DE2925712C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems, das mindestens zwei durch Isolier­ material in einem definierten gegenseitigen Abstand posi­ tionierte Leiter aufweist, wobei etwaige Grate von den ein­ ander zugewandten Teilen dieser Leiter dadurch entfernt werden, daß zwischen den Leitern ein elektrischer Potentialunter­ schied angelegt wird, der genügend groß ist, um zwischen den Leitern einen elektrischen Überschlag zu erzeugen.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Verwendungen dieses Verfahrens.

Unter dem Ausdruck "Elektrodensystem" ist hier ein System elektrischer Leiter zu verstehen, zwischen denen unter Be­ triebsbedingungen ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird, wie z. B. bei Elektronenstrahlerzeugungssystemen, Farb­ auswahlelektroden mit nachfokussierender Wirkung für Farb­ bildröhren und auch Printplatten, auf denen dicht nebenein­ ander liegende Leiterbahnen angeordnet sind.

Bei Elektrodensystemen, wie z. B. Elektronenstrahlerzeugungs­ systemen für Kathodenstrahlröhren, werden an die Hoch­ spannungsfestigkeit des Elektrodensystems strenge Anforderungen gestellt. Dies bedeutet, daß die Möglichkeit des Auftretens eines elektrischen Überschlags zwischen in geringer Ent­ fernung voneinander liegenden Elektroden unter üblichen Be­ triebsbedingungen 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 zu­ führen. Die Ursache dieser Überschläge ist zu einem wesent­ lichen Teil auf mechanische Unvollkommenheiten des Elektroden­ systems, 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 Herstellungs­ verfahrens des Elektrodensystems ein elektrischer Potential­ unterschied zwischen in geringer Entfernung voneinander lie­ genden Elektroden angelegt wird, der größer als der Spannungs­ unterschied ist, bei dem diese Elektroden unter üblichen Be­ triebsbedingungen 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 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 iso­ lierenden Teile stattfinden kann, was unerwünscht ist. Ins­ besondere ist dies ein Problem bei Elektronensystemen, bei denen der Isolierweg über das Isoliermaterial zwischen den Elektroden besonders kurz ist.

Ein derartiges Elektrodensystem ist z. B. in der GB-PS 14 96 949 beschrieben. Darin handelt es sich um eine Farbbildwiedergabe­ röhre 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 µm voneinander gehalten werden. Die beiden Elektrodenstrukturen weisen eine Viel­ zahl paarweise gegeneinander ausgerichteter Öffnungen aus, durch die die von einem Elektronenstrahlerzeugungs­ system erzeugten Elektronenstrahlen hindurchtreten.

Die beiden Elektrodenstrukturen werden auf einem elektrischen Potentialunterschied von etwa 1000 bis 2000 V betrieben, um in den Öffnungen eine fokussierende Wirkung auf die Elek­ tronenstrahlen 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 trode für den weiteren Gebrauch ungeeignet macht. Die Ablagerung zer­ stäubten Metalls ergibt insbesondere ein Problem beim Ge­ brauch 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 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 zur Herstellung eines Elektrodensystems der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Ablagerung zerstäubten Materials auf isolierenden Teilen des Elektroden­ systems vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Ver­ fahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung da­ durch gelöst, daß das Elektrodensystem in eine dielek­ trische Flüssigkeit eingetaucht wird, so daß sich mindestens die abzufunkenden Leiter unter dem Flüssigkeitsspiegel befinden, wonach der Potentialunter­ schied zum Erzeugen eines elektrischen Überschlags zwischen den Leitern angelegt wird.

