EP1647042B1 - Ensemble cadre/masque pour tube a rayons cathodiques - Google Patents

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EP1647042B1
EP1647042B1 EP04767884A EP04767884A EP1647042B1 EP 1647042 B1 EP1647042 B1 EP 1647042B1 EP 04767884 A EP04767884 A EP 04767884A EP 04767884 A EP04767884 A EP 04767884A EP 1647042 B1 EP1647042 B1 EP 1647042B1
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mask
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tube
longitudinal axis
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Carlo Tulli
Paolo Ginesti
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H01J29/06—Screens for shielding; Masks interposed in the electron stream
    • H01J29/07—Shadow masks for colour television tubes
    • H01J29/073—Mounting arrangements associated with shadow masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof

Definitions

  • the present invention relates to a color cathode ray tube having a substantially planar screen, and more specifically to a set frame / color selection mask equipping such a tube.
  • the invention finds its application in any type of tube comprising a color selection mask, and is more particularly adapted to the tubes whose mask is made by stamping and is held in place inside the tube by a rigid frame on which he is solidarized.
  • a conventional color cathode ray tube is composed of a vacuum glass envelope.
  • the tube comprises inside the envelope, a color selection mask located at a precise distance from the glass front face of the tube, the front face on which are deposited red, green and blue phosphor arrays to form a screen.
  • An electron gun is disposed inside the tube, in its rear part, in the direction of the longitudinal axis of the tube, said axis passing through the center of the front face, said barrel generating three electron beams towards said front face.
  • An electromagnetic deflection device generally disposed outside the tube and close to the electron gun has the function of deflecting the electron beams to scan the surface of the panel on which the phosphor arrays are arranged. Under the influence of three electron beams each corresponding to a predetermined primary color, phosphor arrays allow the reproduction of color images on the screen, the mask allowing each determined beam to illuminate only the luminophore of the color. corresponding.
  • the color selection mask must be arranged and maintained during operation of the tube in a precise position within the tube.
  • the functions of maintaining the mask are achieved through a generally very rigid rectangular metal frame on which the mask is conventionally welded.
  • the frame / mask assembly is mounted in the front face of the tube by means of suspension welded to the frame and cooperating with pins inserted in the glass constituting the front face of the tube.
  • the color selection mask is made from a metal sheet of very small thickness and comprises a so-called effective surface area, pierced with openings, said openings being made by chemical etching and generally arranged in vertical columns; the effective surface is surrounded by a non-perforated peripheral edge; a skirt generally made by stamping, borders the assembly extending in a direction substantially perpendicular to the effective surface.
  • the mask is secured to the frame by spot welding at the skirt.
  • the generally rectangular frame has a pair of long sides and a pair of short sides, the section of which is generally L-shaped.
  • the frame must have excellent rigidity, allowing the frame / mask assembly to be able to withstand shape modification the many manipulations that occur during the steps of the method of manufacturing a cathode ray tube, as explained in US4639230.
  • a mask formed by stamping has a very important sensitivity to heating caused by the fact that about 70% of the electrons emitted by the gun are intercepted by the mask.
  • the cause of this sensitivity lies in the significant difference in mass between the frame and the mask, making the thermal behavior of two parts are, for the sets according to the state of technology, very different.
  • the frame according to the invention makes it possible, among other advantages, to reduce the weight of materials used for the manufacture of the frame / mask assembly, while improving the thermal behavior of said assembly.
  • the tube according to the invention comprises a tube according to claim 1.
  • Figure 1 shows a sectional view of the structure of a cathode ray tube in color.
  • a frame / mask assembly 20 comprising a shadow mask 21 whose curved surface is made by stamping a sheet of steel or invar, which surface is disposed at a precise distance from a phosphor screen 11 disposed on the glass front face 1 of the tube; the mask is held in place by a rigid frame 22 to which it is secured by welding at its peripheral skirt 23 which is folded so as to extend inside the frame in a direction substantially parallel to the longitudinal axis Z
  • the frame itself is rectangular in shape with at least partly L-shaped section sides, with a flank extending in a direction parallel to the longitudinal axis and a flange substantially perpendicular to this flank; the flange 25 and the flank 24 are connected to each other at the inner edge 26 of the flank farthest from the screen.
