DE2100245A1 - Verfahren zum Herstellen einer Kathodenstrahlrohre - Google Patents

Description

7124~7O/Kö/S
RCA Docket No.: 60,954
Convention Date:
January 6, 1970

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.

Verfahren zum Herstellen einer Kathodenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kathodenstrahlröhre, bei welchem das Frontplattenteil mit dem Trichterteil des Röhrenkolbens verschmolzen und dabei Verunreinigungsstoffe im Inneren des Röhrenkolbens erzeugt werden, der ein während der Lebensdauer der Röhre Gase absorbierendes Getter enthält.

Ein Beispiel einer solchen Kathodenstrahlröhre ist die bekannte Lochmasken- oder Schattenmasken-Farbbildröhre, bei der im Frontplattenteil nahe der Frontplatte oder dem Schirmträger eine Farbwähl-Lochmaske befestigt ist. Der Farbleuchtschirm wird auf dem Schirmträgrer auf photographischem Wege unter Verwendung der Lochmaske als Schablone hergestellt. Das vollständige Frontplattenteil wird dann mit einem getrennten Trichterteil zum fertigen Röhrenkolben verschmolzen.

Die Verschmelzung zwischen dem Frontplatten- und dem Trichterteil erfolgt gewöhnlich in der Weise, daß auf den zu verschmelzenden Rand des einen der beiden Teile eine Masse aus entglasbarer Glasfritte in Form einer Aufschlämmung oder Suspension aus mit einem organischen Bindemittel und Träger vermischtem Spezialglaspulver aufgetragen wird. Die beiden Kolbenteile werden dann zusammengefügt und in einen Ofen oder Kühlofen mit einer Maximal-

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temperatur zwischen 400 und 500 C. gegeben. Bei dieser Temperatu wird die Fritte entglast und gehärtet, wie in der USA-Patentschrift 2 889 952 (vom 9.6.1959) beschrieben.

Nach der Fritfo/erSchmelzung werden mit dem Kolben verschieden Bearbeitungsschritte vorgenommen. Dazu gehören das Einsetzen und
Montieren des Strahlsystems und des Getters im Trichterteil, eine Kathodenaktivierung, ein Ausbrennen und Evakuieren zum Austreiben des größten Teiles des Gases und anderer Verunreinigungen, das Ab schmelzen des Pumpstutzens, das Zünden des Getters und eine Alterungsbehandlung der Elektroden des Strahlsystems.

Das derzeit bei der Herstellung von Kathodenstrahlröhren ver wendete Gettermaterial ist eine Legierung aus einem chemisch aktiven Metall mit Aluminium, beispielsweise ein Aluminium-Bariumgemisch. Beim Zünden und Abbrennen des Getters wird die Legierung auf oberhalb der Verdampfungstemperatur des Bariums erhitzt. Dies geschieht nach dem Evakuieren und Abschmelzen des Röhrenkolbens.
Das verdampfte Barium kondensiert auf den benachbarten Innenflächenteilen des Kolbens und ist damit der Atmosphäre im Röhrenkolben ausgesetzt.

Die Aufgabe des Getters besteht darin, Restgase, die im
Röhrenkolben vorhanden sind oder während der Lebensdauer der Kathodenstrahlröhre erzeugt werden,chemisch oder physikalisch zu
binden oder zu sorbieren. Die Lebensdauer der Röhre hängt weitgehend vom Sorptions- oder Bindungsvermögen des Getters, d.h. von
seiner Fähigkeit, Gase zu binden, ab. Dabei sind zwei wichtige
Faktoren das anfängliche Bindungsvermögen des Getters und die
Rate oder das Ausmaß der Abnahme des Bindungsvermögens des Getter (z.B. pro Stunde) während der Lebensdauer der Röhre.

