专利名称：具有框架/荫罩组件的阴极射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色阴极射线管，并且尤其是涉及框架/选色荫罩系统，该系统放置在阴极射线管的玻壳内。本发明可应用于包括选色荫罩的任何类型的阴极射线管中，并且本发明尤其适于荫罩通过框架以张力方式固定的阴极射线管。
传统的阴极射线管包括选色荫罩，它位于距离阴极射线管玻璃面板内侧精确的距离上，在面板上淀积有红、蓝、绿的发光体阵列。在三根各自对应于一种规定的原色的电子束的作用下，发光体阵列允许在屏幕上重现图像，荫罩允许每根特定的电子束只照射相应颜色的发光体。
在阴极射线管的工作过程中，选色荫罩必须放置并保持在所述阴极射线管内的精确位置上。保持功能是依靠通常非常刚性的矩形金属框架实现的，荫罩通常焊接到金属框架上。依靠弹性悬挂装置，框架/荫罩组件安装在阴极射线管的面板中，该弹性悬挂装置包括焊接到框架上的至少三个金属零件，每个所述零件包括形成弹性并有孔的端部，用于与金属销柱之一配合，金属销柱与玻璃面板是一体的。悬挂装置通常采用两种结构或者在框架侧边的中部，或者在它的角部。
阴极射线管当前的趋势是面板越来越平并向着纯平面板的方向发展。为了制造包括这样的面板的阴极射线管，需要使用平面荫罩，并且荫罩在至少一个方向上保持张力。这样的结构例如描述于美国专利4827179号中。
选色荫罩由厚度很小的金属薄片构成，它整体上被张紧固定到机械强度很高的框架上，以便在阴极射线管的工作过程中维持荫罩的张力。
由于在阴极射线管工作过程中，荫罩截获由阴极射线管的电子枪发射的半数以上的电子，荫罩的温度迅速增高，促使至少所述荫罩的一定区域膨胀；这导致其张力和平面性降低的现象。荫罩不再是平的，导致三根电子束在阴极射线管的屏幕上的撞击点不再对应于发光材料的特定线条，使得所述屏幕上再现的图像色彩失真。
第一种解决方案是，使用由热膨胀系数很低的材料制成的荫罩，这类材料例如殷钢，其热膨胀系数在1.25×10-6/℃量级。这样，在阴极射线管的工作过程中，荫罩膨胀得非常小，由此保证了平面性。结果，能够使用相对低的荫罩张力(例如5kg/mm2数量级)来保证它的平面性，而不用担心在阴极射线管的工作过程中它会变松弛；金属支撑框架因此将具有与所用的低张力相应的机械强度。
第二种解决方案是，使用具有高热膨胀系数的标准钢荫罩，其热膨胀系数在1.5×10-5/℃量级，它必须以大得多的张力来保持平面状态，这种张力可能达到应施加于殷钢荫罩的张力的十倍。这就必须使用具有相当高的机械强度的保持框架，框架的这种机械强度是通过使用大量的金属得到的。因此，这个解决方案呈现出材料成本高和重量大的缺点。
不过，使用低热膨胀系数的材料制成的荫罩的解决方案也呈现出多个缺点--张力荫罩不能直接焊接到以张力方式固定它的框架上，除非制成所述框架的材料的热膨胀系数与荫罩的热膨胀系数相似，并且它尤其不能由标准钢制成。这是因为在阴极射线管制造工艺的各阶段中，框架/荫罩组件升温到400℃以上；在这些温度下，当荫罩焊接到框架上时，材料的膨胀差异可以导致局部焊接失败，并且因此导致荫罩张力的局部和随机变化，这种变化会引起阴极射线管屏幕上重现的图像的颜色产生缺陷。
--因此，这个解决方案必须使用热膨胀系数相似并且小的框架和荫罩，例如由殷钢制成的框架和荫罩；然而，这种类型的材料比标准钢贵得多，大约贵三倍，由此显著地增加了框架的成本及阴极射线管的制造成本。
这就需要以能够获得低成本和低重量的框架/荫罩组件的方式，来使用由与传统的钢制框架相关的低热膨胀系数的材料制成的荫罩。
为此，根据本发明的框架/荫罩组件包括一个选色荫罩和一个大致矩形的金属框架，金属框架用于支持荫罩，并在至少一个方向上保持其处于张力状态，制成荫罩的材料的热膨胀系数小于构成框架的主要部分的材料的热膨胀系数。沿着框架的至少两个相对边，设置有两个金属插接件，它们沿所述相对边延伸并固定到所述相对边，所述金属插接件的制造材料的热膨胀系数与荫罩的热膨胀系数相似，荫罩通过例如焊接到两个金属插接件上而固定至框架。
借助于以下的说明和附图，将能更好地理解本发明，附图中
图1为根据现有技术的框架/荫罩组件的等比例立体图。