  • the tube comprises a funnel-shaped rear portion 30 terminating in a cylindrical neck 31 inside which there is an electron gun 40 generating three electron beams 41 in the direction of the color selection mask 21.
  • the beams electronics sweep the surface of the screen 11 under the influence of the magnetic deflection device 50.
  • FIG. 2 illustrates an example of a frame / mask assembly according to the state of the art, as described for example in patent US6064146.
  • the frame massive, has a substantially rectangular connecting edge 26 and a flange 25 having a smaller width in the corners of the frame to reduce the weight of said frame without changing its rigidity.
  • this type of structure there is a significant difference between the masses of the frame and the mask whose ratio is generally greater than or equal to three.
  • the temperature at the periphery of the mask is governed by boundary conditions: contacts with the frame, thermal inertia of the frame, shapes of the frame edges allowing the electron beams to strike the folded peripheral skirt 23 of the mask.
  • FIGS. 3A, 3B, 3C show an embodiment of a frame / mask assembly according to the invention in different views.
  • Figure 3A shows a frame 122 according to the invention in a rear view.
  • the frame of substantially rectangular shape has two long sides 121 and two short sides 120.
  • the sides of the frame have a section L-shaped with flanges substantially perpendicular to the longitudinal axis Z, respectively 125 for short sides and 125 'for long sides.
  • the flanges are delimited by internal edges, 130 for short sides, 127 for long sides, and outer edges, 131 for short sides and 126 for long sides.
  • the sides of the frame also have a flank 124 for the short sides and a flank 124 'for the long sides, substantially flat flank and parallel to the longitudinal axis Z.
  • the short sides have a flange whose width varies from the center to the ends in such a way that the width 150 of said flange at its center is smaller than the width 151 at its ends.
  • the inner edges 130 of the short sides present a concavity turned inward to allow the electron beams to intercept to a greater part of the surface of the skirt of the mask which is welded to the frame.
  • FIGS. 4A and 4B show in cross-section respectively close to the middle of a short side and near its end, the lower limits of the skirt that the electron beams can reach for a frame according to the state of the art (in dotted line) and according to the invention (in solid lines).
  • the electron beams reach the midpoints of the short sides at higher angles of incidence in the middle of the frame sides than at their ends.
  • the skirt of the mask is less sprinkled by the electron beams in the middle than at its ends, whereas if its width decreases from its ends towards its center (solid lines) the beams electrons can reach a substantially constant width of the skirt all along the portion thereof welded to the short side of the frame. This results in a better distributed heating of the mask with a low temperature gradient between the different parts of the mask.
  • the inner edge 130 of the flange thus has an inwardly oriented concavity, with a mean radius of curvature less than the mean radius of curvature of its outer edge 131.
  • the frame of format 16/9 has an inner edge 130 of radius of average curvature of about 1.1 meters and an outer edge 131 of radius of curvature of the order of 2.2 meters.
  • the curved shape of the flange provides a high mechanical rigidity of the frame to obtain a lightening of the amount of metal used to make said frame.
  • the rigidity of the frame / mask assembly can be improved by coupling the curved shape of the flanges of the short sides with flanges of long sides having instead a width 160 in the middle greater than its width 161 at its ends.
  • the inner edge 127 of the flange has a concavity turned towards the outside of the frame and the outer edge 126 has a concavity turned towards the inside.
  • the radii of curvature of the outer and inner edges are respectively of the order of 7m and 7.3m.
  • the type of frame structure according to the invention can be adapted to all types of suspension means in the tube of the frame / mask assembly, the rigidity of said assembly, once inserted into the tube is improved by means suspensions arranged in the corners.
