DE2361599C3

DE2361599C3 - Multi-layer shadow mask for color television picture tubes

Info

Publication number: DE2361599C3
Application number: DE19732361599
Authority: DE
Inventors: Unto Uljas; Ty Henry; Attleboro Mass. Savolainen (V.St.A.)
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1976-08-12

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung mehrschichtiger Lochmasken für Farbfernsehbildröhren.The invention relates to the improvement of multilayer shadow masks for color television picture tubes.

In üblichen Farbfernsehbildröhren ist die Maske in der Röhre so angeordnet, daß entlang bestimmter Bahnen gelenkte Elektronen durch bestimmte Masken-Cffnungen treten, während andere Elektronen von der Maske abgefangen werden. Bei üblichen Farbfernsehbildröhren wird die Lochmaske von verstellbaren Montierungsmitteln aus Bimetall getragen, da die Maske und andere Röhrenteile einer Wärmeausdehnung unterliegen, wenn sich die Röhre nach Beginn ihres Betriebs erhitzt· die Montierungsmittel aus Bimetall bewegen die Maske, daß diese Wärmeausdehnung kompensiert wird und die gewünschte Ausrichtung der Maskenöffnungen zum Leuchtstoffmuster des Bildschirms bewahrt bleibt.In conventional color television picture tubes, the mask is arranged in the tube so that along certain Orbits of guided electrons pass through certain mask openings, while other electrons pass through the Mask to be intercepted. With common color television tubes the shadow mask is supported by adjustable mounting means made of bimetal, since the Mask and other tube parts are subject to thermal expansion when the tube is started their operation heats up the mounting equipment Bimetal move the mask so that this thermal expansion is compensated and the desired alignment the mask openings to the fluorescent pattern of the screen is preserved.

Es wurde nun gefunden, daß das Bimetall der ^ Montierungsmittel für die Lochmaske zwar die Gesamtwärmeausdehnung der Lochmaske nach Inbetriebnahme der Röhre ausreichend kompensiert, daß jedoch der perforierte Teil der Lochmaske während des ganzen Betriebs der Röhre örtlichen Überhitzungen _6j ausgesetzt sind. Wenn beispielsweise das von der Röhre erzeugte Bild längere Zeit im wesentlichen das gleiche bleibt, werden Elektronen laufend durch die gleichen Maskenöffnungen geleitet oder von den gleichen Teilen der Maske längere Zeit abgefangen. Die die Elektronen abfangenden Maskenteile werden dann duf eine höhere Temperatur erhitzt als angrenzende Maskenteile. Die so über die durchscheinende Fläche der Maske sich einstellenden Temperaturunterschiede verursachen örtliche Deformationen der Maske, was zur Folge hat, daß Maskenöffnungen in bestimmten Teilen der Maske nicht mehr auf die zugehörigen Leuchtstoffpunkte auf dem Schirm ausgerichtet sind und so eine Verzerrung eines Teils des von der Röhre erzeugten Lichtbilds bewirken.It has now been found that the bimetal of the mounting means for the shadow mask sufficiently compensates for the total _{thermal expansion of the shadow} mask after the tube has been put into operation, but that the perforated part of the shadow mask is exposed to local overheating during the entire operation of the tube. For example, if the image produced by the tube remains essentially the same for a long time, electrons will be continuously directed through the same mask openings or intercepted by the same parts of the mask for a long time. The mask parts which intercept the electrons are then heated to a higher temperature than adjacent mask parts. The temperature differences thus established over the translucent surface of the mask cause local deformations of the mask, with the result that mask openings in certain parts of the mask are no longer aligned with the associated fluorescent dots on the screen and thus a distortion of part of the tube cause the generated light image.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten Lochmaske für eine Farbfernsehbildröhre, die wesentlich weniger örtlichen Deformationen während des Betriebs der Röhre unterworfen ist Die erfindungsgemä3e Lochmaske kennzeichnet sich dadurch, daß sie aus mindestens einer Schicht Flußstahl und einer Schicht eines Materials größerer Wärmeleitfähigkeit als Flußstahl besteht. Dabei verleiht die Stahlschicht der Lochmaske die erforderliche Festigkeil, wahrend die andere Schicht das Auftreten örtlicher Temperaturunterschiede und somit örtliche Wärmeverzerrungen der Maske verhindert.The object of the invention is to provide a new and improved shadow mask for a color television picture tube, which significantly less local deformation is subjected during operation of the tube The erfindungsgemä3e shadow mask is characterized in that it greater of at least one layer of mild steel and a layer of a material thermal conductivity than mild steel consists. The steel layer gives the shadow mask the necessary strength, while the other layer prevents local temperature differences and thus local heat distortions of the mask.

