[0001] La présente invention concerne un dispositif de masquage pour tube cathodique de
visualisation en couleur à écran plat, du type comprenant un cadre support pour masque
d'ombre tendu et un masque d'ombre tendu monté sur le cadre support.
[0002] Les tubes cathodiques de visualisation en couleur comportent, de façon connue, un
écran de visualisation muni de photophores, un canon à électrons produisant 3 faisceaux
d'électrons et un dispositif de masquage, constitué d'un masque d'ombre monté sur
un cadre support, disposé en regard de l'écran de visualisation et destiné à assurer
une bonne qualité de l'image visualisée. Le masque d'ombre est constitué d'une feuille
métallique percée d'une pluralité de trous ou de fentes à travers lesquels les 3 faisceaux
d'électrons passent pour aller exciter les photophores disposés sur l'écran. La qualité
de l'image obtenue est d'autant meilleure que l'alignement entre les photophores,
les trous du masque d'ombre et les faisceaux d'électrons est précis. Lorsque le tube
de visualisation est en fonctionnement, une partie significative des faisceaux d'électrons
est interceptée par le masque d'ombre, ce qui engendre des échauffements locaux de
celui-ci pouvant le déformer et donc détériorer la qualité de l'image visualisée.
De plus, la qualité de l'image peut également être détériorée par les vibrations du
masque d'ombre provoquées par des sources de vibration diverses. Pour obtenir des
images de bonne qualité, le masque d'ombre doit d'une part, être peu sensible aux
échauffements locaux, d'autre part, avoir une fréquence propre de vibration suffisamment
élevée pour que l'amplitude de ces vibrations ne perturbe pas la couleur des images
par un désalignement des faisceaux d'électrons, des trous du masque d'ombre et des
photophores.
[0003] Lorsque l'écran de visualisation est bombé, le masque d'ombre a une forme qui épouse
celle de l'écran, et les problèmes de sensibilité aux échauffements locaux et de vibration
sont résolus en réalisant le masque d'ombre par emboutissage d'une feuille en alliage
Fe-Ni à très faible coefficient de dilatation percée de trous. Le masque d'ombre est
simplement soudé sur un cadre support qui n'exerce aucun effort sur le masque d'ombre.
Le cadre peut donc être léger, ce qui présente des avantages.
[0004] Lorsque l'écran de visualisation est plat, le masque d'ombre peut être une feuille
non emboutie fixée par exemple par soudage sur un cadre support préalablement comprimé
qui exerce ensuite une tension sur le masque d'ombre. Le masque d'ombre est alors
dit « tendu ». La tension du masque d'ombre est destinée, d'une part à résoudre le
problème de la sensibilité aux échauffements locaux, et d'autre part à augmenter la
fréquence propre de vibration du masque d'ombre pour atténuer l'amplitude de ces vibrations.
Cette solution suppose notamment l'utilisation d'un matériau dont les caractéristiques
permettent de maintenir une tension suffisante dans le domaine de température de fonctionnement
du tube cathodique (approximativement 100°C), et cela après un chauffage à environ
600°C lors du procédé de fabrication du tube cathodique. En effet le masque d'ombre
monté tendu sur son cadre support est chauffé une première fois aux environs de 600°C
pour provoquer une oxydation appelée « blackening», puis, une deuxième fois au voisinage
de 450°C, après montage de l'ensemble dans le tube cathodique, lors du scellement
de la dalle-écran sur le cône de verre et enfin une troisième fois au voisinage de
380°C lors de la mise sous vide du tube cathodique. Ces chauffages peuvent provoquer
un fluage du masque d'ombre et de son cadre qui peut détendre le masque d'ombre.
[0005] Pour fabriquer un masque d'ombre tendu et son cadre support, on a proposé d'utiliser
un acier faiblement allié (c'est-à-dire, contenant, en général, moins de 5% d'éléments
d'alliage). Mais, le coefficient de dilatation thermique de cet acier étant élevé,
la tension du masque d'ombre doit être supérieure à 200 MPa pour éviter les déformations
dues aux échauffements locaux. Cette solution conduit à un cadre lourd, dont le poids
peut atteindre, voire dépasser, 6 kg.
[0006] Pour fabriquer un masque d'ombre tendu et son cadre support, on a également proposé
de réaliser le masque d'ombre en alliage Fe-Ni à faible coefficient de dilatation
et le cadre en acier. Mais, il est alors nécessaire de prévoir des moyens pour éviter
de provoquer des surtensions du masque d'ombre pendant les échauffements à 600°C,
faute de quoi, le masque d'ombre se déchire pendant cette opération.
