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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Formen
einer Schattenmaske für eine Farb-Kathodenstrahlröhre aus
einem Maskenrohling, mit einer Patrize, einer Matrize und
einem oberen und einem unteren Gesenk zum Einklemmen des
Maskenrohlings.
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Eine Kathodenstrahlröhre (CRT) für Farbdarstellung benutzt
drei Elektronenkanonen zum Aussenden dreier
Elektronenstrahlen, die durch ein gemeinsames Ablenkjoch laufen, jeweils ein
Strahl für jede der Leuchtstoff-Primärfarben, d. h. rot, grün
und blau. Die Strahlen werden "abgeschattet" durch eine
perforierte leitende Maske, bekannt als Schattenmaske, so daß
jeder Strahl auf jeweils nur eine Farbe eines unterteilten
Kathodolumineszenzschirms aus roten, grünen und blauen
Leuchtstoffen treffen kann, der sich nahe der Maske auf der inneren
Oberfläche einer Frontplatte befindet. Dort, wo die Elektronen
aus einer der Kanonen auf den Schirm treffen, ist einer der
Farbleuchtstoffe in Form eines Punktes oder einer Linie
aufgetragen, der oder die ungefähr die Abmessung der
Maskenöffnung hat. Alle anderen Teile des Leuchtstoffschirmes
liegen, soweit diese eine Kanone betroffen ist, im "Schatten"
der Leuchtstoffmaske. Somit sind die Position und die Größe
der Öffnungen in der Schattenmaske letzten Endes wichtig zur
Erzielung guter Farbreinheit.
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Wie in der US-A-4 090 389 offenbart, wird eine herkömmliche
kugelflächenartige Schattenmaske aus einem ebenen
Maskenrohling geformt, indem zunächst der Rohling an seinem Umfangsrand
zwischen ein oberes und ein unteres Gesenk geklemmt wird,
wobei die Gesenke Öffnungen zur Aufnahme einer Patrize mit
einer konvexen Oberfläche und einer Matrize mit einer
komplementären konkaven Oberfläche aufweisen. Die Patrize und die
Matrize sind mit einer kugelflächenähnlichen Oberflächenkontur
ausgebildet, welche für die gewünschte Maskenkontur sorgt,
d. h. es wird ein Zurückfedern nach dem Formen berücksichtigt.
Die einklemmenden Oberflächen des oberen und des unteren
Gesenkes, die an die jeweiligen Öffnungen angrenzen, haben
typischerweise eine nicht-ebene Oberflächenkontur, die eine
Fortsetzung der kugelflächenähnlichen Oberflächenkontur der
Patrizenoberfläche ist. Infolgedessen paßt, wenn der
Maskenrohling auf die Oberfläche des unteren Gesenkes gelegt wird,
die vom Rohling angenommene Oberflächenkontur nicht mit der
Oberflächenkontur des Gesenkes zusammen, was zu einer
Faltenbildung am Rohling führt, wenn er zwischen dem oberen und dem
unteren Gesenk eingeklemmt wird.
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Die EP-A3-0 165 785 offenbart ein ähnliches Verfahren, bei
welchem Gesenke mit zylindrischen planaren Klemmoberflächen
benutzt werden.
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Beim Formen der Schattenmaske müssen die Faltenwellungen im
eingeklemmten Maskenrohling gestreckt werden, um eine glatte
Oberflächenkontur zu erreichen. Im einzelnen werden die
Anfangsteile des Maskenrandes geformt, während der
Maskenrohling noch zwischen dem oberen und dem unteren Gesenk
eingeklemmt ist, wodurch der Umfangsrand der Maske gestreckt wird,
um eine glattere Kontur zu erhalten. Bei diesem
Streckungsprozeß dehnen sich jedoch die Maskenöffnungen in den gewellten
Bereichen anders als diese Öffnungen, die nicht in gewellten
Bereichen liegen. Dies bewirkt eine ungleichmäßige Streckung
in der Maske, und weil die Wellungen von Maske zu Maske
unterschiedlich sind, ist die Streckung von Maske zu Maske
verschieden. Eine solche ungleichförmige Streckung der
Schattenmaske führt letztendlich zu einer Verminderung der
Farbreinheit in Kathodenstrahlröhren, die größere Abmessungen
haben, und in hochauflösenden Bildröhren. Es ist
wünschenswert, eine Vorrichtung zum Formen einer Schattenmaske
zu haben, die eine solche Verschlechterung der Farbreinheit
vermeidet.