图2为根据本发明的一个实施例的框架/荫罩组件的四分之一的剖视立体图。
图3显示出用作框架与荫罩之间的连接的金属插接件。
图4到6为框架/荫罩组件的剖面图，用于显示本发明的多种实施例。
图1显示出根据现有技术的框架/荫罩组件，如在英国专利第GB2308223号中描述的。沿X、Y、Z的方向分别代表阴极射线管的水平轴、垂直轴和垂直于显示屏幕表面的主轴的方向。大致矩形的框架1包括两个水平长边4和两个垂直短边3。框架1沿至少一个方向保持选色荫罩2处于张力状态，这个方向平行于框架的短边。悬挂件5用于与金属销柱结合来保持框架/荫罩组件到阴极射线管屏幕的精确距离，其中金属销柱插入阴极射线管面板的裙边中。
荫罩2沿着框架长边4的边缘的焊接质量是根据预设值维持所述荫罩的张力的保证，例如，该预设值在长边的中部7处具有较高的张力，而在所述长边4的端部8处具有较低的张力。张力沿着长边4的变化取决于框架的尺寸和它的几何形状。例如，用于16/9格式的阴极射线管的荫罩，由于沿水平的X轴的长度比沿垂直的Y轴的长度明显大，与用于4/3格式的阴极射线管的荫罩相比，必须按照更高的张力比来保持其处于张力状态，该张力比是在其中部7处的张力与在端部8处的张力之比，这样做的目的是保证荫罩的表面保持与阴极射线管屏幕的正常距离，同时在它的中部7处不会趋于凹陷。
在阴极射线管制造工艺的各步骤中和在阴极射线管正常工作的过程中，为了避免与荫罩的热膨胀相关的问题，制造者倾向于使用具有低热膨胀系数的材料来制作荫罩。在这部分最广泛使用的材料是殷钢，它由含有大约36％镍的铁-镍合金构成。
另外，使用由殷钢这样的材料制造的荫罩使得必须使框架的构成材料也具有低的热膨胀系数。这是因为难以将殷钢荫罩焊接到标准钢制成的框架上；而且，在超过400℃执行的阴极射线管的制造步骤中，两种材料的差异很大的热膨胀将使焊接强度降低，并且可能导致部分材料产生缺陷。然而，为避免前面描述的缺点而使用殷钢框架，则具有成本昂贵这个主要的缺点。
图2显示出本发明的一个实施例，它没有这个缺点。
图2以立体图和剖视图方式显示出框架/荫罩组件的四分之一。框架的短边3具有L型的断面，它的垂直边缘25向阴极射线管的屏幕延伸，而水平边缘24在大致平行于所述屏幕的平面上延伸。相似地，长边4具有向阴极射线管的屏幕延伸的水平边缘15和在大致平行于阴极射线管屏幕的平面上延伸的垂直边缘14。框架由常规钢材制成。制成荫罩2的材料的热膨胀系数低于框架的热膨胀系数，荫罩2在至少一个方向，例如在垂直的Y方向上张紧。框架的长边4显示有水平边缘15，它的水平侧缘13的断面是向着框架内部加宽的，并且大致为矩形。例如图3和4中所示的，一个金属插接件10具有凹陷的断面，在本例中实质是U型，该金属插接件10覆盖两个边缘15的每一侧缘13的向着框架内部加宽的部分。插接件或者通过焊接(区)17，或者通过铆接或栓接，被固定到每个相对长边4的中部7处，必要的特征是相对于长边4的长度，与框架边的连接区域具有比较小的长度。插接件的围绕连接区域7延伸的端部18则可以自由移动，然而这种移动在这个实施例中限制为XY平面中的移动，实质上是平行于阴极射线管的屏幕的移动，这是由于框架长边4的边缘13和插接件10的相对表面的互补形状，边缘13作为插接件移动的引导部分。插接件由低热膨胀系数的材料制成，最好与荫罩的热膨胀系数相同。荫罩2沿垂直的Y方向张紧焊接到插接件10的外侧缘12上。荫罩的张力趋于使插接件的每个端部18在XY平面上移动，直到平衡位置，平衡取决于插接件的机械弯曲抵抗力和荫罩的初始张力。在制造阴极射线管的各个步骤中，框架/荫罩组件将升到高的温度；插接件与荫罩则将以相同的方式膨胀，因为它们由具有相似热性能的材料制成。另外，插接件10自由膨胀，不受框架长边4或连接区域7边沿的影响；相对于长边4的长度，这个连接区域7必须延伸一个小的长度，最好不超过长边4长度25％。以这种方式，框架的膨胀和荫罩的膨胀彼此无关。本发明的结构如图2和3所示，并且在垂直于荫罩表面的平面中截取的断面如图4所示，该结构还呈现出以下几个优点--荫罩通过沿着它的整个端部施加相同的力而被张紧；在将它的水平端部6焊接到插接件上之后，施加在荫罩上的力被解除。如上面所指出的，插接件的端部18将弯曲，并达到平衡位置，在平衡位置时在中部靠近区域7处荫罩的张力最大，而靠近垂直自由端16处最小。张力值沿焊接边缘的分布可以预先计算，因此本发明的结构能够使制造工艺容易实施，因为施加在荫罩上的张力沿着整个所述焊接边缘是不变的。
