DD233451A5

DD233451A5 - Kathodenstrahlroehre mit einem eine kohlenstoffteilchenschicht aufweisenden metallisierten bildschirm und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DD233451A5
Application number: DD85276073A
Authority: DD
Inventors: Samuel B Deal; Donald W Bartch
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1984-05-07
Filing date: 1985-05-07
Publication date: 1986-02-26
Also published as: JPS60240029A; GB2159323A; IT1206472B; KR850008549A; US4623820A; GB8511297D0; DE3516209C2; FR2563942B1; DE3516209A1; KR920004630B1; GB2159323B; JPH0526291B2; HK107993A; CA1228109A; FR2563942A1; IT8520527A0; SG45991G

Abstract

Es wird eine Kathodenstrahlroehre mit einem Schirmtraeger (27 A), Lumineszenz-Bildschirm (21) auf dem Traeger, einer lichtreflektierenden Metallschicht (33) auf dem Bildschirm und einer Teilchenschicht (35) aus Kohlenstoffteilchen und vorgeformten Siliziumteilchen auf der Metallschicht beschrieben. Die Teilchenschicht kann durch Aufspruehen einer Suspension von Kohlenstoff (amorpher Kohlenstoff und/oder Graphit) und Siliziumdioxid (Teilchengroesse unter 0,1 mm) auf die 50 bis 75C erwaermte Metallschicht hergestellt werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorlfogijnde Erfindung betrifft eine neue Kathodenstrahlröhre mit einer Schicht aus Kohlenstoffteilchen auf einem metallisierten Bildschirm und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Aus der 'JS-PS 3703401 (Deal et al.) und der US-PS 4025661 (Moscony et al.) sind Kathodenstrahlröhren bekannt, die einen Schirmträgsr, einen auf diesem angeordneten Lumineszenz-Bildschirm, eine auf dem Bildschirm angeordnete lichtreflektierende Metallschicht, und eine auf der Metallschicht angeordnete Kohlenstoffteilchenschicht aus amorphem Kohlenstoff und/oder Graphit enthalten. Die Kohlenstoffteilchenschicht kann Wärme absorbieren, die von einer beim Bildschirm angeordneten Lochmaske abgestrahlt wird oder Elektronen absorbieren, die von dem Elektronenstrahl oder den Elektronenstrahl gestreut oder erzeugt werden, welche den Bildschirm anregen. Die Kohlenstoffteilchenschicht enthält kein permanentes Bindemittel, es ist jedoch üblich, bei der Herstellung zeitweilig ein organisches Bindemittel zu verwenden, weiches bei der.Ausheizung wieder entfernt wi^d, bei der organische Substanzen aus allen sich auf dem Schirmträger befindlichen Schichten oxidiert oder anderweitig verflücrtigt werden.

