DE2407295A1

DE2407295A1 - Farbbildroehre mit verbesserter schattenmaske

Info

Publication number: DE2407295A1
Application number: DE19742407295
Authority: DE
Inventors: Hiromi Kanai; Katsuyoshi Tamura; Toshihiko Tanaka; Eiichi Yamazaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2218648A1

Description

Patentanwälte o / η 7 9 Q R Dr. !ng. H. Negendank * * ^U ' ^{L Ό} ^ü

Dipl. Ing. H. Hauck - Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, Moiart3trakJe 25

Telefon 5380586

Hitachi Limited

5-1, 1-chome, Marunouchi 16. Februar 1974

Dhiyoda-ku, Tokyo, Japan · Anwaltsakte M-2991

Farbbildröhre mit verbesserter Schatten-

maske

■ Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Farbbildröhre für !Farbfernsehgeräte und insbesondere auf eine Verbesserung des Schattenmaskenaufbaus in einer Farbbildröhre, sowie auf den Aufbau des mit dem verbesserten Schattenmaskenaufbau zusammenhängenden Bildschirms.

Bei bekannten Farbbildröhren mit Schattenmasken treten die von einer Elektronenstrahl-Baugruppe ausgehenden Elektronenstrahlen durch Löcher hindurch, die in der zwischen einem Leuchtschirm und der Elektronenstrahl-Baugruppe angeordneten Schattenmaske vorgesehen sind, und treffen auf Leuchtstoffpunkte auf, die dann zur Emission eines Lichtes in den gewünschten Farben angeregt werden, sodaß das gewünschte Farbbild reproduziert wird.

Der Schattenmaskenaufbau weist im allgemeinen die Schattenmaske in der gewünschten Form auf und einen Rahmen zum Abstützen der Schattenmaske·, wobei die Schattenmaske ihrerseits in eine wirksame Fläche mit mehreren Löchern aufgeteilt ist, durch die die Elektro-

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strahlen auf eine zur Reproduktion eines Bildes in bestimmter Größer notwendige Fläche auftreffen können, sowie in einen im wesentlichen unter einem rechten Winkel zur wirksamen Fläche abgewinkelten Randabschnitt und in einen zwischen der wirksamen ' Fläche und dem Randabschnitt gelegenen Umfangsabschnitt. Der Rahme|n ist rechteckförmig und ein wenig kleiner als die Innenweite des Randabschnitts. Die Schattenmaske und der Rahmen überlappen sich derart, daß die innere Oberfläche des Randabschnitts und die äußerte

i Oberfläche des Rahmens einander gegenüberliegen, wobei die sich ' überlappenden Teile durch Punktschweißverbindungen aneinander gehalten sind. Jedoch besteht hierbei zwischen der Schattenmaske und ihrem Rahmen ein Spiel von einigen Millimetern. Da die Schattenmaske aus einem Blech mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm besteht . und der Rahmen 10 bis 20 mal so dick ist, ergeben sich nach dem ' Schweißen infolge der unterschiedlichen, mechanischen Festigkeit ;

der beiden Teile Spannungen. Da ferner die wirksame Fläche der Schattenmaske mit mehreren Löchern für die Elektronenstrahlen versehen ist, ist die mechanische Festigkeit der wirksamen Fläche

i viel geringer als die des Umfangsabschnitts und des Randabschnitts;.

Bei der Herstellung der Farbbildröhre wird nach Ausbildung des

I Leuchtschirms der Schattenmaskenaufbau verschiedenen Wärmebehand- ;

lungen unterworfen, z.B. dem Erwärmungs- und Abdichtungsvorgang j mit Glasfritte. Diese Erwärmungen bewirken infolge der Uhterschie-i

damit
de in der mechanischen Festigkeit und'der thermischen Deformationen der verschiedenen Abschnitte der Schattenmaske die Spannungen. j Auch ist im Betrieb der zusammengesetzten Farbbildröhre der Schat- ! tenmaskenaufbau dem Bombardement der Elektronen ausgesetzt, sodaß ,

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folglich an den bombardierten Stellen Wärme erzeugt wird. Dies be-I wirkt gleichfalls thermische Deformationen. Dies können auch durch

; unterschiedliche Wärmekapazitäten bedingt snüurch eine derartige

iDeformation des Schattenmaskenaufbaus wird die relative Stellung zwischen den Löchern für die Elektronenstrahlen und den entsprechenden Leuchtstoffpunkten auf der Frontschale der Röhre geändert,

