DE1180775B - Speicherplatte fuer Superorthikon-Bildroehren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H04n;

HOIj
Deutsche Kl.: 21 al - 32/35

Nummer: 1180775

Aktenzeichen: C 23777 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 29. März 1961

Auslegetag: 5. November 1964

Die Erfindung bezieht sich auf Speicherplatten für Superorthikon-Bildröhren.

Solche Röhren werden in Fernsehkameras zur Umwandlung eines optischen Bildes in ein elektronisches Bild für Sendezwecke benutzt. Ihr allgemeiner Aufbau ist dem Fernsehfachmann bekannt, und es bedarf deshalb nur einiger kleiner Hinweise. Zum besseren Verständnis der Erfindung soll jedoch auf die Zeichnung verwiesen werden, in der schematisch im Schnitt eine Superorthikon-Bildröhre in ihrem allgemeinen Aufbau veranschaulicht ist.

In der Zeichnung ist der Röhrenkolben allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und weist eine ebene Vorderseite oder eine Frontplatte 11 mit einer auf ihrer Innenfläche befindlichen Fotokathode 12 auf, die übertrieben dick dargestellt ist. Die Fotokathode besteht normalerweise aus einer dünnen, durchgehenden, halbdurchlässigen Auflage aus Caesin, Silberoxyd und Silber. Im Abstand von der Fotokathode befindet sich eine Glasspeicherplatte 13, die ebenfalls übertrieben dick dargestellt ist. Ihre Zusammensetzung ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

In einer gebräuchlichen Superorthikon-Bildröhre besteht die Speicherplatte 13 beispielsweise aus einer runden Membran mit ungefähr 40 mm Durchmesser und 3 bis 5 Mikron Dicke, die auf einen Tragring 14 aus Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der sich mit dem von Glas verträgt, aufgesiegelt ist.

Vor der Speicherplatte 13 befindet sich von dieser, durch einen Zwischenraum von 50 bis 100 Mikron getrennt, ein sehr feines Metallgitter 15, das in der Zeichnung ebenfalls mit übertriebener Dicke dargestellt ist und ungefähr 20 Maschen je Millimeter und etwa 50 bis 65% offene Fläche aufweist. Am entgegengesetzten Ende der Röhre 10 befindet sich ein Elektronenstrahlsystem 16 mit einem die Öffnung des Rohrs umgebenden Gitter 17 und einem mehrstufigen Elektronenvervielfacher 18.

Das richtige Arbeiten der Glasspeicherplatte hängt von der raschen Überführung der positiven Ladungen des Bildes senkrecht durch die dünne Glasmembran ohne wesentlichen Ausgleich oder Verlust durch Querleitung ab, da eine solche Querleitung eine geringe Schärfe des übertragenen Bildes verursacht. Um einen solchen Querleitungsverlust zu vermeiden, soll das Glas einen hohen Volumenwiderstand haben. Ein zu hoher Volumenwiderstand kann jedoch eine unvollständige Entladung des Bildes durch den Abtaststrahl zur Folge haben, eine Erscheinung, die als »Sticking«-Effekt bekannt ist. Um die schnelle EntSpeicherplatte für Superorthikon-Bildröhren

Anmelder:

Corning Glass Works, Corning, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R.-H. Bahr

und Dipl.-Phys. E. Betzier,

Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

George Bigelow Hares,

John Lewis Sheldon, Corning, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. März 1960 (19 034)

fernung der Bildladung zu erleichtern, wird die Speicherplatte so dünn wie möglich gemacht und mit einem so niedrigen Widerstand ausgeführt, wie er sich mit der Vermeidung der Querleitung gerade noch verträgt. Solche Speicherplatten weisen einen Volumenwiderstand von etwa 11,4 bis 13,0 für log R bei Raumtemperatur und eine Dicke von ungefähr 3 bis 5 Mikron auf.

Eine andere mit der Speicherplatte in solchen Superorthikon-Bildröhren verbundene Schwierigkeit ist als »Raster burn« (Rasterverbrennung) bekannt. Im Verlauf der Lebensdauer einer solchen Röhre vergrößert sich die Frontfläche, die von dem aus dem Elektronenstrahlsystem kommenden Strahl langsamer Elektronen abgetastet wird, durch eine Längung der horizontalen und vertikalen Bahnkreuzungen eines solchen Strahls infolge von Ungleichmäßigkeiten oder der Ausführung mit dem Ergebnis, daß das übermittelte Bild auf einem Fernsehschirm mit einem helleren Bereich erscheint, der den mittleren Teil des Bildes umgibt. Diese Erscheinung ist als »Raster burn« bekannt.

