DE2231434A1

DE2231434A1 - Farbmaskeneinheit fuer farbbildroehre

Info

Publication number: DE2231434A1
Application number: DE19722231434
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Miyata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-06-28
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1973-01-11
Also published as: FR2143763B1; FR2143763A1; DE2231143A1

Description

Patentanwälte
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Dlpl-Ing. K. LAMP*ECHT

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HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Farbmaskeneinheit für Farbbildröhre

Die Erfindung betrifft eine Farbbild-WiedergaberÖhre (Farb-Elektronenstrahlröhre), kurz Farbbildröhre genannt, insbesondere eine Farbwählmaske, kurz Farbmaske genannt, zur Kompensation des Strahlauftreffehlers.

Gegenwärtig ist die am meisten verwendete Form von Farbbildröhren die Schattenmasken-Farbbildröhre, wie sie in Fig.l dargestellt ist. Genauer gesagt, die Schattenmaskenröhre von Fig. 1 hat einen Hals 3 mit Elektronenstrahlerzeugern 2, die jeweils einen Elektronenstrahl 1 erzeugen, der einer der drei Farben entspricht, d.h. rot, grün und blau, einen Trichterabschnitt h, der sich nach vorn vom Hals 3 erstreckt, und einen Frontabschnitt 7 mit einem Mosaikleuchtschirm 5* der mit gleichmäßig angeordneten Farbleuchtpunkten von Rot, Grün und Blau beschichtet Lst, und mit einer Farbmaskenanordnung 6, die lösbar

81-POS 27.126-HdBk

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gegenüber dem Leuchtschirm 5 befestigt ist. In dieser Röhre hat die Parbmaskenanordnung 6 eine zylindrisch oder kugelig geformte Schattenmaske 6l, die eine Gruppe von sehr kleinen öffnungen zum Durchtritt der Elektronenstrahlen 1 enthält, die von den Elektronenstrahlerzeugern 2 erzeugt werden, einen Maskenrahmen 62 zur Halterung der Schattenmaske 6l und Maskenhalter (im folgenden als Blattfedern bezeichnet) zum Befestigen des Maskenrahmens 62 auf Haltestiften 8, die von der Seitenwand des Frontabschnitts 7 vorspringen. Eine Blattfeder 63 hat gewöhnlich eine solche Blattform, daß ein Ende durch Schweißen am Maskenrahmen 62 an einer vorbestimmten Stelle gesichert und das andere Ende mit einem Verriegelungsloch 6h versehen ist, wie in Pig. 2 gezeigt ist, wobei das Loch 64 so bemessen ist, daß es auf den Stift 8 paßt.

Beim Betrieb einer derartigen Farbbildröhre fallen die von den Elektronenstrahlerzeugerri 2 erzeugten Elektronenstrahlen 1 auf die Schattenmaske 6l und den Maskenrahmen 62, so daß die Schattenmaske 6l und der Maskenrahmen 62 sich wegen der Wärmeentwicklung auszudehnen beginnen. Wenn die in Fig. ? gezeigten Blattfedern 63 verwendet werden, neigen die Farbmaske 6l und der Maskenrahmen 62 dazu, sich durch Wärmezufuhr in einer Richtung V senkrecht zur Röhrenachse auszudehnen, wie in Fig. 3 durch Strichlinien 6la und o2a gezeigt ist. Entsprechend würden die Elektronenstrahlen 1, die auf die (nicht gezeigten) Leuchtpunkte in deren Mitte während der Anfangsperiode des Betriebs der Farbbildröhre auftreffen, im Laufe der Zeit allmählich von der Mitte der Leuchtpunkte zum Rand hin verschoben werden, was Strahlauftreffehler und damit eine Verschlechterung der Farbreinheit bewirken würde.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist bereits eine Maskenhaiterung gemäß Fig. 4 entwickelt worden. Das heißt, ari-

209882/0787 BADORlGfNAL

statt direkt die Blattfeder 63 wie in Fig. 2 am Maskenrahmen durch Schweißen zu befestigen, ist ein Bimetall 10 durch Verschweißun g an der Seite des Maskenrahmens 62 gesichert, wonach das Bimetall 10 und die Blattfeder 10 zusammen verschweißt werden, um dadurch die Blattfeder 63 am Maskenrahmen 62 über das Zwischenstück des Bimetalls 10 zu sichern.

