Die Erfindung betrifft ein Farbfernsehgerät oder einen Farbmonitor und insbesondere
eine Farbbildröhre mit einer Spannmaske, die eine Vorspannung in vertikaler und
horizontaler Richtung aufweist.
Farbfernsehgeräte und (Computer-) Monitore dienen der Umwandlung elektrischer
Signale in Farbbilder. Farbfernsehgeräte und Monitore besitzen heutzutage eine
Schnittstelle für verschiedene Videosignalformate (wie z.B. FBAS-Signale, analoge
oder digitale Komponentensignale). Diese Signale werden in einem Fernsehgerät
oder einem Monitor zur Ansteuerung einer Farbbildröhre in analoge RGB-Signale
umgewandelt. Dabei werden die einem Fernsehgerät oder einem Monitor zugeleiteten
Videosignale jeweils so umgewandelt, daß jedem einzelnen Bildpunkt eines
Wiedergabebildschirms bestimmte Helligkeits- bzw. Farbwerte zugeordnet werden
können. Für die Wiedergabe eines in einem Videosignal enthaltenen Bildes werden
in einer Farbbildröhre, die in einem Farbfernsehgerät oder Monitor enthalten ist, drei
Elektronenstrahlen erzeugt. Jeder dieser Elektronenstrahlen entspricht einer der drei
Grundfarben der additiven Farbmischung: rot, grün, blau. In Abhängigkeit von der
Wiedergabeposition wird die Bildpunktinformation, d.h. die Helligkeits- und Farbinformation,
des Videosignals einem entsprechenden Bildpunkt auf einem Leuchtschirm
der Farbbildröhre zugeordnet.
Durch bildpunktweise Überlagerung von drei Farbauszugsbildern kommt bei einer
Farbbildröhre eine additive Farbmischung zustande. Der Leuchtschirm einer Farbbildröhre
enthält ca. 400.000 Farbtripel, d.h. in Dreiergruppen angeordnete Leuchtstoffpunkte
mit je einem rotleuchtenden, einem grünleuchtenden und einem blauleuchtenden
Leuchtstoffpunkt. Der Durchmesser eines solchen Leuchtpunktes beträgt
in etwa 0,3 mm.
Bei der Wiedergabe eines Videosignal wird jeder dieser Punkte von einem der drei
Elektronenstrahlen angesteuert und zum Leuchten gebracht. Die Elektronenstrahlen
werden von einem Elektronenstrahlerzeugungssystem im Hals einer Farbbildröhre
erzeugt. In Fig. 4 ist eine solche Farbbildröhre im Querschnitt dargestellt. Im wesentlichen
besteht eine Farbbildröhre aus einem Glaskörper 15. Auf der Innenseite des
Frontschirms 16 der Farbbildröhre ist eine Leuchtstoffschicht 17 mit den Leuchtstoffpunkten
angeordnet. Die Elektronenstrahlen zur Ansteuerung der Leuchtstoffpunkte
werden von einer Elektronenkanone 18 im Hals der Farbbildröhre erzeugt. Dabei
werden die elektrischen Signale zur Steuerung der Elektronenkanone über Kontaktstifte
20 der Elektronenkanone von außen zugeführt. Durch eine nicht dargestellte
Ablenkeinheit, die außen an der Farbbildröhre angebracht ist, werden die Elektronenstrahlen
so abgelenkt, daß nacheinander alle Bildpunkte des Leuchtschirms angesteuert
werden. In einem Abstand von ungefähr 15 mm vom Leuchtschirm 17
entfernt befindet sich im Inneren der Farbbildröhre eine Schattenmaske mit einem
Maskenrahmen 19. In der Schattenmaske ist jedem Farbtripel auf dem Leuchtschirm
eine eigene Öffnung zugeordnet. Diese Öffnungen oder Löcher besitzen einen
Durchmesser von etwa 0,25 mm und sind in regelmäßigen Abständen in die Schattenmaske/Lochmaske
eingeätzt. In dem jeweils durch die gemeinsame Strahlablenkung
angesteuerten Loch der Schattenmaske treffen sich die drei Elektronenstrahlen
und fallen auf die dahinter liegenden Leuchtstoffpunkte des Leuchtschirms 17. Dabei
landet ein Großteil der vom Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten Elektronen
auf der Schattenmaske. Dies führt zu einer Erwärmung und entsprechenden
thermischen Ausdehnung der Schattenmaske. Dabei verschiebt sich die Lage der in
der Schattenmaske befindlichen Öffnungen gegenüber denen ihnen zugeordneten
Leuchtstoffpunkten. Aufgrund einer solchen Verschiebung verschlechtert sich die
Farbreinheit der wiedergegebenen Bildpunkte. Eine solche Verschlechterung macht
sich insbesondere bei den am Rand der Maske befindlichen Löchern bemerkbar.