Es sind bereits mehrschichtige Lochmasken in Farbfemsehröhren bekannt, die jedoch aus abwechselnd leitenden und isolierenden Schichten bestehen, um eine bessere Fokussierung der Elektronen zu ergeben. Das Problem der Wärmeverzerrung wird dadurch nicht gelost. Beispiele für die Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert, es zeigtThere are already multi-layer shadow masks in color brake tubes known, but they alternate conductive and insulating layers exist to give better focusing of the electrons. It does not solve the problem of heat distortion. Examples of the invention are based on the Drawings explained, it shows

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Farbfernsehbildröhre mit einer Lochmaske,Fig. 1 is a side view, partly in section, of a Color television picture tube with a shadow mask,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 von Fig.l,FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG Fig.l,

Fig.3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von F i g. 2.3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG F i g. 2.

Fig.4 eine perspektivische Teilansicht der bekannten Lochmaskenkonstruktion.4 is a partial perspective view of the known Perforated mask construction.

Fig. 5 eine Teilschnittansicht ähnlich Fig. 3 einer anderen Ausführungsform der Maske undFIG. 5 is a partial sectional view similar to FIG. 3 another embodiment of the mask and

Fig.6 eine Teilschnittansicht ähnlich Fig. 3 einer weiteren Ausführungsform der Maske.FIG. 6 is a partial sectional view similar to FIG. 3 further embodiment of the mask.

In F i g. 1 bis 3 ist mit 10 die Lochmaske bezeichnet, die sich in einer Farbfernsehbildröhre 12 befindet. Die Lochmaske entspricht bezüglich ihrer allgemeinen Bauart dem Stand der Technik, indem sie einen dünnen folienförmigen Teil 14 und Ränder 16 aufweist, wobei die Maske eine perforierte Fläche 18 (s. F i g. 2) besitzt, in der eine Vielzahl punktartiger Öffnungen 20 in einem Muster angeordnet sind. Die Maskenfläche 18 wird als durchscheinend bezeichnet, obwohl das Folier.material der Maske undurchsichtig ist, weil eine große Vielzahl von Öffnungen 20 die Fläche 18 ergeben und jede Öffnung sowohl Elektronen als auch Licht hindurchtreten läßt. Die Ränder 16 der Lochmaske bilder vorzugsweise mit dem folienförmigen Teil 14 in dei dargestellten Weise ein Ganzes, so daß man der einstückigen Maskentyp erhält, in welchem die Rändei etwa rechtwinklig zu der Sichtebene des folienförmiger Teils der Maske vollständig um die Peripherie dei Maske herum verlaufen. Die Lochmaske kann jedod auch andere übliche Randteile für die Montierung dei Maske 10 aufweisen. Vorzugsweise besitzt der folienar tige Teil 14 der Lochmaske 10 noch eine leichte konkavi Wölbung, wie am besten aus F i g. 1 und 3 ersichtlich ist.In Fig. 1 to 3, 10 denotes the shadow mask, which is located in a color television picture tube 12. The shadow mask corresponds to its general State of the art construction in that it has a thin film-shaped part 14 and edges 16, wherein the mask has a perforated surface 18 (see FIG. 2) in which a multiplicity of point-like openings 20 in one Patterns are arranged. The mask surface 18 is referred to as translucent, although the foiling material of the mask is opaque because a large plurality of openings 20 make up area 18 and each Opening allows both electrons and light to pass through. The edges 16 of the shadow mask images preferably with the film-shaped part 14 in the manner shown as a whole, so that one of the one-piece mask type obtained, in which the Rändei approximately at right angles to the plane of view of the film-shaped Part of the mask run completely around the periphery of the mask. The shadow mask can however also have other common edge parts for mounting the mask 10. Preferably the folienar term part 14 of the perforated mask 10 still has a slight concave curvature, as best shown in FIG. 1 and 3 can be seen.