  • suspension springs may be arranged in the corners 140 of the frame to cooperate with pins 2 inserted into the glass skirt of the front portion 1 of the tube. In this way it is both possible to reduce the amount of material used to make the frame and use a set frame / mask steel, less expensive material than the Invar.
  • the thermal behavior of the mask frame assembly was improved as soon as the ratio between the weight of the mask and that of the frame was greater than 0.5 and tended to tend towards 1.
  • the selected mask is 0.25mm thick steel, while the frame, in the same material has a thickness of 0.5mm; the result is a mask weighing about 340 gr and a frame about 450 gr which brings a mass ratio equal to about 0.75.

Landscapes

  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un tube à rayons cathodiques en couleurs ayant un écran sensiblement plan, et plus précisément un ensemble cadre /masque de sélection des couleurs équipant un tel tube.
  • L'invention trouve son application dans tout type de tube comportant un masque de sélection de couleurs, et est plus particulièrement adaptée aux tubes dont le masque est réalisé par emboutissage et est maintenu en place à l'intérieur du tube par un cadre rigide sur lequel il est solidarisé.
  • Un tube à rayons cathodiques en couleurs conventionnel est composé d'une enveloppe en verre sous vide. Le tube comporte à l'intérieur de l'enveloppe, un masque de sélection des couleurs situé à une distance précise de la face avant en verre du tube, face avant sur laquelle sont déposés des réseaux de luminophores rouges, verts et bleus pour former un écran. Un canon à électrons est disposé à l'intérieur du tube, dans sa partie arrière, selon la direction de l'axe longitudinal du tube, ledit axe passant par le centre de la face avant, ledit canon générant trois faisceaux électroniques en direction de ladite face avant. Un dispositif de déflexion électromagnétique, généralement disposé à l'extérieur du tube et proche du canon à électrons a pour fonction de dévier les faisceaux électroniques afin de leur faire balayer la surface du panneau sur laquelle sont disposés les réseaux de luminophores. Sous l'influence de trois faisceaux électroniques correspondants chacun à une couleur primaire déterminée, les réseaux de luminophores permettent la reproduction d'images en couleurs sur l'écran, le masque permettant à chaque faisceau déterminé de n'illuminer que le luminophore de la couleur correspondante.
  • Le masque de sélection des couleurs doit être disposé et maintenu pendant le fonctionnement du tube dans une position précise à l'intérieur du tube. Les fonctions de maintien du masque sont réalisées grâce à un cadre métallique rectangulaire généralement très rigide sur lequel le masque est conventionnellement soudé.
  • L'ensemble cadre/masque est monté dans la face avant du tube grâce des moyens de suspension soudés sur le cadre et coopérant avec des pions insérés dans le verre constituant la face avant du tube.
  • Le masque de sélection des couleurs est réalisé à partir d'une feuille métallique de très faible épaisseur et comporte une surface dite surface effective, percée d'ouvertures, lesdites ouvertures étant réalisées par gravure chimique et généralement disposées en colonnes verticales ; la surface effective est entourée d'une bordure périphérique non ajourée ; une jupe réalisée généralement par emboutissage, borde l'ensemble en s'étendant dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface effective. Le masque est solidarisé au cadre par une soudure par points au niveau de la jupe.
  • Le cadre de forme généralement rectangulaire, possède une paire de cotés longs et une paire de cotés courts, dont la section est généralement en forme de L. Le cadre doit avoir une excellente rigidité, permettant à l'ensemble cadre/masque de pouvoir subir sans modification de forme les nombreuses manipulations qui interviennent durant les étapes du procédé de fabrication d'un tube à rayons cathodiques, comme expliqué dans le brevet US4639230.
  • Pour atteindre ce niveau de rigidité les cadres de l'état de la technique sont de section épaisse et de poids importants ce qui présente deux désavantages:
    • le poids final du tube rendu important par le poids du cadre qui atteint généralement au moins trois fois le poids du masque.
