadurch die
Gegenkrümmung in der Maske bildet, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.
-
Die Maßnahme, eine Gegenkrümmung in der Lippe einer Eisen-Nickel-
Schattenmaske vorzusehen, war das Ergebnis einer intensiven Studie in der
Maskenherstellung, die durchgeführt wurde, um ein Verfahren zur Kaltverformung von
Eisen-Nickel-Schattenmasken zur finden. Die Studie enthielt Arbeiten an AK-
Stahlmasken und Eisen-Nickel-Masken, so daß Vergleiche durchgeführt werden
konnten. Während der Untersuchung wurden Invar-Schattenmasken zunächst unter
Anwendung derselben Preßtechniken kaltverformt, die vorher für AK-Stahl-Masken
angewendet wurden. Die voll ausgezogenen Linien 60 und 62 in den Fig. 10
beziehungsweise 11 zeigen die Querschnitte einer Invar-Schattenmaske, nachdem sie
kaltverformt wurde. Fig. 10 zeigt eine Kontur entlang der Hauptachse der Maske, und
Fig. 11 zeigt eine Kontur entlang der Nebenachse der Maske. Die gestrichelten Linien
60' und 62' in den Fig. 10 beziehungsweise 11 zeigen dieselbe Maske nach der
Entfernung der beiden kleinen Abschnitte der Maskenlippe in jeder der vier Ecken der
Maske. In Fig. 10 und 11 ist ersichtlich, daß ein Abschneiden der Maskenecken ein
Aufspringen der Maskenlippe bewirkt und ein Teil des gewölbten Teils der Maske
eine entgegengesetzte Krümmung hat. Das Herausspringen und die
entgegengesetzte Krümmung zeigen, daß die Maske ursprünglich unter nennenswerter
Spannung stand, die durch eine Spannung in der Maskenlippe ausgeglichen wurde, bevor
die Lippe in den Maskenecken abgeschnitten wurde.
-
In anderen Untersuchungen wurden Versuche durchgeführt, um die Art der
Spannungen in den Invar-Masken zu ermitteln, und wo die Spannungen während des
Kaltverformungsvorgangs erzeugt wurden. In diesen Untersuchungen wurden die
Maskenformen und die Lippenformen nach jeder Stufe der Maskenherstellung
überprüft. Wenn eine Invar-Maske nur geklemmt wurde, so wie zwischen dem
Abstreifring und dem Stempel, wie in Fig. 5 gezeigt, wurde festgestellt, daß die ausgebildete
Krümmung in der Invar-Maske nur etwa 40% der einer Maske aus AK-Stahl betrug
und daß der mit Öffnungen versehene Teil der Invar-Maske eine ungleichmäßige
Form mit konkaven Oberflächen auf beiden Seiten entlang der Hauptachse aufwies.
Außerdem wurden die Enden der Lippenabschnitte entlang der Hauptachse der
Invar-Maske nach außen gebogen. Wenn die Invar-Maske in eine gewölbte Form
gepreßt wurde, wie in Fig. 6 dargestellt, wurde festgestellt, daß die gekrümmte
Oberfläche der geklemmten Lippe um 80% mit der der Maske aus AK-Stahl in den
Lippenbereichen übereinstimmte. Die gewölbte Fläche war auch flacher als die Maske aus
AK-Stahl und hatte eine geringe sichtbare Welligkeit in den Ecken der gewölbten
Fläche. Wenn jedoch die Maskenlippe halb umgelegt wurde, wie in Fig. 7, ergab sich
ein überraschendes Ergebnis. Das halbe Umlegen beseitigte alle vorhergehenden
Unterschiede in dem Aussehen zwischen der Invar- und AK-Stahl-Maske. Die
gebildeten Konturen der Invar-Maske und der Maske aus AK-Stahl waren nahezu
identisch. Offenbar war bei der halb umgelegten Lippe die Invar-Maske steif genug, die
Rückfederung der gewölbten Fläche der Maske zu überwinden. Wenn die
Verformung fortgesetzt wurde, um die Bildung der Lippe zu vervollständigen, hatte es den
Anschein, daß die Spannungen, die während des halben Umlegens "beherrscht"
wurden, sich lösten und ein relativ starker Betrag an Rückfederung auftrat.
-
Untersuchungen, wie sie oben beschrieben wurden, zeigten, daß Eisen-Nickel-
Legierungen- oder Invar-Masken in brauchbare Masken kaltgeformt werden können,
wenn die Maskenlippe während der Verformung halb umgelegt wurde und die
Spannungen in der Lippe etwas beherrscht wurden. In einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird die Druckbeanspruchung in dem halbumgelegten Teil der
Lippe durch die Gegenkrümmung des äußeren Teils der Lippe beherrscht, so daß
die Lippe eine U-Form hat. Die endgültige Form der Lippe bringt den äußeren Teil
der Lippe in eine Spannung, die jedes Falten an den Kanten der Lippe vermeidet und
so die Lippenkante gerade ausbildet.