Die Lochmaske 10 ist auch in üblicher Weise in eine Farbfernsehbildröhre 12 montierbar. Das heißt, diiThe perforated mask 10 can also be mounted in a color television picture tube 12 in the usual manner. That is, dii

Bildröhre 12 besitzt, wie aus der Zeichnung ersichtlich, in typischer Weise einen Röhrenkolben 22 mit einer Frontfläche 24 und mehreren lichtemittierenden Leuchtstoffen von drei verschiedenen Typen, die in Gruppen auf der Innenseite der Frontfläche des Röhrenkolbens angeordnet sind, wie dies ganz allgemein mit 26 bezeichnet ist. Die Bildröhre enthält auch schematisch mit 28 in Fig. 1 bezeichnete Elektronenquellen und weist Stifte 30 auf, die mit dem Röhrenkolben einstückig verbunden sind. Beliebige übliche Montierungsmittel 32 aus Bimetall werden dann an den Randteilen 16 der Lochmaske befestigt und an einem Ende mit den jeweiligen Montierungsstiften 30 am Röhrenkolben verbunden, um so die Lochmaske 10 in bekannter Weise in der Röhre zwischen den Elektronenquellen 28 und den lichtemittierenden Leuchtstoffen 26 auf der Röhrenfläche 24 zu montieren und gleichzeitig eine automatische Einstellung der Stellung der Lochmaske in üblicher Weise zu gestatten, wenn die Gesamttemperatur der Maske nach Aufnahme des Betriebs der Bildröhre ansteigt.As can be seen from the drawing, picture tube 12 typically has a tube piston 22 with a Front face 24 and several light-emitting phosphors of three different types, which are shown in Groups are arranged on the inside of the front surface of the tubular piston, as is generally the case is denoted by 26. The picture tube also contains electron sources indicated schematically at 28 in FIG and has pins 30 which are integrally connected to the tubular piston. Any Conventional mounting means 32 made of bimetal are then attached to the edge parts 16 of the shadow mask and on one end is connected to the respective mounting pins 30 on the tubular envelope so as to form the shadow mask 10 in a known manner in the tube between the electron sources 28 and the light-emitting To mount phosphors 26 on the tube surface 24 and at the same time an automatic adjustment of the Allow position of the shadow mask in the usual way when the total temperature of the mask after recording of the operation of the picture tube increases.

