DE2925712A1

DE2925712A1 - Verfahren zur herstellung von elektrodensystemen und durch dieses verfahren hergestellte elektrodensysteme

Info

Publication number: DE2925712A1
Application number: DE19792925712
Authority: DE
Inventors: Willem Meijndert Van Alphen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1980-01-10
Also published as: BE877245A; JPS6366021B2; BR7903982A; NL7806868A; US4398896A; IT7923816A0; ES481868A1; GB2025298B; DE2925712C2; GB2025298A; CA1155484A; FR2430167A1; FR2430167B1; IT1121902B; JPS556788A

Description

Verfahren zur Herstellung von Elektrodensystemen und durch dieses Verfahren hergestellte Elektrodensysteme

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems, das mindestens zwei durch Isoliermaterial in einem definierten gegenseitigen Abstand positionierte Leiter aufweist, wobei etwaiger Grat von den einander zugewandten Teilen dieser Leiter dadurch entfernt wird, daß zwischen den Leitern ein elektrischer Potentialunterschied angelegt wird, der genügend groß ist, um zwischen den Leitern einen elektrischen tiberschlag zu erzeugen,

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Elektrodensystem, das durch Anwendung dieses Verfahrens hergestellt ist.

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Unter dem Ausdruck "Elektrodensystem" ist hier ein System elektrischer Leiter zu verstehen, zwischen denen unter Betriebsbedingungen ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird, wie z.B. bei Elektronenstrahlerzeugungssystemen, Farbauswahlelektroden mit nachfokussierender Wirkung für Farbbildröhren und auch Printplatten, auf denen dicht nebeneinander liegende Leiterbahnen angeordnet sind.

Bei Elektrodensystemen ₉ wie z.B. Elektronenstrahlerzeugungssystemen für Kathodenstrahlröhren, werden an die Hochspannungsfestigkeit des Elektrodensystems strenge Anforderungen gestellt. Dies bedeutet, daß die Möglichkeit des Auftretens eines elektrischen Überschlags zwischen in geringer Entfernung voneinander liegenden Elektroden unter üblichen Betriebsbedingungen des Elektrodensystems auf ein Mindestmaß beschränkt sein soll. Derartige Überschläge können nämlich dem Elektrodensystem selber, aber insbesondere auch der mit diesem verbundenen elektronischen Schaltung, Schaden zuführen. Die Ursache dieser Überschläge ist zu einem wesentlichen Teil auf mechanische Unvollkommenheiten des Elektrodensystems, wie Grat oder lockere Teilchen, die sich auf den Elektroden befinden, zurückzuführen. Daher ist es notwendig, diesen Grat und die lockeren Teilchen von den Elektroden zu entfernen, bevor das Elektrodensystem endgültig in Gebrauch genommen wird.

Nach einem allgemein üblichen Verfahren werden dieser Grat und die lockeren Teilchen dadurch entfernt, daß in der letzten Stufe oder einer der letzten Stufen des Herstellungsverfahrens des Elektrodensystems ein elektrischer Potentialunterschied zwischen in geringer Entfernung voneinander liegenden Elektroden angelegt wird, der größer als der Spannungsunterschied ist, bei dem diese Elektroden unter üblichen Betriebsbedingungen betrieben werden. Wenn dabei ein Überschlag auftritt, wird dieser meistens an der Stelle eines Grats oder eines lockeren Teilchens auftreten, was zur Folge hat, daß der Grat oder das lockere Teilchen weggeschmolzen oder

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weggebrannt wird, wodurch die Quelle weiterer Überschläge an der betreffenden Stelle beseitigt ist. Dieser Vorgang, der auch als "Abfunken" bezeichnet wird, wird im Vakuum durchgeführt. Beim derartigen Abfunken zerstäubt jedoch Metall, das sich auf elektrisch isolierenden Teilen des Elektrodensystems niederschlagen kann. Dies hat zur Folge, daß eine elektrische Leitung über die Wände dieser isolierenden Teile stattfinden kann, was unerwünscht ist. Insbesondere ist dies ein Problem bei Elektrodensystemen, bei denen der Isolierweg über das Isoliermaterial zwischen den Elektroden besonders kurz ist.