Ein Nachteil dieser Farbbildröhre, die eine derartige Maskenhalterung verwendet, besteht darin, daß die Maskenfertigung Abdichten bzw. Einschmelzen und Evakuieren einschließlich der Einwirkung von Wärme von etwa ^100 C erfordert, was eine dauernde Deformation des Bimetalls 10 und damit eine Fehlausrichtung zwischen den sehr kleinen Löchern in der Schattenmaske 6l und den entsprechenden Leuchtpunkten mit sich bringt. Ein anderer Nachteil ist, daß das Montieren des Bimetalls 10 nicht nur die Konstruktion der Blattfedern 63 erschwert, sondern auch nachteilig hinsichtlich der Kosten ist, nämlich wegen der hohen Kosten des Bimetalls selbst und eines · zusätzlich erforderlichen Schritts des Verschweißens des Bimetalls für das Montieren der Maskenhalterung.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Farbbildröhre anzugeben, die die eben geschilderten Nachteile überwindet und damit eine sehr gute Farbreinheit gewährleistet. Ferner soll eine derartige Farbbildröhre einfach im Aufbau sein und eine Kompensation des Strahlauftreffehlers infolge der linearen Wärmeausdehnung der Farbmaske und des Maskenrahmens ohne Verwendung irgendeines temperaturkompensierenden Bauteils wie eines Bimetall? gestatten. Schließlich soll die Farbmaske mit einer Einrichtung versehen sein, die die Fehlausrichtung zwischen den Maskenöffnungen und den entsprechenden Farbpunkten infolge linearer Wärmeausdehnung der Farbmaske und des Maskenrahmens kompensiert, wobei das Montieren der Maskenhalterung vereinfacht ist.

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Eine Farbmaskeneinheit für eine Farbbildröhre, wobei die Farbbildröhre aufweist einen Halsabschnitt einschließlich mindestens einem Elektronenstrahlerzeuger zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, einen sich vom Halsabschnitt nach vorn erstreckenden Trichterabschnitt und einen Frontabschnitt einschließlich in regelmäßiger Anordnung aufgebrachten Farbleuchtpunkten; mit einer Farbmaske gegenüber dem Leuchtschirm, einem Rahmen für die Farbmaske und einer Farbmaskenanordrmngs-Halterung zur lösbaren Befestigung des Maskenrahmens, wobei die Farbmaske eine Arbeitsfläche gegenüber dem Leuchtschirm hat, die eine große Anzahl von öffnungen zum Durchtritt der Elektronenstrahlen aufweist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Farbmaske eine geneigte Fläche zwischen den Randkanten der Arbeitsfläche und dem Maskenrahmen hat, die die Arbeitsfläche mit dem Maskenrahmen verbindet, und daß zur Kompensation des Auftreffehlers der Elektronenstrahlen auf die Leuchtpunkte infolge der linearen Wärmeausdehnung der Farbmaskenanordnung die geneigte Fläche so geformt ist, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

0 & tan"¹ ( tan

mit O = Winkel zwischen der geneigten Fläche und einer Ebene senkrecht zur Achse L. der Farbbildröhre,

0 = Winkel zwischen dem auf den Rand der Arbeitsfläche, fallenden Elektronenstrahl und der Röhrenachse,

oC- linearer Wärmeausdehnungskoeffizient der Farbmaske, · und

β = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Maskenrahmenn.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Schnittansicht des Hauptteils einer herkömmlichen Schattenmaskenröhrej

Fig, 2 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Maskenhaiterungseinheit;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der üblichen Farbbildröhre zur Erläuterung der in ihr vorkommenden Strahlauftreffehlerj

Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht einer anderen herkömmlichen Maskenhälterungj

^: Fig. 5 eine vereinfachteSchnittansicht des Hauptteils einer *■■ "■" ^: Farbbildröhre gemäß der Erfindung}

Fig. 6a und 6b eine teilweise Draufsicht bzw. Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindungj und

Flg*?a und 7b eine teilweise Draufsicht bzw. Schnittansicht eines zweiten Aus führungsbei spiels der Erfindung.