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Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen
einer Schattenmaske aus einem Maskenrohling, mit einer
Patrize, die eine konvexe Oberfläche hat, einer Matrize, die
eine komplementäre konkave Oberfläche hat, und einem oberen
und einem unteren Gesenk jeweils mit einer Öffnung zur
Aufnahme der Patrize bzw. der Matrize. Jedes Gesenk hat
außerdem eine komplementäre nicht-ebene Oberfläche mit inneren
Rändern angrenzend an der Öffnung zum Einklemmen des
Maskenrohlings. Jede Gesenkoberfläche hat eine Oberflächenkontur,
welche im wesentlichen mit der verlängerten Oberflächenkontur
des Maskenrohlings übereinstimmt, wenn dieser ohne eingeklemmt
zu werden gegen die inneren Ränder der unteren Gesenkfläche
gedrückt wird, so daß keine Falten entstehen, wenn der
Maskenrohling zwischen dem oberen und unteren Gesenk eingeklemmt
wird.
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In den Zeichnungen ist
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Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung
einer Patrize, einer Matrize und eines oberen und eines
unteren Gesenkes entsprechend einer bekannten maskenformenden
Vorrichtung;
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Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Patrize und des
unteren Gesenkes der Fig. 1, aneinanderliegend gezeigt;
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Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung gemäß der Linie 3-3 der
Fig. 2;
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Fig. 4 eine die vorliegende Erfindung veranschaulichende
perspektivische Ansicht eines Maskenrohlings, der am Innenrand
des unteren Gesenkes der Fig. 1 anliegt;
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht gemäß der Linie 5-5 der Fig.
4;
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Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung
einer Ausführungsform der vorliegenden maskenformenden
Vorrichtung.
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Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung zum Formen einer
Schattenmaske, enthaltend eine Patrize 10 mit einer konvexen
unteren Oberfläche 12, eine Matrize 14 mit einer
komplementären konkaven oberen Oberfläche 16 und ein oberes und ein
unteres Gesenk 18 und 20, die jeweils eine mittlere
rechteckförmige Öffnung 22 und 24 haben, um die Patrize 10 bzw. die
Matrize 14 aufzunehmen. Die Patrize 10, die Matrize 14 und das
obere und untere Gesenk 18 und 20 sind vorzugsweise aus Stahl.
Das untere Gesenk 20 hat eine nicht-ebene obere Oberfläche 26
angrenzend an die Öffnung 24, um einen Maskenrohling (nicht
gezeigt) zu stützen, und das obere Gesenk 18 hat angrenzend an
die Öffnung 22 eine nicht-ebene untere Oberfläche 28, die
komplementär zur Oberfläche 26 ist, um mit dem unteren Gesenk
20 zusammenzupassen und den Maskenrohling während des
maskenformenden Vorgangs einzuklemmen. Aus Gründen der Klarheit sind
verschiedene Einzelheiten der Patrize 10, der Matrize 14 und
des oberen und des unteren Gesenkes 18 und 20 weggelassen,
weil sie in der Technik allgemein bekannt sind, wie z. B. Zunge
und komplementäre Nut im unteren bzw. oberen Gesenk zum
Festhalten des Maskenrohlings, Löcher zur Aufnahme von Stiften
zum Positionieren des Maskenrohlings und Gewindebohrungen zur
Aufnahme von Schrauben zum Befestigen dieser Elemente an einer
Presse (nicht gezeigt). Die Presse kann ein 200-Tonnen-Modell
des Herstellers BH Press Corporation, Philadelphia, PA, sein.
