DE2323182C3

DE2323182C3 - Farbbildröhre mit Lochmaske und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2323182C3
Application number: DE732323182A
Authority: DE
Inventors: Koji Nakamura; Hisao Nakanishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1972-05-08
Filing date: 1973-05-08
Publication date: 1979-03-01
Also published as: DE2323182A1; JPS5222227B2; JPS496877A; DE2323182B2; US3906281A

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbbildröhre mit Lochmaske und Inertgasfüllung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Derartige Farbbildröhren enthalten eine Gruppe von drei Elektronenkanonen zur Erzeugung von Elektronenstrahlen,einen Leuchtschirm mit Gruppen von je drei Leuchtmaterialpunkien, welche durch die Elektronenstrahlen zum Leuchten gebracht werden und eine Lochmaske zwischen den Elektronenkanonen und dem Leuchtschirm. Die Lochmaske besteht aus einem dünnen Metallblech mit einer vorbestimmten Krümmung, welches über derr. Leuchtschirm liegt. In der Lochmaske sind kleine Löcher je einer Gruppe von drei verschiedenfarbigen Leuchtstoffteilchen zugeordnet. Eine handelsübliche Farbbildröhre hat eine Lochmaske mit etwa 4(K)OOO kleinen Löchern. Die drei Elektronenstrahlen, welche durch die drei Elektronenkanonen erzeugt werden, überkreuzen sich in der Ebene der Lochmaske, und zwar beim Durchtritt durch die kleinen Löcher und treffen dann auf die geordneten Leuchtstoffteilchen des Leuchtschirms auf und bringen diese zum Leuchten. Die Gesamtfläche der kleinen Löcher beträgt etwa 15% der Gesamtfläche der Schattenmaske. Wenn nun die Elektronenstrahlen über die gesamte Fläche der Schattenmaske tasten, so beträgt die Energie der durch die kleinen Löcher hindurchtretenden und die Leuchtstoffteilchen zum Leuchten bringenden Elektronenstrahlen nur etwa 15% der Geksamtstrahlenenergie. Der restliche Anteil von 85 % der Elektronenstrahlen trifft auf die Lochmaske auf und wird hier in thermische Energie umgewandelt. Somit erhöht sich die Temperatur der Lochmaske, und hierdurch wird eine Deformation der gekrümmten Fläche durch thermische Ausdehnung bewirkt. Diese hat zur Folge, daß die relative Lage der kleinen Löcher zu den Leuchtstoffteilchen verschoben wird, so daß die Elektronenstrahlen nicht auf die ihnen zugeordneten Leuchtstoffteilchen auftreffen. Auf diese Weise kommt das sogenannte Phänomen des Farbzusammcnbruchs zustande.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeit werden bis

her die nachstehenden Maßnahmen einzeln oder in Kombination ergriffen:

!.Verringerung des Elektronenstrahlradius;

2. Kompensation der thermischen Deformation durch eine Bimetallanordnung als Halterung für die Lochmaske;

3. eine weitere Methode besteht in der Verringerung der thermischen Deformation der Lochmaske durch einen Spezialaufbau der Verbindungsteile zwischen der Halterung und der Lochmaske. Wenn jedoch die zeitliche Abweichung oder die thermische Deformation groß sind, so reicht der Bereich der durch diese Maßnahme bewirkten Kompensation nicht zur Kompensation einer solchen relativ großen Abweichung aus.

Bei der ersten Maßnahme besteht ein wesentlicher Nachteil darin, daß der Leuchtbereich der Leuchtstoffteilchen verringert wird, so daß ein relativ dunkles Bild entsteht. Daher eignet sich diese Maßnahme nicht sehr gut zur Beseitigung eines Farbzusammenbruchs, oder der Farbaufspaltung. Diese Maßnahme ist insbesondere dann unzureichend, wenn das Bild einen dunklen Hintergrund und örtliche helle Stellen aufweist. In diesem Fall werden die Elektronenstrahlen im Bereich der hellen örtlichen Stellen konzentriert, so daß die Schattenmaske örtlich erhitzt wird. Hierdurch kommt eine örtliche thermische Expansion zustande. Dieses Phänomen ist als »örtliche Aufwölbung' < bekannt. Da nun diese örtliche Aufwölbung bei verschiedenen Bildern an verschiedenen Stellen und während verschiedener Zeiten stattfindet, ist es schwer, eine derartige thermische Expansion durch die genannte Maßnahme zu kompensieren.