    • le coût final du tube du fait de l'important coût matière du cadre
  • Par ailleurs il a été remarqué qu'un masque formé par emboutissage présentait une sensibilité très importante à l'échauffement causé par le fait qu'environ 70% des électrons émis par le canon sont interceptés par le masque. La cause de cette sensibilité réside dans l'importante différence de masse entre le cadre et le masque, faisant que les comportements thermiques de deux pièces sont, pour les ensembles selon l'état de technique, très différents.
  • Le cadre selon l'invention permet parmi d'autres avantages, de diminuer le poids de matériaux utilisés pour la fabrication de l'ensemble cadre/masque, tout en améliorant le comportement thermique dudit ensemble.
  • Pour cela, le tube selon l'invention comprend un tube selon la revendication 1.
  • L'invention et ses différents avantages seront mieux compris à l'aide de la description ci-après et des dessins parmi lesquels :
    • La figure 1 est une vue en coupe d'un tube à rayons cathodiques en couleurs selon l'état de la technique
    • La figure 2 est une vue ne perspective, partiellement en éclaté d'un ensemble cadre/masque pour tubes à rayons cathodiques selon l'état de la technique
    • Les figures 3A, 3B, 3C représentent des vues de face et de coté d'un ensemble cadre/masque selon l'invention
    • Les figures 4A et 4B comparent l'état de la technique et l'invention dans des vues en coupe de l'ensemble cadre/masque
  • La figure 1 montre par une vue en coupe la structure d'un tube à rayons cathodiques en couleurs. Dans un tel tube 10,se trouve un ensemble cadre/masque 20 comprenant un masque d'ombre 21 dont la surface courbe est réalisée par emboutissage d'une feuille d'acier ou d'invar, surface qui est disposée à une distance précise d'un écran de luminophores 11 disposé sur la face avant en verre 1 du tube ; le masque est maintenu en place par un cadre rigide 22 auquel il est solidarisé par soudure au niveau de sa jupe périphérique 23 laquelle est pliée de manière à s'étendre à l'intérieur du cadre dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal Z. Le cadre lui-même est de forme rectangulaire avec des cotés au moins en partie de section en forme de L, avec un flanc 24 s'étendant dans une direction parallèle à l'axe longitudinal et un flasque 25 sensiblement perpendiculaire à ce flanc ; le flasque 25 et le flanc 24 sont reliés l'un à l'autre au niveau du bord intérieur 26 du flanc le plus éloigné de l'écran.
  • Le tube comprend une partie arrière en forme d'entonnoir 30 se terminant par un col cylindrique 31 à l'intérieur duquel se trouve un canon à électrons 40 générant trois faisceaux d'électrons 41 en direction du masque de sélection des couleurs 21.Les faisceau électroniques balaient la surface de l'écran 11 sous l'influence du dispositif de déflexion magnétiques 50.
  • La figure 2 illustre un exemple d'ensemble cadre/masque selon l'état de la technique, comme décrit par exemple dans le brevet US6064146. Le cadre, massif, possède un bord de raccordement 26 sensiblement rectangulaire et un flasque 25 présentant une largeur plus faible dans les coins du cadre afin de diminuer le poids dudit cadre sans modifier sa rigidité. Cependant avec ce type de structure présente une différence importante entre les masses du cadre et du masque dont le rapport est généralement supérieur ou égal à trois.
  • Lorsque le tube fonctionne, environ 20 à 30% des électrons émis par le canon 40 arrivent à traverser le masque par les orifices disposés sur sa surface faisant face à l'écran. Les électrons sont donc en grande partie interceptés par le masque de sélection des couleurs 21 et ils viennent également frapper son cadre support 22. Il en résulte que le cadre et le masque vont subir une dilatation thermique, et lorsque le cadre et le masque sont réalisé dans le même matériau, par exemple en acier, la dilatation du masque va être plus rapide que celle du cadre du fait de l'important différence entre les masses des deux éléments. Le masque, maintenu sur sa périphérie par le cadre, va alors se bomber (phénomène appelé « doming ») et la distance de sa surface à l'écran de luminophore va se modifier jusqu'à ce que l'ensemble atteigne un équilibre thermique. Les modifications de la distance masque 21/écran 11 vont provoquer des décolorations de l'image sur ledit écran les faisceaux d'électrons ne venant plus illuminer correctement les luminophores leur correspondant.