Es hat sich gezeigt, daß sich von der Kohlenstoffteiichenschicht nach dem Ausheizen Teilchen lösen. Nach der Fertigstellung der Kathodenstrahlröhre können solche losen Teilchen zu Problemen hinsichtlich der Hochspannungsstabiiität der Röhre führen. Es ist daher wünschenswert, die Kohlenstoffteiichenschicht mit einem permanenten Bindemittel zu versehen. In der oben erwähnten US-PS 4025661 wird dargelegt, daß ein Metallionenrest in der Kohlenstoffteiichenschicht unerwünscht ist. Ebenso unerwünscht ist jeder Zusatz zur Kohlenstoffteiichenschicht, der die Lumineszenzhelligkeit des Schirms um mehr als 5% herabsetzt, Die naheliegenden Möglichkeiten eines permanenten Bindemittels für die Kohlenstoffteiichenschicht sind also nicht brauchbar.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Eine Kathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung ähnelt im Aufbau den oben erwähnten bekannten Kathodenstrahlröhren mit der Ausnahme, daß die Kohlenstoffteilchenschicht Siliziumdioxidteilchen als Bindemittel für diese Schicht enthält. Die bevorzugten Siliziumdioxidteilchen werden dadurch vorgeformt oder vorgebildet, indem eine verdampf bare oder sog. „Fumed" Siliziumverbindung, wie Siliziumtetrachlorid, verdampft wird, und hat eine mittlere Teilchengröße von weniger als 0,1 μιη. Das Siliziumdioxid ist ein trockenes Pulver und unterscheidet sich von den meisten Siliziumdioxidbindemitteln, die gelatinös oder gelartig sind und von den meisten vorgebildeten Siliziumdioxidpulvern, die wesentlich größere mittlere Teilchengrößen aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ähnlich den Verfahren, die in den oben erwähnten Patentschriften beschrieben sind, mit der Ausnahme, daß vorgebildete oder vorgeformte Siliziumdioxidpulver zur Anwendung kommen, die vor, während oder nach dem Auftragen der Kohlenstoffteilchen aufgebracht werden können, vorzugsweise durch Aufsprühen einer wäßrigen Suspension dieser Teilchen. Die Siliziumdioxidteilchen können also eine sich unterhalb der Kohlenstoffteilchen befindliche Schicht bilden oder mit den Kohlenstoffteilchen in einer einzigen Schicht gemischt sein oder eine sich auf den Kohlenstoffteilchen befindliche Schicht bilden. In allen Fällen liegt das Gewichtsverhältnis der Siliziumdioxidteilchen zu den Kohlenstoffteilchen vorteilhafterweise im Bereich von 0,9 bis 1,1.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung darstellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Kathodenstrahlröhre ist eine Lochmasken-Bildröhre eines Typs, wie er in der US-PS 3423621 (Royce) beschrieben ist. Die Kathodenstrahlröhre enthält einen evakuierten Kolben 21 mit einem Hals 23, der mit einem trichterförmigen Teil 25 aus einem Stück besteht, und mit einer Frontglaswanne 27, die ein Bildfenster 27 A und eine mit diesem einstückige periphere Seitenwand 27 B enthält, die mit dem trichterförmigen Teil 25 durch eine Verschmelzung 29 aus entglastem Glas verbunden ist. Auf der Innenseite des Bildfensters 27 A befindet sich ein Lumineszenz-Bildschirm 31, der ein Mosaik aus streifen- oder punktförmigen Bereichen von Leuchtstoffen unterschiedlicher Lumineszenzfarbe enthält. Auf dem Bildschirm 31 befindet sich eine lichtreflektierende Metallschicht 33 aus Aluminium und auf der Metallschicht 33 befindet sich eine Kohlenstoffteilchenschicht 35. Im Hals 23 befindet sich ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 37, welches durch drei Metallfinger 39 im Abstand von der Wand des Halses gehalten und mit einer inneren, leitfähigen Beschichtung 40 verbunden ist, welche sich auf der Innenseite des trichterförmigen Kolbenteiles 25 befindet. Nach einem Abstand von der Metallschicht 33 befindet sich eine metallische Lochmaske 41. Die Lochmaske41 ist mit einem Metallrahmen 43 verschweißt, der durch Federn 47 auf Zapfen 45 gehaltert ist, die in der Frontglaswanne 27 vorgesehen sind. Mittels eines Elektronenstrahls oder mehrerer Elektronenstrahlen vom Strahlerzeugungssystem 37, die in geeigneter Weise über den Bildschirm 31 abgelenkt werden, kann ein Lumineszenz-oder Leuchtbild erzeugt werden, daß durch das Bildfenster 27 A betrachtet werden kann. Mit der Ausnahme der Kohlenstoffteilchenschicht 35 sind der Aufbau der Bildröhre und ihre Hersteilung bekannt, so daß sich eine weitergehende Erläuterung erübrigt.

Die Kohlenstoffteilchenschicht 35 ist etwa 0,0025 mm (0,1 mil) dick und besteht im wesentlichen aus den gleichen Gewichtsteilen vorgeformter kolloidaler Kieselsäure- oder Siliziumdioxidteilchen und Kohlenstoffteilchen (in Form von amorphem Kohlenstoff und/oder Graphit) pro Flächeneinheit. Die Kohlenstoffteilchenschicht 35 kann durch das folgende typische Verfahren hergestellt werden, nachdem die Aluminiummetallschicht 33 auf den Bildschirm 31 aufgedampft worden ist und bevor organische Substanzen aus der Filmstruktur entfernt worden sind

Man bereitet eine erste Suspension derfolgenden Zusammensetzung zu: 68,2 g kolloidaler Graphit mit 22 % Feststoffen, wie er unter dem Handelsnamen Aqua Dag E von der Firma Acheson

Colloids Company, Port Huron, Ml (US) erhältlich ist, 15g amorpher Kohlenstoff (mittlerer Teilchengröße etwa 0,0021 ^m), wie er unter dem Handelsnamen Vulcan XC-72

von der Firma Cabot Corporation, Boston, MA (US) vertrieben wird, 1,5 g Dispergierungsmittel, wie es unter dem Handelsnamen Marasperse CBX-2 von der Firma Reed Lignin Company,

Rothschild, Wl, (US) vertrieben wird, 0,3 g Netzmittel, wie es unter dem Handelsnamen Brij 35 von der Firma ICI Americas Inc., Wilmington, DE (US)

vertrieben wird,

1,915 g entioniziertes oder destilliertes Wasser.

