DE2943803A1

DE2943803A1 - Kathodenstrahlroehre mit inseitigem metallkontaktstreifen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2943803A1
Application number: DE19792943803
Authority: DE
Inventors: Bernard Beverly Mccue
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1978-10-30
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1980-05-08
Also published as: US4232248A; JPS5560256A; IT1123377B; FR2440611A1; IT7926133A0

Description

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RCA 72,930/Sch/Vu

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

Kathodenstrahlröhre mit inseitigem Metallkontaktstreifen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Kathodenstrahlröhre und betrifft insbesondere eine solche Röhre mit einem inseitigen, elektrisch leitenden Streifen oder Flecken, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Röhre.

Eine Kathodenstrahlröhre hat üblicherweise einen evakuierten Glaskolben, einen elektrisch leitenden Konusüberzug bzw. eine solche Schicht auf der Innenwandung des Kolbens und einen metallischen Anodenkontakt, welcher abgedichtet durch die Wandung des Kolbens geführt ist und in elektrischer Verbindung mit dem Konusüberzug steht. Der Konusüberzug dient zur Aufladung auf ein hohes Potential, welches über den Anodenkontakt zugeführt wird. Einige Typen von Kathodenstrahlröhren enthalten einen metallisierten Leuchtschirm auf der Innenseite der Frontplatte des Kolbens und eine Lochmaskenanordnung, die in geringem Abstand vom Bildschirm angeordnet ist und auf mehreren Metallvorsprüngen gehaltert ist, die in die Kolbenwand eingelassen sind.

Für einen richtigen Betrieb der Kathodenstrahlröhre muß eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen Bildschirm und Anodenkontakt vorhanden sein. Besteht hier eine Diskontinuität, dann bauen sich elektrische Ladungen auf dem Bildschirm auf, wel-

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che Fehler beim Betrieb der Bildröhre verursachen. Eine Unterbrechung dieser Kontinuität findet man vorzugsweise an der Innenfläche des Kolbens bei den Vorsprüngen oder dem Anodenkontakt. Um eine Kontinuierlichkeit der elektrischen Verhältnisse sicherzustellen, war es üblich, einen elektrisch leitenden überzug in Form eines Streifens oder Fleckens an mindestens einem der Vorsprünge und/oder an dem Anodenkontaktnippel anzubringen. Man hat dies durch Aufbürsten oder anderweitiges Aufbringen eines Streifens oder Fleckens aus einer Verbindung durchgeführt, welche nach Trocknen und Härten bei etwa 40O⁰C einen chemisch stabilen, elektrisch leitenden Streifen oder Flecken auf dem interessierenden Flächenbereich bildet. Die meisten bekannten Streifen oder Flecken bestehen im wesentlichen aus Graphit mit einem Alkalisilikatbindemittel von ähnlichen Eigenschaften wie der Konusbelag. Solche bekannten Belagverbindungen haben verschiedene Nachteile für diesen Anwendungszweck. Sie trocknen nur relativ langsam und sind nach dem Trocknen nicht genügend unlöslich in Wasser, um den nachfolgenden Behandlungen in wässrigen Medien zu widerstehen.

Die erfindungsgemäße neue Kathodenstrahlröhre weist einen evakuierten Glaskolben auf, an dessen Innenfläche ein leitender Metallkörper angebracht ist, und an mindestens einem Teil dieser Innenfläche haftet eine leitende Schicht. Ein leitender Überzug in Form eines Streifens oder Fleckes kontaktiert sowohl die leitende Schicht als auch den Metallkörper. Der leitende überzug besteht im wesentlichen aus einem größeren Anteil mindestens eines Metalles aus der Metallgruppe Zinn, Blei und Indium und aus einem kleineren Anteil eines Glases, vorzugsweise etwa 2 bis 5 Gew.-% entglastem Glases.