Schattenmasken sind nicht nur in Form von Lochmasken ausgebildet, sondern sie
werden auch in Form von Streifenmasken verwendet. Bei diesen Streifenmasken ist
der Leuchtschirm 17 einer Farbbildröhre nicht mit einzelnen Leuchtstoffpunkten,
sondern mit in Richtung der Streifen der Schattenmaske verlaufenden Leuchtstoffstreifen
versehen. Dementsprechend weist die Schattenmaske streifenförmige
Öffnungen für die einzelnen Elektronenstrahlen auf, die jeweils den Streifen auf dem
Leuchtschirm zugeordnet sind. Eine solche Streifenmaske besteht häufig aus parallel
verlaufenden "Drähten".
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Schattenmaske von einem Maskenrahmen 19 gehalten,
um der Maske eine mechanische Stabilität und Handhabbarkeit zu geben. Der
Maskenrahmen besteht bei modernen Farbbildröhren ebenfalls aus dünnem Blech.
Wegen der geringeren Wärmeausdehnung werden Schattenmasken heutzutage
auch aus Eisen-Nickel-Legierungen mit sehr geringem Temperaturausdehnungskoeffizienten
hergestellt. Da solche Eisen-Nickel-Legierungen um ein Vielfaches teurer
als Eisen sind, werden Maskenrahmen jedoch aus Eisen gefertigt. Problematisch
ist die Verbindung von Schattenmasken und Maskenrahmen, die aus Materialien mit
unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten bestehen. Bei der Erwärmung
solcher Masken-Rahmen-Kombinationen sind Verformungen der Schattenmaske
möglich. Dadurch wird die Lage der Öffnungen in der Schattenmaske relativ
zur Lage der zugeordneten Leuchtstoffpunkte bzw. Leuchtstoffstreifen verändert.
Die größte Verbreitung haben geformte, selbsttragende Schattenmasken gefunden.
Eine solche Schattenmaske ist in Fig. 1 dargestellt. Die hinter dem Leuchtschirm 1
angeordnete Schattenmaske enthält loch- oder streifenartige Öffnungen 3, die der
Anordnung der Leuchtstoffarben auf dem Leuchtschirm entsprechen. Die Maske ist
an einem Rahmen 2 befestigt. Die Kontur einer solchen Maske kann sowohl in vertikaler
als auch in horizontaler Richtung variiert werden. Dabei muß der Halterahmen
für die Maske keine großen Kräfte aufnehmen. Das Material des Rahmens kann
deshalb im wesentlichen nach ökonomischen Gesichtspunkten ausgewählt werden.
Ein anderer Typ von Farbbildröhren weist eine Vorspannung in vertikaler Richtung
auf. Solche Schattenmasken, sogenannte Spannmasken, sind im wesentlichen
durch die Trinitron-Röhre verbreitet. Diese Schattenmasken sind an ihrem oberen
und unteren Rand fest mit dem Maskenrahmen verbunden. Die Vorspannung der
Schattenmaske ist erforderlich, um sicherzustellen, daß der Abstand zwischen dem
Leuchtschirm und der Schattenmaske in Richtung der Längsachse 21 der Farbbildröhre
konstant bleibt. Durch die Vorspannung werden die vertikal ausgerichteten
"Drähte" unter Zug gesetzt. Dadurch bekommt die Streifenmaske ihre mechanische
Stabilität. Für die Vorspannung sind hohe Zugkräfte erforderlich, die Werte von mehreren
kN annehmen können. Der Maskenrahmen ist deshalb sehr massiv auszuführen.