Fertige Muster- oder Testfarbbildröhren werden ständig getestet, um die Auswirkungen verschiedener Faktoren auf die Lebens dauer der Röhre zu ermitteln. Der normale Zeitraum zwischen der
Frittverschmelzung und dem Evakuieren beträgt ungefähr zwei Stunden, davon ungefähr eine Stunde zwischen der Frittverschmelzung
und dem Einbau des Strahlsystems. Es ist seit mehreren Jahren be-

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kannt, daß Farbbildröhren, deren Kolben über einen erheblich langes, ren Zeitraum, beispielsweise mehr als acht Stunden nach der FrittverSchmelzung und vor dem Evakuieren aufbewahrt wurden, eine stärkere Abnahme des Getterbindevermögens während der Lebensdauer aufweisen als Röhren, deren Kolben bald nach der Frittverschmelzung und ohne nennenswerte Aufbewahrungszeit vor dem Evakuieren bearbeitet wurden. Dies gilt auch in solchen Fällen, wo das anfängliche Getterbindevermögen der aufbewahrten Röhren nahezu so hoch wie das der nicht aufbewahrten Röhren ist. Der Grund für diese Abnahme der Getterleistung war nicht bekannt. Da dieses Absinken des Getterbindevermögens sowohl bei mit einer Kappe verschlossenen als auch bei unverschlossenen Röhrenkolben auftritt, ist es anscheinend nicht durch den Eintritt von Luft in den Kolben nach der Frittverschmelzung bedingt. Wenn dafür die Restatmosphäre im Kolben bei der Frittverschmelzung verantwortlich wäre, hätten das nachträgliche Evakuieren und Ausbrennen Abhilfe schaffen müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die abnormale Abnahme des Getterbindevermögens bei aufbewahrten Röhrenjweitgehend zu beseitigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Röhrenkolben bald nach dem Verschmelzen des Frontplattenteils mit dem Trichterteil mit einem nichtverunreinigenden Gas gespült wird, derart, daß die Verunreinigungsstoffe entfernt werden und der Röhrenkolben mit dem nichtverunreinigenden Gas gefüllt wird; daß das Getter in den Röhrenkolben eingebracht wird, während dieser mit dem nichtverunreinigenden Gas gefüllt bleibtj und daß dann der Röhrenkolben evakuiert und abgeschmolzen wird, derart, daß das Gas entfernt und die Röhre verschlossen wird.

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein Schema des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine Seitenansicht eines Kathodenstrahlröhrenkolbens mit Gasspülvorrichtung;

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Figur 3 die vergrößerte Darstellung eines Teils des Spülrohres nach Figur 2j

Figur 4 einen vergrößerten Axialschnitt eines Teils des Röhrenhalses nach Figur 2j und

Figur 5 eine Seitenansicht eines Röhrenkolbens, der für die Aufbewahrung mit einer Kappe abgeschlossen ist.

Das Verfahrensschema nach Figur 1 veranschaulicht die Schritte A bis F des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Im Schritt A kann das gläserne Frontplattenteil mit dem gläsernen Trichterteil nach dem in der USA-Patentschrift 2 889 952 beschriebenen Verfahren frittverschmolzen werden, so daß der Röhrenkolben entsteht. Vor der Frittverschmelzung sind die Lochmaskenanordnung im Frontplattenteil montiert, die Frontplatte oder der Schirmträgei mit dem Leuchtschirm versehen, aluminisiert und gebrannt sowie das Trichterteil mit seinem leitenden Innenbelag (Graphit) versehen worden. Das Trichterteil besteht aus einem an seinem größeren Ende mit dem Frontplattenteil verschmolzenen Konusteil und einem an das kleinere Ende des Konusteils anschließenden zylindrischen Halsteil mit offenem Ende für die Aufnahme des Röhrenfußes und des Strahlsystems.