Bei dem neuen Verfahren entsteht der leitende Belag durch Aufbringen, vorzugsweise Bürsten, eines Streifens auf die gewünschte Oberfläche, der eine Mischung aus Metallpartikeln oder Flocken, Glaspartikeln und einem organischen polymeren Bindemittel in einem organischen Lösungsmittel aufweist. Dann wird der

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Aufbau einschließlich des leitenden Überzugs erhitzt, bis das organische Material in dem Streifen entfernt ist und die Metall- und Glaspartikel gesintert oder zusammengeschmolzen sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden ein Vorsprung und die angrenzende Frontplatte beschichtet. Dann wird der Schirm in üblicher Weise mit dem Film überzogen, metallisiert und ausgeheizt. Wegen seiner Eigenschaften schnell zu trocknen, kann der Überzug aufgebracht werden, wenn sich die Frontplatte kurz vor dem Ausbilden des Filmes auf einer Schirmausbildungsmaschine befindet. Das Befilmen und Metallisieren kann auf der Oberseite des Streifens erfolgen wegen seiner guten mechanischen Festigkeit und Unlöslichkeit in Wasser. Nach dem Ausheizen hat der Oberzug eine gute mechanische Festigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht durch eine neue Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung des Kolbens der in Fig.1 gezeigten Röhre längs der Linie 2-2 und

Fig. 3 eine vergrößerte Teildarstellung des Kolbens der Röhre gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie 3-3.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Kathodenstrahlröhre handelt es sich um eine Lochmaskenbildröhre. Sie enthält einen evakuierten Kolben 21 mit einem Hals 23, der aus einem Stück mit einem Konus 25 besteht, und mit einer Frontplatte 27, die über eine Abdicht naht 29, vorzugsweise aus entglastem Glas, mit dem Konus verbun den ist. Auf der Innenfläche der Frontplatte 27 befindet sich eine Mosaikleuchtschicht 21 aus verschiedenen farbemittierenden Leuchtstoffmaterialien, auf der eine lichtreflektierende Metall schicht 33, etwa aus Aluminium, liegt. Die Leuchtschicht 31 kann

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bei geeigneter Abtastung durch drei Elektronenstrahlen, die von einem im Hals 23 angeordneten Strahlsystem 35 kommen, leuchtende Bilder in Farbe erzeugen, die durch die Frontplatte 27 betrachtet werden können. Die Leuchtschicht 31, die lichtreflektierende Metallschicht 33 und weitere Aufbauteile bilden den Bildschirm der Röhre.

Auf einem Teil der Innenfläche des Kolbens 25 befindet sich zwischen dem Strahlsystem 35 und der Abdichtnaht 29 ein elektrisch leitender innerer Konusüberzug 37. Drei Metallfinger 39 halten das Strahlsystem 35 im Abstand von der Halswand und verbinden den vorderen Teil des Strahlsystems 35 mit dem Halsüberzug 37. In dichtem Abstand von der Metallschicht 3 3 befindet sich dem Strahlsystem 35 zugewandt eine Metallmaske 31, in der eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet ist. Die Maske 41 ist in einem Metallrahmen 43 eingeschweißt, der durch am Rahmen 43 befestigte Federn 47 auf Vorsprüngen 4 5 gehalten wird, die in die Wand der Frontplatte 27 eingeschweißt sind. Außer den als nächstes erläuterten Merkmalen ist die Röhre hinsichtlich Aufbau und Betrieb konventionell, so daß eine weitere detaillierte Beschreibung entbehrlich ist.

Fig. 2 zeigt einen der Vorsprünge 45 und den angrenzenden Aufbau in mehr Einzelheiten. Der Vorsprung 45 ist in die innere Seitenwand der Frontplatte 27 eingebettet, und ein elektrisch leitender überzug in Form eines Streifens oder Fleckens 49 sitzt gemäß der Erfindung an der Innenfläche der Frontplatte 27 und ragt in Kontakt halb um den Stutzen 45 herum und dann in Richtung zur Leuchtschicht 31 ungefähr bis zur Formgrenzlinie 51 (hierunter versteht man diejenige Linie, die beim Schmelzen während der Formung der Frontplatte 27 freibleibt). Die Metallschicht 3 3 erstreckt sich von oberhalb der Leuchtschicht 31 zum Vorsprung 45 und überlappt den Streifen 49 unter Kontaktbildung zu diesem. Der Streifen 49 kann auch gewünschtenfalls in anderer Orientierung liegen; er besteht aus etwa 96 Gew.-% metallischem Zinn und etwa 4 Gew.-% entglastem Glas.

