DE4137504A1 - Farbkathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbkathodenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kathodenstrahlröhren werden für Fernsehgeräte und für verschiedene Arten von Computer-Endgeräten verwendet. Um ein Bild auf dem Schirm zu erzeugen, weist die Kathodenstrahlröhre eine Elektronenkanone in einem Röhrenkolben auf, in welchem ein hoher Unterdruck von 1,33×10⁶ Pa (10⁸ Torr.) aufrechterhalten wird. Die Elektronenkanone emittiert einen Elektronenstrahl durch Schlitze in einer Lochmaske zu einem RGB(Rot- Grün-Blau)-Leuchtschirm auf einem Frontglas; die Elektronen treffen auf den Schirm, der bestimmte Far­ ben emittiert, und erzeugen ein Bild auf dem Schirm. Wenn die Vermeidung von Implosionen berücksichtigt wird, ist eine Kugel eine geeignete Gestalt für Ka­ thodenstrahlröhren, da sie aus Glas gefertigt sind, was die Produktionskosten reduziert und die Herstel­ lung erleichtert. Für einen Schirm ist andererseits jedoch die flache Form die günstigste Gestalt. Daher ist es einer der wichtigsten Punkte beim Entwurf von Kathodenstrahlröhren, wie die beiden gegensätzlichen Faktoren miteinander koordiniert werden können.

Im folgenden werden bekannte Kathodenstrahlröhren anhand von Figuren näher erläutert.

Fig. 5 stellt die Seitenansicht einer herkömmlichen Kathodenstrahlröhre dar, die teilweise aufgeschnitten ist, um ihr Inneres zu zeigen. Hierin besteht die Kathodenstrahlröhre 1 aus einer Platte 2, einem an diese angrenzenden Trichter 4 und einem an diesen angrenzenden Hals 5, und sie weist im Inneren eine nicht gezeigte Elektronenkanone auf. Die Platte 2 besteht aus einer Schirmplatte 2a, deren Innenfläche mit einem Leuchtschirm beschichtet ist, und einem Schirmkragen 2b. Dieser ist gegenüber dem Trichter 4 in einem Dichtbereich 6 mit Glasfritte abgedichtet, das eine Art von Lötglas mit einer thermischen Pla­ stizität darstellt. Innerhalb der Kathodenstrahlröhre 1 ist eine Lochmaske 12 so angeordnet, daß sie dem Leuchtschirm 3 gegenüberliegt. Um eine Verformung der Lochmaske 10 zu vermeiden, ist sie mittels eines am Schirmkragen 2b angebrachten Stiftbolzens 9 durch eine Feder 13 am Rahmen 11 befestigt. Die Kathoden­ strahlröhre insgesamt ist durch Befestigungsmittel 7 an einem Gerätekörper angebracht, die sich an den vier Ecken des Schirmkragens 2b befinden.

Fig. 6 zeigt die Vorderansicht der Kathodenstrahlröh­ re 1, gesehen von der Platte 2. Hierin sind Achsen X, Y und Z wie dargestellt definiert, und die Diagonal­ linien des Leuchtschirmes 3 sind als P-Achsen defi­ niert. Wie in der Figur gezeigt ist, weisen die Plat­ te 2 und der Leuchtschirm 3 jeweils eine Form auf, die einem Rechteck angenähert ist. Das Längenverhält­ nis der längeren zur kürzeren Seite des Leuchtschir­ mes 3 beträgt gewöhnlich 4 : 3.

Da das Innere der Kathodenstrahlröhre 1 unter hohem Unterdruck gehalten wird, geht die Verformungsrich­ tung nach innen. In bezug auf diese Art der Verfor­ mung ist die Festigkeit der beiden Seiten des Glases getrennt zu betrachten, die Außenseite gegen den Atmosphärendruck und die Innenseite gegen den Unter­ druck. Die Festigkeit des Glases gegen den Unterdruck hängt von seiner Kompressionsfestigkeit ab und ist vernachlässigbar, da sie weitaus größer ist als die Bruchfestigkeit des Glases. Daher wird in den folgen­ den Erläuterungen nur die Festigkeit der äußeren Oberfläche des Glases betrachtet.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen die Spannungsverteilung bei einer Kathodenstrahlröhre. Fig. 7 zeigt die Span­ nungsverteilung entlang der Y-Achse in Fig. 6. Hierin deutet eine ausgezogene Linie SA den Querschnitt der Kathodenstrahlröhre 1 entlang der Y-Achse an, und eine gestrichelte Linie 21 gibt die Spannungsvertei­ lung an der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre 1 wie­ der. Die Figur zeigt, daß der kritische Bereich sich von einer Kante des Schirmes der Platte 2 zum Dicht­ bereich 6 erstreckt, wenn das Innere der Kathoden­ strahlröhre 1 unter Unterdruck steht.