!sodaß ein korrektes Auftreffen der Elektronenstrahlen auf den züge ordneten Leuchtstoffpunkten nicht mehr sichergestellt wird und dadurch die Qualität des reproduzierten Bildes herabgesetzt wird. •Hinsichtlich dieses Problems sind bereits mehrere Lösungen vorge- ; schlagen worden. In einem Lösungsvorschlag ist die Ausbildung von. Ausschnitten im Randabschnitt vorgesehen, um die relative Bewegungjs .freiheit zwischen der Schattenmaske und ihrem Rahmen zu steigern ;Die bekannten Vorschläge lösen jedoch das Problem nicht zufriedenstellend oder sind mit einer Komplizierung der Herstellungsschritte und mit erhöhten Herstellungskosten verbunden.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuen Schattenmaskenaufbau mit einer Spannungsentlastungszone zu schaffen, die die in der Schattenmaske infolge einer Erwärmung der Röhre

j während ihrer Herstellung oder durch das Elektronenbombardement

jim Betrieb der Röhre auftretenden Spannungen vermindert.

Bei einer Farbbildröhre mit einem aus Hals, Trichter und Frontschale bestehenden, evakuierten Kolben, einer im Hals angeordneten Elektronenstrahl-Baugruppe und einem Farbauswahl-Elektrodenaufbau, der eine der inneren Oberfläche der Frontschale gegenüberliegende Farbauswahl-Elektrode und einen diese abstützenden Rahmen auf-

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weist, wobei die Farbauswahl-Elektrode in eine wirksame Fläche, einen diese umgebenden Umfangsabschnitt und einen unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur wirksamen Fläche und zum Umfangsabschnitt abgewinkelten Randabschnitt aufgeteilt ist, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Spannungsentlastungszone mit mehreren Löchern in dem die wirksame Fläche der Schattenmaske umgebenden Abschnitt vorgesehen ist, wobei die Größe der Löcher gleich oder verschieden von den Löchern der wirksamen Fläche sein kann, sodaß die mechanische Festigkeit über den gesamten Schattenmaskenaufbau gleichmäßig verteilt ist. Weiterhin kann die Anzahl der Schweißpunkte an der Schattenmaske und am Rahmen dem Problem ange-j paßt werden, und es können die oben genannten Löcher und/oder Ausschnitte neben den Schweißpunkten vorgesehen werden.

Mit Hilfe der Erfindung wird eine Deformation der Schattenmaske sowohl während der Herstellung als auch im Betrieb der Röhre verhindert und damit ein Auftreffehler des Elektronenstrahls auf den Leuchtstoffpunkten, wodurch ein hochwertiges Farbbild reproduziert werden kann.

In Verbindung mit dieser verbesserten Schattenmaske kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Schicht aus lichtundurch lässiger und nicht-aufleuchtender Substanz an der inneren Oberfläche der Frontschale, den Leuchtschirm umgebend, angebracht werden, sodaß eine unerwünschte Lichtemission infolge der durch die Löcher und/oder Ausschnitte der Spannungsentlastungszone hindurchtretenden Elektronenstrahlen verhindert wird.

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Die trfinching wird nun an Ausführungsbeispielen und anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b den Aufbau ,zweier bekannter Schattenmasken,

Fig. 2a einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Schattenmaskenaufbaus,

Fig. 2b eine Seitenansicht eines Randabschnitts an der längeren Seite der Schattenmaske in Fig. 2a,

Fig. 2c eine Seitenansicht eines Randabschnitts an der kürzeren Seite der Schattenmaske in Fig. 2a,

{Fig. 3 perspektivisch einen Teil eines Schattenmaskenaufj baus gemäß der Erfindung,

Fig. 4 den Teil der Schattenmaske in Fig. 3, aber mit vorgegebenen Ausschnitten und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Farbbildröhre mit dem in den Fign. 3 oder 4 gezeigten S chat tenmaskenaufb au.

In den Fign. 1a und 1b ist der Aufbau bekannter Schattenmasken gezeigt, die aus einer eigentlichen Schattenmaske 1 und aus einem rechteckförmigen Rahmen 2 zur Abstützung der Schattenmaske bestehen Die Schattenmaske 1 weist eine wirksame Fläche 3 mit mehreren, kleinen Löchern 31 auf, durch die die von einer Elektronenstrahl-Baugruppe (nicht gezeigt) stammenden Elektroneristrahlen hindurchtreten, sowie einen im wesentlichen unter einem rechten Winkel gegenüber der wüksamen Fläche 3 abgewinkelten Randabschnitt 4 und einem Umfangsabschnitt 5, der, zwischen dem Randabschnitt und der

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wirksamen Fläche gelegen ist und diese umgibt. Die in Fig. 1b gezeigte Schattenmaske unterscheidet sich von der in Fig. 1a dadurch daß ihr Randabschnitt 4 mit Ausschnitten 6 versehen ist.

