DE19731945C2 - Lochmaske für eine Farb-Katodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lochmaske für eine Farb- Katodenstrahlröhre, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Lochmasken sind aus DE 29 06 611 C2, der DE 27 17 295 C2 oder der US 4 751 424 bekannt.

Fig. 4 zeigt eine in großem Umfang verwendete Farb- Katodenstrahlröhre (die im folgenden einfach als Farb-CRT bezeichnet wird). Die Farb-CRT enthält eine Röhre 1 mit einer Grundplatte 1a am vorderen Ende und einem Halsab­ schnitt 1b am hinteren Ende, einen Leuchtschirm 2, der an der inneren Oberfläche der Frontplatte 1a ausgebildet ist und streifenförmige Leuchtfilme für die Farben Blau (B), Grün (G) und Rot (R) sowie Schwarzmatrixfilme aufweist, einen Maskenrahmen 3, der im Rohr 1 gegenüber der Front­ platte 1a unterstützt ist, eine Lochmaske 14, in der meh­ rere Schlitze 15 ausgebildet sind, eine Elektronenkanone 8, die im Halsabschnitt 1b der Röhre 1 angeordnet ist, und ein Ablenkspulenjoch 10, das außerhalb der Röhre 1 in der Weise angeordnet ist, daß es den Halsabschnitt 1b um­ gibt.

Die Elektronenkanone 8 sendet drei Elektronenstrahlenbün­ del 9 aus (wovon in Fig. 4 nur eines gezeigt ist), die durch ein horizontales Magnetfeld und durch ein vertika­ les Magnetfeld, die beide vom Ablenkspulenjoch 10 erzeugt werden, abgelenkt werden, um den Leuchtschirm 2 mit dem in dieser Weise abgelenkten Elektronenstrahlenbündel 9 durch die die mehreren Schlitze 15 aufweisende Lochmaske 14 hindurch abzutasten. Die Elektronenstrahlen 9 treffen auf die den einzelnen Farben zugeordneten streifenförmi­ gen Leuchtfilme des Leuchtschirms auf und erregen den Leuchtschirm, damit er Licht aussendet. Im Ergebnis wird auf dem Leuchtschirm 2 ein bestimmtes Farbbild erzeugt.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht der Lochmaske 14, während Fig. 3 eine vergrößerte Teildraufsicht einer Rei­ he von Schlitzen sowie eine Querschnittsansicht in einer durch die Linie A-A angegebenen Richtung enthält. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt die Lochmaske 14 mehrere rechtwinklige Schlitze 15, die in Reihen angeordnet sind. Die Schlitze 15 in jeder Reihe sind vertikal angeordnet und voneinander um eine Schrittweite Pv, die beispiels­ weise im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm liegt, beabstan­ det. Die Schlitzreihen sind horizontal parallel angeord­ net, wobei zwischen den Schlitzreihen Verbindungen 17 mit konstanter Breite ausgebildet sind. Daher sind die Schlitzreihen horizontale gleichmäßig voneinander beab­ standet.

Zwischen den Schlitzen 15 in jeder Reihe sind Brückenab­ schnitte 16 ausgebildet, so daß die Schlitze 15 durch die Brückenabschnitte 16 unterteilt sind. Jeder der Brücken­ abschnitte 16 besitzt einen Querschnitt, der in Fig. 3 gezeigt ist. Genauer ist ein Brückenabschnitt 16 im Quer­ schnitt durch einen ersten Bereich 16a auf einer ersten Oberfläche 14a der Lochmaske 14, einen Querschnittsbe­ reich 16c mit maximaler Dicke und einen zweiten Bereich 16b kleinerem Querschnitt auf der zweiten Oberfläche 14b der Lochmaske 14 mit definiert. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ergibt die Zunahme des Querschnitts des Brückenab­ schnitts 16 in Richtung der Dicke der Lochmaske 14 vom ersten Bereich 16a zum Maximalbereich 16c eine konkave Krümmung, ebenso ergibt die Abnahme des Querschnitts vom Maximalbereich 16c zum zweiten Bereich 16b eine konkave Krümmung. Hierbei ist die erste Oberfläche 14a der Loch­ maske die dem Leuchtschirm 2 zugewandte Oberfläche, wäh­ rend die zweite Oberfläche 14b der Lochmaske 14 die der Elektronenkanone 8 zugewandte Oberfläche ist.