Die Fig. 8 und 9 zeigen die Spannungsverteilung entlang des X-Achsen-Querschnittes bzw. des P-Achsen- Querschnittes. Hierin bedeuten die ausgezogenen Li­ nien LA und DA den Querschnitt der Kathodenstrahlröh­ re 1 entlang der X-Achse bzw. der P-Achse. Die ge­ strichelten Linien 22 und 23 bedeuten die Spannungs­ verteilung an jedem Querschnitt, basierend auf der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre 1. Diese Figuren zeigen, daß der kritische Spannungspunkt der Katho­ denstrahlröhre 1 als einem Unterdruck-Glasbehälter um den Bereich von einer Kante der Schirmplatte 2a über den Schirmkragen 2b bis zum Trichter 4 liegt. Daher sollten diese Bereiche z. B. durch Erhöhung der Glas­ dicke verstärkt werden.

Durch eine Erhöhung der Glasdicke nimmt jedoch auch das Gewicht der Kathodenstrahlröhre zu, was uner­ wünscht ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, werden Verfahren, wie in der japanischen Patentveröffentli­ chung Hei 2-86 033 beschrieben, vorgeschlagen.

Fig. 10 zeigt die Seitenansicht einer nach dem vor­ geschlagenen Verfahren arbeitenden bekannten Katho­ denstrahlröhre, von der ein Teil ausgeschnitten ist zur Darstellung ihres Inneren. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in Fig. 5, und die zugehörige Be­ schreibung wird, soweit zweckmäßig, weggelassen. In der Kathodenstrahlröhre ist ein Teil des Röhrenkol­ bens (der Bereich vom Schirmkragen 2b zum Trichter 4) aus Metall hergestellt (Metallteil 8). An der Innen­ fläche des Metallteiles 8 befindet sich ein Stiftbol­ zen 9, der in ein Positionierungsloch einer Blattfe­ der 13, die am Rahmen 11 einer Lochmaske 10 befestigt ist, eingesetzt ist. In Kathodenstrahlröhren mit die­ ser Konfiguration ist das Metallteil 8 mehr als zehn­ mal fester als Glas, und das Gewicht ist erheblich herabgesetzt, selbst wenn der Unterschied der spezi­ fischen Gewichte der beiden Materialien in Betracht gezogen wird.

Da jedoch der Stiftbolzen 9 aus Metall besteht, wird das elektrische Potential des Metallteiles 8 und des Leuchtschirmes 3 gleich dem der Lochmaske 10, und in der Praxis wird eine Hochspannung von beispielsweise 28 kV angelegt. Dies könnte einen gefährlichen elek­ trischen Schlag bewirken, wenn bildempfangende Vor­ richtungen mit Kathodenstrahlröhren hergestellt oder repariert werden. Daher sollte das Metallteil 8 mit einem Isolationsfilm überzogen werden; jedoch ist die Fläche des Metallteiles 8 so groß, daß eine gleich­ förmige Beschichtung mit dem Isolationsfilm schwierig ist.

Ein anderes Verfahren zur Vermeidung eines elektri­ schen Schlages besteht darin, den Leuchtschirm 3, das Metallteil 8 und die Lochmaske 10 auf gleiches Poten­ tial zu bringen und das Metallteil 8 an Erdpotential und die Kathode der Elektronenkanone auf ein Potenti­ al von -28 kV zu legen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht realistisch, da die Schaltung vollständig umge­ staltet werden müßte.

Es gibt verwandte Erfindungen, die z. B. in der japa­ nischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. Hei 2-47 550, der japanischen Patent-Offenlegungs­ schrift Nr. Sho 56-1 06 349, der japanischen Patentver­ öffentlichung Nr. Sho 59-51 702, der japanischen Pa­ tent-Offenlegungsschrift Nr. Sho 61-2 03 536 und der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 58-7 222 beschrieben sind, aber diese verwenden sämtlich Glas für die Kathodenstrahlröhren, und sowohl die Aufgabe als auch die Wirkung sind unterschiedlich gegenüber denen der vorliegenden Erfindung.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Farbkathoden­ strahlröhre mit Metall als einem Teil des Röhrenkol­ bens zu schaffen, bei der das Gesamtgewicht verrin­ gert ist und die eine hohe Sicherheit gegen elektri­ schen Schlag bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Farbkathodenstrahlröhre ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Farbkathodenstrahlröhre nach der Erfindung be­ steht teilweise aus Metall, das einen Teil eines Un­ terdruck-Glasbehälter bildet, und die Innenfläche des Metallteiles weist einen Stiftbolzen auf, der aus isolierendem Material besteht und zur Befestigung der Lochmaske dient.