Aus der DE-AS 1 514552 ist es bekannt, bei der Herstellung von Farbbildröhren während der Verdampfung von Gettern im Inneren der Röhre einen Dampfdruck vorzusehen, um die freie Weglänge herabzusetzen. Nach der Verdampfung des Getters wird das Hochvakuum wieder hergestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die thermische Expansion und insbesondere die örtliche Aufwölbung durch thermische Expansion dadurch zu verhindern, daß man die Wärmeabstrahlung der Lochmaske verbessert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Farbbildröhre mit Lochmaske, bei der eine Farbstörung durch thermische Expansion der Schattenmaske nicht eintritt, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Farbbildröhre mit Lochmaske und Inertgasfüllung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gasdruck der Inertgasfüllung während des Betriebs der Farbbildröhre zwischen K)"² bis K)"⁷ Torr aufrechterhalten bleibt und einer Kühlung der Lochmaske mittels Konvektion dient.

Es sind bereits Verfahren bekannt, um Elektronenröhren mit Gas zu füllen. Hierbei wird die Röhre mit einer Vakuumpumpe verbunden und die Luft wird aus der Röhre gepumpt. Zur Vakuumleitung, welche die Röhre mit der Vakuumpumpe verbindet, ist eine Nebenleitung vorgesehen, durch welche Gas eingeleitet wird. Sodann wird die Röhre verschlossen. Dieses herkömmliche Verfahren hat den Nachteil, daß der Druck in der Röhre manchmal durch eine Störung des Betriebs oder der Apparatur zu stark erhöht wird. Es ist ferner schwierig, auf diese Weise die Menge des eingeschlossenen Gases mit großer Genauigkeit

zu regeln, und es ist eine komplizierte Vorrichtung zum Verschließen der Röhre erforderlich, um diesen Nachteil zu beseitigen. Die Menge und der Partialdruck des Inertgases und insbesondere des Edelgases müssen mit großer Genauigkeit eingestellt werden. Die herkömmlichen Verfahren sind in dieser Hinsicht unzulänglich.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Farbbildröhre mit Lochmaske besteht darin, daß eine in das Innere der Farbbildröhre eingebrachte Kapsel, die eine dosierte Menge Inertgas enthält, nachdem die Farbbildröhre hoch evakuiert und verschlossen wurde, anschließend entweder von außerhalb erhitzt wird oder von einem in geeigneter Weise abgesenk-en eigenen Elektronenstrahl durchbohrt wird, so daß das Inertgas das Innere der Farbbildröhre erfüllen und ein für die Konvektionskühlung der Lochmaske geeigneter Druck von KP³ bis K) ⁷ Torr sich einstellen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Farbbildröhre mit Lochmaske,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verschiebung der Elektronenstrahlauftreffstcile,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Abweichung der Kathodenstrahlauftreffstelle und dem Druck in der Farbbildröhre,

Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt des Trichterteils der Farbbildröhre,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Farbbildröhre mit Lochmaske und

Fig. 6 eine Draufsicht der Kapsel für die Farbbildröhre gemäß Fig. 5.