Ein derartiges Elektrodensystem ist z.B. in der GB-PS 1,496,949 beschrieben. Darin handelt es sich um eine Farbbildwiedergaberöhre vom Nachfokussierungstyp. Die in geringer Entfernung vor dem Bildschirm angeordnete Farbauswahlelektrode besteht dabei aus zwei nahezu flachen Elektrodenstrukturen, die durch sich zwischen den Elektrodenstrukturen befindende Isolatoren in einem Abstand von etwa 100 bis 200 /um voneinander gehalten werden. Die beiden Elektrodenstrukturen weisen eine Vielzahl paarweise gegeneinander ausgerichteter Öffnungen aus, durch die die von einem Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten Elektronenstrahlen hindurchfallen.

Die beiden Elektrodenstrukturen werden auf einem elektrischen Potentialunterschied von etwa 1000 bis 2000 V betrieben, um in den Öffnungen eine fokussierende Wirkung auf die Elektronenstrahlen auszuüben. Das Abfunken eines derartigen Elektrodensystems im Vakuum hat sich als ein ungeeignetes Verfahren erwiesen, weil bereits eine geringe Ablagerung zerstäubten Metalls auf den Isolatoren die Farbauswahlelek-

den

trode füy weiteren Gebrauch ungeeignet macht. Ablagerung zerstäubten Metalls ergibt insbesondere ein Problem beim Gebrauch von Kunststoff als Isoliermaterial. Eine elektrische Leitung über die Oberfläche des Isolators hat dann eine örtliche Erhitzung dieser Oberfläche zur Folge, wodurch ein Abbau und eine Kohlebildung im Kunststoff auftreten. Dadurch

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wird die elektrische Leitung immer stärker und es ergibt sich endgültig ein vollständiger Kurzschluß zwischen den beiden Elektrodenstrukturen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zum Abfunken von Elektrodensystemen zu schaffen, bei dem die Ablagerung zerstäubten Materials auf isolierenden Teilen des Elektrodensystems vermieden wird. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Elektrodensystem in eine dielektrische, d.h. stark isolierende Flüssigkeit eingetaucht wird, so daß sich mindestens die abzufunkenden Leiter unter dem Flüssigkeitsspiegel befinden, wonach der Potentialunterschied zum Erzeugen eines elektrischen Überschlags zwischen den Leitern angelegt wird. Wenn das Elektrodensystem in eine derartige Flüssigkeit eingetaucht und dann der gewünschte elektrische Potentialunterschied zwischen den abzufunkenden Leitern angelegt wird, werden elektrische Felder mit einer Stärke in derselben Größenordnung wie im Vakuum erzeugt. Wenn ein elektrischer Überschlag zu einem Grat auf einem der Leiter stattfindet, erfolgt auch hier Zerstäubung von Metall, aber dieses zerstäubte Metall kann sich infolge der geringen freien Weglänge in der dielektrischen Flüssigkeit nicht mehr auf den isolierenden Teilen des Elektrodensystems ablagern. Die dielektrische Flüssigkeit wirkt zugleich als Kühlflüssigkeit, wodurch örtliche Überhitzung infolge elektrischer Überschläge vermieden wird.

Beispiele dielektrischer Flüssigkeiten, die für den Zweck der Erfindung geeignet sind, sind halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrachlorkohlenstoff und Freone. Andere Beispiele geeigneter Flüssigkeiten sind inerte Gase in flüssigem Zustand, vorzugsweise flüssiger Stickstoff. Weitere Beispiele von Flüssigkeiten sind Kerosin, SiedepunkläDenzin und Paraffinöl. Im allgemeinen sind diejenigen dielektrischen Flüssigkeiten geeignet, die sich leicht vor? dem Elektrodensystem abdampfen oder abspulen lassen.