Gewöhnlich wird die Schattenmaske 1 aus einem Blech mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm hergestellt, wohingegen die Stärke des für den Rahmen 2 verwendeten Metalls 10 bis 20 mal größer als die der Schattenmaske ist. Die Innenabmessungen der Schattenmaske 1 sind um mehrere Millimeter größer als die Außenabmessungen des Rahmens 2. Nachdem diese Teile ineinandergefügt sind, werden sie durch Punktschweißen miteinander verbunden, wobei die Anzahl der Schweißstellen und deren Abstand vorbestimmt sind. Bei einem derartigen Schattenmaskenaufbau ist das Spiel zwischen der Schattenmaske und ! dem Rahmen an den Schweißstellen auf Null vermindert, sodaß auf- \ grund der unterschiedlichen, mechanischen Festigkeit infolge des ;

Unterschieds in der Dicke zwischen dem Rahmen und der Schattenmaske in der Schattenmaske unvermeidlich Spannungen auftreten. Die j

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in Fig. 1b gezeigten AusschnitteIsind nun dafür vorgesehen, diese

Spannungen teilweise aufzunehmen. Jedoch hat sich herausgestellt,

daß derartige Ausschnitte allein nichtausreichen, um die Spannun- j gen zu mildern. Selbst wenn derartige Ausschnitte vorgesehen sind,j bestehen noch wesentliche Unterschiede in der mechanischen Festig-! keit des Umfangsabschnitts, des Randabschnitts und der wirksamen Fläche der S<hattenmaske. Weiterhin bewirkt der Randabschnitt 4 eine wesentliche Versteifung, da er gegenüber der wirksamen Fläche in einem im wesentlichen rechten Winkel abgebogen ist, wodurch zusätzlich die mechanische Festigkeit der verschiedenen Abschnitte der Schattenmaske ungleichmäßig verteilt ist. Aus diesem Grund

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ist es unmöglich, nur mit Hilfe von Ausschnitten in dem Randabschnitt die Spannungen vollständig auszuschalten.

Erfindungsgemäß kann dieses Problem in folgender Weise gelöst werden. In der in den Fign. 2a, 2b und 2c gezeigten Ausführungsform wobei die mit denen in den Fign. 1a und 1b übereinstimmenden Teile das gleiche Bezugszeichen haben, sind mehrere Heine Löcher 41 im Randabschnitt 4 vorgesehen. Die Löcher 41 können hierbei dieselbe oder eine unterschiedliche Form im Vergleich zu den Löchern 31 in der wirksamen Fläche aufweisen. Durch die Löcher 41können die infolge der unterschiedlichen Dicke der Schattenmaske und des Rahmens auftretenden Spannungen in der Schattenmaske wirksamer als durch die Ausschnitte allein auf der gesamten Fläche des Randabschnitts und folglich der wirksamen Fläche vermindert werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Dichte der Löcher 31 mit der Dichte der Löcher 41 im wesentlichen gleich ist. Der Abbau der Spannungen hängt von den Tiefen h- und h~ des Ausschnittes 6 sowie von der Anzahl der Schweißstellen ab. Experimente mit Schattenmasken für 2o Zoll große Farbbildröhren zeigten, daß mit insgesamt 14 Schweiß punkten auf der längeren Seite, sowie insgesamt 1o Schweißpunkten auf der kürzeren Seite der Schattenmaske und mit Ausschittstiefen von h.. = 5 mm und h~ = 4 mm,jeweils für die längeren bzw. kürzeren Seiten, gute Ergebnisse erzielt werden können. Obwohl die Tiefen der Ausschnitte derart bestimmt wurden, daß eine Streuung der Elek tronenstr^hlen vom Randabschnitt ^des Schattenmaskenaufbaus verhindert wird, ist es möglich, die Tiefe der Ausschnitte bei Verwendung einer Schicht aus nicht-aufleuchtender Substanz im Zusammenhang mit den Ausschnitten, wie später beschrieben wird, zu ver-

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- 8 großem, um so wirksamer die Spannungen herabzusetzen.