Wenn das Elektrodensystem in eine derartige dielektrische, d. h. stark isolierende Flüssigkeit eingetaucht und dann der ge­ wünschte elektrische Potentialunterschied zwischen den abzu­ funkenden 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 Zer­ stäubung von Metall, aber dieses zerstäubte Metall kann sich infolge der geringen freien Weglänge in der dielektrischen Flüssigkeit nicht mehr auf den isolierenden Teilen des Elek­ trodensystems ablagern. Die dielektrische Flüssigkeit wirkt zugleich als Kühlflüssigkeit, wodurch örtliche Überhitzung infolge elektrischer Überschläge vermieden wird.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Verwendungen hiervon sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Beispiele für dielektrische, aus haloginierten Kohlenwasserstoffen bestehende Flüssigkeiten sind Tetrachlorkohlenstoff und Freone. Weitere Bei­ spiele von Flüssigkeiten sind Kerosin, Siedepunktsbenzin und Paraffinöl. Im allgemeinen sind diejenigen dielektrischen Flüssigkeiten geeignet, die sich leicht vor dem Elektroden­ system abdampfen oder abspülen lassen.

Beim Abfunken des Elektrodensystems kann sich der Fall ergeben, daß infolge eines elektrischen Überschlags kleine Feststoffteilchen von dem Isoliermaterial oder dem Elek­ trodenmaterial losgerissen werden. Diese Teilchen werden hauptsächlich in den Flüssigkeitsströmungen mitgeführt, die infolge des Injizierens von Ladungsträgern in die Flüssig­ keit in der Nähe des Elektrodensystems gebildet werden (elektrohydrodynamischer Effekt). Das Entfernen dieser Teilchen aus der Nähe des Elektrodensystems kann durch die in den Ansprüchen 5 oder 6 genannten Verfahrensschritte gefördert werden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zum Durchführen eines Ausführungsbeispiels des Ver­ fahrens nach der Erfindung,

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

Fig. 3a ein anderes Beispiel eines unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens hergestellten Elektroden­ systems,

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 Elektroden­ strukturen 3 und 4 sind über Leiter 6 und 7 und eine in Reihe geschaltete Impedanz R mit einem Hochspannungsgenerator 8 ver­ bunden. Gegebenenfalls kann parallel zu dem Elektrodensystem ein Kondensator C in die Schaltung aufgenommen werden, mit dem nach Bedarf die bei einem elektrischen Überschlag verfüg­ bare Energiemenge eingestellt werden kann.

Der zum Abfunken des Elektrodensystems erforderliche Potential­ unterschied zwischen den Elektrodenstrukturen 3 und 4 hängt von dem Potentialunterschied ab, der unter üblichen Betriebs­ bedingungen zwischen den Elektrodenstrukturen 3 und 4 angelegt ist. So ist ein Spannungsunterschied von etwa 3000 V genügend, wenn die übliche Betriebsspannung des Elektrodensystems etwa 2000 V beträgt. Vorzugsweise wird zum Abfunken ein Spannungs­ generator 8 verwendet, der Spannungsimpulse oder eine Wechsel­ spannung abgibt, um die Spannungsfestigkeit des Elektroden­ systems in beiden Richtungen zu verbessern. Wenn sich auf wenigstens einer der beiden 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 Fest­ stoffteilchen wegzuschmelzen. Die verhältnismäßig hohe Impe­ danz R von z. B. 5 MOhm verhindert die Bildung einer Bogen­ entladung 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 ent­ steht in der Nähe der Elektrodenstrukturen 3 und 4 ein Um­ lauf der Flüssigkeit 1, in dem auch etwaige beim elektrischen Überschlag von dem Elektrodensystem losgerissene Feststoff­ teilen 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.

Auch ist es möglich, diese Teilchen auf elektrostatischem Wege aus der Umgebung des Elektrodensystems 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 werden die gegebenenfalls bei einem Überschlag losgerissenen Teilchen aus der Umgebung des Elek­ trodensystems "weggesaugt". Auch in diesem Falle kann zur Entfernung der Teilchen aus der Flüssigkeit der Pumpkreis 9 verwendet werden.