Die mechanische Festigkeit der Lochmaske ist durch die vertikalen Brückenabschnitte 16 zwischen den Schlitzen 15 sowie durch die zwischen den Schlitzreihen ausgebildeten Verbindungen 17 gegeben. Die Lochmaske 14 kann durch eine Biegekraft, die auf die Lochmaske 14 ausgeübt wird, um sie horizontal zu biegen, ohne weiteres gebrochen werden. Daher ist es sehr wichtig, daß die Brückenabschnitte 16 eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen.

Die Lochmaske 14 ist im allgemeinen aus einer dünnen Stahlplatte aus Fe-36Ni-Material hergestellt, wobei die Schlitze 15 durch Ausbilden von Schutzmustern, die in der ersten Oberfläche 14a und in der zweiten Oberfläche 14b der Lochmaske 14 rechtwinklige Öffnungen definieren, und durch Ätzen der Lochmaske 14 sowohl auf der ersten Ober­ fläche 14a als auch auf der zweiten Oberfläche 14b er­ zeugt werden. Die durch die Schutzmuster definierten Rechtecke besitzen in vertikaler Richtung V eine längere Seite und in horizontaler Richtung H eine kürzere Seite. Die Schlitze 15 besitzen in vertikaler Richtung V jeweils die gleiche Länge L und sind so angeordnet, daß sich die zwischen den Schlitzen 15 einer bestimmten Schlitzreihe ausgebildeten Brückenabschnitte 16 auf Höhe der vertika­ len Mitte der Schlitze 15 der beiden angrenzenden Schlitzreihen befinden.

Da die Brückenabschnitte 16 kein Elektronenstrahlenbündel 9 durchlassen, erzeugen sie auf dem Leuchtschirm 2 Schat­ ten. Diese Schatten verschlechtern die Helligkeitseigen­ schaften der Lochmaske 14. Da ferner die Elektronenstrah­ lenbündel 9 einen kleineren Fleckdurchmesser besitzen, wird die Helligkeitsdifferenz auf dem Leuchtschirm 22 vergrößert, wodurch die auf dem Leuchtschirm 2 erzeugten Bilder stark durch Moiréränder beeinflußt werden.

Unter der Annahme, daß die Schrittweite Pv zwischen be­ nachbarten Schlitzen 15 konstant ist, könnte das Verhält­ nis der offenen Fläche zur Gesamtfläche der Lochmaske 14 erhöht werden, wenn die Länge L der Schlitze 15 vergrö­ ßert würde, so daß sich auf dem Leuchtschirm 2 hellere Bilder ergäben. Mit anderen Worten, durch diese Maßnahme könnten die Helligkeitseigenschaften der Lochmaske 14 verbessert werden. Da jedoch die Schrittweite Pv konstant bleibt, wird unvermeidlich die maximale Breite Bw der Brückenabschnitte 16 verkleinert, wodurch sich die mecha­ nische Festigkeit der Lochmaske 14 gegenüber einer Biege­ kraft, die auf die Lochmaske 14 ausgeübt wird, um sie ho­ rizontal zu biegen, verschlechtert wird.

Falls die maximale Breite Bw der Brückenabschnitte 16 vergrößert würde, würde unvermeidlich die Länge L der Schlitze 15 verkürzt. Dadurch würde zwar die mechanische Festigkeit der Lochmaske 14 erhöht, gleichzeitig würde sich jedoch die Helligkeitseigenschaft der Lochmaske 14 verschlechtern.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine für Farb- Katodenstrahlröhren verwendete Lochmaske zu schaffen, die eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweist, ohne daß die Helligkeitseigenschaft dieser Lochmaske verschlech­ tert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lochmaske, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale be­ sitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Aus­ führungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung ei­ ner bevorzugten Ausführungsform, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Teildraufsicht einer Lochmaske gemäß der Erfindung;

Fig. 2 die bereits erwähnte Teildraufsicht einer herkömmlichen Lochmaske mit mehreren Schlit­ zen;

Fig. 3 die bereits erwähnte vergrößerte Teilansicht und die bereits erwähnte Teilschnittansicht der Schlitze der Lochmaske nach Fig. 2;

Fig. 4 die bereits erwähnte Querschnittsansicht ei­ ner Farb-Katodenstrahlröhre;

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht und eine Teil­ schnittansicht der Schlitze der Lochmaske nach Fig. 1;

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht der Brückenab­ schnitte und der Schlitze nach Fig. 5;

Fig. 7A-C Querschnittsansichten verschiedener Brücken­ abschnitte; und

Fig. 8 einen Graphen zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Verhältnis R und der mechani­ schen Festigkeit der Lochmaske sowie der Be­ ziehung zwischen dem Verhältnis R und der Helligkeit der Lochmaske.

