DE1091674B - Process for heating a shadow mask made of glass for cathode ray tubes - Google Patents
Process for heating a shadow mask made of glass for cathode ray tubesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausheizung einer aus einer dünnen Glasscheibe bestehenden, mit einer Vielzahl von im wesentlichen gleichmäßigen, durch die Scheibe hindurchgehenden Löchern versehenen Lochmaske für Kathodenstrahlröhren. The invention relates to a method for heating a thin sheet of glass, with a plurality of substantially uniform ones passing through the disc Holed shadow mask for cathode ray tubes.
Bestimmte Farbfernsehsysteme arbeiten nach dem allgemeinen Prinzip der Aussendung eines Elektronenstrahles von einer oder mehreren Kathodenstrahlerzeugern im Hals einer Kathodenstrahlröhre. Diese Elektronenstrahlen werden durch eine Lochmaske auf einen phosphoreszierenden, das andere Ende der Röhre bildenden Bildschirm geworfen. Die Lochmaske erstreckt sich quer zur Elektronenbahn zwischen den Kathodenstrahlerzeugern und dem Schirm und fängt alle auf die Maske auftreffenden Elektronen ab, so daß der Elektronenstrahl in eine Vielzahl von Elektronenstrahlen unterteilt wird, die jeweils durch die Löcher der Maske austreten.Certain color television systems operate on the general principle of emitting an electron beam from one or more cathode ray generators in the neck of a cathode ray tube. These Electron beams are phosphorescent through a shadow mask onto one end of the phosphorescent Thrown tube forming screen. The shadow mask extends across the electron path between the Cathode ray generators and the screen and intercepts all electrons hitting the mask, so that the electron beam is divided into a plurality of electron beams, each passing through the holes exit the mask.
Die Löcher solcher Masken sind sehr klein und einander eng benachbart und müssen so genau hergestellt sein, daß ein klares, wohldefiniertes Bild entsteht. So erfordern z. B. übliche Masken Löcher von 1U mm Durchmesser in gleichmäßigem Abstand von 0,7 mm von Mitte zu Mitte bei einer Maskendicke von 1,4 mm, wobei die Lochabmessungen in einem Toleranzbereich von ± 0,02 mm liegen. Man erkennt daraus leicht die bei der Herstellung und Bearbeitung solcher Masken auftretenden Schwierigkeiten. Darüber hinaus ist es häufig notwendig, diesen Masken eine bestimmte Krümmung zu geben.The holes in such masks are very small and closely spaced and must be made so precisely that a clear, well-defined image is created. So require z. B. usual mask holes of 1 U mm diameter at an even distance of 0.7 mm from center to center with a mask thickness of 1.4 mm, the hole dimensions are within a tolerance range of ± 0.02 mm. It is easy to see from this the difficulties encountered in the manufacture and processing of such masks. In addition, it is often necessary to give these masks a certain curvature.
Es sind bereits geätzte Metallmasken bekannt, jedoch erfordert ihre Anwendung sehr große Sorgfalt, um ein Verwerfen, ein Verbiegen oder andere physikalische Schädigungen während der Herstellung und des anschließenden Einbaues zu vermeiden. Man hat auch bereits erkannt, daß aus einem keramischen Material, beispielsweise Glas, zusammengesetzte Masken sehr wünschenswert wären, jedoch war bis zur Entwicklung chemischer Verfahren zur Bearbeitung von Glas kein zufriedenstellendes Herstellungsverfahren für solche Masken bekannt. Es wurde natürlich angenommen, daß, falls man Masken aus Glas oder einem anderen keramischen Material zufriedenstellend herstellen könnte, ihre Verwendung in einer Röhre kein besonderes Problem bilden würde, da ja Glas auch beim Aufbau der Bildröhre selbst Verwendung findet und andere keramische Substanzen in Elektronenröhren weitestgehend benutzt werden.Etched metal masks are already known, but their application requires great care, warping, bending or other physical damage during manufacture and to avoid the subsequent installation. It has already been recognized that a ceramic Material, such as glass, composite masks would be very desirable, however, was up for the development of chemical processes for processing glass is not a satisfactory manufacturing process known for such masks. It was of course assumed that if one had masks made of glass or another ceramic material could satisfactorily manufacture their use in a Tube would not pose a particular problem, since glass is also used in the construction of the picture tube itself finds and other ceramic substances are widely used in electron tubes.