Im folgenden soll nun eine Ausführungsform der Farbbildröhre mit Lochmaske näher erläutert werden. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Schirm und das Bezugszeichen 2 den Trichter mit einem Trichterbereich und einem Halsbereich der Farbbildröhre. Das offene Ende des Trichterbereiches ist mit dem Schirm 1 dicht verbunden. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet die Verbindungsstelle zwischen dem Schirm 1 und dem Trichter 2. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Gruppe von drei Elektronenkanonen im Halsteil des Trichters 2. Die Elektronenstrahlen 5 treten aus den Elektronenkanonen aus. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Leuchtschirm, bestehend aus Leuchtstoffteilchen, welche aufleuchten, wenn sie vom Elektronenstrahl getroffen werden. Die Leuchtschicht 6 ist auf der den Elektronenkanonen 4 zugewandten Seite mit einer Aluminiumschicht 7 bedeckt. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Lochmaske, welche über der Leuchtschicht 6 an der Innenfläche des Schirms 1 befestigt ist. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet ein Getter, welches im Trichterbercich des Trichters 2 angeordnet ist und über eine Federplatte 10 an den Elektronenkanonen 4 befestigt ist. Das Gettermetall,z. B. Barium, ist in einem Gefäß enthalten, aus welchem beim Erhitzen das Gettermetall verdampft und sich in Form einer in der Zeichnung nicht gezeigten Gettermaterialabscheidung niederschlagt.

Zur Verbesserung der thermischen Abstrahlung einer solchen Lochmaske 8 wird die Röhre nach einem herkömmlichen Verfahren hoch evakuiert, worauf ein Edelgas mit einem Partialdruck von K) ²bis 10 ⁷ Torr eingefüllt wird. Das in tier Röhre eingeschlossene Edelgas ist inert und beeinträchtigt die Wirkungsweise der Farbbildröhre nicht. Wenn die Atome des Edelgases mit der Lochmaske 8 zusammenstoßen, so nehmen sie thermische Energie auf. Da nun die spezifische Wärme eines Edelgases relativ gering ist, wird dl·· thei mische Energie von den Atomen leicht auf den Röhrenkörper (z. B. den Schirm 1 oder den Trichter 2) übertragen, wodurch die Wärmeabgabe der Lochmaske 8 verbessert wird. Somit wird eine Farbstörung vermieden, welche bei herkömmlichen Farbbildröhren mit Lochmasken, weiche der thermischen Expansion unterliegen, auftreten, wenn der Elektronenstrahl 5 auf einen anderen als ."as dem Elektronenstrahl zugeordneten Leuchtsiotfteilchen auftrifft und diesen zum Leuchten bringen.

Es wurde ein Versuch durchgeführt, wobei die Abweichung der Eleklronenstrahlauftreffstelle in Abhängigkeit vo'.i der Menge des eingeschlossenen Gases festgestellt wurde. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 61 je einen grünen Lcuchtfleck. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet den Leuchtpunkt, welcher durch den auftreffenden Elektronenstrahl 5 verursacht wird. Der Abstand d gibt die Abweichung der Lage des Leuchtpunktes an. Die Abweichung d wird unter Verwendung eines Mikroskops am Leuchtschirm in einer Entfernung von 100 mm von der Mitte der Farbbildröhre festgestellt. Das linke Bild in Fig. 2 zeigt einen Fall, bei dem das Zentrum des Leuchtstoffteilchens 61 mit dem Zentrum des Leuchtpunktes 62 übereinstimmt. Die Stromstärke des Elektronenstrahls beträgt 50 μΑ. Das rechte Bild in Fig. 2 zeigt die Abweichung d als Abstand zwischen der Mitte des Leuchtstoffteilchens 61 und der Mitte des Leuchtpunktes 62 4,5 min nach Steigerung der Stromstärke des Elektronenstrahls von 50 μΑ auf 1200 μΑ. Die Anodenspannung für den Betrieb der Farbbildröhre mit einer Stromstärke des Elektronenstrahls von 1200 μΑ beträgt 23,8 KV.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der eingeschlossenen Edelgasmenge (Argon) und der Abweichung d. Die Abszisse zeigt den Druck im Innern der Farbbildröhre an, und die Ordinate zeigt die Abweichung d an. Ohne einen Argongehalt beträgt der Druck 3 X 10 ⁷ Torr, und die Abweichung beträgt d = 0,074 mm. Wenn Argongas in den Kolben gegeben wird, so erreicht man bei einem Druck von 3 x K)"⁵ Torr eine Abweichung d von O,O53mm.