[0007] Pour fabriquer un masque d'ombre tendu et son cadre support, on a aussi proposé de
réaliser le masque d'ombre et le cadre support en alliages Fe-Ni à faible coefficient
de dilatation, l'alliage Fe-Ni du cadre support pouvant être identique ou différent
de l'alliage Fe-Ni du masque d'ombre. Cette solution peut engendrer des défauts au
niveau du masque d'ombre, ces défauts étant visibles après le chauffage à 600°C. En
effet, le cadre support, de forme généralement rectangulaire, comporte deux montants
d'extrémité sur lesquels le masque d'ombre est fixé et deux montants latéraux qui
assurent le maintien de l'écartement des montants d'extrémité. Le masque d'ombre,
également de forme généralement rectangulaire, est fixé aux montants d'extrémité,
généralement par soudage, le long de deux de ses côtés opposés. En tout état de cause,
la tension exercée sur le masque d'ombre dans le sens longitudinal engendre une tension
dans le sens transversal. Pendant le chauffage à haute température, ces tensions peuvent
engendrer des phénomènes de fluage qui, du fait des trous ou des fentes que comporte
le masque d'ombre, peuvent engendrer un allongement dans le sens transversal du masque
d'ombre. Si lors du chauffage à 600°C, les montants d'extrémité du cadre support se
dilatent autant ou plus que le masque d'ombre, la tension initiale dans le sens transversal
sera conservée ou accentuée. Après retour à la température ambiante, les montants
d'extrémité du cadre support retrouvent leur dimension d'origine, alors que le masque
d'ombre a une largeur légèrement augmentée du fait du fluage. Ce phénomène peut conduire
à des ondulations du masque d'ombre le rendant inutilisable. Ce défaut qui est d'autant
plus important que le masque d'ombre est de grande dimension, peut être aggravé par
le fait qu'au refroidissement après le maintien à 600°C, le masque d'ombre se refroidit
plus vite que le cadre.
[0008] Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant
un moyen pour fabriquer un masque d'ombre tendu et son cadre support peu sensibles
aux échauffements locaux, ayant une fréquence propre de vibration convenable et ayant
une bonne planéité après les chauffages à haute température résultant des opérations
de fabrication.
[0009] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de masquage pour tube cathodique
de visualisation en couleur à écran plat, du type comprenant un cadre support pour
masque d'ombre tendu et un masque d'ombre tendu monté sur le cadre support de façon
à être soumis à une tension à la température ambiante. Le cadre support est en alliage
Fe-Ni durci ayant un coefficient de dilatation thermique entre 20°C et 150°C inférieur
à 5x10
-6/K et une limite d'élasticité Rp0,2 à 20°C supérieure à 700 MPa. Le masque d'ombre
tendu est en alliage Fe-Ni ayant un coefficient de dilatation thermique entre 20°C
et 150°C inférieur à 3x10
-6/K. L'alliage Fe-Ni durci dont est constitué le cadre support et l'alliage Fe-Ni dont
est constitué le masque d'ombre sont choisis de telle sorte que, en dessous d'une
température T
1, le coefficient de dilatation moyen α
20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni durci dont est constitué le cadre
support est supérieur au coefficient de dilatation moyen α
20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni dont est constitué le masque
d'ombre ; au dessus de ladite température T
1, le coefficient de dilatation moyen α
20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni durci dont est constitué le cadre
support est inférieur au coefficient de dilatation moyen α
20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni dont est constitué le masque
d'ombre ; ladite température T
1 est inférieure à 350°C, et de préférence inférieure à 300°C.
[0017] Enfin, le cadre peut aussi être constitué d'un alliage Fe-Ni durci du type « durci
béryllium », « durci carbures » ou du type « durci par solution solide ».
[0018] L'invention va maintenant être décrite plus en détails et illustrée par des exemples,
mais de façon non limitative, en regard des figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 représente en perspective, de façon schématique, un dispositif de masquage
pour tube cathodique de visualisation en couleur à écran plat,
[0019] Le dispositif de masquage pour tube cathodique de visualisation en couleur à écran
plat représenté à la figure 1 comprend un masque d'ombre 1 constitué d'une feuille
percée d'une pluralité de trous 2, et un cadre support 3 comportant des montants latéraux
4 (un seul visible sur la figure) et des montants d'extrémité 5 et 5'. Le masque d'ombre
1 est fixé par exemple par soudage sur les arêtes supérieures 6 et 6' des montants
d'extrémité 5 et 5'.