Der Fachmann weiß, daß die üblichen Bildaufnahmeröhren nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Die Lebensdauer der üblichen Röhren wird ganz überwiegend von der Speicherplatte bestimmt. Solche zu Beginn ihrer Nutzung völlig befriedigenden Röhren können sich sehr schnell verschlechtern und sind dann nach weniger als nur ein paar Stunden unbe-

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nutzbar, weil ein oder mehrere der oben beschriebenen Fehler, beispielsweise der des »Sticking« oder des »Raster burn« im Laufe der Zeit immer stärker werden. Selbst bei wirtschaftlich annehmbaren Röhren hat man gefunden, daß sie eine Lebensdauer von nur 300 bis 500 Arbeitsstunden besitzen. Nach dieser Zeit schließt die Stärke des erreichten »Sticking« ihre Weiterbenutzung aus.

Es ist bekannt, zur Verminderung des Sticking-Effektes Speicherplatten aus Gläsern zu verwenden, die einen elektrischen Widerstand von 10⁹ bis 10¹²Ohm-cm aufweisen. Als besonders geeignet ist dabei die Verwendung einer Glaszusammensetzung bekanntgeworden, die außer den Hauptglasbildnern SiO₂, Na₀O, K₂O und Al₂O₃ noch einen Zusatz von 0,5% ZnO und 0,6% MnO enthält. Bei diesen bekannten Glaszusammensetzungen geht es jedoch lediglich darum, zur Verringerung der genannten störenden Effekte von vornherein einen geeignet niedrigen Ausgangswiderstand zu erreichen.

Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, eine Vergrößerung des Widerstandes der Speicherplatte während des Betriebes der Röhre zu vermeiden und dadurch eine höhere Lebensdauer zu erzielen.

Ausgehend von einer Speicherplatte für Superorthikon-Bildröhren aus Glas mit einem spezifischen Widerstand von 10⁹ bis 10¹² Ohm-cm und mit einem Gehalt an wenigstens einem Schwermetalloxyd wird erfindungsgemäß die Verwendung eines Glases vorgeschlagen, das wenigstens 2% dieses durch Elektronenstrahlen leicht reduzierbaren Schwermetalloxyds, beispielsweise in Form von Bleioxyd, Wismutoxyd, Zinkoxyd, Kupferoxyd, Kadmiumoxyd und Eisenoxyd enthält.

Vermutlich kommt die Widerstandserhöhung der Speicherplatte während des Betriebes der Röhre von' der Reduktion der Alkaliionen durch den abtastenden Elektronenstrahl, wodurch die Zahl der wanderfähigen und für den Ladungstransport verfügbaren Alkaliionen vermindert wird und dadurch der Widerstand der Speicherplatte zunimmt. Der Zusatz von wenigstens 2% der beschriebenen, leicht reduzierbaren Oxyden in der Speicherplatte gemäß der Erfindung verhütet entscheidend die Widerstandsänderung der Speicherplatte beim Betrieb der Röhre, weil offensichtlich solche Oxyde durch den Elektronenstrahl bevorzugt gegenüber der Reduktion der Alkalimetallionen reduziert werden oder die von dem Strahl reduzierten Alkalimetallionen durch Reduktion der leicht reduzierbaren Oxyde regeneriert werden. So kann jedes in anderer Weise für den Schirm geeignete Glas entscheidend für diesen Zweck durch den Zusatz von wenigstens 2 Gewichtsprozent leicht reduzierbarer Schwermetalloxyde verbessert werden.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zur Vermeidung des Sticking-Effektes die Speicherplatte aus einem Glas herzustellen, das neben den bekannten glasbildenden Oxyden 10 bis 40% anderer Oxyde, vorzugsweise Magnesiumoxyd, Kalziumoxyd, Zinkoxyd und Aluminiumoxyd enthält. Auch bei Zugabe dieser Oxyde wird eine längere Lebensdauer erreicht. Mit Ausnahme von Zinkoxyd handelt es sich bei diesen Oxyden jedoch nicht um leicht reduzierbare Oxyde, die die freien Elektronen abfangen und damit eine Reduktion der Alkaliionen vermeiden sollen; vielmehr sollen die bei der Herstellung der Röhre frei werdenden schädlichen Alkalidämpfe wieder oxydiert werden, um den Angriff der metallischen Alkalien auf das SiO₂-Netzwerk zu unterbinden.

Glaszusammensetzungen, die 51 bis 72% SiO₂, 10 bis 20% Na₂O, 10 bis 35% PbO und gegebenenfalls 3,5 % CaO sowie 3,5% K₂O enthalten, sind an sich bekannt. Ebenso ist es bekannt, in üblichen Bleisilikatgläsern 5 bis 15°/o des Natriumoxyds durch Zink- bzw. Cadmiumoxyd zu ersetzen. Diese Gläser dienen jedoch anderen Zwecken; der Zusatz von ZnO oder CdO zu Bleisilikatgläsern z. B. hat den Zweck, die Säureangreifbarkeit dieser Gläser herabzusetzen.

