DE3641010A1

DE3641010A1 - Kathodenstrahlroehre und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3641010A1
Application number: DE19863641010
Authority: DE
Inventors: Julius E Stempfle
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1985-12-09
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1987-06-11
Also published as: DE3641010C2; JPS62140341A; GB2183903A; GB2183903B; JPH0381255B2; US4704094A; GB8627431D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kathoden strahlröhre und ein Verfahren zur Herstellung einer Kathodenstrahlröhre mit sehr hohem Auflösungsvermögen und hoher Leistung.

Bei Kathodenstrahlröhren für eine Farbdarstellung auf dem Schirm wird typischerweise eine Anzahl von Elektronenkanonen verwendet, von denen jede zur Erzeugung eines auf einen Schirm, auf dem sich phosphoreszierende Elemente einer gegebenen Farbe befinden, gerichteten Kathodenstrahls, bestimmt ist. Beispielsweise kann der Schirm einer Kathodenstrahlröhre mit einem Muster von roten, grünen und blauen phosphoreszierenden Elementen oder Punkten durchsetzt sein, von denen jedes oder jeder die Erregung von einer der drei Elektronenkanonen empfangen kann. Zwischen dem phosphoreszierenden Schirm und der Elektronenquelle befindet sich eine sogenannte Schattenmaske, die aus einer dünnen Metallfolie mit einer Anzahl von Perforierungen besteht, die so angeordnet sind, daß sie den Elektronenstrahl von einer der Kanonen zu den phosphoreszierenden Punkten einer gegebenen Farbe hindurchgehen läßt. Beispielsweise wird die Verteilung von Öffnungen in der Maske den Elektronenstrahl der "roten" Kanone nur auf die roten phosphoreszierenden Punkte auftreffen lassen, während die nicht mit Öffnungen versehenen blinden Teile der Schattenmaske einen Schatten auf die grünen und blauen Punkte werfen. Die "grünen" und "blauen" Kanonen stehen zur "roten" Kanone in einer typischerweise dreieckigen Beziehung, so daß ein Elektronenstrahl von der "grünen" Kanone nur auf grüne phosphoreszierende Punkte und ein Elektronen strahl von einer "blauen" Kanone nur auf blaue Punkte auftreffen wird.

Die Farbauflösung der Farbröhre ist von der korrekten Herstellung der Schattenmaske und ihrer korrekten Ausfluchtung im Verhältnis zu den phosphoreszierenden Elementen oder Punkten auf dem Schirm unter den Betriebsbedingungen abhängig. Über die Versuche, eine hohe Farbauflösung zu erreichen, sind eine Vielzahl von Herstellungsverfahren entwickelt worden. Ein Verfahren besteht darin, eine flache Schattenmaske im Verhältnis zu einem schweren Metallrahmen unter mechanische Spannung zu versetzen und sie dann innerhalb der Röhre im Abstand zum Schirm anzuordnen. Jedoch hat sich die bisher erreichte mechanische Spannung selbst als nicht ausreichend erwiesen, um die Farbreinheit zu garantieren und außerdem kann sich der Metallrahmen in Bezug zum Schirm als Ergebnis von Hitze und Schwingungseinwirkung verschieben. Diese Probleme mit der schlechten Farbdeckung sind bei Farbröhren mit sehr hoher Auflösung, wie sie beispielsweise in der Flugelektronik und ähnliches verlangt werden, nicht tolerierbar.