Das Metall bildet einen Teil der Kathodenstrahlröhre, wo die höchste mechanische Spannung im Unterdruck- Glasbehälter auftritt, nämlich im Bereich von der Kante der Schirmplatte über den Schirmkragen bis zum Trichter. Der isolierende Stiftbolzen ist an der In­ nenfläche des Metallteiles befestigt und fixiert die Lochmaske, indem er in ein Loch einer Bandfeder ein­ gesetzt ist, die an die Kante der Lochmaske ange­ schweißt ist. Da der Stiftbolzen aus isolierendem Material besteht, ist das Metallteil von der ein ho­ hes elektrisches Potential aufweisenden Lochmaske isoliert, wodurch ein elektrischer Schlag vermieden wird.

Darüber hinaus kann durch Hinzufügen einer Einschnü­ rung oder einer mehrstufigen Rippe am Stiftbolzen der Kriechabstand vergrößert werden, was zu einer siche­ reren elektrischen Trennung zwischen dem Metallteil und der Lochmaske führt.

Weiterhin können durch Vorsehen eines Abschirmmate­ rials wie eines Metallgitters oder einer Metallplatte die Turbulenz des elektrischen Feldes um den Stift­ bolzen herum oder Änderungen seines Oberflächenwider­ standes, die durch Getter-Spritzen verursacht werden, vermieden werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Kathodenstrahlröhre nach einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Stiftbolzen nach einem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung, der an der Innen­ fläche eines Metallteiles einer Farbkatho­ denstrahlröhre befestigt ist,

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Stiftbolzen nach einem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung, der an der Innen­ fläche eines Metallteiles einer Farbkatho­ denstrahlröhre befestigt ist,

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch ein Abschirmmaterial, das um den Stiftbolzen herum angeordnet ist, der gemäß der Erfin­ dung an der Innenfläche eines Metallteiles

Fig. 5 die Seitenansicht einer bekannten Farbka­ thodenstrahlröhre, bei der ein Teil ausge­ schnitten ist,

Fig. 6 die Vorderansicht einer bekannten Kathoden­ strahlröhre,

Fig. 7 die mechanische Spannungsverteilung entlang des Y-Achsen-Querschnittes der bekannten Farbkathodenstrahlröhre,

Fig. 8 die mechanische Spannungsverteilung entlang des X-Achsen-Querschnittes der bekannten Farbkathodenstrahlröhre,

Fig. 9 die mechanische Spannungsverteilung entlang des P-Achsen-Querschnittes der bekannten Farbkathodenstrahlröhre, und

Fig. 10 die Seitenansicht einer anderen bekannten Farbkathodenstrahlröhre, bei der ein Teil ausgeschnitten ist.

In Fig. 1 werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendet, und auf ihre Beschreibung wird in­ soweit verzichtet, wie dies zweckmäßig ist. An einem bestimmten Punkt zwischen einer Kante der Schirmplat­ te 2a und einer Kante des Trichters 4 der Kathoden­ strahlröhre 1 ist ein Metallteil 8 durch Lötglas wie Glasfritte angefügt. Das Metallteil 8 erstreckt sich von einer Kante der Schirmplatte 2a zu einer Kante des Trichters 4 dort, wo die höchste mechanische Spannung im Unterdruck-Glasbehälter auftritt. Die Schirmplatte 2a und der Trichter 4 bestehen aus her­ kömmlichem Material, wie z. B. "H5702" oder "LOF03" gemäß Standardisierung durch den Verband der Elektro­ nik-Industrie in Japan. Für das Metallteil 8 wird ein Material verwendet, das einen thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten aufweist, der dem der Schirmplatte 2a und des Trichters 4 nahezu gleich ist, z. B. 13Cr-Fe.