Dieser Ansatz wird in einem Dispersator etwa 15 Minuten gemischt. Dann wird diese erste Suspension 5 Minuten in einem Dispersator mit einem gleichen Volumen der folgenden zweiten Suspension gemischt: 15g kolloidales Siliziumdioxid (mittlere Teilchengröße etwa 0,014 ,um) wie es unter dem Handelsnamen Cab-O-Sil M-5

von der Firma Cabot Corporation, Boston, MA (US) vertrieben wird, 985 g entionisiertes oder destilliertes Wasser.

Die resultierende gemischte Suspension ist nun fertig für ein Aufsprühen auf den aluminisierten Schirm. Die Frontglaswannbund die auf ihr befindliche Zwischenstruktur werden in einen Ofen gebracht, der auf etwa 85 bis 95⁰C erwärmt worden war, und dort etwa 15 Minuten belassen, bis die Frontglaswanne ungefähr Ofentemperatur hat. Die Frontglaswanne wird dann aus dem Ofen entnommen, die Anschmelzflächen und die inneren Seitenwände der Frontglaswanne einschließlich der zur Halterung der Maske dienenden Zapfen werden abgedeckt, z. B. mit einem Schirm, bis etwa zur Formpaßlinie, der ganze Bildfensterbereich wird jedoch unmaskiert belassen. Bei noch warmer Frontglaswanne wird dann eine wäßrige Dispersion eines verflüchtigbaren filmbildenden Materials auf die unmaskierte Aluminiumschicht gesprüht. Eine bevorzugte Dispersion, die im wesentlichen frei von Substanzen ist, die beim Verbrennen metallionenhaltige Rückstände ergeben, wird dadurch hergestellt, daß man 250 ml einer wäßrigen Acrylharzemulsion (mit einem Feststoffgehalt von etwa 46Gew.-%) und 14g PVP (Polyvinyl-Pyrolidon) mit 2050 ml entionisiertem Wasser mischt. Eine bevorzugte Acrylharzemulsion ist unter dem Handelsnamen Rhoplex AC-234 von der Firma Rohm und Haas Company, Philadelphia, PA (US) erhältlich, sie dürfte im wesentlichen aus Äthylacrylat bestehen, das mit kleineren Mengen Acryl- und Methacryl-Monomeren und -polymeren mischpolymerisiert ist. Das Aufsprühen wird etwa 1 bis 3 Minuten mit einer Druckluft-Spritzpistole durchgeführt, die mit einem Druck von etwa 3,5 kg/cm² (50 psi) arbeitet und man führt den Sprühstrahl etwa zehnmal über die Oberfläche. Wegen der in der vorerhitzten Frontglaswanne enthaltenen Wärme trocknet das aufgesprühte Material in weniger als einer Minute und bildet einen Abdichtüberzug oder eine Sperrschicht.

Während die Frontglaswanne immer noch auf über 50°C erwärmt ist und die Abschirmung sich noch an Ort und Stelle befindet, wird dann die oben beschriebene gemischte Suspension, die Teilchen aus Siliziumdioxid, Graphit und Ruß (Carbonschwarz) enthält, auf die unmaskierten Teile der überzogenen Metallschicht aufgesprüht. Das Aufsprühen erfolgt während etwa 2 bis 5 Minuten mit einer Druckluft-Spritzpistole, die mit einem Druck von etwa 3,5 kg/cm² (50 psi) arbeitet, wobei der Sprühstrahl etwa zwanzigmal über die Oberfläche geführt wird, um eine Beschichtung mit einem Flächengewicht von etwa 0,15 mg/cm² zu erzeugen. Wegen der in der erhitzten Frontglaswanne enthaltenen Wärme trocknet das aufgesprühte Material in weniger als einer Minute und bildet eine wärmeabsorbtionsfähige Deckschicht Die Abschirmung wird dann entfernt und die beschichtete Frontglaswanne wird nun in üblicher Weise weiterbearbeitet. Hierbei wird die Frontglaswanne wie üblich bei etwa 400 bis 500⁰C in Luft ausgeheizt, um die verflüchtigbaren und organischen Materialien in der Schirmstruktur durch Verdampfen und Oxidieren zu entfernen. Bei diesem letzten Ausheizschritt werden der Film und der Überzug aus verflüchtigbarem Material, die sich unter und über der Aluminiumschicht befinden, die Bindemittel im Mosaik-Bildschirm und alle Dispergierungs- und Netzmittel in der Struktur entfernt. Nach dem Ausheizen enthält die Struktur eine reflektierende Schicht aus metallischem Aluminium auf dem Leuchtstoffmosaik-Bildschirm und eine wärmeabsorptionsfähige Siliziumoxid-Kohlenstoff-Graphit-Deckschicht, die auf der Aluminiumschicht haftet.