Der von der vorliegenden Erfindung benutzte Ausdruck »leicht reduzierbare Metalloxyde« bedeutet »Oxyde von Metallen mit Oxydationspotentialen, bezogen auf die Wasserstoffelektrode gleich Null, gemessen bei 25° C von weniger als +0,8 Volt für die Reaktion

M—y Mⁿ⁺

-ITA *- XYX _{+ ηθ}

Obwohl viele Elemente diese Grundforderung erfüllen, können viele, wie z. B. die Halogene und Quecksilber nicht leicht in hinreichender Menge in das Glas eingebaut werden, weil sie bei den üblichen Glasschmelztemperaturen flüchtig sind. Andere Elemente, beispielsweise die Edelmetalle und Zinne befriedigen deshalb nicht, weil weder die Metalle noch ihre Oxyde weitgehend in Gläsern löslich sind. Noch andere Elemente sind wegen ihrer Kosten und wegen ihrer Neigung, aus dem Glas während seiner zur Herstellung der dünnwandigen Membranen und zu deren Aufsiegeln auf die Metallringe erforderlichen Nachbearbeitung auszufallen, unpraktisch.

Beispielsweise Glaszusammensetzungen, die in Speicherplatten verwendet werden können, um die Vorteile der Erfindung zu erzielen, können durch Schmelzen der in der Tabelle I in Gewichtsteilen angegebenen Gemenge gewonnen werden.

Tabelle I

1	2	3	4	5	6	7
276	274	826	750	745	745	750
100	100	212	278	237	237	246
22	22	179	66	66	66	72
—	—	—	—	35	35
39	46	—		—
2	2	—	—	—	—	—
18	18	—		37	37	60
—	—	26	24	—	—	—
7	7
2	—	—	—	—	—	—■

Sand ...
Na₀CO₃ .
NaNO₃ .
K.,CO_S' .
CaCo₃ ..
MgO ...
Al(OH).,
A1.,O, ."..
H₃BO₃ ..
Sb₀O.,'...

276

106

23

14

5	1	2	3	4	5	6	7	3	8
	12	4 8	4 260	4 60 180	4 240	6
AsoO„						4 180	338
Fe,O,	—	—	—	—	—	60
2 3 CuO
BLO,
ZnO	__
PbO	44
92% Bleisilikate

	9	10	11	12	13	14	15	16
Sand	751	751	475	226	251	234	254	296
Na2CO,	235 72 10 60 3 1	246 72 60 3 1	163 20 38 2 1	155 28 2	112 28 2	124 22 2	89 22 2	89 22
NaNOs	338	338	192	164	164	88	88
K,CO„
Al(OH),
Feldspat	2
Aa0O,
* "2 3 Sb,O„	44
MnO2
PbO
92% Bleisilikate

Den obengenannten, in Gewichtsprozent auf Oxydbasis kalkulierten Gemengen entsprechende Gläser sind mit ihren wichtigeren physikalischen und elektrischen Eigenschaften in Tabelle II offenbart.

Tabelle II

Na₂O

MgO
B₂O₃
FO

CuO

Bi₂O₃

ZnO

PbO

Exp.-Koeffizient (je ° C · 10-7) Logi?(25°C) .. Log A(IOO⁰C) .

70,0 16,8

3,0 5,7 0,5 1,0 3,0

92 11,8 9,1

69,9 16,8

3,1 6,7 0,5 1,0

2,0

92 12,2 9,5

62,5
15,5

2,0

5,0
15,0

92
11,6
8,9

62,5

13,5

2,0

2,0

20,0

91

12,4
9,5

62,5

13,5

2,0

2,0

15,0
5,0

93
12,0
9,2

60,0
13,0

3,0

24,0

90
12,7
9,8

70,0

17,5

2,5

10,0

106
.12,3 9,4

9	10	11	12	13	14	15
60,0	60,0	62,0	50,0	55,0	60,0	65,0
12,5	13,0	12,9	20,0	15,0	20,0	15,0
0,5	—	0,4	—	—	—	—
3,0	3,0	0,9	—	—	—	—
24,0	24,0	23,8	30,0	30,0	20,0	20,0
90	90	89	130	109	117	96
12,9	12,8	13,0	11,4	12,8	11,4	12,2
10,0	9,8	10,2	8,7	9,8	8,7	9,5

SiO₂

Na₂O

K₂O

Al₂O₃

PbO

Exp.-Koeffizient (je ⁰C- ΙΟ-?) Log R (25⁰C) .. LOgA(IOO⁰C) .