Erfindungsgemäß wird der Röhrenkolben kurz nach dem Verlassen des Ofens oder Kühlofens, in welchem die Frittverschmelzung vorgenommen wird, einer Spülbehandlung unterzogen, um die Restatmosphäre auszutreiben und den Kolben mit einem nichtverunreinigenden Gas zu füllen (Schritt B). Dies kann, wie in Figur 2 bis 4 veranschaulicht, in der Weise geschehen, daß ein langgestrecktes Rohr 1 mit einem darauf aufgesetzten elastischen Stöpsel 3 in das offene Ende des Halsteiles 5 eines Farbbildröhrenkolbens 7 eingeführt und das Gas von einer Gasquelle 9 über ein Ventil 10 und das Rohr 1 eingelassen wird. Am oberen Ende des Rohres 1 können Öffnungen 11 vorgesehen sein, mit deren Hilfe das Gas in einer gewünschten Weise, z.B. nach außen gerichtet werden kann. Der Außenumfang des Stöpsel; 3 ist entweder unrund oder mit Längsrillen 13 versehen, damit die im Kolben befindlichen Restgase durch das Gas von der Gasquelle 9 aus dem Kolben hinausgespült werden können. Statt daß das Rohr 1,

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wie in Figur 4 gezeigt, konzentrisch zum Stöpsel 3 angeordnet ist, kann es auch exzentrisch zum Stöpsel angeordnet sein, um die Spülwirkung zu verbessern. Die Abmessungen des Rohres 1, der Öffnungen 11 und der Rillen 13 sowie der Gasdruck der Gasquelle 9 sollten so gewählt werden, daß sich die gewünschte Spülzeit ergibt. Bei einer in der Herstellung von 63,5 cm-Rechteckfarbbildröhren erfolgreich erprobten Vorrichtung wird der Kolben ungefähr eine Minute lang gespült und das Gasvolumen mindestens dreimal ausgetauscht.

Das nichtverunreinigende Gas ist vorzugsweise trockene, warme Luft mit einem Taupunkt von ungefähr -30 C, damit die Anwesenheit von Wasserdampf weitgehend ausgeschlossen wird. Jedoch scheint Wasserdampf allein, ohne Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxyd, keine Verunreinigung hervorzurufen, so daß die Kohlenwasserstoffe und das Kohlendioxyd sowie andere Verunreinigungen, falls vorhanden, zufriedenstellend mit Luft (oder Stickstoff) von Zimmertemperatur mit einem Taupunkt von sogar 0 C. ausgespült werden können. Zufriedenstellende Röhren wurden experimentell unter Verwendung von Luft mit Zimmertemperatur und einem Taupunkt von -16 C. hergestellt.

Vorzugsweise spült man den Kolben innerhalb 10 Minuten nach dem Verlassen des Frittverschmelzungsofens, um die Verunreinigung so gering wie möglich zu halten. Da jedoch die Verunreinigung ein langsamer Vorgang ist, ist diese Zeit nicht kritisch und kann bis zu einigen Stunden dauern. Es scheint, daß innerhalb der ersten Stunde nach der Frittverschmelzung eine nur sehr geringe Verunreinigung auftritt.

Nach beendetem Spülen wird die Spülvorrichtung entfernt und kann durch einen zeitweiligen Verschluß, beispielsweise die in Figur 5 gezeigte elastische Kappe 15 ersetzt werden, so daß der Kolben 7 mit dem nichtverunreinigenden Gas unter atmosphärischem Druck über eine verhältnismäßig lange Aufbewahrungsdauer vor dem nächsten Herstellungsschritt, der gewöhnlich im Einsetzen des Strahlsystems und Anschmelzen des Röhrenfußes besteht (Schritt C), gefüllt bleibt. Es wurde gefunden, daß derartig gespülte und mit Kappe verschlossene Röhrenkolben bis zu drei Wochen,falls erforder-

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lieh oder gewünscht, aufbewahrt werden können, ohne daß die normale Abnahme des Getterbindevermögens während der Lebensdauer der Röhre nach der Herstellung sich wesentlich vergrößert.