Ein weiteres Verfahren für die Plazierung einer Schattenmaske in einer Farbkathodenstrahlröhre kombiniert mechanische Spannung mit Hitzeanwendung. Die Schattenmaske kann mechanisch gereckt und zur gleichen Zeit auf eine hohe Temperatur gebracht werden, bevor sie in einem Metallrahmen oder an der Kathodenstrahlröhre selbst befestigt wird, wobei ein Material für die Schattenmaske verwendet wird, das einen wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das des Rahmens oder der Röhre, an der sie befestigt werden soll. Unter diesen Umständen wird sich die Schattenmaske beim Abkühlen mehr zusammenziehen als der sie umgebende Rahmen oder der Mantel, woraus sich eine höhere Spannung der Maske und ein verbessertes Ergebnis ergibt. Mit rein mechanischen Mitteln gemäß dem Stand der Technik wird auf diese Art die Schattenmaske für eine garantierte Farbreinheit nur unzureichend vorgespannt, insbesondere wenn die Schattenmaske den bei Hochglanzdisplays auftretenden hohen Strahldichten ausgesetzt ist. Die Kathodenstrahlröhre und insbesondere die Schattenmaske werden während des normalen Betriebs oft auf ziemlich hohe Temperaturen aufgeheizt, woraus sich eine Umkehr des Prozesses ergibt, unter dem die Spannung aufgebracht wurde, d.h. die Hitze verursacht eine größere Ausdehnung der Schattenmaske als des Rahmens oder der Röhre und ergibt eine Verschlechterung der Farbauflösung.

In der US-Patentschrift Nr. 40 69 567 (von SCHWARTZ) wird der Aufbau einer Kathodenstrahlröhre offenbart, bei dem die Schattenmaske, die einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Halter oder der Mantel bei der Herstellung auf eine höhere Temperatur erhitzt wird als der Halter oder der Mantel, wodurch nach dem Abkühlen eine höhere Spannung erreicht wird als dies möglich wäre, wenn Mantel und Maske auf die gleiche Temperatur erhitzt würden. Während sich hieraus bei Raumtemperatur eine höhere Spannung ergibt, ist die Maske jedoch in diesem Fall immer noch einer übermäßigen Entspannung unterworfen, wenn sie von hochenergetischen Elektronen aufgeheizt wird. In jedem der vorgenannten Verfahren ist die Genauigkeit der Schattenmaskenfarbabdeckung nicht ausreichend, um den in der Luftfahrt auftretenden hohen Schwingungsauswirkungen zu widerstehen und den hohen Strahlströmen zu wider stehen, die zur Erzeugung von bei Tageslicht klar erkennbaren Farbdarstellungen verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer besonderen Ausführungsform eine Schattenmaske unter hoher Spannung direkt an dem Mantel einer Kathoden strahlröhre für eine genaue Ausfluchtung mit dem phosphoreszierenden Schirm der Kathodenstrahlröhre und der Elektronenkanone befestigt. Wenn kein getrennter Rahmen verwendet wird, ist die Maske der relativen Bewegung oder Schwingung mit Bezug auf den Kathoden strahlröhrenschirm weniger unterworfen. Das Material, aus dem die Schattenmaske hergestellt ist, weist eine hohe Dehnungsfestigkeit und einen Wärmeausdehnungs koeffizienten auf, der nahe dem des Mantels liegt, an welchem sie unter hoher Spannung befestigt wird, wodurch Auswirkungen, die von durch Hitze verursachter schlechter Farbdeckung herrühren, während des Betriebs verringert oder ausgeschaltet werden. Auf diese Art wird die Maske nicht auf ein wesentlich größeres Maß als der Mantel ausgedehnt, wenn beide erhitzt werden.

Die Schattenmaske wird einer mechanischen Spannung in der Größenordnung von 275 × 10⁶ bis 551,6 × 10⁶ N/m² (40 000 bis 80 000 psi) unterworfen, bevor sie an dem Mantel befestigt wird und sie wird vorzugsweise bei Raumtemperatur durch Schweißen an einem an den Mantel angelöteten Metallring befestigt. Eine hohe Gesamtspannung erhöht die Eigenfrequenz der Maskenschwingung auf eine Höhe, die gut oberhalb der Minimalanforderungen liegt.