[0020] Lors du montage, le cadre support 3 est soumis à des efforts de compression (petites
flèches sur la figure 1) destinés à engendrer une déformation élastique qui réduit
l'écartement des montants d'extrémité 5 et 5', et le masque d'ombre est soumis à des
efforts de traction (grosses flèches sur la figure 1) destinés à engendrer une déformation
élastique d'allongement. Le masque d'ombre est alors fixé par soudage sur le cadre
support et les efforts de compression et de traction sont supprimés. Cependant, des
déformations élastiques du cadre support et du masque d'ombre subsistent, si bien
que le masque d'ombre reste soumis à une tension.
[0021] Le dispositif constitué du cadre support et du masque d'ombre est alors porté à une
température d'environ 600°C dans une atmosphère légèrement oxydante, de façon à créer
en surface une fine couche d'oxyde. Cette opération est appelée communément « blackening
». Puis le dispositif est monté dans le tube cathodique et celui-ci est scellé à une
température voisine de 450°C pendant environ 1 heure. Enfin, le tube cathodique est
mis sous vide, et au cours de cette opération , il est chauffé au voisinage de 380°C.
Lors de ces différents chauffages, et en particulier lors du chauffage au voisinage
de 600°C, le cadre et le masque d'ombre se dilatent. Lorsque le cadre et le masque
d'ombre sont constitués de matériaux différents, les dilatations du cadre et du masque
d'ombre sont différentes. En particulier, si, à 600°C, la dilatation du cadre est
supérieure à la dilatation du masque, la différence de dilatation engendre une tension
supplémentaire du masque d'ombre qui peut engendrer un fluage du masque d'ombre. Ce
fluage, si il est trop important, a un double effet :
- dans le sens longitudinal, c'est à dire parallèlement aux montant latéraux, le fluage
augmente la longueur du masque d'ombre à la température ambiante ce qui en diminue
la tension ; un faible fluage est favorable, voir souhaité car cela permet de symétriser
la répartition en largeur des contraintes de tension. Mais, si ce fluage est trop
important, la tension du masque d'ombre devient trop faible, et de ce fait, les fréquencespropresde
vibration du masque d'ombre deviennent trop faibles.
- dans le sens transversal, c'est à dire parallèlement aux montants d'extrémité, le
fluage augmente la largeur du masque d'ombre à la température ambiante qui devient
supérieure à la longueur des montants d'extrémité sur lesquels il est fixé par soudage
; il en résulte la formation d'ondulations. Ce phénomène est d'autant plus marqué
que le masque d'ombre est percé d'une multitude de trous ou de fentes qui en diminuent
la section effective. En particulier, entre les fentes, la section est évidemment
réduite et donc la contrainte de tension est augmentée, il en résulte des risque de
fluage beaucoup plus importants.
[0022] Les inventeurs ont constaté que ces deux inconvénients pouvaient être évités si on
utilisait pour réaliser le masque d'ombre et le cadre support, des alliages choisis
comme cela va être indiqué ci après.
[0023] Le masque d'ombre doit être constitué d'un alliage Fe-Ni ayant un coefficient de
dilatation thermique moyen entre 20°C et 150°C (α
20-150) inférieur à 3x10
-6/K de façon à être peu sensible aux échauffements locaux lorsque le tube cathodique
est en service.
[0024] Le cadré doit être constitué d'un alliage Fe-Ni durci ayant une limite d'élasticité
Rp0,2 à 20°C supérieure à 700 MPa de façon a pouvoir supporter les efforts de tension
du masque d'ombre. De plus, cet alliage doit avoir un coefficient de dilatation thermique
moyen entre 20°C et 150°C (α
20-150) supérieur à celui de l'alliage dont est constitué le masque d'ombre, de façon à
éviter de détendre le masque d'ombre en cas d'échauffement, mais ce coefficient doit
néanmoins rester inférieur à 5x10
-6/K afin d'éviter d'engendrer des surtensions trop importantes dans le masque d'ombre.
[0025] En outre, et pour éviter les inconvénients résultant des chauffages à haute température
signalés plus haut, au dessus de 350°C, et mieux, au dessus de 300°C, le coefficient
de dilatation moyen entre 20°C et une température T quelconque supérieure à 350°C,
ou mieux supérieure à 300°C, α
20-T, de l'alliage dont est constitué le cadre doit être inférieur au coefficient de dilatation
thermique moyen correspondant de l'alliage dont est constitué le masque d'ombre. En
effet, si il en est ainsi, à haute température, les dimensions du masque d'ombre seront
plus augmentées que celles du cadre et il en résultera que les tensions exercées sur
le masque d'ombre seront relâchées ; il n'y aura pas ou peu de fluage.
