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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Ausbildung
eines Ausbeulungsverhinderungsmaterials einer Lochmaske.
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Eine
Farbbildröhre
des Lochmaskentyps arbeitet mit Elektronenstrahlen, die von einer
Elektronenkanone ausgesandt werden und durch Öffnungen der Lochmaske hindurchgelangen,
so daß sie auf
R-, G- bzw. B-Pixeln (Bildpunkten) auf einer Phosphorschicht auftreffen.
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Allerdings
gelangt nur ein Teil der Elektronenstrahlen durch die Öffnungen
der Lochmaske, und der Rest trifft auf die Innenoberfläche der
Lochmaske auf, so daß diese
sich aufheizt. Dies führt
dazu, daß sich
die Lochmaske thermisch ausdehnt und ausbeult, so daß die Position
der Öffnungen
in bezug auf den Elektronenstrahl geändert wird. Daher ist es erforderlich,
diese Änderung
zu kompensieren.
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In 5 ist
eine konventionelle Lochmaske 1 gezeigt, die an einem Gestell 3 befestigt
ist, welches an einer Platte durch eine Feder 5 angebracht
ist.
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Auf
der Innenoberfläche
der Platte 7 ist eine Phosphorschicht abgelagert, die Phosphorpixel
enthält,
die Licht in den Farben Rot (R), Grün (G) bzw. Blau (B) aussenden.
Die Lochmaske 1 ist in einem vorbestimmten Abstand von
der Phosphorschicht angeordnet.
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Weiterhin
besteht die Lochmaske 1 üblicherweise aus Reineisen,
beispielsweise aus Aluminium-beruhigtem Stahl (AK-Stahl). Derartiger
AK-Stahl weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa
11,7 × 10–6/K
auf.
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Im
Betrieb der Röhre
gelangen von einer Elektronenkanone ausgesandte Elektronenstrahlen durch
zugehörige Öffnungen
der Lochmaske 1 und treffen korrekt auf den anvisierten
Phosphorpixeln auf, um ein Bild anzuzeigen.
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Allerdings
treffen etwa 80% der Elektronenstrahlen auf die Innenoberfläche der
Lochmaske auf, wodurch sich die Temperatur der Lochmaske auf etwa
80 bis 90°C
erhöht.
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Dies
führt dazu,
daß sich
die Lochmaske 1 thermisch ausdehnt und so ausbeult, wie
in 5 gestrichelt dargestellt ist, so daß die Wege
der Elektronenstrahlen, die durch die Lochmaske hindurchgelangen,
gegenüber
den Phosphorpixeln verschoben werden, wodurch der Weißabgleich
verschlechtert wird. Es wird nämlich
der Weg des Elektronenstrahls von einer Position B1 zu einer Position
B2 verschoben, und daher wird der entsprechende Phosphorpixel ebenfalls
von einer Position P1 zu einer Position P2 verschoben.
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Zur
Lösung
der voranstehend geschilderten Schwierigkeit wurden Lochmasken vorgeschlagen, die
aus einer Invar-Legierung
bestehen, die einen extrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aufweist, wie in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr.
S59-59861 und den US-Patenten
Nr. 674 924 und 4 528 246 beschrieben.
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Allerdings
ist eine Invar-Legierung schwierig zu verformen, und ist darüber hinaus
teuer, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden.
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Daher
schlägt
das koreanische Patent Nr. 85-1589 BA, entsprechend der US-Patentschrift
US 4 442 376 , ein Verfahren
zur Ausbildung einer Elektronenabstrahlschicht auf der Lochmaske
vor, um das Ausbeulungsproblem zu lösen. Das europäische Patent
Nr. 139 379 B1 beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung einer Schicht
mit geringer Ausdehnung auf der Lochmaske.
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US 4 671 776 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung einer Farbbildröhre, das folgende Schritte
umfasst:
Ausbildung einer Schattenmaske mit einem Hauptoberflächenteil,
in dem eine große
Zahl von Öffnungen geformt
wird; Beschichten zumindest einer Oberfläche des Hauptoberflächenteils
mit einem Keramikmaterial;
Wärmebehandlung der Schattenmaske,
wodurch das Keramikmaterial mit der Oberfläche chemisch gebunden wird,
und Erzeugen eines Phosphorschirms. Durch die Keramikmaterialschicht
konnte die thermische Ausdehnung der Schattenmaske unterdrückt werden.