Die dabei entstehende Röhre kann bei sehr hohen Strahldichten und entsprechend sehr hohen Hochglanz pegeln betrieben werden und sie kann heftige Schwingun gen ohne Verlust der Farbreinheit ertragen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kathodenstrahlröhre mit sehr hoher Farbauflösungsreproduktion verfügbar zu machen ist gelöst.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung nämlich, eine verbesserte Kathodenstrahlröhre verfügbar zu machen, die zu einer genauen Farbreproduktion trotz Vorhandensein von Schwingungen und hohen Strahlströmen fähig ist, wird gleichfalls beherrscht.

Außerdem wird nach der Lösung der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kathodenstrahlröhre verfügbar gemacht, die bei Hochglanzpegeln betrieben werden kann.

Zusätzlich wird eine verbesserte Schattenmaske für eine Farbkathodenstrahlröhre verfügbar gemacht, wobei die Schattenmaske an dem Röhrenmantel unter hohen Spannungs bedingungen befestigt wird.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist zwar in dem vorstehenden Teil der vorliegenden Beschreibung genau dargelegt und deutlich ausgeführt worden, jedoch wird sowohl die Organisation als auch das Betriebsverfahren der vorliegenden Erfindung zusammen mit weiteren Vorteilen und Aufgaben am besten in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen. Im Übrigen handelt es sich um die zeichnerische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht einer Kathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine in hohem Maß vergrößerte Draufsicht auf einen Teil einer Schattenmaske, wie sie in der Röhre von Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 einen auseinandergezogenen Querschnitt zur Verdeutlichung von Herstellungsschritten einschließlich des Plazierens der Schattenmaske aus Fig. 2 innerhalb des Kathoden strahlröhrengebildes;

Fig. 4 und 5 Querschnittsansichten weiterer Darstellungen des zuvorgenannten Verfahrens und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Spannungsvorrichtung, wie sie gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 weist eine Kathodenstrahlröhre 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Glas- oder Keramikmantel mit einem Halsteil 12 auf, in welchem sich die Elektronenstrahlkanone 14 befindet. Der Kolben geht in ein Tunnelteil 16 über, der in einer Frontplatte 18 mit einer Vielzahl von (nicht dargestellten) phosphoreszierenden Farbelementen endet und seitlich entlang dem Elektronenkanonengebilde 14 beginnt. Das Gebilde 14 weist drei Elektronenkanonen auf, die entweder in einem Delta oder in Reihenkonfiguration angeordnet sind und zur Erzeugung von drei Elektronenstrahlen bestimmt sind, von denen jeder auf phosphoreszierende Elemente einer speziellen Farbe auf dem Bildschirm gerichtet werden kann. Ein Ablenkungssystem 20 kann mit einer herkömmlichen Fernsehablenkungsschaltung zum Richten der Elektronenstrahlen in einem Raster verbunden werden, oder die Strahlen können in jedem erwünschten Muster über den Röhrenschirm abgelenkt werden. Zwischen dem Kathodenstrahlröhrenkanonengebilde 14 und der Front platte 28 befindet sich eine Schattenmaske 22 mit einer Vielzahl von Öffnungen 24, wie in Fig. 2 dargestellt, von denen jede so ausgelegt ist, daß sie einen Elektronenstrahl von den Kanonen des Gebildes 14 zu den entsprechenden farbphosphoreszierenden Elementen auf der Frontplatte 18 hindurchgehen läßt. Die Öffnungen 24 in der Schattenmaske 22 sind in bekannter Art aufgereiht, so daß der Strahl von einer Elektronenkanone, die einer "Farbe" entspricht, nur auf phosphoreszierende Elemente derselben Farbe auf den Schirm auftreffen kann, während die Schattenmaske 22 auf die anderen phosphoreszierenden Elemente von jeglicher anderen Farbe einen Schatten wirft und sie blockiert. Die Elektronenkanonen des Gebildes 14 und die phosphoreszierenden Elemente auf dem Schirm sind typischerweise in einem Dreiecksmuster angeordnet, so daß dieselbe Schattenmaske für die Maskierung der phosphoreszierenden Elemente aller Farben von anderen Elektronenstrahlen als die eine mit derselben "Farbe" wirksam ist. Der Durchmesser der Öffnungen 24 liegt in der Größenordnung von 0,1 mm und einem Loch- oder Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt-Abstand von etwa 0,2 mm. Die Öffnungen stellen etwa 25% des Maskenflächenbereiches dar, so daß der Elektronenstrahl in der meisten Zeit auf die Maske selbst auftrifft, was ein Aufheizen der Maske zur Folge hat.