Der isolierende Stiftbolzen 12 ist an der Innenfläche des Metallteiles 8 befestigt und fixiert die Lochmas­ ke 10, indem er in ein Loch einer Blattfeder 13 ein­ gesetzt ist, die an der Kante der Lochmaske 10 ange­ schweißt ist. Der Stiftbolzen 12 kann aus Keramik bestehen und ist mittels Lötglas am Metallteil 8 be­ festigt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Stiftbolzens 12. Dessen Oberfläche ist in Form einer mehrstufigen Rippe 14 ausgebildet, um den Kriechabstand zu erhö­ hen. Fig. 3 gibt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stiftbolzens 12 wieder. Dessen Oberfläche weist eine Einschnürung 15 auf, um den Kriechabstand zu vergrö­ ßern.

Fig. 4 zeigt die Ausbildung eines Abschirmmaterials 16, das um den Stiftbolzen 12 herum angeordnet ist. Das Abschirmmaterial 16 aus einem Metallgitter oder einer Metallplatte ist an einer Kante der Lochmaske 10 angeschweißt und umgibt den Stiftbolzen 12.

Wenn bei einer Kathodenstrahlröhre 1 der beschriebe­ nen Konfiguration eine Hochspannung an den Leucht­ schirm 3 oder die Lochmaske 10 angelegt wird, ist das Metallteil 8 von der Hochspannungs-Lochmaske 12 elek­ trisch getrennt und wird auf Erdpotential gehalten, da der Stiftbolzen 12 elektrisch isoliert. Dadurch wird ein elektrischer Schlag vermieden.

Darüber hinaus wird, wie in den Fig. 2 und 3 ge­ zeigt ist, durch Hinzufügen einer mehrstufigen Rippe 14 oder einer Einschnürung 15 zum Stiftbolzen 12 der Kriechabstand vergrößert, woraus sich eine sicherere elektrische Trennung zwischen dem Metall­ teil 8 und der Lochmaske 10 ergibt.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann durch Anordnung des Abschirmmaterials wie eines Metallgitters oder einer Metallplatte weiterhin die Turbulenz des elek­ trischen Feldes in der Nähe des Stiftbolzens 12 ge­ steuert werden, und die Wirkung der Turbulenz auf den Weg des von der Elektronenkanone emittierten Elektro­ nenstrahles zum Leuchtschirm 3 wird herabgesetzt.

Weiterhin vermeidet das Abschirmmaterial Änderungen des Oberflächenwiderstandes aufgrund von Getter- Spritzen.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel eine Farbkatho­ denstrahlröhre vom Lochmaskentyp verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar auf eine Kathodenstrahlröhre vom Flachtyp, die einen Unter­ druck-Behälter aufweist, in welchem ein Bild durch Emission eines Elektronenstrahles zu einem Hochspan­ nungs-Leuchtschirm hin gebildet wird. In diesem Fall muß die Spannung größer als 5 kV sein.

Die Erfindung ist auch anwendbar auf eine Schwarz- Weiß-Kathodenstrahlröhre oder eine einfarbige Katho­ denstrahlröhre.

Claims (8)

1. Farbkathodenstrahlröhre mit einer mit einem RGB­ (Rot-Grün-Blau)-Leuchtschirm beschichteten Schirmplatte, einem aus Glas bestehenden und eine Elektronenkanone enthaltenden Hals, einem an den Hals angrenzenden, aus Glas bestehenden Trichter, und einer gegenüber der Schirmplatte angeordneten Lochmaske, gekennzeichnet durch ein zwischen einer Kante der Schirmplatte (2a) und einer Kante des Trichters (4) eingefügtes Metallteil (8), das zusammen mit der Schirmplat­ te (2a), dem Hals (5) und dem Trichter (4) einen Unterdruck-Behälter bildet, und einen Stiftbol­ zen (12) aus isolierendem Material, der auf der Innenfläche des Metallteiles (8) angeordnet ist, die Lochmaske (10) hält sowie diese von dem Me­ tallteil (8) trennt.

2. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftbolzen (12) aus Keramik besteht.

3. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftbolzen (12) mit Lötglas am Metallteil (8) befestigt ist.

4. Farbkathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftbolzen (12) eine Einschnürung (15) aufweist zur Erhöhung des Kriechabstandes.

5. Farbkathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiftbolzen (12) mit einer mehrstufigen Rippe (14) versehen ist zur Erhöhung des Kriechabstandes.

6. Farbkathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß um den Stiftbolzen (12) Abschirmmaterial (16) angeordnet ist, das die Turbulenz des elektrischen Feldes in der Nähe oder durch Getter-Spritzen bewirkte Ände­ rungen des Oberflächenwiderstandes herabsetzt.

7. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschirmmaterial (16) ein Metallgitter verwendet wird.

8. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschirmmaterial (16) eine Metallplatte verwendet wird.