Bei der Materialwahl sind insbesondere die hohen Prozeßtemperaturen beim
Herstellungsprozeß einer Farbbildröhre zu berücksichtigen. Solche Masken haben
jedoch den Vorteil, daß sie eine hohe Transparenz besitzen und die Maskenkontur
eine hohe thermische Stabilität aufweist. Nachteilig an solchen Masken ist jedoch,
daß sie prinzipiell nur eine zylindrische Wölbung der Maske besitzen. Zudem neigen
die gespannten Maskendrähte dazu, auf mechanische Vibrationen mit starken
Schwingungen zu reagieren.
Eine solche Spannmaske mit Zug in vertikaler Richtung ist in Fig. 2 dargestellt. Auch
diese Maske besitzt einen Leuchtschirm 1 und einen Maskenrahmen 2. Die Drähte 5
der Maske sind in vertikaler Richtung vorgespannt. Diese Vorspannung wird durch
die Pfeile 7, 8 in Fig. 2 angedeutet. Um Schwingungen der Drähte zu vermeiden und
um die Abstände zwischen den Drähten konstant zu halten, werden quer über die
gespannten Maskendrähte 5 sogenannte Dämpfungsdrähte 6 gelegt. Diese haben
die Aufgabe, mechanische Schwingungen der Maskendrähte 5 zu unterdrücken und
die Abstände zwischen den Drähten konstant zu halten. Diese Dämpfungsdrähte 6
haben den Nachteil, daß sie auf dem Schirm der Farbbildröhre abgebildet werden
und dort als permanent vorhandene horizontale dunkle Linien im Bild zu erkennen
sind.
Bei solchen in vertikaler Richtung vorgespannten Masken kann die mechanische
Stabilität auch dadurch verbessert werden, daß kleine Stege zwischen den Drähten
angeordnet werden. Diese Stege verhindern, daß jeder einzelne Maskendraht für
sich schwingen kann. Durch eine gleichmäßige Anordnung solcher Stege werden die
Abstände zwischen den Drähte konstant gehalten und auf dem Bildschirm entsteht
eine homogene, nicht störende Struktur, wie sie auch von geformten Schattenmasken
bekannt ist.
Die Verwendung solcher Stege hat gegenüber den Maskendrähten jedoch den
Nachteil, daß eine Verkopplung der Drähte in horizontaler Richtung entsteht und sich
die Schattenmaske dadurch bei thermischer Erwärmung auch in horizontaler Richtung
ausdehnt. Durch eine solche Ausdehnung kommt es wiederum zu einer Verschiebung
der Landungspunkte der Elektronenstrahlen auf dem Leuchtschirm. Diese
Verschiebung hat eine Verschlechterung der Bildwiedergabequalität zur Folge. Um
diesen Effekt klein zu halten, wird als Material für die Schattenmaske und den Maskenrahmen
vorzugsweise Invar oder eine andere Eisen-Nickel-Legierungen verwendet,
die einen niedrigen thermischen Ausdehungskoeffizienten besitzen. Dadurch
werden jedoch die Herstellungskosten einer solchen Farbbildröhre deutlich erhöht.
Um eine Verschlechterung der Bildqualität durch eine thermische Ausdehnung in
horizontaler Richtung zu vermeiden, ist - wie beschrieben - ein möglicher Ausweg,
spezielle Legierungen als Maskenmaterial zu verwenden. Alternativ ist es jedoch
auch möglich, zusätzlich eine Vorspannung auf die Maske in horizontaler Richtung
auszuüben. Dadurch werden Wölbungen der Maske bei Erwärmung in Längsrichtung
der Farbbildröhre vermieden. In Fig. 3 ist eine solche Maske mit Maskenrahmen
2 dargestellt. Die Pfeile 7-10 deuten an, daß die Maske sowohl in vertikaler als auch
in horizontaler Richtung vorgespannt ist. Auf diese Weise können auch die Folgen
einer thermischen Ausdehnung der zwischen den Löchern 3 befindlichen Stege in
horizontaler Richtung kompensiert werden.