Nachdem einmal Glasmasken nach dem obenerwähnten Verfahren hergestellt worden waren, wurde ganz unerwartet gefunden, daß unter Verwendung solcher Masken aufgebaute Röhren schon kurze Zeit nach dem ersten Probelauf ausfielen. Ausgedehnte Verfahren zur AusheizungOnce glass masks have been produced by the above-mentioned process, it was found quite unexpectedly that tubes constructed using such masks were already short Time after the first test run failed. Extensive bakeout procedures
einer aus Glas bestehenden Lochmaskea shadow mask made of glass
für Kathodenstrahlröhrenfor cathode ray tubes
Anmelder:Applicant:
Corning Glass Works,
Corning, N. Y. (V. St. A.)Corning Glass Works,
Corning, NY (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier,
Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19Dipl.-Ing. H. Bahr and Dipl.-Phys. E. Betzier,
Patent attorneys, Herne, Freiligrathstr. 19th
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Februar 1957Claimed priority:
V. St. v. America February 25, 1957
Martin Emery Nordberg, Corning, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenMartin Emery Nordberg, Corning, NY (V. St. A.),
has been named as the inventor
Untersuchungen der Ursachen dieser Röhrenfehler zeigten, daß die Fehler auf die Kathode des Kathodenstrahlerzeugers während des Betriebes vergiftende Substanzen zurückgehen und daß diese Fremdstoffe von der Glasmaske herkommen.Investigations into the causes of these tube defects showed that the defects were due to the cathode of the cathode ray generator poisoning substances decrease during operation and that these foreign substances come from the glass mask.
Es ist bereits bekannt, daß Glasteile vor dem Einbau in die unter Vakuum stehende Röhre entgast werden müssen. Dieses Entgasen erfolgt durch Erwärmen des betreffenden Glasteiles. Auch das Prinzip, die Kathode vor dem Aufprall positiver Ionen, die beim Zusammenstoß von Elektronen mit den restlichen Gasmolekülen entstehen, zu schützen, ist bereits bekannt.It is already known that glass parts are degassed prior to installation in the vacuum tube Need to become. This degassing takes place by heating the relevant glass part. Also the principle the cathode before the impact of positive ions, which when electrons collide with the rest Gas molecules are created to protect them is already known.
Trotz sorgfältigsten Ausglühens der Kathodenstrahlröhre und ihrer Einzelteile und sorgfältigster Evakuierung zeigt sich jedoch, daß das Auftreten von die Kathode schädigenden Ionen nicht beseitigt wird.Despite the most careful glowing out of the cathode ray tube and its individual parts and very carefully Evacuation, however, shows that the occurrence of the cathode damaging ions is not eliminated.
Die Entwicklung eines die Kathode vergiftenden Materials aus der Glasmaske während des Elektronenbombardements dieser Maske wird verhindert oder wenigstens weitestgehend herabgesetzt, wenn erfindungsgemäß die Wärmebehandlung der Glasmaske in einer reduzierenden, wenigstens teilweise aus Wasserstoff bestehenden Atmosphäre durchgeführt wird.The development of a material poisoning the cathode from the glass mask during electron bombardment this mask is prevented or at least largely reduced if according to the invention the heat treatment of the glass mask in a reducing, at least partially Hydrogen existing atmosphere is carried out.
Besonders zweckmäßig ist es, eine reduzierende Atmosphäre mit wenigstens 25 % Wasserstoff zu verwenden. It is particularly useful to use a reducing atmosphere with at least 25% hydrogen.
Untersuchungen, bei denen aus verschiedenen, unter Wasserstoff erhitzten und unbehandelten, chemisch ge-Investigations in which different, heated under hydrogen and untreated, chemically
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lochten Gläsern unter Elektronenbeschuß gelöste Gase gesammelt und analysiert wurden, haben ergeben, daß die auf einer unbehandelten Lochmaske zurückbleibenden Moleküle aus Sauerstoff bestehen. Durch das Erhitzen des Glases in Anwesenheit von Wasser- S stoff verbindet sich der Sauerstoff mit dem Wasserstoff. Gases dissolved in perforated glasses were collected and analyzed under electron bombardment, have shown that the molecules remaining on an untreated shadow mask consist of oxygen. By When the glass is heated in the presence of hydrogen, the oxygen combines with the hydrogen.
Die Atmosphäre, in der das Glas gebrannt wird, enthält vorzugsweise wenigstens 25 % Wasserstoff. Obwohl auch geringere Wasserstoffmengen möglich sind, ist jedoch die dann erforderliche Zeit für praktische Zwecke zu lang. Die Wirksamkeit des Erhitzens in der Wasserstoffatmosphäre steigt mit der Temperatur. Es ist deshalb wünschenswert, die maximal ohne Zerstörung des Glases mögliche Ausheiztemperatur zu verwenden. Diese maximale Temperatur hängt im weitesten Ausmaß von den Viskositätseigenschaften des Glases ab und liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 100° C unter dem Glaserweichungspunkt. The atmosphere in which the glass is fired preferably contains at least 25% hydrogen. Although smaller amounts of hydrogen are also possible, the time then required is practical for Purposes too long. The efficiency of heating in the hydrogen atmosphere increases with temperature. It is therefore desirable to use the maximum bake-out temperature possible without destroying the glass to use. This maximum temperature depends largely on the viscosity properties of the glass and is generally on the order of 100 ° C below the glass softening point.
Jedoch kann man auch höhere Temperaturen dort verwenden, wo im Zuge der Wärmebehandlung das Glas in ein glaskeramisches Material umgewandelt wird, d. h. ein Material, das aus einem anorganischen kristallinen Skelett mit oder ohne glasiger Füllung besteht.However, higher temperatures can also be used where in the course of the heat treatment the Glass is converted into a glass-ceramic material, d. H. a material composed of an inorganic crystalline skeleton with or without glassy filling.
Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung und ihrer Wirkungsweise soll ein Versuch erläutert werden, der mit Glasversuchsstücken von 6 cm2 und 1,2 mm Dicke angestellt wurde. Die Versuchsstücke waren aus einem Glas hergestellt, das im wesentlichen aus 79,5% Si O2, 10% Li2O, 5% K2 O, 4% Al2 O3 und l%ZnO bestand und geringe Mengen von Ag, Au und CeO2 als fotoempfindliche Mittel und Sb2O3 als Läuterungsmittel enthielt. Diese Versuchsstücke erhielten die normale thermische Behandlung, die dem Ätzen des Glases nach dem oben angegebenen Verfahren vorhergeht, d. h., diese Proben wurden 40 Minuten auf 580° C und darauf 30 Minuten auf 650° C gehalten. Nach dieser Wärmevorbehandlung erhielten einige der Glasprobestücke eine identische Wärmebehandlung in einer Atmosphäre mit 30% Wasserstoff und 70% Stickstoff, während der Rest zu Vergleichszwecken nicht erhitzt wurde. Ein Probestück aus jeder Gruppe wurde dann in eine besondere Elektronenbeschußeinrichtung eingesetzt, die so ausgestaltet war, daß die Sammlung und Analyse des dabei entwickelten Gases und eine Beobachtung der Emissionsänderung der Kathode möglich war.To better illustrate the invention and its mode of operation, an experiment will be explained which was carried out with glass test pieces of 6 cm 2 and 1.2 mm thick. The test pieces were made from a glass which essentially consisted of 79.5% Si O 2 , 10% Li 2 O, 5% K 2 O, 4% Al 2 O 3 and 1% ZnO and small amounts of Ag, Au and CeO 2 as a photosensitive agent and Sb 2 O 3 as a fining agent. These test pieces received the normal thermal treatment which precedes the etching of the glass according to the method given above, ie these samples were kept at 580 ° C. for 40 minutes and then at 650 ° C. for 30 minutes. After this pre-heat treatment, some of the glass specimens received an identical heat treatment in an atmosphere containing 30% hydrogen and 70% nitrogen, while the remainder were not heated for comparison purposes. A specimen from each group was then placed in a special electron bombardment device designed to allow collection and analysis of the gas evolved and observation of the change in emission from the cathode.
Dann wurde das Probestück dem Elektronenbeschuß unter Kathodenstrahlröhrenbetriebsbedingungen von 25 kV ausgesetzt. Im Verlaufe dieses Versuches wurde beobachtet, daß das nicht unter Wasserstoff ausgeheizte, beschossene Probestück eine stetige Entwicklung von Gas einschließlich eines wesentlichen Bestandteiles von Sauerstoff und damit eine entsprechend stetige Verminderung der Emission der Kathode zeigte. Im Gegensatz dazu wurde keine merkliche Entwicklung von Sauerstoff beim Beschüß eines Probestückes beobachtet, das vorher unter Wasserstoff ausgeheizt worden war. Die Wirkung der Kathoden blieb während dieses Beschüsses normal, woraus sich die Wirksamkeit der Wasserstoffbehandlung dieses Glases ergibt.The specimen was then subjected to electron bombardment under cathode ray tube operating conditions 25 kV exposed. In the course of this experiment it was observed that the not baked out under hydrogen, bombarded specimen a steady development of gas including an essential component of oxygen and thus a correspondingly steady reduction in the emission of the cathode showed. In contrast, there was no noticeable evolution of oxygen when a specimen was bombarded observed that had previously been baked out under hydrogen. The effect of the cathodes remained normal during this bombardment, indicating the effectiveness of the hydrotreatment of this Glass results.
Diese Ergebnisse wurden in einem anschließenden Versuch bestätigt, bei dem eine Kathodenstrahlröhre mit einem eingebauten, in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre ausgeheizten, chemisch gelochten Glasmaske noch voll zufriedenstellend am Ende eines 1000-Stunden-Versuches arbeitete, während ähnliche Röhren mit gleichen Glasmasken, die jedoch nicht der Wasserstoffbehandlung unterworfen worden waren, nach 100 bis 500 Stunden ausfielen und nur eine durchschnittliche Lebensdauer von 300 Stunden zeigten.These results were confirmed in a subsequent experiment using a cathode ray tube with a built-in, chemically perforated glass mask, heated in a hydrogen-containing atmosphere still worked fully satisfactorily at the end of a 1000-hour trial, while similar Tubes with the same glass masks but which had not been subjected to the hydrogen treatment, failed after 100 to 500 hours and only showed an average life of 300 hours.
Claims (2)
Deutsche Auslegeschrift G11481 VIIIa/21ai (bekanntgemacht am 6. September 1956);Considered publications:
German interpretation G11481 VIIIa / 21ai (published September 6, 1956);
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