In Fig. 2 ist ein Elektrodensystem dargestellt, wie es üblicherweise in einer Farbfernsehbildröhre verwendet wird und das unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens 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 Elek­ trode 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 Elektronenstrahlerzeugungssystem 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 Elektronen­ strahlerzeugungssystem auf eine anhand der Fig. 1 be­ schriebene Weise abgefunkt. Dabei soll ein Spannungsgenerator verwendet werden, der erheblich größere Spannungsimpulse als der unter Betriebsbedingungen zwischen den Elektroden­ strukturen 23 und 24 vorhandene Potentialunterschied abgibt. Zum Abfunken eines derartigen Elektrodensystems sind Spannungsunterschiede von 30 bis 50 kV genügend. Der ge­ wünschte Spannungsunterschied kann mit Hilfe von Spannungs­ impulsen erhalten werden, die gegebenenfalls einem Gleich­ spannungspegel überlagert sind.

Fig. 3a zeigt ein Elektrodensystem, das aus zwei flachen Elektrodenstrukturen aufgebaut ist. Ein derartiges Elek­ trodensystem eignet sich zur Anwendung als Farbauswahl­ elektrode in einer Farbfernsehbildröhre vom Nachfokussierungs­ typ. Das Elektrodensystem enthält eine erste Elektroden­ struktur, die aus einem Satz zueinander paralleler Metall­ leiter 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 µm voneinander gehalten, während sich zwischen den Leitern 36 und 37 Öffnungen 39 befinden. Zur Illustrierung ist in Fig. 3b die Wirkung eines derartigen Elektroden­ systems in einer Farbfernsehbildröhre schematisch veran­ schaulicht. 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, ange­ ordnet sind.

Das dargestellte Elektrodensystem wirkt, was die Farbaus­ wahl anbelangt, auf analoge Weise wie die bei Farbfernseh­ bildröhren bekannte Lochmaske, d. h., daß drei Elektronen­ strahlen die Öffnungen 39 unter einem kleinen Winkel zu­ einander (dem sogenannten Farbauswahlwinkel) passieren und demzufolge je nur Leuchtstoffstreifen einer bestimmten Farbe treffen. In Fig. 3b ist nur ein einziger Elektronen­ strahl gezeigt, und zwar der Strahl, der den grünen Leucht­ stoffstreifen G trifft. Der Elektronenstrahl wird in der Öffnung 39 derart fokussiert, daß sich nicht der mit ge­ strichelten Linien angegebene Elektronenfleck 29, sondern der mit 30 angegebene Elektronenfleck auf dem Bildschirm 38 bildet. Zum Erhalten dieser Fokussierung werden die Elek­ troden 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 37 etwa 25,5 kV. Für eine gute Fokussierung der Elektroden­ strahlen in den Öffnungen 39 ist eine große Spannungs­ festigkeit des Elektrodensystems erforderlich. Gerade wegen des kurzen Isolierweges (150 µm) zwischen den Elektroden 36 und 37 bietet das Abfunken eines derartigen Elektroden­ systems 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. Das beschriebene Verfahren kann hier 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.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems, das mindestens zwei mit Hilfe von Isoliermaterial in einem de­ finierten gegenseitigen Abstand positionierte Leiter auf­ weist, wobei etwaige Grate 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 abzufunkenden Leiter unter dem Flüssigkeitsspiegel befinden, wonach der Potentialunterschied zum Erzeugen eines elektrischen Über­ schlags zwischen den Leitern angelegt wird.

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

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

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

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, 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 Nähe des Elektrodensystems mindestens eine Hilfselektrode ange­ ordnet ist, die auf ein elektrisches Potential derart gebracht wird, daß ein sich außerhalb des Elektrodensystems erstreckendes elektrostatisches Feld erzeugt wird.

7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Elektrodensystems für ein Elektronenstrahlerzeugungs­ system zum Erzeugen mindestens eines Elektronenstrahls in einer Kathodenstrahlröhre.

8. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Elektrodensystems aus mindestens zwei flachen oder im wesentlichen flachen Elektrodenstrukturen, die mit Hilfe von Isolatoren in einem definierten gegenseitigen Ab­ stand gehalten sind.

9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Elektrodensystems aus einer auf einer Isolierplatte angebrachten Struktur elektrischer Leiter.