  • Il a découvert que deux facteurs venaient influencer l'apparition de ce phénomène transitoire :
    • le rapport de masse entre le cadre et l'écran qui doit être inférieur à 2 de manière à minimiser le temps nécessaire à ce que l'ensemble cadre/masque atteigne son équilibre thermique, temps qui est normalement de l'ordre d'une heure et demie
    • le gradient de température sur la surface du masque, gradient de température qui dans l'état de la technique, fait que la température au centre de l'écran est maximum et est minimum sur les bords. Plus le gradient de température est faible et plus les phénomènes de « doming » sont peu apparents.
  • La température à la périphérie du masque est régie par des conditions aux limites : contacts avec le cadre, inertie thermique du cadre, formes des bords du cadre permettant aux faisceaux électroniques de venir frapper la jupe périphérique pliée 23 du masque.
  • Les figures 3A, 3B, 3C montrent un mode de réalisation d'un ensemble cadre/masque selon l'invention sous différentes vues.
  • La figure 3A montre un cadre 122 selon l'invention dans une vue par l'arrière. Le cadre de forme sensiblement rectangulaire comporte deux cotés longs 121 et deux cotés courts 120. Les cotés du cadre ont une section en forme de L avec des flasques sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal Z, respectivement 125 pour les cotés courts et 125' pour les cotés longs. Les flasques sont délimités par des bords intérieurs, 130 pour les cotés courts, 127 pour les cotés longs, et par des bords extérieurs, 131 pour les cotés courts et 126 pour les cotés longs. Les cotés du cadre présentent en outre un flanc 124 pour les cotés courts et un flanc 124' pour les cotés longs, flanc sensiblement plan et parallèle à l'axe longitudinal Z.
  • Les cotés courts présentent un flasque dont la largeur varie du centre vers les extrémités de telle manière que la largeur 150 dudit flasque en son milieu soit plus faible que la largeur 151 en ses extrémités..De cette façon les bords intérieurs 130 des côtés courts présentent une concavité tournée vers l'intérieur afin de permettre aux faisceaux d'électrons d'intercepter à une plus grande partie de la surface de la jupe du masque qui est soudée au cadre. Les figures 4A et 4B représentent en coupe transversale respectivement prés du milieu d'un coté court et prés de son extrémité, les limites inférieures de la jupe que peuvent atteindre les faisceaux d'électrons pour un cadre selon l'état de la technique (en pointillés) et selon l'invention (en traits pleins).
  • Les faisceaux électroniques atteignent les milieux des cotés courts sous des angles d'incidences plus élevés au milieu des cotes du cadre qu'à leurs extrémités. Ainsi lorsque le flasque est de largeur constante ( traits pointillés) la jupe du masque est moins arrosée par les faisceaux électroniques en son milieu qu'en ses extrémités, alors que si sa largeur diminue de ses extrémités vers son centre ( traits pleins) les faisceaux d'électrons peuvent atteindre une largeur sensiblement constante de la jupe tout le long de la partie de celle-ci soudée au coté court du cadre. Il en résulte un échauffement mieux réparti du masque avec un gradient de température faible entre les différentes parties du masque. Le bord intérieur 130 du flasque présente donc une concavité orientée vers l'intérieur, avec un rayon de courbure moyen inférieur au rayon de courbure moyen de son bord extérieur 131. Dans un exemple de réalisation selon l'invention destiné à un tube de diagonale d'écran de l'ordre de 60cm, illustré par les figures 3A,3B,3C le cadre de format 16/9 a un bord intérieur 130 de rayon de courbure moyen d'environ 1,1 mètres et un bord extérieur 131 de rayon de courbure de l'ordre de 2,2 mètres.