JP-A-07 254373 beschreibt eine Farbkathodenstrahlröhre mit
einer Schattenmaske, die eine wasserfesten und wärmebeständigen Überzug aufweist, und deren
Herstellungsverfahren. Die Schattenmaske weist ein Schattenmaskensubstrat und
einen darauf geformten Überzug
auf, der feine Teilchen aus Wolframoxid und/oder Bismutoxid und ein
Aluminiumphosphat enthaltendes Bindemittel enthält. "ABC der Reprotechnik", H. Seichter, Verlag Schiele & Schön, Berlin,
1980, 8. Auflage, S. 253–255,
beschreibt das Siebdruckverfahren mit verschiedenen Arten des Aufbringens
der Zeichnung auf das Sieb.
US
5 005 396 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Formen eines Blechzuschnitts, insbesondere zur Herstellung einer
Maske einer Kathodenstrahlröhre,
wobei das Blech bei der Formung ohne Wärmezufuhr durchgeführt wird,
um die nachteilige Verformung des Lochrasters und das Auftreten von
Oxiden sowie die Notwendigkeit eines Abbeizens und einer Kühlung im
Mittel des Blechzuschnitts zu vermeiden.
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Da
jedoch sämtliche
voranstehend geschilderten Verfahren technisch kompliziert sind,
ist es schwierig, diese Verfahren in die reale Produktion umzusetzen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Verfahrens zur Herstellung einer Lochmaske für eine Farbbildröhre mit
einem erheblich einfacheren Herstellungsverfahren, wobei eine geringe
thermische Ausdehnung, eine hohe Reflexion von Elektronen, und ein
Wärmeabstrahlungseffekt
zur Verfügung
gestellt werden.
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Die
voranstehenden und weitere Ziele werden gemäß der Erfindung durch ein Verfahren
zur Herstellung einer Lochmaske (21, 210, 211)
für eine Farbbildröhre erreicht,
welches folgende Schritte umfaßt:
- a) Ausbildung eines Musters (33') entsprechend den Öffnungen
(23) der Lochmaske auf einem Maschensieb (31),
das an einem Rahmen (35) befestigt ist;
- b) Anordnung einer flachen Lochmaske aus aluminiumberuhigtem
Stahl unterhalb des Siebes (31);
- c) Drucken einer Schicht (27) auf eine erste Seite der
Lochmaske durch Drücken
von Pasten aus einem Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
durch das Sieb (31) unter konstantem Druck entlang einer
Richtung; und
- d) Verformung der Lochmaske zur Ausbildung eines Rand- und eines
Wulstabschnittes der Lochmaske unter Druck.
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Vorzugsweise
weisen die Pasten (27')
ein Metall oder mehrere Metalle oder ein Oxid auf, die aus der Gruppe
ausgewählt
sind, welche Wolfram, Wolframcarbid und Bismut umfaßt.
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Gemäß einem
wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Schritt des
Druckens der Schicht zur Steigerung der Schichtdicke zwei- oder mehrfach
durchgeführt.
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Falls
erforderlich, wird auf der zweiten Seite der Lochmaske eine Schicht
gemäß den Schritten
a) bis c) aufgebracht.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Merkmal umfaßt das Verfahren weiterhin
den Schritt, bei dem die Lochmaske nach Durchführung der Schritte a) bis d)
in einem neutralen oder reduzierenden Heizofen gehärtet wird,
um eine Materialdiffusion zwischen der gedruckten Schicht und dem
Maskenstahl zu ermöglichen,
um so eine Stahllegierung zwischen der Schicht und der flachen Lochmaske
aus AK-Stahl zu erhalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
die Temperatur des reduzierenden Heizofens auf etwa 850 bis 1200°C eingestellt.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
Schnitt-Teilansicht einer Lochmaske, die durch ein Verfahren gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;
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2A bis 2E Ansichten
eines Verfahrens zur Herstellung einer Lochmaske gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Schnitt-Teilansicht einer Lochmaske, die durch ein Verfahren gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;
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4 eine
Schnitt-Teilansicht einer Lochmaske, die durch ein Verfahren gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird; und
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5 eine
Schnittansicht einer konventionellen Farbbildröhre.