Wenn der Röhrenkolben bald zur Vorrichtung für das Einsetzen des Strahlsystems und das Anschmelzen des Röhrenfußes gebracht wei den soll, kann das Verschließen des gespülten Kolbens mit Kappe entfallen, da die Diffusionsgeschwindigkeit von Gasen in den offenen Kolbenhals und aus diesem heraus klein ist.

Obwohl das Ausspülen des Röhrenkolbens dann nicht wichtig is1 wenn dieser nicht wesentlich länger als die normalen zwei Stunden zwischen der Frittverschmelzung und dem Evakuieren aufbewahrt wire plant die Anmelderin, dieses Ausspülen bei sämtlichen von ihr hergestellten Farbbildröhren vorzunehmen, damit sichergestellt wird, daß sämtliche hergestellten Farbbildröhren ein angemessenes Getterungsvermögen während der Lebensdauer haben, gleichgültig, ob sie während der Herstellung über längere Dauer aufbewahrt werden oder nicht.

Im Schritt D können das Strahlsystem und das Getter in den Kolbenhals 5 eingesetzt und der gläserne Röhrenfuß (auf dem das Strahlsystem montiert ist) an das offene Ende des Kolbenhalses angeschmolzen werden. Das Getter ist normalerweise auf dem Strahlsystem angeordnet, und zwar entweder bei dessen Ende oder im Konus teil des Trichters.

Im Schritt E kann der Röhrenkolben nach irgendeinem bekannter z.B. dem in der USA-Patentschrift 2 532 315 (vom 5.12.1950) beschriebenen Verfahren evakuiert und ausgebrannt werden, so daß die im Schritt B eingebrachte Gasfüllung entfernt und die verschiedenen Elektroden sowie anderweitigen Innenflächen entgast werden.

Nach dem Evakuieren erfolgen die üblichen Verfahrensschritte des Aktivierens der Kathoden, des Abschmelzens des Pumpstutzens, des ZUndens und Abbrennens des Getters unter Erzeugung eines gasabsorbierenden Belages aus Gettermaterial (z.B. Barium) auf den

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Innenflächen der Röhre, des Alterns der Elektroden des Strahlsystems sowie des Testens (zusammengefaßt unter Schritt F in Figur D.

Eine Reihe von LebensdauerPrüfungen mit

(1) fünf Farbbildröhren, die nach dem Frittverschmelzen gespült und 1, 2 und 3 Tage vor dem Evakuieren aufbewahrt wurden, und

(2) fünf Farbbildröhren, die ohne Spülen nach dem Frittverschmelzen und vor dem Evakuieren über entsprechende Zeiträume aufbewahrt wurden,

hatten folgende Ergebnisse: Das mittlere Sauerstoffbindevermögen der Getter bei den fünf Röhren der Gruppe (l) am Ende einer Periode von elf Wochen betrug 5352 Iu (Liter Mikron), dagegen bei den fünf Röhren der Gruppe (2) nach elf Wochen im Mittel 2704 Iu. Durch das Spülen der aufbewahrten Röhren der ersten Gruppe wurde somit das mittlere Sorptions- oder Bindevermögen der Getter nach elf Wochen verdoppelt, so daß sich die mögliche Lebensdauer dieser Röhren stark verlängert. Ferner war das mittlere Gasbindevermögen der Getter bei der Gruppe (1) nicht wesentlich geringer als bei einer Standard-Farbbildröhre, deren Herstellung ohne Spülen oder Aufbewahren erfolgte.

Es wird angenommen, daß das ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen beobachtete Absinken des Getterbindevermögens von Farbbildröhren, deren Kolben nach dem Verschmelzen des Frontplattenteils mit dem Trichterteil verhältnismäßig lange aufbewahrt werden, möglicherweise einem Verunreinigungsstoff als Bestandteil der im Kolben nach dem Frittverschmelzen zurückbleibenden Restatmosphäre bei ausreichend langer Dauer zuzuschreiben ist. Dieser Bestandteil hat eine permanente Verunreinigung des Kolbens und/oder Kolbeninhalts zur Folge, so daß diesem Übel durch das anschließende Ausbrennen und Evakuieren nicht abgeholfen werden kann. Die oben erwähnten Lebensdauer-Vergleichsprüfungen haben gezeigt, daß bei den gespülten und aufbewahrten Röhren die Abnahme des Getterbindevermögens während der Lebensdauer nahezu so gering war wie bei Röhren, die überhaupt nicht aufbewahrt wurden, und ungefähr halb so groß wie bei Röhren, die ohne Spülen aufbewahrt wurden.