Die Schattenflächenmaske gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem bei hoher Temperatur dehnungsfesten Metall, das unter hohe mechanische Spannung in der Größenordnung zwischen 275 × 10⁶ bis 551,6 × 10⁶ N/m² (40 000 und 80 000 psi) gesetzt wird und an einem Teil des Röhrenmantels selbst befestigt ist, was sich zum Anordnen in der Röhre als besser erwiesen hat als die Befestigung in einem schweren Rahmen. Die Spannung wird durch mechanische Mittel vorzugsweise bei Raumtemperatur oder in einem Bereich der annähernd von Temperaturen bei oder unterhalb der üblichen Betriebstemperaturen der Röhre begrenzt wird, erzeugt, während der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials, aus dem die Schattenmaske hergestellt ist, sehr dicht bei dem des Mantelteils liegt, an dem sie befestigt ist. Insoweit die Befestigung der Schattenmaske am Mantel vorzugsweise bei Raumtemperatur vorgenommen wird, ist erkennbar, daß es keine Abhängigkeit von einem unterschiedlichen Zusammenziehen der Maske in Bezug zu ihrer Befestigung beim Spannen gibt. Vielmehr ist die Ausdehnung und Zusammenziehung der Schattenmaske über einen breiten Temperaturbereich ziemlich gut aneinander angepaßt. So wird das beim Stand der Technik vorherrschende Problem vermieden, wobei das Unterspannungsetzen eine Schattenmaske erzeugte, die dem Ent-spannen mehr ausgesetzt war, wenn hohe Temperaturen einwirkten. Folglich ist es viel unwahrscheinlicher, daß sich während des Betriebs der Röhre eine Fehlfarbabdeckung eines Elektronenstrahls mit den phosphoreszierenden Elementen ergibt.

Die Metallschattenmaske wird geeigneterweise aus einem dünnen Blech einer Nickel-Chrom-Titan-Legierung hergestellt. Bei einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wies die Metallschattenmaske eine Dicke von 0,0254 mm (1/1000 Inch) auf und wurde aus einem als Ni-Span-C-902 bekannten von HUNTINGTON ALLOYS; Inc., Huntington, West Virginia hergestellten Erzeugnis gewalzt. Die vom Hersteller angegebenen Begrenzungen der chemischen Zusammensetzung sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Chemische Zusammensetzung in %

Nickel (+Kobalt)41,0 bis 43,50 Chrom4,90 bis 5,75 Titan2,20 bis 2,75 Aluminium0,30 bis 0,80 Kohlenstoff0,06 max. Mangan0,80 max. Silizium1,00 max. Schwefel0,04 max. EisenRest