Das oben beschriebene Beispiel läßt sich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Eine ganze Anzahl solcher Abwandlungen sind in den oben erwähnten US-PSen 3703401 und 4025661 beschrieben und brauchen daher nicht erläutert zu werden.

Als Kohlenstoff in der Deckschicht können entweder Graphit oder amorpher Kohlenstoff oder eine Kombination dieser beiden Materialien verwendet werden. Als amorpher Kohlenstoff können Ruß wie Lampenruß oder andere Formen verwendet werden, die bei einer unvollständigen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien entstehen. Der Graphit kann synthetisch oder natürlich sein. Es wurde festgestellt, daß Graphitteilchen einer Oxidation besser widerstehen und weniger dazu neigen, in den Bildschirm einzudringen als Teilchen amorphen Kohlenstoffs. Amorphe Kohlenstoffteilchen ergeben Schichten, die ein stärkeres Wärmeabsorptionsvermögen haben und dem Eindringen von Elektronen weniger Widerstand entgegensetzen. Eine Mischung der beiden Typen von Kohlenstoff wird bevorzugt.

Die Teilchengröße der Kohlenstoffteilchen ist nicht kritisch, es wird jedoch eine kolloidale Größe bevorzugt, um die Herstellung einer Suspension und die Aufrechterhaltung des suspendierten Zustandes zu erleichtern und um die Schwächung der Elektronenstrahlen so klein wie möglich zu halten. Der Kohlenstoff kann in irgendeinem flüssigen Träger suspendiert werden, der den Leuchtstoffschirm nicht beeinträchtigt. Vorzugsweise wird der Kohlenstoff jedoch in Wasser dispergiert. Bei der Dispersion der Kohlenstoffteilchen in Wasser hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Netz- und Dispergiermittel zuzusetzen, um eine stabile Suspension zu erzeugen. Es hat sich ferner als wünschenswert erwiesen, in der Suspension keine organischen Bindemittel für die Teilchen zu verwenden. Beim Zusatz von Bindemitteln hat es sich nämlich gezeigt, daß die Kohlenstoffteilchen während des späteren Ausheizens übermäßig stark oxidieren können, was die Steuerung des Prozesses schwieriger macht. Die Kieselsäure- oder Siliziumdioxidteilchen werden vorgebildet und müssen kleiner als 0,1 μ,ηη sein, wobei die mittlere Teilchengröße erheblich unter 0,1 μα\ sein soll. Geeignete Siliziumoxidteilchen kann man durch Pyrolyse von flüchtigen, verdampfbaren oder rauchenden Siliziumverbindungen (Fumed-Silizium-Verbindungen), die das gewünschte Material liefern, erzeugen. Eine im Handel erhältliche Gruppe geeigneter Siliziumdioxid-Materialien wird von der Firma Cabot Corp., Boston, MA (US) unter dem Handelsnamen Cab-O-Sil vertrieben. Siliziumoxid, das durch Mahlen oder durch Fällen in einem feuchten Medium hergestellt worden ist, wird als unzweckmäßig angesehen. Die Siliziumdioxidteilchen werden in einem flüssigen Träger suspendiert, der sich für ein Druckluftspritzen oder andere Auftragverfahren eignet.

Die Siliziumoxidsuspension kann mit der Kohlenstoffteilchensuspension gemischt und wie bei dem oben beschriebenen Beispiel auf die Metallschicht aufgetragen werden. Die sich ergebende Struktur ist in der folgenden Tabelle mit A bezeichnet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Siliziumoxidsuspension auf die Metallschicht aufzutragen und dann die Kohlenstoffteilchenschicht auf die Siliziumteilchenschicht. Die sich hierbei ergebende Struktur ist in derTabelle mit B bezeichnet. Wieder eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kohlenstoffteilchenschicht auf die Metallschicht aufzutragen und dann die Siliziumoxidteilchenschicht auf die Kohlenstoffteilchenschicht. Die sich ergebende Struktur ist in der Tabelle mit C bezeichnet. Bei allen diesen Strukturen liegt das Gewichtsverhältnis von Siliziumoxidteilchen zu Kohlenstoffteilchen pro Flächeneinheit in der fertigen Kathodenstrahlröhre zwischen etwa 0,9 und 1,1. Es sei bemerkt, daß das Gewicht der Kohlenstoffteilchen während der Bearbeitung der Kathodenstrahlröhre infolge von Oxidation etwas weniger wird.