Es werden jetzt Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung näher erklärt.

In Fig. 5, die den Hauptteil einer Farbbildröhre gemäß der Erfindung zeigt, sind zu sehen eine Schattenmaske 11 mit einer Arbeitsfläche 14, die eine große Anzahl von sehr kleinen öffnungen 13 hat, durch die Elektronenstrahlen 1 auf einen Leuchtschirm treffen, eine geneigte Fläche 15, die an den Randkanten der Arbeitsfläche 14 ausgebildet ist, und eine Seitenwand l6, die von den Randkanten der geneigten Fläche 15 ausgeht. Ein Maskenrahmen hält die Seitenwand 16 der Schattenmaske 11 fest.

Bei dieser Ausführung ist die Schattenmaske 11 so geformt, daß die folgenden Gleichungen erfüllt sind:

0 «* tan"¹ ( ^i-- tan (O)

_ CC

OC > β

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mit Q= Winkel zwischen der geneigten Fläche 15 und einer Ebene senkrecht zur Röhrenaehse L.,

ύ - Winkel zwischen dem Elektronenstrahl I, der auf den Arbeitsflächenrand l8 trifft, und der Röhrenachse;

⁰^ - linearer Wärmeausdehnungskoeffizient der Schattenmaske 11 und

= linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Maskenrahmens

Bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird erreicht, daß, selbst wenn die Temperatur innerhalb der Farbbildröhre während deren Betriebs so stark ansteigt, daß die Schattenmaske 11 und der Maskenrahmen 17 verschoben werden, wie durch Strichliniaiangedeutet ist, die Elektronenstrahlen 1 stets auf die Mitten der ihnen zugeordneten Leuchtpunkte auf dem Leuchtschirm 5 fallen, so daß das Auftreten von Strahlauftreffehlem unterdrückt wird.

■'-■J-7.i./'J

Im folgenden soll die Erfindung mathematisch abgehandelt werden. Zur Erläuterung sei die folgende Notation vereinbart, um die Abmessungen der einzelnen Bauteile in Fig. 5 anzugeben:

r. = Abstand von der Röhrenachse L. zur Außenwand des Maskenrands I7»

r_p = Abstand von der Röhrenachse L- zum Arbeitsflächenrand 18 der Schattenmaske 11,

* - Länge der geneigten Fläche I5 der Schattenmaske 11, und

h = Abstand vom Rand zwischen der geneigten Fläche 15 der Schattenmaske 11 und der Seitenwand l6 ^ur Arbeitsfläche 14.

In Fig. 5 deuten die Bezugszeichen mit einem Strich die entsprechenden Abmessungen der Bauteile an, wenn die Temperatur gestiegen 1st, während die Bezugszeichen mit einem "a" die Lage

209882/0787 bad om_GmAL

der ent sprechenden Bauteile angeben, wenn die Temperatur gestiegen ist. Wenn dieser Temperaturanstieg Δ Τ beträgt und angenommen wird, daß die Schattenmaske 11 und der Maskerirahrnen 17 dieselbe Temperatur angenommen haben, gelten folgende Gleichungen: ' . , : ■:-':-\\. _■'-,■■■

r,- = r (1 + j3 * Δ T) (1)

r₂' = r₂ (1 4 Ot, · ΔΤ) (2)

/' = X(I₊Ct - ΔΤ)

11
J 2

*2". 2

- T₂M^I ^ (5)

Durch Einsetzen der Gleichungen (1), (2) und (3) in die Gleichung (5) unter Berücksichtigung von (oC-ΔΤ oder β erhält man:-

h' - [I² - [V₁ - r₂)²] 2

- (r - r Λ (r . β - r_p · OC) ^{1 ? 3} J £

Daher beträgt der Abstand, um den die Farbmaske 11 sich zum Leuchtschirm 5 beim Temperaturanstieg ΔΤ verschoben hat:

Ah = h' - h

— i · ΔΤ (7).