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Beim Abfunken des Elektrodensystems kann sich der Fall ergeben, daß infolge eines elektrischen Überschlags kleine Feststoffteilchen von dem Isoliermaterial oder dem Elektrodenmaterial losgerissen werden. Diese Teilchen werden hauptsächlich in den Flüssigkeitsströmungen mitgeführt, die infolge des Injizierens von Ladungsträgern in die Flüssigkeit in der Nähe des Elektrodensystems gebildet werden (elektrohydrodynamischer Effekt). Das Entfernen- dieser Teilchen aus der Nähe des Elektrodensystems kann dadurch gefördert werden, daß die dielektrische Flüssigkeit über ein Filter umgepumpt wird. Eine weitere Möglichkeit ist noch, diese Teilchen mit einer in der dielektrischen Flüssigkeit angeordneten Hilfselektrode über elektrostatische Kräfte aus der Nähe des Elektrodensystems zu entfernen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Beispiel eines unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Elektrodensystems,

Fig. 3a ein anderes Beispiel eines unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Elektrodensystems ,

Fig. 3b ein Detail des Elektrodensystems nach Fig. 3a und

Fig. 4 eine auf einer Isolierplatte angebrachte Struktur elektrischer Leiter.

In Fig. 1 befindet sich in einem mit Tetrachlorkohlenstoff 1 gefüllten Gefäß 2 ein Elektrodensystem, das aus einer ersten Elektrodenstruktur 3, einer zweiten Elektrodenstruktur 4 und einer Anzahl zwischen den Elektrodenstrukturen angeordneter und an diesen haftender Isolatoren 5 besteht. Die Elektrodenstrukturen 3 und 4 sind über Leiter 6 und 7 und eine in Reihe geschaltete Impedanz R mit einem Hochspannungsgenerator 8 verbunden. Gegebenenfalls kann parallel zu dem Elektrodensystem

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ein Kondensator C in die Schaltung aufgenommen werden, mit dem nach Bedarf die bei einem elektrischen Überschlag verfügbare Energiemenge eingestellt werden kann.

Der zum Abfunken des Elektrodensystems erforderliche Potentialunterschied zwischen den Elektrodenstrukturen 3 und 4 hängt von dem Potentialunterschied ab, der unter üblichen Betriebsbedingungen zwischen den Elektrodenstrukturen 3 und 4 angelegt ist. So ist ein Spannungsunterschied von etwa 3000 V genügend, wenn die übliche Betriebsspannung des Elektrodensystem etwa 2000 V beträgt. Vorzugsweise wird zum Abfunken ein Spannungsgenerator 8 verwendet, der Spannungsimpulse oder eine Wechselspannung abgibt, um die Spannungsfestigkeit des Elektrodensystems in beiden Richtungen zu verbessern. Wenn sich auf wenigstens einer der einander zugewandten Oberflächen der Elektrodenstrukturen 3 und 4 ein Grat befindet oder daran ein Feststoffteilchen festgeklebt ist, wird an dieser Stelle ein elektrischer Überschlag auftreten.

Wie erwähnt, kann nach Bedarf ein Kondensator C in die Schaltung aufgenommen werden, der sich während dieses Überschlags entlädt, und die dabei ausgelöste elektrische Energie ist meistens genügend, um den Grat oder das Feststoffteilchen wegzuschmelzen. Die verhältnismäßig hohe Impedanz R von z.B. 5 MOhm verhindert die Bildung einer Bogenentladung zwischen den Elektrodenstrukturen 3 und 4, damit das Elektrodensystem selber nicht beschädigt wird. Durch die geringe freie Weglänge in der Flüssigkeit kann sich das beim Überschlag zerstäubte Metall nicht auf den Isolatoren 5 ablagern. Infolge des elektrohydrodynamischen Effektes entsteht in der Nähe der Elektrodenstrukturen 3 und 4 ein Umlauf der Flüssigkeit 1, in dem auch etwaige beim elektrischen Überschlag von dem Elektrodensystem losgerissene Feststoffteilen mitgeführt werden. Gegebenenfalls können diese Teilchen aus dieser Flüssigkeit dadurch entfernt werden, daß diese Flüssigkeit über eine Leitung 9, in die ein Filter 10 und eine Pumpe 11 aufgenommen sind, umgepumpt wird.