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Zwar
wird die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
und Beispielen beschrieben und erläutert, jedoch wird darauf hingewiesen,
daß nicht angestrebt
ist, die Erfindung auf diese speziellen Ausführungsformen und Beispiele
einzuschränken.
Im Gegensatz hierzu sollen sämtliche
alternativen Ausführungsformen,
Abänderungen
und Äquivalente
vom Umfang und Wesen der vorliegenden Erfindung umfaßt sein,
die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben,
und von den Patentansprüchen
umfaßt
sein sollen.
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Nunmehr
wird im einzelnen auf die vorliegende Erfindung Bezug genommen,
deren Beispiele in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. Soweit möglich, werden dieselben Bezugszeichen
in sämtlichen
Zeichnungen durchgängig
verwendet, um gleiche oder entsprechende Teile zu bezeichnen.
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In 1 ist
ein Teil einer Lochmaske 21 dargestellt, die durch ein
Verfahren gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
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Die
Lochmaske 21 weist eine Lochmaske 25 aus AK-Stahl
auf, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 11,7 × 10–6/K
aufweist, und ist mit mehreren Öffnungen
versehen, durch welche Elektronenstrahlen hindurchgehen. Die AK-Stahl-Lochmaske 21 ist
auf einer Oberfläche
beschichtet, welche einer (nicht gezeigten) Elektronenkanone gegenüberliegt,
und zwar mit einer Schicht 27 aus einem Material mit niedrigem
thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
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Die
Schicht 27 weist ein oder mehrere Materialien auf, die
aus der Gruppe ausgewählt
sind, welche aus Wolfram (W), Wolframcarbid (WC) und Bismut (Bi)
besteht.
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Die
Schicht 27 ist so ausgebildet, daß ihre Dicke weniger als 50 μm beträgt, so daß dann,
wenn die Strahlen durch die Öffnungen
hindurchgehen, die Durchlaßeigenschaften
für die
Strahlen nicht beeinträchtigt
werden.
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Nunmehr
wird das Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lochmaske 21 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den 2A bis 2E beschrieben.
In einem ersten Schritt wird ein Maschensieb 31, welches
aus Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Edelstahl,
Polyester und Nylon besteht, auf einem Rahmen 35 angebracht.
Dann wird ein Fotolackmaterial 33 auf die vollständige Oberfläche des
Maschensiebes 31 mit konstanter Dicke aufgebracht, und
dann getrocknet (siehe 2A).
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Dann
wird in einem zweiten Schritt das Fotolackmaterial 33,
welches das Maschensieb 31 abdeckt, mit Licht von einer
Lichtquelle 20 durch die Lochmaske 25 aus AK-Stahl
(siehe 2B) belichtet, und der unbelichtete
Anteil des Fotolackmaterials 33 wird geätzt, wodurch – wie aus 2C hervorgeht – ein Fotolackmuster 33' entsprechend
den Öffnungen 23 der
Lochmaske 25 aus AK-Stahl erzeugt wird, wie in 2C gezeigt
ist.
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Im
dritten Schritt wird das Maschensieb 31, mit welchem die
voranstehend geschilderten Verfahrensschritte durchgeführt wurden,
auf einem Siebdrucker angebracht, der im Stand der Technik wohlbekannt
ist. Dann wird eine Metallpaste 27' auf der oberen Oberfläche des
Maschensiebes 31 mit konstanter Dicke (siehe 2C)
aufgebracht. Die Paste weist ein oder mehrere Materialien auf, die
unter W, WC und Bi ausgesucht wurden.
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Dann
wird im vierten Schritt die Lochmaske 25 unterhalb des
Maschensiebes oder Siebgitters 31 angeordnet, welches mit
dem Fotolackmuster 33' versehen
ist, und dann wird die Metallpaste 27' durch einen Quetscher 39 angedrückt, wodurch
sie in der Richtung bewegt wird, daß die Metallschicht 27 auf die
Lochmaske 25 aus AK-Stahl aufgedruckt wird (siehe 2D),
wodurch die in 2E gezeigte Lochmaske 21 erhalten
wird. Dieser Schritt kann zweimal oder häufiger wiederholt werden, falls
erforderlich, etwa um die Dicke der Schicht 27 zu erhöhen, oder
ein Material aus einem anderen Metall aufzudrucken. Weiterhin ist
es möglich,
die Dicke der Schicht 27 entsprechend der Arten des Maschensiebes
und der Paste einzustellen, und entsprechend dem Druck und der Geschwindigkeit
des Druckvorgangs.