Das obenbeschriebene Metall weist eine vorteilhafte Hochtemperatur-Dehnungsfestigkeit auf, die eine hohe mechanische Spannung zuläßt und einen relativ konstanten Elastizitätsmodul. Die Legierung weist ebenfalls einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der in der Nähe desjenigen des Mantelteils liegt, an dem er befestigt ist, d.h. der Ausdehnungskoeffizient dieser Metallegierung liegt bei Raumtemperatur etwas über 8 × 10^-6 cm/cm/°C (Inches/Inch/°C) und bei 250°C annähernd bei 9,9 × 10^-6cm/cm/°C (Inches/Inch/°C), wobei die letzte Temperatur eine nicht ungewöhnliche Röhren betriebstemperatur darstellt. Bei annähernd 450°C, was bei der Herstellung der Röhre nach der Anordnung der Schattenmaske erreicht werden kann, liegt der Ausdehnungskoeffizient des obengenannten Materials nahe 10,5 × 10^-6 cm/cm/°C (Inches/Inch/°C). Im Vergleich mit dem Ausdehnungskoeffizienten für Mantelmaterial, beispielsweise 9,6 × 10^-6 cm/cm/°C (Inches/Inch/°C) für Keramik und annähernd 9,35 × 10^-6 cm/cm/°C (Inches/Inch/°C) für Glas ist ersichtlich, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Schattenmaskenmetalls fast der gleiche ist. Bei einer speziellen Ausführungs form war die Schattenmaske an einem einen Fosterit- Keramikring 26 (in Fig. 1) aufweisenden Teil des Tunnelteils der Röhre mit einem Wärmeausdehnungs koeffizienten von 9,6 × 10^-6 cm/cm/°C (Inches/Inch/°C) befestigt worden. Ein Wärmeausdehnungskoeffizient der Schattenmaske, der innerhalb etwa 18% (d.h. 82% zu 118 %) des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Mantelteils, an dem er befestigt ist, liegt, ist vorzuziehen. Der Keramikring 26 hat eine größere radiale Dicke als der Rest des Tunnelteils, um Festigkeit bei der Abstützung der Schattenmaske zu bieten, jedoch werden seine Innen abmessungen nach der Frontplatte hin größer, um die Bahn der Elektronenstrahlen im breitmöglichsten Bereich hindurchgehen zu lassen.

Das zuvorgenannte Legierungsmaterial zur Herstellung der Schattenmaske hat sich als sehr geeignet erwiesen. Es ist jedoch selbstverständlich, daß es durch andere Metalle mit ausreichender Festigkeit und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der nahe dem des Mantelteils liegt, ersetzt werden kann. Beispielsweise kann die Schattenmaske aus einer Titanlegierung, wie beispielsweise einer mit 15% Vanadin und einer kleinen Menge Chrom bestehen.

Anhand der Fig. 3 bis 6 läßt sich ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für die Befestigung der Schattenmaske 22 an einem Keramikmantelringteil 26 beschreiben. Zuerst wird ein Titanmetallring 28 an einer Außenfläche 30 des Keramikrings 26 vorzugsweise durch Hartlöten angebracht. Bei dieser besonderen Ausführungs form wird ein Folienzwischenring 32 aus Silber lötmaterial, beispielsweise ein Ring, der aus einem Produkt hergestellt wird, das unter dem Namen CUSIL von ENGLEHART produziert wird, auf der Fläche 30 mit dem Titanring darüber angebracht. Die Anordnung wird belastet und in einen Vakuumofen gebracht, der langsam auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die ausreicht, um den Titanring mit der Keramik zu verschweißen. Die Anordnung wird auf der Verschweißtemperatur für eine kurze Zeit, beispielsweise fünf Minuten, gehalten, wodurch das im Silberschweißmaterial enthaltene Titan oder Titan vom Ring 28 durch die ein bis zwei Tausendstel Inch dicke Folie 32 aus geschmolzenem Verschweißmaterial auf den Keramikring wandern kann, um die Keramik zu "nässen". Nachdem der Titanring 28 an den Keramikring 26 befestigt ist, wird die Titanringoberfläche in geeigneter Weise geschliffen, so daß sie völlig eben ist. Dann wird die in einem herkömmlichen Photoätzverfahren gemäß der Darstellung in Fig. 2 mit Löchern versehene Schattenmaske 22 zwischen erste und zweite flache Metallringe 34 und 36 von etwa der gleichen Größe und mit einem Innendurchmesser, der größer ist als die äußere diagonale Abmessung des Keramikrings 26, geklemmt. Erste Schrauben 38, die durch den Ring 34 gesteckt werden, nehmen den Ring 36 in einer Schraubbefestigung auf und werden eng angezogen, um die flache Schattenmaske zwischen den Ringen zu befestigen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Ein dritter Ring 40 wird unterhalb des Rings 36 angeordnet und Schrauben 42, die zwischen den Schrauben 38 liegen, werden durch Öffnungen in den Ringen 34 und 36 durchgesteckt, nehmen den Ring 40 in einer Schraubbefestigung auf, um ihn gegen die beiden anderen Ringe anzuziehen, beispielsweise in die in Fig. 4 dargestellte Stellung. Der Ring 40 ist an seinem inneren Durchmesser mit einem zylindrischen Axialflansch 45 versehen, der sich innerhalb der Ringe 34 und 36, jedoch außerhalb des Keramikrings 26 befindet, um die Unterseite der Maske abzustützen. Wenn der Ring 40 angezogen wird, kann die Maske 22 unter erhebliche mechanische Spannung gesetzt werden, geeigneterweise in einem Bereich von 275 × 10⁶ bis 551,6 × 10⁶ (40 000 bis 80 000 psi), vorzugsweise zwischen 344 bis 413.3 × 10⁶ N/m² (50 000 und 60 000 psi). Eine unerwünschte Resonanzschwingung wird dadurch vermieden, daß die Gesamtspannung die Eigenfrequenz der Maskenschwingung auf eine Mindestanforderung von gut oberhalb 1000 Hz anhebt.