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Die konvexe Oberfläche 12 der Patrize 10 ist in drei
Dimensionen gekrümmt, wie es durch gebogene gestrichelte Linie 30 und
32 angedeutet ist, die entlang den sich schneidenden
orthogonalen Ebenen liegen. Da die Öffnungen 22 und 24 rechteckige
Form haben, hat die konvexe Oberfläche 12 zwei
gegenüberliegende Randkanten 34 und 36, die in derselben
planaren Richtung wie die gestrichelte Linie 30 gekrümmt sind,
und zwei gegenüberliegende Randkanten 38 und 40, die in
derselben planaren Richtung wie die gestrichelte Linie 32
gekrümmt sind. Die konkave obere Oberfläche 16 der Patrize ist
ebenfalls in drei Dimensionen gekrümmt, wie durch die
gekrümmten gestrichelten Linien 42 und 44 angedeutet, die entlang
sich schneidender orthogonaler Ebenen liegen. Die konkave
Oberfläche 16 hat zwei gegenüberliegende Randkanten 46 und 48,
die in derselben planaren Richtung wie die gestrichelte Linie
42 gekrümmt sind, und zwei gegenüberliegende Randkanten 50 und
52, die in derselben planaren Richtung wie die gestrichelte
Linie 44 gekrümmt sind. Die Krümmung der gestrichelten Linien
42 und 44 und der Randkanten 46, 48, 50 und 52 entspricht, in
der genannten Reihenfolge, derjenigen der gestrichelten Linien
30 und 32 und der Randkanten 34, 36, 38 und 40 der unteren
Oberfläche 12 der Patrize 10. Somit können die Patrize 10 und
die Matrize 14 ohne jeglichen Zwischenraum aufeinandergesetzt
werden (unter der Annahme, daß ein Maskenrohling nicht
vorhanden ist).
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Die untere Oberfläche 28 des oberen Gesenkes 18 ist in drei
Dimensionen konvex gekrümmt und hat vier innere Ränder 54, 56,
58 und 60, welche die Öffnung 22 definieren. Die obere
Oberfläche 26 des unteren Gesenkes 20 ist in drei Dimensionen
konkav gekrümmt, mit einer Oberflächenkontur, die mit
derjenigen der unteren Oberfläche 28 des oberen Gesenkes 18
zusammenpaßt. Somit können das obere und das untere Gesenk 18 und 20
ohne jeglichen Zwischenraum aufeinandergesetzt werden (unter
der Annahme, daß der Maskenrohling nicht vorhanden ist). Die
obere Oberfläche 26 des unteren Gesenkes 20 hat vier gekrümmte
innere Ränder 62, 64, 66 und 68, welche die Öffnung 24
definieren. Außerdem passen die inneren Ränder 54-60 und 62-68
der unteren bzw. der oberen Gesenkoberfläche 28 bzw. 26 mit
der Kontur der Randkanten 34-40 der Patrizenoberfläche 12
zusammen.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen die Patrize 10 und das untere
Gesenk 20 in gegenseitiger Anlage. Die konkave obere
Oberfläche 26 des unteren Gesenkes 20 hat eine Oberflächenkontur, die
eine Fortsetzung der konvexen unteren Oberfläche 12 der
Patrize 10 ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Infolgedessen
paßt, wenn ein ebener Maskenrohling auf die Oberfläche 26 des
unteren Gesenkes gelegt wird, die vom Rohling angenommene
Oberflächenkontur nicht mit der Oberflächenkontur des Gesenkes
20 zusammen, was zu einer Faltenbildung am Rohling führt, wenn
er zwischen das obere und das untere Gesenk 18 und 20
eingeklemmt wird.
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Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen das Konzept der
vorliegenden Erfindung. Ein nicht-eingeklemmter Maskenrohling 20
wird nach unten gedrückt, um sich berührend gegen die inneren
Ränder 62, 64, 66 und 68 des unteren Gesenkes 20 zu legen. Die
Innenränder 62, 64, 66 und 68 des unteren Gesenkes 20 stützen
den Maskenrohling 70 und bewirken, daß er eine faltenlose
Oberflächenkontur annimmt, die anders als die obere Oberfläche
26 des unteren Gesenkes 20 ist, wie in Fig. 5 gezeigt. Die
vorliegende Erfindung sieht eine Gesenkoberfläche 72 vor,
deren Oberflächenkontur im wesentlichen mit der verlängerten
Oberflächenkontur des faltenlosen Maskenrohlings 70
zusammenpaßt, wenn er an den inneren Rändern 62, 64, 66 und 68 des
unteren Gesenkes anliegt. Der Maskenrohling 70 wird durch
einen "hochgebauten" Abschnitt gestützt, gezeigt durch die
gestrichelte Linie 74, der angrenzend an die Oberfläche 26 des
bekannten Gesenkes 20 angeordnet ist. Die Oberfläche 72 dieses
hochgebauten Abschnittes 74 hat eine konkave
kugelflächenähnliche Kontur, die sich von derjenigen der Oberfläche 26
darin unterscheidet, daß die Ecken dieser Oberfläche 72 nach
oben gebogen sind, wie in Fig. 4 gezeigt. Das obere Gesenk 18
habe eine Oberfläche, die komplementär zur Oberfläche 72 des
unteren Gesenkes ist. Wenn also ein Maskenrohling 70 zwischen
die Oberflächen des oberen und des unteren Gesenkes
eingeklemmt wird, tritt keine Faltenbildung auf, weil der
Maskenrohling mit der Kontur der Gesenkoberfläche 72
übereinstimmt.