In einer in Fig. 3 gezeigten, abgeänderten Ausführungsform ist auch der Umfangsabschnitt 5 mit mehreren Löchern 51, ähnlich den Löchern 41 des Randabschnitts 4, versehen. Somit wird die wirksame Fläche 3 der Schattenmaske vollständig von einer Spannungsentlastungszone umgeben. Durch die Löcher 51 im Umfangsabschnitt 5 sind die mechanischen Festigkeiten der wirksamen Fläche 3, des Umfangsabschnitts 5 und des Randabschnitts 4 besser angeglichen. Daher können die Spannungen in der Schattenmaske, die durch verschie dene Behandlungsstufen bei der H erstellung der Farbbildröhre und '

durch die vom Elektronenbombardement im Betrieb der Farbbildröhre j stammende Wärem bewirkt werden, gemildert oder auf der gesamten Fläche der Schattenmaske ausgeschaltet werden, wodurch eine Verminderung in der Qualität des reproduzierten Bildes infolge eines

zwischen
Auftteffehlers/den Elektronenstrahlen und den

Leuchtstoffpunkten aufgrund der Maskendeformation vermieden wird. Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Aus führungs form in Fig. 3, wobei Ausschnitte 6 an der Kante des Randabschnitts 4 vorgesehen sind, sodaß damit zusammen mit den Löchern am Randabschnitt die Spannungen noch wirksamer abgebaut werden können. Ebenso ist es

i bei den Ausführungsformen in den Fign. 3 und 4 vorteilhaft, die ' Löcher 41 im wesentlichen genauso wie die Löcher 31 der wirksamen Fläche auszubilden.

Bei den Ausführungsformeη in den Fign. 3 und 4 ist es, falls die Tiefe der Ausschnitte 6 sehr groß ist, unvermeidlich, daß die beim Betrieb der Farbbildröhre von der Elektronenstrahl-Baugruppe

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ausgehenden Elektronenstrahlen außerhalb der zur Reproduktion des Bildes verwendeten, vorbestimmten Fläche an der inneren Oberfläche der Frontschale auftreffen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die innere Oberfläche der .Frontschale so auszubilden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, in der die denen in den Fign. 3 und 4 entspre-

:chenden Teile das gleiche Bezugszeichen aufweisen. Wie aus Fig. hervorgeht, bedeckt ein Leuchtschirm 9 mit mehreren, von Schichten 93 aus lichtundurchlässiger, nicht-aufleuchtender Substanz umgegebenen Leuchtstoffpunkten 91 die innere Oberfläche der Frontschale 8 einer Farbbildröhre. Die Röhre weist (nicht dargestellt) einen die Elektronenstrahl-Baugruppe aufnehmenden Hals, einen mit dem Hals verbundenen Trichter und die auf das offene Ende des Trichters aufgesetzte Frontschale auf, wie bekannt ist. Gemäß einem Merkmal der Erfindung umgibt auf derinneren Oberfläche der Frontschale 8 eine Schicht 92 aus lichtundurchlässiger und nicht-auf-J leuchtender Substanz den Leuchtschirm 9. Die Ausbildung der Schich|t j kann erfolgen, indem mit Hilfe der Schwarzmatrix-Belichtungstechnik unter Verwendung einer Abdedfolaxe nur der Leuchtschirm belichtet wird, oder indem zuerst die Schicht 9 2 und dann die Leucht schirm-Schicht in bekannter Weise aufgebracht wird. Wie aus Fig. zu ersehen ist, ist die Schicht an dem Teil der innern Oberfläche der Frontschale 8 aufgebracht, der dem Umfangsabschnitt und dem Randabschnitt der Schattenmaske gegenüberliegt. Als nicht-aufleuch tende Substanz kann Graphit verwendet werden. In einer Schwarzmatrix-Farbbildröhre bzw. einer mit einer Metall-Rückschicht versehenen Röhre umgeben die Schichten 93 aus nicht-aufleüchtender Substanz die Leuchtstoffpunkte, wie bekannt ist. Durch die Schicht 92 kann verhindert werden, daß außerhalb des Leuchtschirms gele-

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gene Teile aufgrund der durch die Löcher und /oder Ausschnitte zum A-bbauen der Spannungen in der Schattenmaske zum Leuchten angeregt werden. Weiterhin wird durch die Schicht 92 verhindert, daß durch ein bei normalem Betrieb der Farbbildröhre üblicherweise auftreten· des, zu weit greifendes Oberstreichen außerhalb des Leuchtschirms gelegene Flächen zum Leuchten angeregt werden. Selbst wenn eine derartige, unerwünschte Lichterregung stattfindet, verhindertt die !Schicht 92, daß das Licht zur Frontschale gelangt.