Wenn die Schattenmaske auf diese Art gespannt ist, wird die Anordnung aus Schattenmaske 22, zusammen mit den Ringen 34, 36 und 40 über den Keramikring gebracht, wie in den Fig. 4 und 6 dargestellt ist und die Schatten maske wird an den Ring 28 durch Stromzuführung an Elektroden, wie beispielsweise Elektrode 44 in Fig. 4 punktgeschweißt. Ein Paar solcher Elektroden wird geeigneterweise in einer Seite-an-Seite-Anordnung verwendet, wodurch der Strom durch die eine Elektrode, durch die Maske 22 und den Ring 28 und dann durch die andere Elektrode hindurchgeht. Das Schweißen wird so durchgeführt, daß die Schweißpunkte eta 1,27 bis 1,52 mm (50-60/1000 inch) auseinanderliegen. Nachdem die Schweißung fertiggestellt ist, kann die Schattenmaske rund um die Außenkante des Rings 28 abgetrennt werden. Selbstverständlich muß sich das in Fig. 2 dargestellte Muster von Öffnungen für die Schattenmaske innerhalb der Innenabmessungen des Rings 28 befinden.

Nachdem die Schattenmaske auf dem Keramikring ein gerichtet ist, wird ein Keramikring 48, beispielsweise durch Aufschmelzen (oder "zubacken") auf die Fläche 30 des Rings 26, außerhalb der Schattenmaske und des Rings aufgebracht. Dann wird die Frontplatte 18, auf welcher sich der phosphoreszierende Schirm befindet, am Keramikring 48 angebracht. Die Fläche 46 des Keramik rings 26 wird auf den restlichen Tunnelteil 16 aufgeschmolzen.

Der Titanring 28 hat im wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Fosterit- Keramikring 26 und bildet zusammen mit dem Ring 26 eine Einheit, die so druckfest ist, daß sie die Maske abstützen kann. Die Einheit kann an den Röhrenmantel angeschweißt werden und dann mit ihr aus einem Stück bestehen.

Wenn auch die Möglichkeit besteht, andere Verfahren als Schweißen für die Befestigung der Schattenmaske an ihrem Platz zu verwenden, so ist das Schweißen doch vorzu ziehen, weil damit die Schattenmaske unter beachtlicher Spannung sicherer am Ring 26 befestigt werden kann, d.h. durch Schweißen wird eine höhere Haftfestigkeit erreicht. Außerdem wird durch die zuvorbeschriebenen Hartlöt- und Schweißverfahren der für die Verbindung nötige Flächenbereich vermindert und die Anordnung und Einpassung der Schattenmaske ist genau kontrollierbar.

Auch ist das Schweißen einfacher und benötigt weniger Zeit, es kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden und der Hochspannungsweg zur Schattenmaske wird dadurch nicht unterbrochen.