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Auch ist es möglich, diese Teilchen auf elektrostatischem Wege aus der Umgebung des Elektrodensystem^ zu entfernen. Dazu wird mindestens eine Hilfselektrode 12 auf ein Potential derart gebracht, daß ein sich außerhalb des Elektrodensystems erstreckendes elektrostatisches Feld erzeugt wird» Durch elektrostatische Kräfte v/erden die gegebenenfalls bei einem Überschlag losgerissenen Teilchen aus der Umgebung des Elektrodensystems "weggesaugt". Auch in diesem Falle kann zur Entfernung der Teilchen aus der Flüssigkeit der Pumpkreis verwendet werden.

In Fig. 2 ist ein Elektrodensystem dargestellt, wie es üblicherweise in einer Farbfernsehbildröhre verwendet wird und das unter Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt ist. Das Elektrodensystem besteht aus drei Elektronenstrahlerzeugungssystemen 13, 14 und 15. Jedes Elektronenstrahlerzeugungssystem weist eine erste Elektrode 21, eine zweite Elektrode 22, eine dritte Elektrode 23 und eine vierte Elektrode 24 auf. Diese Elektroden sind in bezug aufeinander mit Hilfe von Metallstreifen 17 positioniert, die in gläserne Montagestäbe 18 eingeschmolzen sind. Bei einem derartigen Elektrodenstrahlerzeugungssystem liegen unter Betriebsbedingungen die Elektroden 23 an einem Potential von etwa 5 kV und die Elektroden 24 an einem Potential von etwa 25 kV. Um die Möglichkeit des Auftretens eines elektrischen Überschlags zwischen den Elektroden 23 und 24 auf ein Mindestmaß zu beschränken, ist das Elektronenstrahlerzeugungssystem auf eine anhand der Fig. 1 beschriebene Weise abgefunkt. Dabei soll ein Spannungsgenerator verwendet werden, der erheblich größere Spannungsimpulse als der unter Betriebsbedingungen zwischen den Elektrodenstrukturen 23 und 24 vorhandene Potentialunterschied abgibt. Zum Abfunken eines derartigen Elektrodensystems sind-Spannungsunterschiede von 30 bis 50 kV genügend. Der gewünschte Spannungsunterschied kann mit Hilfe von Spannungsimpulsen erhalten werden, die gegebenenfalls einem Gleichspannungspegel überlagert sind.

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Fig. 3a zeigt ein Elektrodensystem, das aus zwei flachen Elektrodenstrukturen aufgebaut ist. Ein derartiges Elektrodensystem eignet sich zur Anwendung als Farbauswahlelektrode in einer Farbfernsehbildröhre vom Nachfokussierungstyp. Das Elektrodensystem enthält eine erste Elektrodenstruktur, die aus einem Satz zueinander paralleler Metallleiter 37 besteht, und eine zweite Elektrodenstruktur, die aus einem Satz zueinander paralleler Leiter 36 besteht, die die Leiter 37 senkrecht kreuzen. Die sich kreuzenden Leiter werden mit Hilfe von Isolatoren 35 in einem Abstand von etwa 150 /um voneinander gehalten, während sich zwischen den Leitern 36 und 37 Offnungen 39 befinden. Zur Illustrierung ist in Fig. 3b die Wirkung eines derartigen Elektrodensystems in einer Farbfernsehbildröhre schematisch veranschaulicht. Es ist ein Bildschirm 38 dargestellt, auf dem drei zu einer Öffnung 39 gehörige Leuchtstoffstreifen, die mit R (Rot), G (Grün) und B (Blau) bezeichnet sind, angeordnet sind.

Das dargestellte Elektrodensystem wirkt, was die Farbauswahl anbelangt, auf analoge Weise wie die bei Farbfernsehbildröhren bekannte Lochmaske, d.h., daß drei Elektronenstrahlen die Öffnungen 39 unter einem kleinen Winkel zueinander (dem sogenannten Farbauswahlwinkel) passieren und demzufolge je nur Leuchtstoffstreifen einer bestimmten Farbe treffen. In Fig. 3b ist nur ein einziger Elektronenstrahl gezeigt, und zwar der Strahl, der den grünen Leuchtstoff streif en G trifft. Der Elektronenstrahl wird in der Öffnung 39 derart fokussiert, daß sich nicht der mit gestrichelten Linien angegebene Elektronenfleck 29, sondern der mit 30 angegebene Elektronenfleck auf dem Bildschirm bildet. Zum Erhalten dieser Fokussierung werden die Elektroden 36 auf einem niedrigeren elektrischen Potential als die Elektroden 37 betrieben.