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In
einem fünften
Schritt wird die Lochmaske 25 druckbeaufschlagt, um einen
Randabschnitt und einen Wulstabschnitt der Lochmaske auszubilden, wodurch
dann eine fertige Lochmaske erhalten wird.
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Die
Schicht 27, die durch die voranstehend geschilderten Schritte
hergestellt wird, dient als Schicht mit niedriger thermischer Ausdehnung,
und als Reflexionsschicht für
Elektronen und als Wärmeabstrahlschicht,
um eine Ausbeulung der Lochmaske 25 zu
unterdrücken.
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Im
einzelnen weist das für
die Schicht 27 verwendete Material einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von weniger als 4,5 × 10–6/K
auf. Dies zeigt, daß die
Wärmeausdehnung
der Lochmaske wesentlich verringert werden kann, wenn man berücksichtigt,
daß der
AK-Stahl eine Wärmeausdehnung
von etwa 11,7 × 10–6/K
aufweist.
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Da
jedes der Materialien W, WC und Bi einen relativ hohen Elektronenreflexionswirkungsgrad
von etwa 0,45 bis 0,50 aufweist, wird das Ausmaß der Extinktion der auf die
Lochmaske auftreffenden Elektronenstrahlen verringert, wodurch eine
Ausbeulung der Lochmaske unterdrückt
wird.
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Darüber hinaus
weist jedes der Materialien W, WC und Bi einen relativ hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad
von etwa 0,8 bis 0,9 auf, und auch dies trägt zur Unterdrückung der
Ausbeulung der Lochmaske bei.
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3 zeigt
eine Lochmaske 210, die durch ein Verfahren gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
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Die
Lochmaske 25 aus AK-Stahl wird auf ihren entgegengesetzten
Oberflächen
mit der Schicht 27 abgedeckt. Um dies zu erzielen, werden
vor dem fünften
Schritt bei der ersten Ausführungsform
der erste bis vierte Schritt durchgeführt, um die Schicht auf der
anderen Oberfläche
aufzudrucken.
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Wie
aus 4 hervorgeht, die eine Lochmaske 211 zeigt,
die durch ein Verfahren gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, wird eine Legierungsschicht 29 zwischen
der Lochmaske 25 aus AK-Stahl und der Schicht 27 ausgebildet.
Die Legierungsschicht wird dadurch erzeugt, daß eine Diffusion zwischen der
gedruckten Schicht 27 und dem Maskenstahl 25 durchgeführt wird.
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Zur
Ausbildung der Legierungsschicht 21 zwischen der Lochmaske 25 aus
AK-Stahl und der Schicht 27 wird bei dieser vierten Ausführungsform zusätzlich eine
Härtung
durch Erhitzung der Lochmaske 21 oder 210 durchgeführt, die
gemäß der ersten
oder zweiten Ausführungsform
erhalten wird, in einem neutralen oder reduzierenden Heizofen. Die Temperatur
des Heizofens oder Wärmeofens
wird auf etwa 850 bis 1200°C
eingestellt, unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß die
Temperatur des Umwandlungspunktes von AK-Stahl annähernd 800°C beträgt. Allerdings
kann die Temperatur des Heizofens auch auf eine relativ höhere Temperatur entsprechend
der Art des Materials eingestellt werden.
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Durch
diese Härtung
tritt zwischen der Schicht 27 und der Lochmaske 25 aus
AK-Stahl eine Materialdiffusion auf, die zu einer Änderung
der Materialeigenschaften führt,
wodurch die Legierungsschicht 29 ausgebildet wird.
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Im
einzelnen weist die Legierungsschicht 29 Stahllegierungen
aus der Gruppe auf, die aus Fe-W, Fe-WC und Fe-Bi besteht. Die Legierungsschicht 29 weist
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 4,5–11,7 × 10–6/K
auf. Dies zeigt, daß die durch
die vierte Ausführungsform
erhaltene Lochmaske eine geringere Wärmeausdehnung aufweist als
die Lochmaske gemäß der ersten
oder zweiten Ausführungsform.
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Darüber hinaus
weist jede der Stahllegierungen Fe-W, Fe-WC und Fe-Bi einen relativ
hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad
auf.