Um eine solche horizontale Vorspannung zu erzeugen, wird die Schattenmaske im
einfachsten Fall zusätzlich auch seitlich am Maskenrahmen befestigt. Eine horizontale
Vorspannung läßt sich jedoch alternativ auch ohne Verbindung der Schattenmaske
mit den seitlichen Elementen des Maskenrahmens erzeugen. Dazu wird die
Schattenmaske in horizontaler Richtung durch eine schmale, nicht gelochte Fläche
verlängert. Durch Streckung der Schattenmaske in vertikaler Richtung werden diese
nicht mit Löchern versehenen Abschnitte in Streckrichtung verlängert. Gleichzeitig
entsteht in der Mitte dieser Abschnitte eine Einschnürung, d.h. diese Abschnitte werden
durch die Streckung schmaler, am stärksten in der Mitte. Dadurch wird die gelochte
Innenfläche der Schattenmaske, die zwischen den beiden nicht gelochten
Randabschnitten liegt, nach außen gezogen. So wird gleichzeitig mit der vertikalen
Vorspannung eine zusätzliche horizontale Vorspannung erzeugt. Dieses Verfahren
wird allgemein als Semi-Stretch-Tension-Technik, kurz SST-Technik bezeichnet.
Anhand von Fig. 5 wird das Prinzip dieser Technik erläutert. Dazu wird nur ein Teil
der gesamten Schattenmaske wiedergegeben, und zwar ist in Fig. 5 nur eine Hälfte
der Schattenmaske mit einer der nicht gelochten, zusätzlichen seitlichen Flächen
dargestellt. Die Schattenmaske 25 besitzt einen gelochten Abschnitt 26 und zusätzliche
Abschnitte 27, in denen keine Löcher vorgesehen sind. Um die Vorspannung in
vertikaler Richtung zu erzeugen, wird die Maske vor der Befestigung im Maskenrahmen
in vertikaler Richtung gestreckt. Dadurch wird nach Befestigung der Schattenmaske
im Maskenrahmen auf die Schattenmaske 25 eine permanente Vorspannung
in vertikaler Richtung ausgeübt. Diese Vorspannung verhindert eine Wölbung der
Maske in Richtung der Längsachse der Farbbildröhre während des Betriebs aufgrund
thermischer Ausdehnungen in vertikaler Richtung. In Fig. 5 ist dargestellt, wie
sich die Form des Randabschnittes 27 der Schattenmaske, der keine Öffnungen
aufweist, bei dieser Streckung verändert. Die Form der Schattenmaske vor der
Streckung ist durch die durchgezogenen Linien dargestellt, die Form nach der Strekkung
ist durch die unterbrochene Linie 30 wiedergegeben. Bei der Streckung wird
die Breite des Randabschnittes 27 vermindert, wobei die größte Breitenabnahme in
der Mitte zwischen dem oberen und unteren Rand bewirkt wird. Die dabei auftretende
maximale Breitenabnahme des Randabschnittes 27 wird als Einschnürung C bezeichnet.
Mit der Verschiebung der Grenzlinie 28 zwischen dem gelochten und dem
nicht gelochten Abschnitt 27 durch die Einschnürung in Richtung des äußeren Randes
29 der Schattenmaske 25 wird auch die Maskeninnenfläche 26 nach außen gezogen.
Dadurch wird der gelochte Abschnitt 26 in horizontaler Richtung gestreckt
und damit gleichzeitig eine Vorspannung in horizontaler Richtung erzeugt.