Fig. 1 zeigt eine Lochmaske 4 einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Die gezeigte Lochmaske 4 enthält mehrere rechtwinklige Schlitze 5, die in Reihen angeord­ net sind. Die Schlitze 5 in jeder Reihe sind vertikal an­ geordnet und voneinander um eine Schrittweite Pv, die beispielsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm liegt, beabstandet. Jeder der rechtwinkligen Schlitze 15 besitzt in vertikaler Richtung V eine längere Seite und in hori­ zontaler Richtung H eine kürzere Seite. Die Schlitzreihen sind horizontal parallel angeordnet, außerdem sind zwi­ schen den Schlitzreihen Verbindungen 7 mit konstanter Breite vorhanden. Daher sind die Schlitzreihen horizontal gleichmäßig voneinander beabstandet.

Zwischen den Schlitzen 5 jeder Reihe sind Brückenab­ schnitte 6 ausgebildet, so daß die Schlitze 5 durch die Brückenabschnitte 6 unterteilt sind. Jeder Brückenab­ schnitt 6 besitzt einen in Fig. 5 gezeigten Querschnitt. Genauer ist ein Querschnittsbereich des Brückenabschnitts 6 durch einen ersten Bereich 6a auf einer ersten Oberflä­ che 4a der Lochmaske 4, eine konkave Querschnittszunahme in Dickenrichtung der Lochmaske 4 bis zu einem maximalen Querschnittsbereich 6c und eine konkave Querschnittsab­ nahme in Dickenrichtung der Lochmaske 4 bis zu einem zweiten Bereich 6b auf einer zweiten Oberfläche 4b der Lochmaske 4 definiert. Hierbei ist die erste Oberfläche 4a der Lochmaske 4 die dem Leuchtschirm 2 zugewandte Oberfläche, während die zweite Oberfläche 4b der Lochmas­ ke 4 die der Elektronenkanone 8 zugewandte Oberfläche ist.

Die Lochmaske 4 ist im allgemeinen aus einer dünnen Stahlplatte aus Fe-36Ni hergestellt. Die Schlitze 15 werden durch Ausbilden von Schutzmustern auf der er­ sten Oberfläche 4a und auf der zweiten Oberfläche 4b der Lochmaske 4, die darin rechtwinklige Öffnungen definieren und durch Ätzen der Lochmaske 4 sowohl auf der ersten Oberfläche 4a als auch auf der zweiten Oberfläche 4b ge­ bildet. Die durch die Schutzmuster definierten Rechtecke besitzen in der vertikalen Richtung V eine längere Seite und in der horizontalen Richtung H eine kürzere Seite. Die Schlitze 5 besitzen in vertikaler Richtung V die je­ weils gleiche Länge L und sind in der Weise angeordnet, daß sich die Brückenabschnitte 6, die zwischen den Schlitzen 5 einer bestimmten Schlitzreihe ausgebildet sind, auf Höhe der vertikalen Mitte der Schlitze 5 der beiden angrenzenden Schlitzreihen befinden.

Fig. 6 ist eine vergrößerte Teilansicht der Brückenab­ schnitte 6 und der Schlitze 5, die sich zwischen den Brückenabschnitten 6 befinden. Durch Ätzen der Lochmaske 4 auf ihrer ersten Oberfläche 4a wird ein größerer Schlitzabschnitt 5a gebildet, während durch Ätzen der Lochmaske 4 auf der zweiten Oberfläche 4b ein kleinerer Schlitzabschnitt 5b gebildet wird. Die Abschnitte 5a und 5b gehen an ihren Bodenflächen ineinander über, wodurch der Schlitz 5 gebildet wird. Ein nicht geätzter Bereich zwischen den so gebildeten Schlitzen 5 in jeder der Schlitzreihen bildet den Brückenabschnitt 6. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, besitzt der in der ersten Oberfläche 4a gebildete größere Lochabschnitt 5a einen Öffnungsbe­ reich, der von demjenigen des in der zweiten Oberfläche 4b gebildeten kleineren Lochabschnitts 5b verschieden ist. Daher besitzen der erste Bereich 6a und der zweite Bereich 6b in vertikaler Richtung V unterschiedliche Län­ gen. Wenn angenommen wird, daß der erste Bereich 6a eine Länge L1 besitzt und der zweite Bereich 6b eine Länge L2 besitzt, ist im allgemeinen L2 größer als L1 (L2 < L1), weil der Lochabschnitt 5b einen kleineren Öffnungsbereich als der Lochabschnitt 5a besitzt. Daher besitzen der er­ ste Bereich 6a und der zweite Bereich 6b in einer zur Ebene der Lochmaske 4 senkrechten Projektion eine gemein­ same Länge W, die gleich oder kleiner als die Länge L1 ist (W ≦ L1). Wie im folgenden im einzelnen erläutert wird, hängt die mechanische Festigkeit der Lochmaske 4 gegenüber der Biegekraft, die auf die Lochmaske 4 ausge­ übt wird, um sie horizontal zu biegen, von der gemeinsa­ men Länge W ab.