Mindestens der dünne folienförmige Teil der Lochmaske 10 und vorzugsweise die gesamte Lochmaske 10, insbesondere wenn sie von einstückiger Bauart ist, besteht bei Lochmasken nach der Erfindung aus dem aus mehreren Metallschichten zusammengesetzten Material, wie dies Fig. 3 zeigt. Das Metall der Schichten besitzt vorzugsweise eine metallurgische Verbindung der Schichten miteinander, d h. die Moleküle der beiden Metalle sind durch intermolekulare Kräfte aneinander gebunden. Vorzugsweise besitzt die Lochmaske 10 zwei Schichten 34 aus Flußstahl, zwischen denen eine Schicht 36 aus Kupfer oder einem anderen Metall mit verhältnismäßig größerer Wärmeleitfähigkeit als das Material der Schichten 34 sandwichartig angeordnet und metallurgisch mit den Metallschichten 34 im wesentlichen über die ganze Zwischenfläche 38 zwischen den Metallschichten verbunden ist. In typischer Weise besitzt z. B. jede der Metallschichten 34 eine Dicke von etwa 0,004b cm und besteht aus einem kohlenstoffarmen Stahl mit einer gewichtsmäßigen Zusammensetzung von 0,08 bis 0,13% Kohlenstoff, 0,30 bis 0,60% Mangan, 0,040% (max.) Phosphor, 0,050% (max.) Silizium, Rest Eisen. Die Kupferschicht 36 des zusammengesetzten Maskenmaterials besitzt zweckmäßig eine Dicke von etwa 0,0061 cm und besteht aus einem üblichen Kupferblech, z. B. aus Elektrolytzähkupfer od. dgl. Das Material solcher Schichten läßt sich leicht zu dem gewünschten zusammengesetzten Metallaminat durch übliches Walzen formen und vorzugsweise wird das zusammengesetzte Material nach einer solchen Walzverbindung geglüht.At least the thin, film-shaped part of the shadow mask 10 and preferably the entire shadow mask 10, especially if it is of one-piece construction, consists in shadow masks according to the invention from the composed of several metal layers Material as shown in FIG. 3. The metal of the layers is preferably metallurgical Connecting the layers to one another, i.e. the molecules of the two metals are by intermolecular Forces bound together. The shadow mask 10 preferably has two layers 34 made of mild steel, between which a layer 36 of copper or another metal with a relatively greater thermal conductivity as the material of the layers 34 sandwiched and metallurgically with the Metal layers 34 over substantially all of the interface 38 between the metal layers connected is. Typically, e.g. B. each of the Metal layers 34 are about 0.004 cm thick and are made from low carbon steel with a Composition by weight of 0.08 to 0.13% carbon, 0.30 to 0.60% manganese, 0.040% (max.) Phosphorus, 0.050% (max.) Silicon, remainder iron. The copper layer 36 of the composite mask material expediently has a thickness of about 0.0061 cm and consists of a conventional copper sheet, e.g. B. off Electrolytic copper or the like. The material of such layers can easily be changed to the desired one composite metal laminate by ordinary rolling, and preferably the composite is formed Material annealed after such a rolling joint.

Natürlich können die Stahlschichten des Laminats aus anderen üblichen Flußstahlen bestehen und die Dicke der Stahlschicht kann zwischen etwa 0,0025 cm und 0,01 cm varrieren, während die Dicke der Kupferschicht zwischen etwa 0,0025 cm und etwa 0,02 cm variieren kann.Of course, the steel layers of the laminate can consist of other common mild steels and the thickness the steel layer can vary between about 0.0025 cm and 0.01 cm, while the thickness of the copper layer can vary between about 0.0025 cm and about 0.02 cm.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lochmaske 10 werden am besten unter Bezugnahme auf Fig.4 beschrieben, welche die bekannte Lochmaske 40 mit einem dünnen folienförrnigen Teil 42 und vielen punktförmigen öffnungen 44, welche durch diesen folienartigen Maskenteil unter Begrenzung einer ^ durchscheinenden Maskenfläche 46 hindurchgehen, darstellt. Wie bereits erläutert, wird ein bestimmter Maskenteil 48 der bekannten Maske, wenn er längereThe advantages of the shadow mask 10 according to the invention are best illustrated with reference to FIG described which the known shadow mask 40 with a thin film-shaped part 42 and many punctiform openings 44, which through this film-like mask part while delimiting a ^ go through translucent mask surface 46. As already explained, a certain Mask part 48 of the known mask, if it is longer