Das Strecken der Maske in vertikaler Richtung bewirkt mit anderen Worten zusätzlich
eine Zugkraft in horizontaler Richtung, die nach außen gerichtet ist. Die Höhe
dieser Zugkraft ist von der Stärke der Einschnürung C abhängig. Je breiter der Abschnitt
27 vor der vertikalen Streckung ist, desto größer kann die erzeugte Einschnürung
C und damit die horizontale Zugkraft sein. Die Breite der zusätzlichen,
nicht gelochten Abschnitte 27 kann jedoch nur sehr begrenzt erhöht werden, ohne
daß die Bildschirmfläche in horizontaler Richtung durch störende, nicht als Wiedergabefläche
verwendbare Bereiche verbreitert werden muß. Dementsprechend sind
die erzeugbaren horizontalen Zugkräfte nur sehr gering.
Mit den auf diese Weise heutzutage erzeugbaren horizontalen Zugkräften können
nur die thermischen Ausdehnungen von Maskenmaterialien mit einem besonders
niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufgefangen werden. Da diese
Maskenmaterialien, wie z.B. Invar, besonders teuer sind, ist es wünschenswert, solche
teuren Maskenmaterialien durch preisgünstigere zu ersetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Farbfernsehgeräte und Farbmonitore und
insbesondere Farbbildröhren derart weiterzubilden, daß die Schattenmasken der
Farbbildröhren auch aus einem preisgünstigeren Maskenmaterial hergestellt werden
können.
Diese Aufgabe wird für eine Farbbildröhre mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst,
für ein Farbfernsehgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und für einen
Farbmonitor mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Erfindungsgemäß läßt sich ein teures Maskenmaterial, das einen geringen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten besitzt, dann durch ein preisgünstigeres Maskenmaterial
wie z.B. Eisen ersetzen, wenn in horizontaler Richtung deutlich höhere Zugkräfte
als bisher erzeugt werden können. Denn dann können auch die viel größeren
thermischen Ausdehnungen der preisgünstigeren Materialien im Betrieb ausgeglichen
werden. Dazu werden die Seiten der Schattenmaske, die nicht mit dem Maskenrahmen
verbunden sind, bogenförmig ausgebildet, wobei der bogenförmige äußere
Rand eine höhere Festigkeit als die Schattenmaskeninnenfläche aufweist. Zur
Erzeugung einer nach außen gerichteten Zugkraft auf die Innenfläche der Schattenmaske
muß die Bogenform der seitlichen Ränder nach innen weisen. Durch vertikale
Streckung der Maske wird auch die Bogenform gestreckt, d.h. ihre Krümmung vermindert
sich. Dadurch bewegen sich alle Punkte auf dem äußeren, verstärkten Rand
nach außen und damit ebenfalls in entsprechender Weise die Maskeninnenfläche.
Auch in gestrecktem Zustand der Schattenmaske behalten die seitlichen äußeren
Ränder eine bogenartige Form bei, jedoch mit deutlich geringerer Krümmung. Die
Größe der Einschnürung in der Mitte der Schattenmaske zwischen oberem und unterem
Rand ergibt sich aus der Bogenform (Krümmung) des verstärkten Randes vor
und nach der Streckung der Schattenmaske. Nach der Streckung kann der äußere,
verstärkte Rand der Schattenmaske eine fast annähernd gerade Form annehmen.
Auf diese Weise läßt sich eine Einschnürung erzielen, die um so größer ist, je größer
die Unterschiede der Bogenform vor und nach der vertikalen Streckung der Schattenmaske
sind. Da sich auf diese Weise stärkere Einschnürungen als herkömmlich
erzielen lassen, sind auch die auf diese Weise erzeugbaren horizontalen Zugkräfte
deutlich größer.
Diese höheren Zugkräfte ermöglichen, daß eine stärkere als bisher übliche horizontale
Ausdehnung der Schattenmaske kompensiert werden kann. Das hat den besonderen
Vorteil, daß auch Materialien für die Schattenmaske eingesetzt werden
können, die keinen besonders niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
Denn durch die erfindungsgemäß besonders hohe horizontale Vorspannung
kann dennoch verhindert werden, daß eine Wölbung der Schattenmaske in Längsrichtung
der Bildröhre auftritt. Somit lassen sich als Maskenmaterial auch preisgünstigere
Stoffe wie z.B. Eisen verwenden, ohne daß die Bildqualität gegenüber herkömmlichen
Masken verschlechtert wird. Die Herstellung von Farbbildröhren, und
damit auch von Monitoren und Fernsehgeräten, läßt sich dadurch bei gleicher Qualität
verbilligen.