In der unter der Nr. 01 21 628 vom Europäischen Patentamt veröffentlichten Schrift ist bereits der die Ringe 34, 36 und 40 enthaltende Spannungsrahmen für den Zweck des Schweißens einer Schattenmaske auf einen getrennten Rahmen, der in einer Kathodenstrahlröhre angeordnet werden soll, beschrieben worden.

Es hat sich herausgestellt, daß mit der vorliegenden Erfindung ein drastisches Ansteigen der Strahlstrom fähigkeit einer Röhre erzeugt werden kann, wobei sich in direkter Folge davon die Klarheit des Bildes drastisch steigert. Die Strahlströme können ein Vielfaches der bisher möglichen Strahlströme betragen. Wenn auch die hohen Strahlströme einen beachtlichen Temperaturanstieg während des Betriebs der Röhre bedeuten, so kann sich die Maske doch nicht unter der auf sie ausgeübten ultrahohen Spannung in der Größenordnung von 413,3 × 10⁶ /m² (60 000 psi) lösen oder werfen, wie es der Fall bei der Anwendung von Verfahren nach dem Stand der Technik wäre. Außerdem kann die Schattenmaske größere Hitze ohne Verlust ihrer Spannung unterhalb von Werten widerstehen, die für eine Schwingungsisolierung erforderlich sind. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schattenmaske fast derselbe ist wie der des Mantels, an dem sie befestigt ist, wird der zuvor auftretende Effekt, daß sich die Schattenmaske bei Temperaturanstieg in größerem Maß ausdehnt als ihre Halterung, an der sie befestigt ist, in einem beachtlichen Ausmaß vermieden. Die Schatten maske kann auch in Bezug auf den Farbschirm in genauer Nebeneinanderanordnung gehalten werden, insofern als sie direkt am Röhrenmantel und nicht an einem zusätzlichen inneren Rahmen befestigt ist, der sich infolge von Schwingung und Temperaturänderungen in Bezug zum Schirm verschieben kann. In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform wird die hochgespannte Schattenmaske, die im wesentlichen in Bezug auf den Röhrenmantel unbeweglich ist, durch mechanisches Spannen und nachfolgendes Schweißen der Schattenmaske direkt auf einen auf den Röhrenmantel aufgelöteten Ring her gestellt. Die Schattenmaske wird auf diese Weise unter hoher Spannung an der Röhrenstruktur, die das phos phoreszierende Muster zur Erhaltung der Farbdeckungs genauigkeit trägt, sicher befestigt, trotz der bei einem sehr klaren Bild auftretenden Temperaturschwankungen und Schwingungen.

Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, liegt es für Fachleute auf der Hand, daß viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung in seinen breiten Aspekten abzuweichen. Die vorangestellten Ansprüche sind zur Abdeckung all solcher Änderungen und Abwandlungen vorgesehen, die in den wahren Geist und Rahmen der Erfindung fallen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer mit einer Mehrfach farbkanone versehenen Kathodenstrahlröhre, die sich in einem Mantel (Kolben) befindet, bestehend aus folgenden Stufen:
mechanisches Spannen einer Metallschattenmaske (22) mit Bezug auf einen Tunnelteil (16) des Mantels (Kolbens)
und Befestigen der Schattenmaske (22) unter Spannung an dem Teil des Mantels (Kolbens) bei einer Temperatur, die im Bereich der normalen Betriebstemperatur der Farbkathodenstrahlröhre oder unterhalb liegt,
wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schattenmaske (22) mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Mantelteils vergleichbar ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskoeffizient der Schattenmaske (22) in einem Bereich von etwa 82% bis 118% des Wärmeaus dehnungskoeffizienten des Mantelteils (Kolbens) liegt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelteil aus Keramikmaterial besteht.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (22) aus einer Titanlegierung besteht.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (22) aus einer Nickel-Chrom- Titanlegierung besteht.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelteil aus Fosterit besteht.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (22) aus einer Titan-Vanadin- Chromlegierung besteht.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelteil aus Glas besteht.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Hartlöten eines Metallringes (28) an den Mantelteil und Befestigen der Schattenmaske (22) am Mantelteil durch Schweißen der Schattenmaske (22) an den Metallring (28) besteht, wobei die Schattenmaske (22) unter Spannung steht.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (22) durch Einklemmen zwischen einem ersten Ring (34) und einem zweiten Ring (36) und festziehen eines dritten Rings (40) gegen die ersten beiden Ringe (34, 36) besteht, wobei der dritte Ring (40) mit einem zylindrischen Flansch (45) versehen ist, der innerhalb des Innendurchmessers der ersten beiden Ringe (34, 36) auf die Schattenmaske (22) ausgerichtet ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Schattenmaske (22) in einem Bereich von 275 × 10⁶ bis 551,6 × 10⁶ (40 000 bis 80 000 psi) liegt, wobei das Metall, aus dem die Schattenmaske (22) besteht, eine Dehnungsfestigkeit aufweist, die größer ist als die Spannung, die aufgebracht wird.