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pie aus der vorhergehenden Beschreibung zu entnehmen ist, wird erfindungsgemäß eine verbesserte Farbbildröhre geschaffen, bei der |

die Schattenmaske Spannungsentlastungsflächen am Randabschnitt und /oder am Umfangsabschnitt aufweist. Die Spannungsentlastungsfläche^ Weisen meherere kleine Löcher auf. Gegebenenfalls können an der Kante des Randabschnitts zusatzlich Ausschnitte vorgesehen sein. Diese Löcher und Ausschnitte vermindern die durch Erwärmung in der Schattenmaske auftretenden Spannungen, sodaß eine Deformation der Schattenmaske und damit eine Verzerrung des reproduzierten Bildes fiirksam verhindert wird, üa diese Löcher gleichzeitig mit den für

den Durchgang der Elektronenstrahlen bestimmten Löchern ausgebildet!

jrerden können, erhöht sich nicht die Zahl der Arbeitsrchritte zur erstellung der erfindungsgemäßen Schattenmaske. Zusätzlich zur erminderung der durch Erwärmung auftretenden Spannungen setzen iiese Löcher die Spannungskonzentration beim Pressen der Schattennaske herab, sodaß die beim Preßvorgang oft auftretenden Sprünge rermialen werden.

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Zusätzlich verhindert die aus lichtundurchlässiger und nicht-aufleuchtender Substanz bestehende Schicht 92, daß das durch die Elektronenstrahlen beim Hindurchgang durch die Löcher 41 und 51 in den Spannungsentlastungsflachen hervorgerufene Licht auf die Außenseite der Röhre gelangt.

j Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die besondere Form

und Anzahl der Löcher und Ausschnitte zur Verminderung der Spannungen beschränkt, sowie auf eine bestimmte Anzahl von Punktschweißverbindungen, wie sie hier gezeigt und beschrieben worden sind.

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Claims

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank Dipl. Ing. H. Haudc - Dipl. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. ing. VV. Wehnert

Hi tachi Limited ⁸ *"■*·■ *- Moxartstraße 25

Telefon 5380586

5-1,1-chome, Marunouchi 15. Februar 1974

Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Anwaltsakte M-2991

Patentansprüche

Farbbildröhre mit einem aus Hals, Trichter und Frontschale bestehenden, evakuierten Kolben, einer im Hals angeordneten ! Elektronenstrahl-Baugruppe und einem Farbauswahl-Elektrodenauf-j bau, der eine der inneren Oberfläche der Frontschale gegenüber-i liegende Farbauswahlelektrode und einen diese abstützenden Rah-j men aufweist, wobei die Farbauswahlelektrode in eine wirksame Fläche, einen diese umgebenden Umfangs ab schnitt und einen unteij einem im wesentlichen rechten Winkel zur wirksamen Fläche und | zum Umfangsabschnitt abgewinkelten Randabschnitt aufgeteilt ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsentlastungszone mit mehreren Löchern (41) im Randabschnitt (4) vorgesehen ist, wodurch der Randabschnitt als eine Spannungsentlastungsfläche

unterschiedlichen wirkt, die die in der Farbauswahlelektrode (1) infolge der /

, thermischen Ausdehnung der- Farbauswahlelektrode und des Rahmens

(2) auftretenden Spannungen vermindert.
2. Farbbildröhrenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbauswahlelektrode eine Schattenmaske (1) ist.
3. Farbbildröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichent,

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daß die Spannungsentlastungszone aus dem Umfangsabschnitt (5) und dem Randabschnitt (4) der Farbauswahlelektrode (1) besteht, wobei diese Abschnitte vollständig mit Löchern (41,51) bedeckt sind.
4. Farbbildröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadruch gekennzeichnet, daß die Spannungsentlastungszone an der Kante des

j Randabschnittes (4) Ausschnitte (6) mit bestimmter Form und in

j bestimmter Anzahl aufweist.
5. Farbbildröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontschale (8) an der Innenseite außerhalb

; des Leuchtschirms (9) eine Schicht (92) aus einer Substanz auf- '-. weist, die lichtundurchlässig und bei Elektronenbeschuß nicht ^! zum Leuchten anregbar ist.
6. Farbbildröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (92) dem Umfangsabschnitt (5) und dem Randabschnitt (4) der Farbauswahlelektrode (1) gegenüberliegt.

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