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Da der Nenner der Gleichung (7) nach Fig. 5 ersetzt werden kann durch (r.. - r ) tan O, erhält man:

[ I SkA— + r_p . oC - r. -β] CotO] · ΔΤ (8).

(r_rr_s)

Unter der Annahme r^^/t , wird die Gleichung (7)

r₂· Ot-T₁- /3)CotO J- · ΔΤ (9).

Andererseits ist die Größe der erforderlichen Verschiebung, damit die Schattenmaske jegliche Fehlausrichtung zwischen den Leuchtpunkten und den Elektronenstrahlen vermeidet, gegeben durch:

- r_?)/tan 0 = rgOCtfT/tan 0 (10).

Unter Berücksichtigung von r_p «* r. berechnet sich θ aus den Gleichungen (9) und (10) wie folgt:

oc ß ■

tan G = zJ— . tan 0 (Π)

oC

und damit

0 = tan"¹ (Q⁶ - ß . tan 0) (l?).

OC

Anders ausgedrückt, wenn der Winkel der geneigten Fläche so vorbestimmt wird, daß die Beziehung der Gleichung (12) erfüllt wird, ist es möglich, jeden Strahlauftreffehler infolge linearer Wärmeausdehnung der Schattenmaske 11 und des Maskenrahmens 17 mittels der in Fig. 2 gezeigten üblichen Blattfedern

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zu kompensieren.

Als nächstes soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zahlenwerten erläutert werden. Es sei der Fall betrachtet, daß die Kompensation für Strahlauftreffehler in einer Farbbildröhre mit 90° Ablenkwinkel erforderlich ist, wobei deren Schattenmaske 11 aus einem Eisenblech besteht, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient OC= 120 · 70"'/⁰C beträgt und der Maskenrahmen 17 aus Kovar (einer Legierung mit der Zusammensetzung 18 % Co, 29 % Ni und 5j5 % Fe), deren linearer Wärmeausdehnungskoeffizient β = 50 · 10"'/⁰C beträgt, In diesem Fall erhält man für 0 = 45 aus der Gleichung (12) folgendes Ergebnis:

Q = tan"¹}"·¹²⁰ · ¹⁰~⁷ - 5° ' ¹⁰~⁷ . tan 4₅° j # 40°. ^V 120 · 10"' ^}

In dieser Gleichung ist der Unterschied zwischen tan θ und tan 40 sehr klein, so daß keine Schwierigkeit beim Montieren auftritt, selbst wenn 0 = 40° ist.

Wenn ein Legierungswerkstoff mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient wie Invar für den Maskenrahmen 11 verwendet wird, ist es nur notwendig, Q = 0 zu machen, da der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient β dieses Werkstoffs ungefähr Null ist.

Für Rechteck-Bildröhren, deren Abtastfläche rechteckig ist und in denen der Ablenkwinkel davon abhängt, ob der Winkel entlang der Diagonalen zwischen den entgegengesetzten Ecken des Schirms, der Hauptachse des Schirms oder der Nebenachse des Schirms liegt, kann 0 nicht denselben Wert auf der gesamten geneigten Fläche der Schattenmaske annehmen, weshalb es notwendig ist, den Neigungswinkel der geneigten Fläche so abzuändern, daß die entsprechenden Ablenkwinkel erzielt werden,

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-. ίο -

Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung verbessert werden, wenn die geneigte Fläche der Farbmaske mit Schlitzen oder Rippen versehen wird, anstatt sie einfach zu biegen. Derartige Abwandlungen sind beispielsweise in Fig. 6a und 6b ebenso wie in Fig. Ja und 7b gezeigt. Fig. 6a und Ja sind Teilfrontansichten von Fig. 5, gesehen in Pfeilrichtung P, und Fig. 6b und 7b Teilansichten entlang den Linien I-I und II-II von Fig. 5.