Vorteilhafterweise weist die Schattenmaske zur Verstärkung ihrer bogenförmig ausgebildeten
Seiten an diesen einen größeren Materialquerschnitt auf als in der Maskeninnenfläche.
Auf diese Weise läßt sich die Festigkeit der Maske auf besonders
einfache Weise erhöhen.
Bei der Herstellung einer Schattenmaske wird die Maske zur Erzeugung der Öffnungen
üblicherweise einem Ätzvorgang unterzogen. Während dieses Ätzvorganges
wird der Materialquerschnitt der gesamten Maske reduziert. Ein erhöhter Materialquerschnitt
an den bogenförmigen, zu verstärkenden Randbereichen läßt sich besonders
einfach dadurch erzeugen, daß diese Randbereiche vom Ätzvorgang weitgehend
ausgespart bleiben. Dadurch weisen diese Abschnitte nach dem Ätzvorgang
einen größeren Materialquerschnitt als der gelochte Maskenbereich auf.
Eine Erhöhung der Festigkeit in den bogenförmigen Randbereichen läßt sich auch
dadurch erzielen, daß die Schattenmaske in diesen Bereichen eine veränderte Materialzusammensetzung
aufweist. Durch Veränderung der Materialzusammensetzung
in den Randbereichen läßt sich in diesen eine höhere Festigkeit erzielen. Auf diese
Weise kann die Querschnittserhöhung der Maske in Randbereichen geringer ausfallen
oder gänzlich wegfallen.
Die höhere Festigkeit bzw. der größere Materialquerschnitt kann auch dadurch erzeugt
werden, daß ein zusätzliches Element in den zu verstärkenden Randbereichen
vorgesehen ist. Vorteilhaft an dieser Vorgehensweise ist, daß die Masken zunächst
auf die übliche Weise hergestellt werden können und sie abschließend mit zusätzlichen,
separat gefertigten Elementen kombiniert werden. Die Erfindung kann auf diese
Weise problemlos in den gewöhnlichen Herstellungsablauf einer Farbbildröhre
integriert werden. Wenn dieses zusätzliche Element aus einem Material mit erhöhter
Festigkeit hergestellt werden, kann der Materialquerschnitt dieses zusätzlichen Elementes
besonders gering ausfallen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Schattenmaske aus Eisen hergestellt werden
kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Im
einzelnen zeigt
Fig. 1 eine geformte, selbsttragende Schattenmaske, Fig. 2 eine Spannmaske mit Zug in vertikaler Richtung, Fig. 3 eine Spannmaske mit Zug in horizontaler und vertikaler Richtung, Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau einer Farbbildröhre, Fig. 5 einen horizontalen Verlängerungsabschnitt einer Schattenmaske im gestreckten
und nicht gestreckten Zustand, Fig. 6 einen erfindungsgemäß ausgestalteten seitlichen Randabschnitt einer Schattenmaske
im gestreckten und nicht gestreckten Zustand, und Fig. 7 das Verhältnis zwischen der Durchbiegung der erfindungsgemäß ausgestalteten
seitlichen Ränder in Abhängigkeit von deren Dickenverhältnis.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten Schattenmaske
25 wiedergegeben. Die Schattenmaske besteht aus einem gelochten Abschnitt
26 und einem nicht gelochten Abschnitt 27. Der Abschnitt 27 besteht aus
zwei unterschiedlich ausgestalteten Teilen A und B. Der Teil A entspricht in seiner
Festigkeit, insbesondere in seinem Materialquerschnitt, dem des gelochten/geschlitzten
Abschnittes 26 der Schattenmaske. Der Teil B dagegen wird in seiner
Festigkeit erhöht, beispielsweise durch einen erhöhten Materialquerschnitt. Der
mit A gekennzeichnete Teil kann dabei durch sogenannte Anätzungen im Querschnitt
so weit reduziert werden, daß er festigkeitsmäßig dem gelochten/geschlitzten
Maskenteil 26 entspricht. Der mit B gekennzeichnete Teil hingegen ist so ausgeführt,
daß er eine deutlich höhere mechanische Festigkeit aufweist. Bei dem Abschnitt B
kann es sich somit entweder um sogenanntes "Vollmaterial" ohne Anätzungen handeln
oder um zusätzliches Material, beispielsweise durch Befestigung eines weiteren
Elementes.