Bei diesem Versuch wird der insgesamt verbleibende Gasdruck in der Röhre mit einem B-A-Ionisationsmanometer gemessen, und der Argonpartialdruck in der Röhre wird unter Verwendung eines speziellen Manometers festgestellt.

Bei der Herstellung der Farbbildröhre besteht eine Verfahrensstufe darin, das Gettermaterial in Dampfform zu überführen und abzuscheiden. Hierzu wird das Getter 9 durch Erhitzen von außerhalb der Röhre, z. B. durch Hochfrequenzerhitzung, aufgeheizt und verdampft. Das Getter scheidet sich an der Innenfläche der Röhre ab und bildet eine Gettermembran. Diese Getterung wird durchgeführt, um das Vakuum in der Röhre zu erhöhen und um zu verhindern, daB Atome und Moleküle des verbleibenden Gases mit der Kathode kollidieren und die Kathode zerstören. Das in der Röhre verbleibende Gas wird in der Gcttermembran absorbiert.

Das in die Röhre eingeschlossene Fdelgas ist jedoch ein Inertgas. Daher kann dieses Inertgas themisch nicht mit dem Getterm<iteri;il reagieren und absorbiert

werden. Man stellt lediglich eine physikalische Absorption des Inertgases fest. Die Absorptionsgeschwindigkeit ist jedoch vcrnachlässigbai und die Absorptionsslärke ist gering. Daher darf angenommen werden, daß das Edelgas im wesentlichen nicht absorbiert wird und daß hierdurch der Partialdruck des Edelgase" n«'ht geändert wird, weil da:; übrige Gas ii.i Kolben im Gettermatcrial absorbiert wird, wodurch der Partialdruck dieser übrigen Gaskomponente verringert wird.

Wenn der Partialdruck des Edelgases unterhalb 10"" Torr liegt, so ist die Kathodenzerstörung durch Kollision mit Ionen vernachlässigbar. Wenn andererseits der Partialdruck des Edelgases zu gering ist, so kann das Ziel der Erfindung nicht erreicht werden. Demgemäß ist ein Edclgaspartialdruck des eingeschlossenen Edelgases im Bereich von 10 ^² Torr bis K)"⁷ Torr bevorzugt.

Um nun jedoch mit großer Genauigkeit eine solche Edelgasmenge in die Röhre einzuschließen, muß man andere als die obengenannten Verfahren zum Einführen von Gas in die Röhrenkolben einsetzen. Im folgenden soll die Herstellung der Farbbildröhre erläutert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 soll im folgenden eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Farbbildröhre mit Lochmaske erläutert werden.

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Teilbereich des Trichters 2 der Farbbildröhre, wobei eine Kapsel 11, in welcher eine vorbestimmte Menge des Edelgases eingeschlossen ist, innerhalb der Röhre vorgesehen ist. Sowohl das Getter 9 als auch die Kapsel 11 werden durch die Halterung 10 gemeinsam gehalten. Nach Evakuierung der Röhre mit einer herkömmlichen Vakuumpumpe besteht in der Röhre ein sehr hohes Vakuum. Sodann wird die Kapsel 11 von außen durch Hochfrequenzbeheizung erhitzt. Dabei wird die Kapsel durch thermische Ausdehnung des Gases in der Kapsel 11 deformiert, und das Gas entweicht in den Innenraum der Röhre.

Die Kapsel 11 kann hergestellt werden, indem man ein Metallrohr einer bestimmten Länge zuschneidet, so daß eine konstante Menge Gas in der Kapsel eingeschlossen wird. Sodann wird das Edelgas unter einem konstanten Druck in das Rohr gebracht und beide Enden des Rohres werden zusammengedrückt und verschlossen. Die Temperatur, bei welcher die Kapsel 11 das darin eingeschlossene Gas durch thermische Ausdehnung freigibt, hängt von der Härte des Kapsclmalerials und von der Gestalt des Verschlusses ab. so daß die Temperatur durch Auswahl dieser Faktoren bestimmt werden kann. Jedenfalls liegt die Temperatur vorzugsweise höher als die Temperatur wäliiend der Evakuierung und insbesondere höher als 3(10° C. Wenn die Kapsel 11 von außerhalb der Röhre er hitzt wird, so tritt das in der Kapsel eingeschlossen::