Die Erfinder haben Experimente hinsichtlich der mechani­ schen Festigkeit der Lochmaske 4 ausgeführt. Es wurden drei Brückenabschnitte 6a, 6b und 6c mit Querschnitten hergestellt, die in den Fig. 7A, 7B bzw. 7C gezeigt sind. Der erste Bereich 6a, der zweite Bereich 6b und der Maxi­ malbereich 6c besitzen in den drei Brückenabschnitten 6A, 6B bzw. 6C in vertikaler Richtung V jeweils unterschied­ liche Längen, wie in Tabelle 1 gezeigt ist.

Tabelle 1

In Tabelle 1 ist die Gesamtquerschnittsfläche S3 ungefähr gleich der Querschnittsfläche S1, jedoch etwas kleiner. Genauer lauten die Werte für A1 bis A3, B1 bis B3 und C1 bis C3 folgendermaßen:
A1 = 0,025 mm B1 = 0,025 mm C1 = 0,08 mm
A2 = 0,025 mm B2 = 0,025 mm C2 = 0,085 mm
A3 = 0,02 mm B3 = 0,02 mm C3 = 0,08 mm

Die Lochmasken 4 mit den Brückenabschnitten 6A, 6B bzw. 6C wurden durch Preßbearbeitung hergestellt und einer me­ chanischen Festigkeitsprüfung unterworfen. Die Prüfung hat ergeben, daß der in Fig. 7A gezeigte Brückenabschnitt 6A nahezu die gleiche mechanische Festigkeit wie der in der Fig. 7B gezeigte Brückenabschnitt 6B besitzt, daß je­ doch der in Fig. 7C gezeigte Brückenabschnitt 6C eine kleinere mechanische Festigkeit als die beiden anderen Brückenabschnitte 6A und 6B besitzt.

Die Experimente haben daher gezeigt, daß die mechanische Festigkeit der Lochmaske 4 gegenüber der Biegekraft, die ausgeübt wird, um die Lochmaske 4 horizontal zu biegen, stärker von der Länge der ersten und zweiten Bereiche 6a und 6b als von der maximalen Breite 6c abhängt. Dies legt nahe, daß die mechanische Festigkeit der Lochmaske 4 hauptsächlich von der gemeinsamen Länge oder dem gemein­ samen Bereich W zwischen dem ersten Bereich 6a und dem zweiten Bereich 6b abhängt und daß vorzugsweise die ge­ meinsame Länge W vergrößert wird, um die mechanische Fe­ stigkeit der Lochmaske 4 zu erhöhen. Wenn die maximale Breite 6c vergrößert wird, wird jedoch die mechanische Festigkeit des Brückenabschnitts 6 nur leicht erhöht. Falls aber die maximale Breite 6c erhöht wird, wird auch das Verhältnis der maximalen Breite 6c zur Schrittweite Pv vergrößert, mit der Folge, daß die Elektronenstrahlen­ bündel 9 wegen der vergrößerten maximalen Breite 6c die Lochmaske 4 schwerer durchdringen können. Dies hat eine erhebliche Verschlechterung der Helligkeit des Leucht­ schirms 2 zur Folge.

Wenn die gemeinsame Länge W zwischen dem ersten Bereich 6a und dem zweiten Bereich 6b vergrößert wird, könnte die Lochmaske 4 eine größere mechanische Festigkeit erhalten. Da jedoch die Lochmaske 4 durch Ätzen einer dünnen Platte gebildet wird, wird auch die maximale Breite 6c größer, wenn die gemeinsame Länge W vergrößert wird. Daher muß ein bevorzugter Bereich der gemeinsamen Länge W durch ei­ nen bestimmten Faktor oder durch bestimmte Faktoren defi­ niert werden, um die mechanische Festigkeit der Lochmaske 4 ohne Verschlechterung der Helligkeit des Leuchtschirms 2 zu erhöhen. Hierzu haben sich die Erfinder auf das Ver­ hältnis R konzentriert, das als Verhältnis der gemeinsa­ men Länge W zwischen dem ersten Bereich 6 A und dem zwei­ ten Bereich 6b zur Schrittweite Pv zwischen den Schlitzen 15 definiert ist. Daher kann dieses Verhältnis R folgen­ dermaßen ausgedrückt werden:

Um einen bevorzugten Bereich des Verhältnisses R zu fin­ den, haben die Erfinder Experimente ausgeführt, um eine Beziehung zwischen dem Verhältnis R und der mechanischen Festigkeit der Lochmaske 4 sowie eine Beziehung zwischen dem Verhältnis R und der Helligkeit des Leuchtschirms 2 zu erhalten. Es wurden mehrere Lochmasken 4 mit unter­ schiedlichem ersten Bereich 6a, unterschiedlichem zweiten Bereich 6b, unterschiedlicher gemeinsamer Länge W und un­ terschiedlicher Schrittweite Pv hergestellt. Die mechani­ sche Festigkeit und die Helligkeit wurden für jede der Lochmasken gemessen. Die Ergebnisse der Experimente sind in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 sind die mechanische Festigkeit MS der Lochmasken 4 und die Helligkeit B des Leuchtschirms 2 durch ein relatives Verhältnis angegeben, wobei ein Verhältnis 1 bedeutet, daß die erforderliche mechanische Festigkeit und die erforderliche Helligkeit vorliegen. Daher bedeutet ein Verhältnis größer als 1 ei­ ne ausreichende mechanische Festigkeit und eine ausrei­ chende Helligkeit, während ein Verhältnis kleiner als 1 eine unzureichende mechanische Festigkeit und eine unzu­ reichende Helligkeit bedeutet. Die Lochmasken, die in den Experimenten verwendet wurden, besaßen eine Dicke von 0,12 mm.

Tabelle 2

Fig. 8 zeigt die Kurven, die durch Auftragen der oben an­ gegebenen Ergebnisse erhalten werden. Wie aus Fig. 8 her­ vorgeht, sind die Verhältnisse der mechanischen Festig­ keit und der Helligkeit gleich oder größer als 1, wenn das Verhältnis R im Bereich von 5% bis 15% liegt. Daher ist der bevorzugte Bereich für das Verhältnis R für die Erhöhung der mechanischen Festigkeit einer Lochmaske ohne Verschlechterung der Helligkeit des Leuchtschirms durch den Bereich von 5% bis 15% gegeben.

Auf der Grundlage der obigen Experimente ist außerdem er­ mittelt worden, daß die Lochmaske eine ausreichende me­ chanische Festigkeit besitzt, falls der erste Bereich 6a und der zweite Bereich 6b eine Länge von 0,005 mm besit­ zen, sofern die Schrittweite Pv gleich oder kleiner als 0,3 mm ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß bei ei­ ner Schrittweite Pv kleiner als 0,3 mm die Anzahl der Brückenabschnitte 6 umgekehrt proportional hierzu erhöht wird, wodurch eine ausreichende mechanische Festigkeit der Lochmaske 4 sichergestellt wird. Angesichts der Ab­ messungsstreuung der einzelnen Lochmasken wäre es erfor­ derlich, daß der erste Bereich 6a und der zweite Bereich 6b eine Länge im Bereich von 0,005 mm bis 0,03 mm besit­ zen, um die maximale Breite 6c der Brückenabschnitte 6 minimal zu machen.

Claims (3)

1. Lochmaske für eine Farb-Katodenstrahlröhre, mit einer Platte (4), die eine erste Oberfläche (4a) und eine zweite Oberfläche (4b) besitzt und parallele Reihen von Schlitzen (5) aufweist, welche voneinander in einer vorgegebenen Schrittweite (Pv) beabstandet sind und zwischen denen Brückenabschnitte (6) ausgebildet sind, wobei die Brückenabschnitte (6) eine erste Breite (6a) auf der ersten Oberfläche (4a) der Platte (4), eine zweite Breite (6b) auf der zweiten Oberfläche (4b) der Platte (4), eine die erste und die zweite Breite (6a, 6b) übersteigende maximale Breite (Bw) innerhalb der Platte (4) und eine gemeinsame Breite (W) aufweisen, die mit der kleineren der beiden Breiten (6a, 6b) auf den Oberflächen (4a, 4b) der Platte (4) übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faktor R, der definiert ist als prozentuales Verhältnis der gemeinsamen Breite (W) zu der vorgegebenen Schrittweite (Pv), wenigstens 5% und gleich oder kleiner als 15% ist.

2. Lochmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittweite (Pv) gleich oder kleiner als 0,3 mm ist und die erste Breite (6a) und die zweite Breite (6b) gleich oder größer als 0,005 mm sind.

3. Lochmaske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Breite (6a) und die zweite Breite (6b) gleich oder kleiner als 0,03 mm sind.