Die durchgezogenen Linien in Fig. 6 stellen wie in Fig. 5 den Zustand der Schattenmaske
25 vor der Streckung in vertikaler Richtung dar. Die Breite des Teils A des
bogenförmigen Randes wird in der Mitte zwischen dem oberen und unteren Rand
der Schattenmaske mit x1 bezeichnet, die Breite des Teils B mit x2. Die nach innen
weisenden Radien der Teile A und B des Abschnitts 27 werden mit R1 für den äußeren
Rand des Teils B bezeichnet, mit RM für den Mittenradius zwischen den Teilen A
und B und mit R2 für die Grenzlinie zwischen dem Teil A und dem gelochten Abschnitt
26 der Schattenmaske 25.
Der Zustand des Randbereichs 27 der erfindungsgemäß ausgestalteten Schattenmaske
25 nach der Streckung in vertikaler Richtung ist in Fig. 6 mit der unterbrochenen
Linie wiedergegeben. Durch die Streckung wird die Bogenform des verstärkten
Teils B begradigt. Das bedeutet, die Randlinien des Teils B weisen verglichen mit
den Radien R1 und RM nur noch eine geringe Krümmung auf, die sich sogar fast einer
Gerade annähern kann. Eine exakte Geradenform kann durch die Streckung jedoch
nicht erreicht werden, so daß die verstärkten Ränder B immer eine "Restkrümmung"
in Richtung der Bogenform vor der Streckung aufweisen.
Durch die Streckung der Bogenform der verstärkten Ränder B wird wiederum eine
Einschnürung C erzeugt. Anders als in Fig. 5 erfolgt die Einschnürung des Abschnittes
27 diesmal jedoch nicht auf beiden Seiten des Abschnittes 27, sondern nur
auf der Seite des Abschnittes 27, die an die gelochte Fläche 26 der Schattenmaske
grenzt. Bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Schattenmaske findet somit nur
eine einseitige Einschnürung statt, so daß die gesamte Breitenreduktion des Abschnittes
27 der Erzeugung der horizontalen Zugkraft zugute kommt. Die stärkere
Einschnürung kann damit eine größere horizontale Vorspannung der Schattenmaske
bewirken.
Die maximal erzeugbare Vorspannung hängt insbesondere von den Radien der verstärkten
Randbereiche B ab. Je größer die Differenz zwischen den Radien vor und
nach der vertikalen Streckung der Schattenmaske ist, desto größer ist die erzeugbare
horizontale Vorspannung.
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgestaltete Farbbildröhre, die
in erfindungsgemäßen Farbfernsehgeräten und Farbmonitoren eingebaut werden
kann, besitzt in etwa die folgenden Maße:
Höhe der Schattenmaske | ungefähr 414 mm, |
Material der Schattenmaske | Eisen, |
Bildseitenverhältnis | in etwa 4:3, |
Dicke der Schattenmaske | ungefähr 0,1 mm (mit Ausnahme der verstärkten Randbereiche), |
x1 + x2 | etwa 5 mm, |
R1 | ungefähr 3,35 m, |
RM | ungefähr 12,0 m. |
Mit einer solchen Farbbildröhre können horizontale Zugkräfte in der Größenordnung
von etwa 1000 N/mm2 erreicht werden. Für die erfindungsgemäßen Wirkungen ist es
nicht erforderlich, daß die Schattenmaske einer Farbbildröhre exakt diese Maße
aufweist. Ähnlich hohe horizontale Zugkräfte können auch mit einer Schattenmaske
erzielt werden, wenn der Radius R1 kleiner als etwa 4,5 m, insbesondere kleiner als
4 m, und der Radius RM kleiner als 20 m, insbesondere kleiner als 15 m ist, wobei die
Schattenmaske im übrigen die oben angegebenen Abmessungen aufweist. Bei anders
dimensionierten Farbbildröhren müssen auch die Parameter entsprechend variiert
werden, um jeweils ausreichend hohe horizontale Zugspannungen zu erhalten.