Im AusfUhrungsbeispiel von Fig. 6a und 6b ist die geneigte Fläche 15 mit einer Zeile von Schlitzen 21 versehen, während im AusfUhrungsbeispiel von Fig. 7 die geneigte Fläche 15 abwechselnd Schlitze 22 und Rippen 4j5 hat. Bei derartigen Abwandlungen kann die geneigte Fläche leichter an den Biegeteilen an ihren beiden Seiten gebogen werden, so daß die mit der Erfindung erzielten Vorteile maximal sind.

Obwohl aus Gründen der Einfachheit und des leichteren Verständnisses in der vorangegangenen Beschreibung von AusfUhrungsbeispielen der Erfindung die Arbeitsfläche der Schattenmaske in Form einer ebenen Fläche zugrundegelegt worden ist, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung ebenso bei einer Schattenmaske angewendet werden kann, die eine kugelig oder zylindrisch geformte Arbeitsfläche hat.Es versteht sich auch, daß, obwohl die AusfUhrungsbeispiele nur anhand von Schattenmasken-FarbbildrÖhren erläutert worden sind, die Erfindung gleichfalls bei Gittermasken-Farbbildröhren Anwendung finden kann.

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Claims

223U34 Patentansprüche

1. Farbmaskeneinheit für eine Farbbildröhre, wobei die Farbbildröhre aufweist einen Halsabschnitt einschließlich mindestens einem Elektronenstrahlerzeuger zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, einen sich vom Halsabschnitt nach vorn erstreckenden Trichterabschnitt und einen Frontabschnitt einschließlich in regelmäßiger Anordnung aufgebrachten Farbleuchtpunktenj mit einer Farbmaske gegenüber dem Leuchtschirm, einem Rahmen für die Farbmaske und einer Farbmaskenanordnungs-Halterung zur lösbaren Befestigung des Maskenrahmens, wobei die Farbmaske eine Arbeitsfläche gegenüber dem Leuchtschirm hat, die eine große Anzahl von öffnungen zum Durchtritt der Elektronenstrahlen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbmaske eine geneigte Fläche (15) zwischen den Randkanten der Arbeitsfläche (14) und dem Maskenrahmen (17) hat, die die Arbeitsfläche mit dem Maskenrahmen verbindet, und daß zur Kompensation des Auftreffehlern der Elektronenstrahlen auf die Leuchtpunkte infolge der linearen Wärmeausdehnung der Farbmaskenanordnung die geneigte Fläche so geformt ist, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

0 <& tan"¹ ( ^J- tan Ö)

oC > β

mit 0 = Winkel zwischen der geneigten Fläche und einer Ebene senkrecht zur Achse (L.) der Farbbildröhre,

0 = Winkel zwischen dem auf den Rand der Arbeitsfläche fallenden Elektronenstrahl und der Röhrenachse,

oC = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient der Farbmaske, und β = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Maskenrahmens.

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2. Farbbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 die Farbmaske eine Schattenmaske Ist.

3- Farbbildröhre nach Anrpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbmaske eine Gittermaske 1st.

h. Farbbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Fläche (15) der Farbmaske mehrere Schlitze (21)
in Neigungsrichtung hat.

5. Farbbildröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Fläche (15) mehrere Rippen (2^ hat, die in Neigungsrichtung der geneigten Fläche verlaufen und abwechselnd
FU den SchiA.\.-en (22) angeordnet sind.

6. Schattenmaske für Farbbildröhre mit einer Arbeitsfläche,
die eine große Anzahl von sehr kleinen Öffnungen enthält

und mit einem Maskenrahmen zur festen Halterung der Schattenmaske, dadurch gekennzeichnet , daß
die Schattenmaske eine geneigte Fläche (15^ an den Randkanten der Arbeitsfläche (14) hat und so geformt ist, daß sie folgenden Gleichungen genügt:

θ *s* tan'¹ ( ——=-£— - tan 0)

mit 0 = Winkel zwischen der geneigten Fläche und einer Ebene senkrecht zur Achse (L.) der Bildröhre,

0 = Winkel zwischen dem auf den Rand der Arbeitsfläche
fallenden. Elektronenstrahl und der Röbrenachse,

oC = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient der Farbmaske,
und

ß = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Maskenrahmens.

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