■> Gas leicht aus den Dichtstelien der Kapsel U aus. Dies geschieht durch thermische Expansion des eingeschlossenen Gases. Der Parlialdruck des in die Röhre entlassene;. Gases kann mit großer Genauigkeit durch geeignete Wahl der Iniicnlänge und des

κι Inncntiiicrschnitts der Kapsel eingestellt werden. Wenn z. B. in einem Rohr mit einem Innenquerschnitt von ki, I tin² und mit einer Länge von 1 cm Gas mit .•incm Druck von I Atm eingeschlossen wird und wenn sodann dieses Gas in eine Farbbildröhre mit 10 I

r, Inlaut entlassen wird, so beträgt der erreichte Partialdruck 7,6 10. ' Torr.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 soll nun eine weitere Ausiuhiu.igsform des Verfahrens zur Herstellung der Farbbildröhre mit Lochmaske erläutert werden.

m Diese Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine derartige Röhre. Das Edelgas befindet sich in einer Kapsel 12, welche im einzelnen in Fig. 6 gezeigt ist. Diese Kapsel 12 besteht aus einem durch Hitzeeinwirkung schmelzbaren Material, wie Glas von einer Dicke von

2", etwa 0,1 bis 0,2 mm. Die Kapsel ist im konischen Bereich des Trichters 2 mit einem wärmchärtbaren Glasbindematerial, wie z. B. Frittc-Glas befestigt. Nach der Evakuierung der Röhre bis zu einem Hochvakuum wird mit der Elektronenkanone 4 ein F.lek-

)(i tronenstrahl 5 erzeugt. Dieser wird durch eine Ablenkspule 13 abgelenkt, so daß er auf die Kapsel 12 auftrifft und diese durchbohrt. Hierdurch gelangt das in der Kapsel eingeschlossene Gas in das Innere der Röhre.

j) Durch das Einschließen des Edelgases mit einem Parlialdruck von 10 ' Torr bis 10 ⁷ Torr wird die Wärmeabgabe der Lochmaske verbessert, ohne daß die Eigenschaften der Farbbildröhre durch dieses Gas beeinträchtigt werden. Demgemäß ist es möglich, auf

4,i diese Weise eine hochwertige Farbbildröhre mit einer geringen Farbstörung zu schaffen.

Das Edelgas kann mit einer äußerst genau eingestellten Menge der Röhre einverleibt werden. Das Gas wird in eine Kapse! eingeschlossen, die Kapsel wird

4-, in die Röhre gegeben. Sodann wird nach einem relativ einfachen Verfahren das Edelgas aus der Kapsel befreit.

Gemäß vorstehender Beschreibung wird vorzugsweise ein Edelgas verwendet. Ähnliche Ergebnisse

-,,ι können jedoch erzielt werden, wenn andere Inertgase verwendet werden, wie Wasserstoff. Stickstoff oder Kohlenwasserstoff gas.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Farbbildröhre mit Lochmaske und Inertgasfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck der Inertgasfüllung während des Betriebs der Farbbildröhre zwischen 10"' bis K)"⁷ Torr aufrechterhalten bleibt und einer Kühlung der Lochmaske (8) mittels Konvektion dient.

2. Verfahren zur Herstellung einer Farbbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in das Innere der Farbbildröhre eingebrachte Kapsel (11), die eine dosierte Menge Inertgas enthält, nachdem die Farbbildröhre hoch evakuiert und verschlossen wurde, anschließend entweder von außerhalb erhitzt wird oder von einem in geeigneter Weise abgesenkten eigenen Elektronenstrahl (S) durchbohrt wird, so daß das Inertgas das Innere der Farbbildröhre erfüllen und ein für die Konvektionskühlung der Lochmaske (8) geeigneter Druck von K)"² bis K)"⁷ Torr sich einstellen kann.