Zeit Elektronen abfängt, während andere Teile der Maske 40 Elektronen mit geringerer Frequenz abfangen, stärker auf eine relativ höhere Temperatur <?ls benachbarte Maskenteiie erhitzt, so daß, selbst wenn die durchscheinende Fläche der Maske eine leichte allgemeine konkave Wölbung hat, der Maskenteil 48 leicht ausgebeult wird, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist, und so eine örtliche Verformung in der durchscheinenden Maskenfläche bildet. Diese lokale Maskenverformung bedingt natürlich eine gewisse Störung der Ausrichtung der Maskenöffnungen zum Leuchtschirm, was ein Verwaschen und Verzerren des Bilds zur Folge hat.Time to intercept electrons while other parts of the mask intercept 40 electrons with lower frequency, more heated to a relatively higher temperature <? ls adjacent mask parts, so that even if the the translucent surface of the mask has a slight general concave curvature, the mask portion 48 is slightly bulged, as shown in FIG. 4 is shown, and so a local deformation in the translucent Forms mask area. This local mask deformation naturally causes a certain disruption of the Alignment of the mask openings to the fluorescent screen, which results in a blurring and distortion of the image has.

Bei der erfindungsgemäßen Lochmaske 10 verleihen hingegen die Stahlschichten 34 der Maske dieser eine geeignete Festigkeit. Diese Stahlschichten lassen sich auch leicht dunkel machen, um die Wärmeabstrahlung von der Maske zu erleichtern. Die Kupferschicht 36 der Lochmaske 10 verleih! dann der Maske eine stark verbesserte Wärmeleitfähigkeit, so daß sich die von der Maske absorbierte Wärme rasch über die ganze Maske verteilen kann, so daß größere Wärmeunterschiede über die durchscheinende Maskenfläche herabgesetzt oder sogar ganz vermieden werden und keine lokalen Verformungen der durchscheinenden Flächen der Maske auftreten können. Die dem Bildschirm benachbarte Flcßstahlschicht 34 kann auch weggelassen werden, wird jedoch vorzugsweise deshalb verwendet, um der Maske Festigkeit zu verleihen, das zusammengesetzte Laminat zur besseren Verformung: symmetrisch zu machen und hauptsächlich, um das zusammengesetzte Material thermisch so ausgewogen zu machen, daß es keine Neigung zeigt, sich infolge von Unterschieden der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kupfer und dem Stahlmaterial zu verbiegen. Sehr wichtig ist. daß die Kupferschicht der Lochmaske 10 die Herstel lung der Lochmaske wesentlich vereinfacht, insbesondere wenn diese von einstückiger Bauart mit den in Fig. 1 bis i dargestellten Seitenteilen 16 ist. Das heißt, die Anwesenheit der Kupferkernschicht 36 erleichtcr! das Tiefziehen des zusammengesetzten Materials zu der gewünschten Form der Maske sehr und verbessert auch häufig die Dehnung, die in den Stahlschichten vor einer zwischenzeitlichen Glühung während des Tiefziehens erzielt werden kann. Wenn ferner die öffnungen 20 in der Maske 10 mittels eines zweistufigen Ätzverfahrens oder auf andere übliche Weise gebildet werden — wobei ein Ätzmittel zum Ätzen des Stahlmaterials und dann ein zweites Ätzmittel zum Ätzen von öffnungen in der Kupferschicht des zusammengesetzten Materials dient — besitzen die so gebildeten öffnungen in der Regel eine geringere Gesamtabschrägung, so daß in der erfindungsgemäßen Maske feinere öffnungen leichter erhältlich sind.In contrast, in the case of the shadow mask 10 according to the invention, the steel layers 34 give the mask a suitable strength. These steel layers can also be easily darkened to facilitate heat dissipation from the mask. The copper layer 36 of the perforated mask 10 lend! then the mask has a greatly improved thermal conductivity, so that the heat absorbed by the mask can be quickly distributed over the entire mask, so that greater heat differences over the translucent mask surface are reduced or even avoided and no local deformations of the translucent surfaces of the mask can occur . The mild steel layer 34 adjacent the screen can be omitted, but is preferably used to provide strength to the mask, to make the composite laminate symmetrical for better deformation, and mainly to thermally balance the composite material so that there is none Tends to bend due to differences in thermal expansion coefficients between the copper and the steel material. Is very important. that the copper layer of the shadow mask 10, the herstel development substantially simplifies the shadow mask, in particular if this is of one-piece construction with the illustrated in FIGS. 1 to i side parts 16. That is, the presence of the copper core layer 36 facilitates! deep drawing the composite material into the desired shape of the mask and also often improves the elongation that can be achieved in the steel layers prior to intermediate annealing during deep drawing. Furthermore, if the openings 20 in the mask 10 are formed by means of a two-stage etching process or in another conventional manner - with one etchant serving to etch the steel material and then a second etchant for etching openings in the copper layer of the composite material - have the openings thus formed generally a smaller overall bevel, so that finer openings can more easily be obtained in the mask according to the invention.