[0026] L'ensemble des conditions relatives aux coefficients de dilatation peut s'exprimer
de façon équivalente comme cela a été fait plus haut, en faisant intervenir une température
T
1 inférieure à 350°C ou mieux inférieure à 300°C, telle que , pour toute température
T :
- si T < T1, alors α20-Tpour le masque d'ombre < α20-Tpour le cadre (au moins pour T > 20°C),
- si T > T1, alors α20-Tpour le masque d'ombre > α20-Tpour le cadre (au moins pour T jusqu'à 600°C).
[0028] Dans cet alliage, les éléments Co et Cu ne sont pas indispensables et peuvent être
à l'état de traces ou même absents. Il en est de même des éléments C, Si, Mn, S et
P.
[0030] Dans cet alliage, les éléments Co et Cu ne sont pas indispensables et peuvent être
à l'état de traces ou même absents. Il en est de même des éléments C, Si, Mn, S et
P.
[0031] De même, les éléments Nb, Ta, Mo, W et Zr ne sont pas indispensables, et peuvent
être à l'état de traces ou même absents. Néanmoins, en quantité significative, c'est
à dire lorsque la somme de leur teneurs est supérieure à 0,2% environ, ces éléments
augmentent ia tenue au fluage ce qui est favorable puisque cela diminue les risques
engendrés par les chauffages à haute température.
[0033] A titre d'exemple, on peut utiliser pour le cadre, un alliage Fe-Ni du type « durci
γ' » Fe-42,5Ni-2,6Ti-0,2Al (environ 42,5% de nickel, 2,6% de titane et 0,2% d'aluminium,
pour ce qui est des éléments principaux), et un alliage Fe-Ni du type Fe-34,7Ni pour
le masque d'ombre. L'alliage durci a une limite d'élasticité Rp0,2 à 20°C supérieure
à 700 MPa à l'état durci, et les coefficients de dilatation moyens sont :
α20-T |
T=50°C |
T=150°C |
T=225°C |
T=300°C |
T=400°C |
T=500°C |
T=600°C |
Fe-42,5Ni-2,6Ti-0,2Al |
3x10-6/K |
3,4x10-6/K |
4x10-6/K |
5,4x10-6/K |
7,9x10-6/K |
9,5x10-6/K |
10,8x10-6/K |
Fe-34,7Ni |
0,8x10-6/K |
2x10-6/K |
4x10-6/K |
6,6x10-6/K |
9,1x10-6/K |
10x10-6/K |
12x10-6/K |
[0034] Dans ce cas, T
1 est égale à 225°C. De ce fait, le masque d'ombre a une tension et une planéité satisfaisante
après intégration dans le tube cathodique, y compris pour les écrans de grande dimension
dont les diagonales font 68cm, 80cm, 90cm, voire plus.
[0035] En utilisant toujours l'alliage Fe-42,5Ni-2,6Ti-0,2Al pour le cadre et l'alliage
Fe-36Ni-1,2Nb pour le masque d'ombre, les coefficients de dilatation moyens sont :
α20-T |
T=50°C |
T=150°C |
T=225°C |
T=300°C |
T=400°C |
T=500°C |
T=600°C |
Fe-42,5Ni-2,6Ti-0,2Al |
3x10-6/K |
3,4x10-6/K |
4x10-6/K |
5,4x10-6/K |
7,9x10-6/K |
9,5x10-6/K |
10,8x10-6/K |
Fe-36Ni-1,2Nb |
1,2x10-6/K |
2,1x10-6/K |
4x10-6/K |
6,5x10-6/K |
9x10-6/K |
10,7x10-6/K |
11,9x10-6/K |
Dans ce cas, T
1 est égale à 225°C. De ce fait, le masque d'ombre a une tension et une pianéité satisfaisante
après intégration dans le tube cathodique, y compris pour les écrans de grande dimension
dont les diagonales font 68cm, 80cm, 90cm, voire plus.
[0036] A titre de comparaison, lorsque le cadre est en alliage Fe-42,5Ni-2,6Ti-0,2Al, et
le masque d'ombre en Fe-36Ni (alliage INVAR® classique), les coefficients de dilatation
sont :
α20-T |
T=50°C |
T=150°C |
T=200°C |
T=300°C |
T=400°C |
T=500°C |
T=600°C |
Fe-42,5Ni-2,6Ti-0,2Al |
3x10-6/K |
3,4x10-6/K |
3,8x10-6/K |
5,4x10-6/K |
7,9x10-6/K |
9,5x10-6/K |
10,8x10-6/K |
Fe-36Ni |
0,8x10-6/K |
1,4x10-6/K |
2x10-6/K |
5x10-6/K |
7,8x10-6/K |
9,6x10-6/K |
11,1x10-6/K |
Dans ce cas, T
1 est égale à environ 440°C. Et on constate que le masque d'ombre bien qu'ayant une
tension satisfaisante peut présenter des ondulations après intégration dans le tube
cathodique notamment lorsque les écrans sont de grande dimension. En effet, le risque
d'ondulation est d'autant plus important que les écrans sont grands. Pour les cadres
pas trop grands (diagonale inférieure à 76 cm), cette solution peut donner des résultats
satisfaisants, encore que ce ne soit pas toujours avec une bonne fiabilité du fait
des dispersions inhérentes à toute production industrielle.