Das Sb₂O₃ l

und das As₂O₃ i

_{23 23} wirken nur als Läuterungsmittel und haben keine wesentlichen Einflüsse auf die Grundeigenschaften des Glases. Da die Läuterungsmittel bei den zum Schmelzen solcher Gemenge benutzten Temperaturen stark flüchtig sind und da sie in den Gemengen nur in relativ geringen

75,0 15,0

10,0

83
11,7 9,1

Mengen enthalten sind, sind sie nicht in Tabellen enthalten. Außerdem können geringe Mengen von Entfärbern, beispielsweise MnO₂, den Gläsern zugesetzt werden.

Die Gemenge schmelzen leicht entweder in einem geschlossenen Tiegel oder in einer Wanne und wer-

den unter oxydierenden Bedingungen bei Temperaturen von ungefähr 1300 bis 1450° C geschmolzen. Vorzugsweise wird das Glas während des Schmelzens und Läuterns zur Vermeidung von Schlierenbildung gerührt.

Die Steigerung der Lebensdauer von Superorthikon-Bildröhren mit den verbesserten Speicherplatten ist daraus erkennbar, daß Röhren mit Speicherplatten aus dem in Beispiel 10 offenbarten Glas übereinstimmend eine Nutzungsdauer von 1000 bis 1800 Stun- ίο den erreichen, während ähnliche Röhren mit den Soda-Kalk-Silikat Speicherplatten Nutzungsdauer von nur etwa 300 bis 500 Stunden aufweisen.

Obwohl jedes Glas, das den obengenannten Widerstand aufweist und die oben angegebenen wirksame Menge leicht reduzierbarer Metalloxyde der angegebenen Gruppe enthält, sich für die Zwecke der Erfindung eignet, sind Gläser, die zu ungefähr 12 bis etwa 20 Gewichtsprozent aus Na₂O bestehen, besonders geeignete Beispiele von Gläsern mit dem gewünschten Widerstand wegen der Erleichterung beim Schmelzen und bei der Bearbeitung dieser Gläser. Weiterhin können auch andere, das Glas modifizierende Zusätze wie Aluminiumoxyde oder Boroxyde und andere zweiwertige Metalloxyde (d. h. MgO, CaO, SiO und BaO) in ihnen verwendet werden, um die Bearbeitungseigenschaften des Glases oder die Eigenschaften der aus ihm hergestellten Materialien, wie z. B. den Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Härte zu beeinflussen.

Außerdem hat sich herausgestellt, daß Bleioxyde enthaltende Gläser wegen der großen Menge der Bleioxyde, die sich in einem Glas ohne schädliche Beeinflussung der Härte, der Widerstandsfähigkeit gegen Versteinung od. dgl. unterbringen lassen, besonders geeignet sind. Besonders geeignet sind Bleioxydgläser, die gewichtsmäßig aus 50 bis 75 % SiO₂, 12 bis 20% Na₂O, 10 bis 35 % PbO, 0 bis 5% K₂O und mit 20% nicht überschreitendem R₂O-Gehält bestehen, wobei die genannten Oxyde wenigstens 85% der Glaszusammensetzung ausmachen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Speicherplatte für Superorthikon-Bildröhren, bestehend aus einem Glas mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10⁹ und 10¹³Ohm-cm und mit einem Gehalt an wenigstens einem Schwermetalloxyd, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Herstellung der Ladungsspeicherplatte verwendete Glas wenigstens 2% dieses durch Elektronenstrahlen leicht reduzierbaren Schwermetalloxyds, beispielsweise in Form von Bleioxyd, Wismutoxyd, Zinkoxyd, Kupferoxyd, Kadmiumoxyd und Eisenoxyd, enthält.

2. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas gewichtsmäßig aus 50 bis 75% SiO₂, 12 bis 20% NaO und wenigstens einer Gesamtmenge von 2% wenigstens eines durch Elektronenstrahlen leicht reduzierbaren Schwermetalloxyds besteht und diese wesentlichen Bestandteile wenigstens 80 Gewichtsprozent des Glases ausmachen.

3. Speicherplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas gewichtsmäßig aus 50 bis 75% SiO₂, 12 bis 20% Na₂O₅ 10 bis 35% PbO, 0 bis 5% K₂O besteht, wobei der Gesamtbetrag an Na₂O+ K₂O 20% nicht übersteigt und die Oxyde wenigstens 85% der Glaszusammensetzung ausmachen.

4. Speicherplatte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas wenigstens 60% SiO₂, ungefähr 13% Na₂O, ungefähr 24% Bleioxyde und etwa 3% Aluminiumoxyd enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 887 611, 2 473 220,
879420;

Thieme, »Glas«, 1939, S. 611, 965, 705.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 106 800.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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