Wie in Fig. 6 dargestellt, läßt sich erfindungsgemäß eine deutlich höhere Einschnürung
C als mit bisher bekannten Verfahren erreichen, so daß eine stärkere horizontale
thermische Ausdehnung als herkömmlich kompensiert werden kann. Dadurch
ist es erst möglich, bei Schattenmasken, die nur an zwei gegenüberliegenden
Seiten am Maskenrahmen befestigt sind, andere Maskenmaterialien einzusetzen,
insbesondere solche, die einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
So läßt sich auf diese Weise das relative teure Invar als Herstellungsmaterial
durch Eisen ersetzen. Eisen besitzt zwar einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
aber die erfindungsgemäß höhere horizontale Vorspannung kann die
stärkere thermische Ausdehnung von Eisen so kompensieren, daß keine Wölbung
der Schattenmaske in Längsrichtung der Farbbildröhre auftritt.
Die erzielbare Einschnürung C (und damit die horizontale Zugkraft) ist nicht nur vom
Radius der verstärkten äußeren seitlichen Ränder der Schattenmaske abhängig,
sondern auch vom Grad ihrer Verstärkung. Die Verstärkung kann über eine Erhöhung
des Materialquerschnitts bewirkt werden. Der Grad der Verstärkung ergibt sich
dann aus dem Dickenverhältnis des verstärkten Randes zum nicht verstärkten Teil
der Schattenmaske. Die horizontale Zugkraft, die auf der durch die Streckung erzielbaren
Formveränderung der Bogenform des verstärkten äußeren Randes B beruht,
hängt nämlich davon ab, wie stark sich die Streckung der Bogenform der äußeren
Ränder gegen die dagegen gerichteten Kräfte der Maskeninnenfläche behaupten
kann. Auch die Maskeninnenfläche versucht die Streckung in vertikaler Richtung
durch eine Zusammenziehung in horizontaler Richtung auszugleichen. Dadurch, daß
die Festigkeit des äußeren Randes bzw. beider gegenüberliegender äußeren Ränder
so erhöht wird, daß diese der Maskeninnenfläche im wesentlichen ihre Formveränderung
bei der vertikalen Streckung aufzwingen, wird die Erhöhung der horizontal
wirkenden Zugkraft erzielt.
In Fig. 7 ist angegeben, wie sich bei den gegebenen Parametern für die Schattenmaske
durch eine Variation des Dickenverhältnisses der Teile A und B die Durchbiegung
d.h. die Einschnürung C (in mm) variieren läßt. Mit zunehmenden Dickenunterschieden
des Teils A zu Teil B, d.h. bei zunehmendem Materialquerschnitt von Teil B
bei gleichbleibender Dicke von Teil A, nimmt die erzielbare Durchbiegung und damit
die erzielbare horizontale Zugkraft deutlich zu. So läßt sich bei einer Schattenmaske
mit den oben angegebenen Parametern mit einem Dickenverhältnis von A zu B von
ungefähr 0,7 eine Durchbiegung von 0,2 mm erzielen. Bei einem Dickenverhältnis
von A zu B von 0,2 läßt sich die erzielbare Durchbiegung auf ca. 0,4 mm verdoppeln.
Die Erfindung ist grundsätzlich darauf gerichtet, eine zweite Vorspannung, die indirekt
über eine erste Vorspannung erzeugt wird, zu erhöhen. Dabei wird die zweite
Vorspannung in einer Richtung erzeugt, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung
der ersten Vorspannung verläuft. Durch eine nach innen gerichtete Bogenform der
seitlichen Maskenränder und deren Verstärkung, läßt sich die erzielbare zweite Vorspannung
deutlich erhöhen.