[0038] A titre d'exemple de ce mode de réalisation, le cadre est réalisé en alliage Fe-44,1Ni-2,6Ti-0,2Al
qui a une limite d'élasticité Rp0,2 à 20°C à l'état durci supérieure à 700MPa, et
le masque d'ombre est constitué de Fe-36Ni (alliage INVAR® classique). Dans ce cas,
les coefficients de dilatation sont :
α20-T |
T=50°C |
T=150°C |
T=200°C |
T=300°C |
T=400°C |
T=500°C |
T=600°C |
Fe-44,1Ni-2,6Ti-0,2Al |
4,1x10-6/K |
4x10-6/K |
4,1x10-6/K |
5x10-6/K |
7,2x10-6/K |
9x10-6/K |
10,2x10-6/K |
Fe-36Ni |
0,8x10-6/K |
1,4x10-6/K |
2x10-6/K |
5x10-6/K |
7,8x10-6/K |
9,6x10-6/K |
11,1x10-6/K |
Dans ce cas, T
1 est égale à 300°C. De ce fait, le masque d'ombre a une tension et une planéité satisfaisante
après intégration dans le tube cathodique, y compris pour les écrans de grande dimension.
[0039] Dans les exemples décrits ci-dessus, le cadre est toujours en alliage Fe-Ni FeNi
du type « durci γ' », mais il peut également être réalisé en alliage Fe-Ni durci du
type « durci carbure », du type « durci béryllium » ou du type « durci par solution
solide ».
[0041] Cependant l'utilisation de l'alliage Fe-Ni du type « durci γ' » présente des avantages
par rapport aux alliages du type « durci carbures », « durci béryllium » ou « durci
par solution solide ».
[0042] En effet, l'alliage « durci γ' » est utilisé à l'état adouci pour former et souder
le cadre, et le traitement thermique de durcissement est réalisé sur le cadre terminé.
Il en résulte d'une part que les opérations de mise en forme sont faciles à réaliser
et les soudures sont durcies par le traitement de durcissement.
[0043] En revanche, les autres alliages durcis doivent être utilisés à l'état durci (avant
mise en forme et avant soudage). Il en résulte d'une part que les opérations de mise
en forme sont plus difficiles à réaliser et d'autre part que les soudures sont adoucies
par la chaleur de soudage.
1. Dispositif de masquage pour tube cathodique de visualisation en couleur à écran plat,
du type comprenant un cadre support pour masque d'ombre tendu et un masque d'ombre
tendu monté sur le cadre support de façon à être soumis à une tension à la température
ambiante,
caractérisé en ce que :
- le cadre support est en alliage Fe-Ni durci ayant un coefficient de dilatation thermique
entre 20°C et 150°C inférieur à 5x10-6/K et une limite d'élasticité Rp0,2 à 20°C supérieure à 700 MPa,
- le masque d'ombre tendu est en alliage Fe-Ni ayant un coefficient de dilatation
thermique entre 20°C et 150°C inférieur à 3x10-6/K,
l'alliage Fe-Ni durci dont est constitué le cadre support et l'alliage Fe-Ni dont
est constitué le masque d'ombre étant choisis de telle sorte que :
- en dessous d'une température T1, le coefficient de dilatation moyen α20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni durci dont est constitué le cadre
support est supérieur au coefficient de dilatation moyen α20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni dont est constitué le masque
d'ombre,
- au dessus de ladite température T1, le coefficient de dilatation moyen α20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni durci dont est constitué le cadre
support est inférieur au coefficient de dilatation moyen α20-T, entre 20°C et la température T, de l'alliage Fe-Ni dont est constitué le masque
d'ombre,
- ladite température T1 est inférieure à 350°C, et de préférence inférieure à 300°C.
8. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alliage Fe-Ni durci dont est constitué le cadre est un alliage Fe-Ni durci du type
« durci berrylium », du type « durci carbures » ou du type « durci par solution solide
».