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Es ist nicht genau bekannt, wie die Restatmosphäre im Kolben beim Frittverschmelzen den Kolben verunreinigt, so daß die genannte nachteilige Wirkung auftritt. Die Verunreinigungsstoffe scheinen organische und/oder anorganische Stoffe, darunter Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxyd und Wasserdampf, zu sein, die beim Frittverschmelzungsvorgang selbst erzeugt werden. Es scheint, daß bei Aufbewahrung des Kolbens über einen verhältnismäßig langen Zeitraum nach dem Frittverschmelzen diese Stoffe sich mit den Innenflächen der Lochmaske oder des Leuchtschirms in einem solchen Maße verbinden oder vereinigen, daß sie beim normalen Evakuieren und Ausbrennen nicht (vollständig) entfernt werden können. Der Viasserdampf kann das Silikat bindemittel für den Graphit bei ag des Trichfterteils hydrolysieren, wobei Stoffe entstehen, die sich mit Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlendioxyd von der Frittverschmelzung zu stabilen sauerstoffhaltigen Verbindungen verbinden. Diese Verbindungen können im Betrieb der Röhre durch Elektronenbeschuß und/ oder anderweitige Vorgänge abgebrochen werden, so daß Gase entstehen, die eine erheblich stärkere Abnahme des Getterbindevermögens zur Folge haben, so daß sich die Betriebslebensdauer der Röhre stark verringert.

Zum Spülen des Röhrenkolbens kann ein beliebiges trockenes nichtverunreinigendes Gas, wie Stickstoff oder warme Luft, verwendet werden. Nach dem Spülen kann der Kolben vorübergehend mit einer Kappe oder einem Stöpsel abgeschlossen werden, so daß die Füllung aus nichtverunreinigendem Gas während der anschließenden Aufbewahrung vor dem Einsetzen des Strahlsystems erhalten bleibt.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   IJ Verfahren zum Herstellen einer Kathodenstrahlröhre, bei welchem das Frontplattenteil mit dem Trichterteil des Röhrenkolbens verschmolzen und dabei Verunreinigungsstoffe im Inneren des Röhrenkolbens erzeugt werden, der ein während der Lebensdauer der Röhre Gase absorbierendes Getter enthält, dadurch g ekennzeichnet, daß der Röhrenkolben bald nach dem Verschmelzen des Frontplattenteils mit dem Trichterteil mit einem nichtverunreinigenden Gas gespült wird, derart, daß die Verunreinigungsstoffe entfernt werden und der Röhrenkolben mit dem nichtverunreinigenden Gas gefüllt wirdj daß das Getter in den Röhrenkolben eingebracht wird, während dieser mit dem nichtverunreinigenden Gas gefüllt bleibtj und daß dann der Röhrenkolben evakuiert und abgeschmolzen wird, derart, daß das Gas entfernt und die Röhre verschlossen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Röhrenkolben innerhalb einer Stunde nach dem Verschmelzen des Frontplattenteils mit dem Trichterteil gespült wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das nichtverunreinigende Gas einen Taupunkt von höchstens 0 C. hat.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Elektronenstrahlsystem in den Röhrenkolben eingebaut und in diesem befestigt wird, wenn das Getter in den Röhrenkolben eingebracht wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Kolben nach dem Füllen mit dem nichtverunreinigenden Gas vorübergehend verschlossen wird und mit dem nichtverunreinigenden Gas solange gefüllt bleibt, bis das Getter eingebracht und die Röhre evakuiert wird.

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