Gegebenenfalls wird, wie dies F i g. 4 zeigt, noch zweckmäßig eine sehr dünne Nickelschicht 15 mit einer Seite des zusammengesetzten Materials in der Lochmaske 10 verbunden, um das Ätzen der öffnungen 20 in der Lochmaske noch mehr zu erleichtern. Diese Nickelschicht wird vorzugsweise auf da«; beschriebene zusammengesetzte Material durch Walzverbindung, wie vorstehend beschrieben, aufgebracht oder es kann auch durch Elektroplattierung od. dgl. mit diesem Material verbunden werden. Wie Fig. 5 zeigt, kann auch zweckmäßig noch eine weitere dünne Nickelschicht mit der entgegengesetzten Seite des Stahl-Kupfer-Stahlmaterials verbunden werden, um dieses zusammengesetzte Material thermisch auszugleichen und es zur leichterenIf necessary, as shown in FIG. 4 shows, still expediently, a very thin nickel layer 15 with a Side of the composite material in the shadow mask 10 connected to the etching of the openings 20 in to facilitate the shadow mask even more. This nickel layer is preferably applied on top. described composite material applied by roll joining, as described above, or it can also be connected to this material by electroplating or the like. As FIG. 5 shows, can also expediently yet another thin layer of nickel with the opposite side of the steel-copper-steel material be connected to thermally compensate this composite material and make it lighter

Herstellung der Lochmaske symmetrisch zu machen. Vorzugsweise besitzt jede dieser Nickelschichten eine Dicke zwischen etwa 0,0025 mm bis etwa 0,025 mm, wobei die kleineren Abmessungen dann verwendet werden, wenn die Nickelschicht durch Elektroplattierung aufgebracht wird und die dickeren sind bevorzugt, wenn die Nickelschichten durch Aufwalzen mit den Stahlschichten des Laminats verbunden werden.Making the shadow mask symmetrical. Each of these nickel layers preferably has one Thickness between about 0.0025 mm to about 0.025 mm, with the smaller dimensions then used if the nickel layer is applied by electroplating and the thicker ones are preferred, when the nickel layers are bonded to the steel layers of the laminate by rolling.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Multi-layer shadow mask for color television picture tubes, characterized in that they consist of at least one layer of mild steel and one layer of a material of greater thermal conductivity exists as mild steel

2. Shadow mask according to claim 1, characterized in that it consists of a metallurgically with a Copper layer connected to the mild steel layer

3. Shadow mask according to claim 1, characterized in that it consists of one between two layers made of mild steel sandwiched and metallurgically bonded to the mild steel layers Copper layer.

4. shadow mask according to claim 1, characterized in that it consists of a metallurgically with a Side of a mild steel layer bonded copper layer and one with the other side of the Mild steel layer consists of metallurgically bonded nickel layer.

5. shadow mask according to claim 1, characterized in that it consists of a sandwiched between two mild steel layers arranged, metallurgically connected to these copper layer and each a layer of nickel metallurgically bonded to the other sides of the mild steel layers consists.

6. shadow mask according to claim 3, characterized in that each mild steel layer is about 0.0025 to 0.010 cm and the copper layer is about 0.0025 to about 0.02 cm thick.

7. The shadow mask of claim 5, characterized marked _3i is characterized in that each Flußstahbchicht about 0.0025 cm His 0.01, the copper layer being about 0.0025 to 0.02cm and each of the nickel layers is about 0.0025 to about 0.050 mm thick is.

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