Mit den oben beschriebenen Strukturen und einer Vergleichsstruktur bekannter Art, die eine Kohlenstoffteilchenschicht ohne Siliziumdioxid auf der Metallschicht enthielt und in derTabelle mit D bezeichnet ist, wurden Vergleichsversuche durchgeführt. In derfolgenden Tabelle wurden die Relativwerte der Lumineszenzlichtstärke des Bildschirms der Kathodenstrahlröhren im Betrieb durch Vergleich mit der Lichtstärke einer Kathodenstrahlröhre bestimmt, die eine unbeschichtete lichtreflektierende Metallschicht enthielt und deren Lichtstärke als 100% angenommen wurde. Die Teilchenhaftung wurde dadurch bestimmt, daß heftig auf die umgekehrte Frontglaswanne geschlagen wurde und die relative Anzahl der sich lösenden Teilchen gezählt wurde. Das relative Emissionsvermögen wurde dadurch bestimmt, daß man die relative Absorption von Infrarotstrahlung an der Oberfläche der Struktur maß. Diese Daten zeigen, daß man bei der Realisierung der Struktur gewisse Kompromisse eingehen kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

TABELLE

	A
Lichtstärke %	97,6
Teilchenhaftung	gut
Emissionsvermögen j	0,62

B	C
93,4	98,6
am besten	schlecht
0,68	0,59

97,5

schlecht 0,60

Claims

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre mit

— einem Schirmträger,

— einem auf diesem angeordneten Lumineszenz-Bildschirm,

— einer Einrichtung zum Anregen der Lumineszenz des Bildschirms mit mindestens einem Elektronenstrahl,

— einer auf den Bildschirm angeordneten lichtreflektierenden Metallschicht und

— einer auf der lichtreflektierenden Metallschicht angeordneten Schicht aus Teilchen von Graphit- und/oder amorphen Kohlenstoff,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteilchenschicht (35) zusätzlich vorgeformte Siliziumdioxidteilchen als Bindemittel enthält.
2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der Kohlenstoffteilchen zu den Slliziumdioxidteilchen im Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt.
3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteilchen und die Siliziumdioxidteilchen in Form einer einzigen, im wesentlichen gleichförmigen Mischung vorliegen.
4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in Form einer Teilschichtstruktur vorliegen, welche eine auf der lichtreflektierenden Schicht niedergeschlagene Teilschicht aus Kohlenstoffteilchen und eine auf der Kohlenstoffteilchen-Teilschicht niedergeschlagene Teilschicht aus Siliziumdioxidteilchen enthält.
5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in einer Teilschichtstruktur vorliegen, welche beide auf der lichtreflektierenden Schicht niedergeschlagene Teilschicht aus Siliziumoxidteilchen und eine auf der Siliziumdioxidteilchen-Teilschicht niedergeschlagene Teilschicht aus Kohlenstoffteiichen enthält.
6. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumdioxid ein durch Pyrolyse einer Fume-Silizium-Verbindung hergestelltes trockenes Pulver ist.
7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteilchenschicht (35) durch Aufsprühen einer wäßrigen Suspension der Teilchen auf die lichtreflektierende Schicht (33) bei auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 75⁰C vorerwärmtem Schirmträger (27 A) niedergeschlagen ist.
8. Verfahren zum Herstellen einer Kathodenstrahlröhre mit einem Schirmträger, einem auf diesem angeordneten Schirm und einer lichtreflektierenden Metallschicht auf diesem Schirm, wobei nach dem Herstellen des Schirmes der Schirmträger, auf dem sich der Schirm und die Metallschicht befinden, auf etwa 50 bis 75⁰C erwärmt wird und auf der vorerwärmten Metallschicht ein Film eines organischen, durch Hitze verflüchtigbaren Materials niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Film eine Schicht (35) aus Kohlenstoffteilchen und vorgeformten Siliziumdioxidteilchen aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteilchen und die Siliziumdioxidteilchen aus einer im wesentlichen gleichförmigen wäßrigen Suspension dieser Teilchen niedergeschlagen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteilchen aus einer wäßrigen Suspension dieser Teilchen auf der Metallschicht (33) niedergeschlagen werden, und daß dann die Siliziumdioxidteilchen aus einer wäßrigen Suspension dieser Teilchen auf den Kohienstoffteiichen niedergeschlagen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxidteiichen auf der Metallschicht (33) aus einer wäßrigen Suspension der Siliziumdioxidteiichen niedergeschlagen werden und daß dann die Kohlenstoffteilchen auf den Siliziumdioxidteiichen aus einer wäßrigen Suspension der Kohlenstoffteilchen niedergeschlagen werden.

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