12. Verfahren zur Herstellung einer mit einer Mehrfach kanone versehenen Farbkathodenstrahlröhre, die sich in einem Gehäuse befindet, bestehend aus:
Hartlöten eines Metallringes (28) auf einen ringförmigen Teil des Mantels, der im allgemeinen für die Ausrichtung der Kathodenstrahlröhre auf den phosphoreszierenden Schirm bestimmt ist;
Spannen einer Metallschattenmaske (22) durch Einwirken lassen einer radialen Spannungskraft auf sie und Schweißen der gespannten Schattenmaske (22) auf den Metallring (28), wobei die Schattenmaske (22) aus einem Material hergestellt ist, dessen Wärmeausdehnungs koeffizient innerhalb von etwa 18% des Wärme ausdehnungskoeffizienten des Mantelteils liegt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (22) auf eine Spannung zwischen 275 × 10⁶ bis 551,6 × 10⁶ N/m² (40 000 und 80 000 psi) gebracht wird, und daß die Dehnungsfestigkeit des Materials, aus der die Schattenmaske (22) besteht, höher ist als die aufgebrachte Spannung.

14. Farbkathodenstrahlröhre für die Erzeugung einer hochauflösenden Farbreproduktion unter hohen Strahl dichte- und Temperaturbedingungen, bestehend aus einem mit einer Dreifarben-Elektronenkanone, bzw. einer Vielzahl von Elektronenkanonen in einem Mantel (Kolben); einem phosphoreszierenden Schirm (18), der der Elektronenkanone (14) gegenüberliegend angeordnet ist und mit einer Vielzahl von phosphoreszierenden Elementen versehen ist, von denen gewisse dafür bestimmt sind, durch die Lumineszenz eines ausgewählten der Elektronen strahlen erregt zu werden;
einer Metallschattenmaske (22) die zwischen dem Elektronenkanonengebilde (14) und dem Schirm (18) angeordnet ist, wobei die Maske (22) mit einer Anzahl von Öffnungen versehen ist, durch welche die Elektronen strahlemission einer ausgewählten Elektronenkanone die phosphoreszierenden Elemente einer gegebenen Farbe auf dem Schirm erreichen können und
einem Metallring (28), der an dem Tunnelteil (16) des Kathodenstrahlröhrenmantels im wesentlichen neben dem Schirm (18) befestigt ist, wobei die Schattenmaske (22) an dem Ring (28) befestigt ist und unter hoher Spannung steht und
wobei die Schattenmaske (22) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mit dem des Tunnelteils (16) des Kathodenstrahlröhrenmantels, an welchem der Ring (28) befestigt ist, vergleichbar ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schattenmaske (22) innerhalb etwa 18% des Ausdehnungskoeffizienten des Tunnelteils (16) liegt, an welchem der Ring befestigt ist.