  • La forme cintrée du flasque offre une forte rigidité mécanique du cadre permettant d'obtenir un allègement de la quantité de métal utilisée pour réaliser ledit cadre. La rigidité de l'ensemble cadre/masque peut être amélioré en couplant la forme cintrée des flasques des cotés courts avec des flasques des cotés longs présentant au contraire une largeur 160 en son milieu plus grande que sa largeur 161 en ses extrémités. Dans l'exemple de réalisation selon les figures 3A,3B,3C le bord intérieur 127 du flasque présente une concavité tournée vers l'extérieur du cadre et le bord extérieur 126 présente une concavité tournée vers l'intérieur. Les rayons de courbures des bords extérieur et intérieur sont respectivement de l'ordre de 7m et 7,3m.
  • Bien que le type de structure de cadre selon l'invention puisse être adapté à tous les types de moyens de suspensions dans le tube de l'ensemble cadre/masque, la rigidité dudit ensemble, une fois inséré dans le tube est améliorée par des moyens de suspensions disposés dans les coins. Ainsi des ressorts de suspensions peuvent être disposés dans les coins 140 du cadre pour coopérer avec des pions 2 insérés dans la jupe en verre de la partie avant 1 du tube. De cette manière il est à la fois possible de diminuer la quantité de matière utilisée pour réaliser le cadre et d'utiliser un ensemble cadre/masque en acier, matériau moins coûteux que l'Invar.
  • Dans le mode de réalisation selon la figure 3A à 3C, on a remarqué que le comportement thermique de l'ensemble cadre masque était amélioré dès que le rapport entre le poids du masque et celui du cadre était supérieur à 0,5 et tendait préférentiellement vers 1. Ainsi pour un tube de diagonale d'écran de 60cm, de format 16/9, le masque choisi est en acier d'épaisseur 0.25mm, alors que le cadre, dans le même matériau a une épaisseur de 0.5mm ; il en résulte un masque pesant environ 340 gr et un cadre environ 450 gr ce qui amène un rapport de masse égal à environ 0,75.

Claims (5)

  1. Tube à rayons cathodiques comprenant :
    - une face avant (1) sur laquelle est disposé, sur sa partie interne, un écran de luminophores (11),
    - une partie arrière en forme d'entonnoir (30) terminée par une partie cylindrique (31) dans laquelle un canon à électrons (40) s'étend dans la direction de l'axe longitudinal Z du tube, axe passant par le centre de la face avant,
    - un masque de sélection des couleurs (21) formé par emboutissage et présentant une jupe périphérique pliée dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal
    - un cadre (122) destiné à maintenir le masque à distance de l'écran, ledit cadre de forme sensiblement rectangulaire possède au moins une paire de cotés courts parallèles (120) de section sensiblement en forme de L avec un flan latéral (124) s'étendant dans une direction parallèle à l'axe longitudinal relié à un flasque (125) sensiblement perpendiculaire audit axe longitudinal, la largeur dudit flasque étant plus faible au milieu du coté qu'à ses extrémités de manière à ce que le bord intérieur (130) du flasque définisse une courbe dont la concavité est tournée vers l'axe longitudinal du tube,
    ledit cadre étant caractérisé en ce que les cotés longs du cadre comprennent aussi une section en L et en ce que la largeur du flasque (125') de chaque coté long est plus importante au milieu dudit coté qu'à ses extrémités de manière à ce que que le bord intérieur (127) dudit flasque de chaque coté long définisse une courbe dont la concavité est tournée vers l'extérieur du cadre.
  2. Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le masque est en acier
  3. Tube à rayons cathodiques selon la revendication 2 caractérisé en ce que le poids du cadre est inférieur à deux fois le poids du masque.
  4. Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bord de raccordement (131) du flasque de chaque coté long (125) au flanc latéral définisse une courbe dont la concavité est tournée vers l'axe longitudinal du tube
  5. Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble cadre/masque est maintenu à l'intérieur du tube par des moyens de support disposés aux coins ( 140) du cadre.
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