So beträgt bei einem Potential des Bildschirmes 38 von 25 kV das Potential der Leiter 36 etwa 24,5 kV und das der Leiter

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etwa 25,5 kV. Für eine gute Fokussierung der Elektronenstrahlen in den Öffnungen 39 ist eine große Spannungsfestigkeit des Elektrodensystems erforderlich. Gerade wegen des kurzen Isolierweges (150 /um) zwischen den Elektroden und 37 bietet das Abfunken eines derartigen Elektrodensystems auf eine anhand der Fig. 1 erläuterte Weise große Vorteile in bezug auf das Abfunken im Vakuum. Zum Abfunken dieses Elektrodensystems sind Spannungsimpulse von etwa 3 kV ausreichend. Die für das Abfunken benötigte Zeitdauer kann für verschiedene Elektrodensysteme etwas verschieden sein, aber beträgt im allgemeinen etwa 1 Minute.

Fig. 4 bezieht sich auf einen Teil einer elektrischen Schaltung, in der elektrisch leitende Bahnen 51 auf einer elektrisch isolierenden Platte 50 angeordnet sind (Printplatte). Auch in diesem Falle können zwischen den Leitern 51 elektrische Überschläge auftreten, wenn zwischen diesen Leitern unter Betriebsbedingungen ein großer Potentialunterschied besteht. Die Erfindung kann hier auf die oben beschriebene Weise mit Vorteil dadurch angewandt werden, daß die Platte 50 in eine dielektrische Flüssigkeit eingetaucht und zwischen den Leitern 51 ein Potentialunterschied für das Abfunken der Leiter 51 angelegt wird.

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Claims

N.V. Philips' GloeilaiipHn/abri^ea, r]inuliOven/Holland PATENTANSPRÜCHE;

1.1 Verfahren zur Herstellung eines Slektrodensystems, das mindestens zwei mit Hilfe von Isoliermaterial in einem definierten gegenseitigen Abstand positionierte Leiter aufweist, wobei etwaiger Grat von den einander zugewandten Teilen dieser Leiter dadurch entfernt werden, daß zwischen den Leitern ein elektrischer Potentialunterschied angelegt wird, der genügend groß ist, um zwischen den Leitern einen elektrischen Überschlag zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem in eine dielektrische Flüssigkeit eingetaucht wird, so daß sich mindestens die abzusinkenden Leiter unter den Flüssigkeitsspiegel befinden, wonach der Potentialunterschied zum Erzeugen eines elektrischen Überschlags zwischen den Leitern angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Flüssigkeit aus einem halogenierten Kohlenwasserstoff besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Flüssigkeit aus einem sich in der Flüssigkeitsphase befindenden inerten Gas besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Flüssigkeit aus flüssigem Stickstoff besteht .

5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Flüssigkeit über ein Filter umgepumpt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der dielektrischen Flüssigkeit in der Nahe des Elektrodensystems mindestens eine Hilfselektrode angeordnet ist, die auf ein elektrisches Potential derart gebracht wird, daß ein sich außerhalb des Elektrodensj^stems erstreckendes elektrostatisches Feld erzeugt wird.

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7. Elektrodensystem, das durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.

8. Elektrodensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem aus einem Elektronenstrahlerzeugungssystem zum Erzeugen mindestens eines Elektronenstrahls in einer Kathodenstrahlröhre besteht.

9. Elektrodensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem aus mindestens zwei flachen oder im wesentlichen flachen Elektrodenstrukturen besteht, die mit Hilfe von Isolatoren in einem definierten gegenseitigen Abstand gehalten werden.

10. Elektrodensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem aus einer auf einer Isolierplatte angebrachten Struktur elektrischer Leiter besteht.

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