--插接件的U型断面与面对边缘13的表面配合起到在XY平面上的导引作用，并防止荫罩作用在插接件端部18上的张力使这个端部通过杠杆作用而旋转，(否则)这种旋转将使荫罩的表面变形。
因此，这种结构也可以有利地应用在以下的框架/荫罩结构中框架和荫罩由相同材料或者热膨胀系数值相似的材料制成。
图5显示出本发明的另一个实施例，其中插接件10的定位不同。插接件10也显示出凹陷的内表面并且最好具有U型的断面。插接件以这样的方式设置在边缘15的侧缘51上它的凹陷内表面围绕所述侧缘的面向阴极射线管屏幕的部分。正如前面的实施例中那样，在边缘15的中部7任一侧的较小长度的区域内，插接件10被固定到所述边缘15。荫罩沿其相对的端部6以张力方式焊接到插接件上。以这样的方式，荫罩的热膨胀的产生与框架的热膨胀无关。
在图6所示的本发明的另一个实施例中，插接件具有实心的断面19，并且以悬挂边缘15的侧缘51的方式设置在边缘15的外侧部分上。插接件10固定到边缘15的中部7处，并且预先被张紧的荫罩焊接到插接件的悬挂侧缘51的部分上。这个实施例具有以下优点可以更经济地实现；边缘和插接件的简单断面形状使得能够降低这些部件的成本。
所描述的实施例不是限制性的。在例如荫罩在水平和垂直两个方向上张紧的情况下，上述类型的插接件可以有益地沿框架的水平边4和垂直边3的边缘设置在荫罩与所述框架的边缘之间。
权利要求
1．一种阴极射线管，包括一个选色荫罩(2)和一个大致矩形的金属框架(1)，金属框架用于支撑荫罩并使它在至少一个方向上保持张力状态，制成荫罩的材料的热膨胀系数小于构成框架的主要部分的材料的热膨胀系数，其特征在于沿着所述框架的至少两个相对边(4)，设置有两个金属插接件(10)，金属插接件沿所述相对边延伸并且固定到所述相对边，制成所述金属插接件的材料的热膨胀系数与所述荫罩的热膨胀系数相似，荫罩是例如通过焊接到两个金属插接件上而固定到框架的。
2．根据权利要求1的阴极射线管，其特征在于在相对于所述相对边的长度具有小的长度的一个有限区域(7)中，两个金属插接件(10)固定到框架(1)的相对边(4)。
3．根据权利要求2的阴极射线管，其特征在于金属插接件(10)固定到框架(1)的所述相对边(4)的中部(7)。
4．根据前述权利要求之一的阴极射线管，其特征在于框架(1)由钢制成，而插接件(10)由殷钢制成。
5．根据前述权利要求之一的阴极射线管，其特征在于插接件(10)的断面呈现出凹陷的内表面。
6．根据权利要求5的阴极射线管，其特征在于凹陷的内表面覆盖框架(1)的所述相对边(4)的一部分。
7．根据权利要求6的阴极射线管，其特征在于插接件(10)设置在框架(1)的两个相对边(4)的内表面上。
8．根据权利要求6的阴极射线管，其特征在于插接件(10)至少部分地覆盖框架(1)的两个相对边(4)的侧缘。
9．根据权利要求1到5中任一权利要求的阴极射线管，其特征在于插接件(10)设置在框架(1)的所述相对边(4)的外表面上。
10．根据前述任一权利要求的阴极射线管，其特征在于荫罩(2)固定到框架(1)，这是例如通过焊接到四个金属插接件(10)上实现的，四个金属插接件本身固定到框架的四个边(3、4)中的每个边上。
全文摘要
一种阴极射线管包括一个选色荫罩(2),它由具有相对低的热膨胀系数的材料制成,由框架(1)以张力方式支撑,框架(1)由具有相对高的热膨胀系数的材料制成。沿着框架的至少两个边(4),设置有两个金属插接件(10),制成金属插接件(10)的材料的热膨胀系数与荫罩的热膨胀系数相似。插接件固定至框架的相对边的中部(7),并且荫罩焊接到插接件上。在高温的阴极射线管制造步骤中,与构成荫罩和框架的材料的膨胀差异相关的机械问题得以避免。
文档编号H01J29/07GK1314697SQ01117829
公开日2001年9月26日 申请日期2001年3月21日 优先权日2000年3月22日
发明者M·德马里诺, P·特斯塔 申请人:录象色彩股份公司