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Die Flächenkontur der Oberfläche 72 des unteren Gesenkes ist
eine komplexe Fläche, die gewünschtenfalls mathematisch
definiert werden kann. Ein Verfahren zum Herstellen eines
Gesenkes mit der Flächenkontur dieser komplexen Fläche 72
besteht darin, den Maskenrohling 70 auf den Innenrändern 62,
64, 66 und 68 abzustützen und auf der Oberseite des Rohlings
70 eine starre Struktur zu bauen, die mit der Kontur dieser
Fläche 72 übereinstimmt. Eine solche Struktur kann durch einen
Epoxy-Aufbauprozeß gebildet werden, wobei zuerst dünne Filme
auf die Oberfläche 72 aufgetragen werden, gefolgt von dickeren
Tragschichten. Diese starre Struktur wird dann als eine Form
verwendet, um die Oberflächenkontur des oberen und des unteren
Gesenkes zu definieren.
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Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer die vorliegende
Erfindung verkörpernden Vorrichtung 76. Die Vorrichtung 76
enthält eine Patrize 78 mit einer konvexen unteren Oberfläche
80, eine Matrize 82 mit einer komplementären konkaven oberen
Oberfläche 84 und ein oberes und ein unteres Gesenk 86 und 88
jeweils mit einer rechteckförmigen Öffnung 90 bzw. 92 zur
Aufnahme der Patrize 78 bzw. der Matrize 82. Sowohl die untere
Oberfläche 80 der Patrize 28 als auch die obere Oberfläche 84
der Matrize 82 haben kugelflächenähnliche Flächenkonturen.
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Das untere Gesenk 88 hat angrenzend an die Öffnung 92 eine
kontinuierliche zylindrische Oberfläche 94 als Auflage für
einen Maskenrohling (nicht gezeigt), und das obere Gesenk 84
hat angrenzend an die Öffnung 90 eine kontinuierliche
zylindrische Oberfläche 96, die komplementär zur Oberfläche 94 ist,
um mit dem unteren Gesenk 88 zusammenzupassen und den
Maskenrohling während des maskenformenden Vorgangs einzuklemmen. Die
kleinere Achse einer jeden Öffnung 90 und 92 ist parallel zur
Achse der zylindrischen Oberflächen 94 und 96 orientiert. Die
zylindrische Oberfläche 94 des unteren Gesenkes 88 hat vier
gekrümmte Innenränder 98, 100, 102 und 104, welche die Öffnung
92 definieren, und die zylindrische Oberfläche 96 des oberen
Gesenkes 86 hat vier gekrümmte Innenränder 106, 108, 110 und
112, welche die Öffnung 90 definieren. Die Innenränder 98-104
und 106-112 der zylindrischen Oberflächen 94 und 96 passen im
wesentlichen mit der Kontur der entsprechenden Randkanten 114
bzw. 116 bzs. 118 bzw. 120 der Patrizenoberfläche 80 zusammen.
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Die zylindrische Oberfläche 94 erlaubt es, daß ein
nichteingeklemmter Maskenrohling auf der Kontur der Oberfläche 94
des unteren Gesenkes konform aufliegen kann, so daß keine
Faltenbildung am Maskenrohling auftritt, wenn der Rohling
zwischen die Oberflächen 94 und 96 des unteren bzw. oberen
Gesenkes eingeklemmt wird. Somit besteht keine Notwendigkeit,
einen Streckungsprozeß an der Schattenmaske durchzuführen, der
zu einer Verminderung der Farbreinheit in größeren
Kathodenstrahlröhren und in hochauflösenden Bildröhren führen kann.