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Dieser bevorzugte leitende Überzug kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Die Leuchtschicht 31 wird auf der Frontscheibe 27 auf eine der bekannten Arten abgelagert. Nachdem der Schirm ausgebildet ist, wird dann vor dem Überziehen der Leuchtschicht 31 ein Überzug in Streifenform mit einer Bürste auf die I-nnenfläche der Frontscheibe 27 aufgebracht, so daß sie einen Vorsprung 45 berührt und sich auch dort befindet, wo die Metallschicht 33 sein wird. Eine geeignete Zusammensetzung dieses Streifens läßt sich bereiten durch Mahlen von 96g metallischen Zinnpulvers mit 25g einer 3 Gew.-%igen Lösung von A'thylzellulose in Xylol über eine Dauer von 18 Stunden unter Verwendung von Stahlkugeln mit 6,4 mm (0,25") Durchmesser. Dann werden 4g Glaslötpulver von der Art, wie es für die Abdichtungsverbindung 29 verwendet wird, in die Mühle hinzugegeben, und dann wird etwa 6 Stunden weitergemahlen. Die gemahlene Aufschlämmung wird aus der Mühle entfernt und ist fertig zur Verwendung bei dem neuen Verfahren.

Nach dem Aufbringen trocknet der Streifen schnell zu einem wasserunlöslichen Material, welches weiteren Behandlungen auf Wasserbasis ausgesetzt werden kann, wie etwa Überziehen mit einer Emulsion auf Wasserbasis und Spülen mit Wasser. Die Leuchtschicht 31 wird als nächstes mit einem organischen Polymerfilm überzogen, falls erforderlich, und getrocknet. Dann wird die Frontplatte metallisiert durch Aufdampfen metallischen Aluminiums von einem Verdampfer bei reduziertem Druck (etwa 10 Torr) und Ablagerung des Dampfes auf der beschichteten Leuchtstoffschicht 31, dem Streifen 59 und dem Vorsprung 45. Wegen der Wege, welche der Aluminiummetalldampf vom Verdampfer nimmt, entsteht immer ein Bereich um die Basis des Vorsprungs 45, wo sich kein Aluminium niederschlägt oder die Aluminiumschicht zu dünn ist, um eine adequate elektrische Leitfähigkeit zu ergeben. Der Streifen 49 dehnt den Kontaktbereich der Metallschicht 33 auf eine größere Fläche aus. Nach der Metallisierung wird die Frontplatte 27 in Luft in einem Ofen ausgeheizt, wobei die flüchtigen und organischen Bestandteile der Leuchtschicht 31, des Überzugs

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und des Streifens 49 verdampfen und damit entfernt werden. Der Ofen erreicht eine Maximaltemperatur von etwa 4 5O°C. Während dieses Ausheizens zerfließen das Zinn und Glas des Streifens in eine gleichförmige Schicht. Das Glaslötpulver schmilzt ebenfalls und bindet nach dem Abkühlen die Zinnschicht fest an die Frontplattenglasoberflache und den Metallkörper. Der auf diese Weise entstandene leitende Überzug hat einen spezifischen Widerstand von etwa 1 bis 5 Ohm auf eine Länge von einem Zoll, also 2,54 cm. Nach dem Ausheizen wird die Frontplatte mit dem Konus 35 über die Verbindungsglasabdichtung 29 zusammengefügt und befestigt, und die anschließenden Montageschritte für die Röhre werden zur Komplettierung einer evakuierten Kathodenstrahlröhre in bekannter Weise ausgeführt.

Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, kann der Anodenkontaktpunkt 53 durch das neue Verfahren mit einem Streifen versehen werden. Der Anodenkontaktpunkt 53 ist ein in die Wand des Konus eingeschmolzener Metallkörper, dessen Oberfläche an die innere Oberfläche des Konus 25 angrenzt. Normalerweise erstreckt sich der Konusüberzug 37 über beide Oberflächen. Manchmal bricht der Überzug 37 aber um den Kontaktpunkt 53 herum, so daß sich eine elektrische Unterbrechung ergibt. Dieses Problem läßt sich lösen durch Anbringen eines Streifens oder Fleckens 55 an diese angrenzenden Oberflächen entsprechend dem hier beschriebenen Verfahren der Erfindung. Fig. 3 läßt erkennen, daß der Streifen 55 zwischen dem Kontaktpunkt 53 und dem Überzug 37 liegt. Der nach dem neuen Verfahren ausgebildete Streifen kann durch Bürsten oder Aufsprühen aufgebracht werden.

Bevorzugter Weise wird der leitende Streifen aus einer Aufschlämmung hergestellt, die metallische Zinnflocken in organischen und anorganischen Bindemitteln in einem organischen Lösungsmittel, wie etwa Xylol, enthält. Zinnpulver und Glaslötpulver, welches letztlich bei dem Streifen das anorganische Bindemittel bildet, werden vorgemischt, so daß das Lötglas in einer Konzentration von 2 bis 5 Gew.-% bezüglich des Zinnpulvers und Glases vorhanden ist. Drei bis vier Teile dieser Mischung werden mit einem

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Teil einer 3 bis 5%-igen Lösung von Äthylzellulose in Xylol aufgeschlänunt und dann 24 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen. Durch dieses Kugelmahlen werden die Zinnpartikel zu Flocken zerkleinert, was wegen der größeren Kontaktfläche der Flocken zu einer größeren Leitfähigkeit im fertiggestellten Streifen führt. Ein weiteres Ergebnis des Vermahlens besteht darin, daß die gemahlene Aufschlämmung länger in Suspension verbleibt, weil das Verhältnis von Oberfläche zu Gewicht der Zinnmetallflocken größer ist, als wenn die Metallpartikel nicht gemahlen würden. Die gemahlte Aufschlämmung wird mit einer Bürste oder einer Sprühpistole auf die Seitenwand der Frontscheibe oder des Konus aufgebracht und berührt je nachdem den Vorsprung oder Anodenkontaktpunkt. Wenn die Frontscheibe oder der Konus weiterbehandelt werden, dann dient das organische Bindemittel, die Äthylzellulose, dazu, den überzug in Ordnung zu halten, bis die Schirmfrontscheibe oder der Konus zur Hochtemperaturausheizung gelangt, wo alle organischen Bestandteile vom Schirm oder Konus entfernt werden. Zu diesem Zeitpunkt schmilzt dann das Zinn und zerfließt in eine gleichförmige Schicht. Das Lötglaspulver schmilzt ebenfalls und entglast und dient dazu, den leitenden Streifen aus dem Zinnmaterial fest mit der Glasoberfläche zu verbinden.

Bei der Herstellung einer Kathodenstrahlröhre werden die Leuchtstoffe in einer regelmäßigen Anordnung von Punkten oder Streifen auf der Frontscheibe festgelegt und dann wird die Frontscheibe getrocknet. Zu diesem Zeitpunkt ist es besonders zweckmäßig, die Seitenwand der Frontplatte bis zu dem Vorsprung mit einem leitenden Material zu überziehen, weil die Seitenwände dann sauber und trocken sind. Bei dem dann folgenden Überziehungsvorgang werden Bindemittel und Uberzugsmaterialien in wässrigen Lösungen benutzt. Es ist daher erforderlich, eine Streifenrezeptur zu verwenden, die nach dem überziehen und Trocknen hydrophob ist, so daß der aufgebrachte leitende überzug während der nachfolgenden Schritte, etwa Emulsionsbeschichtung unter Benutzung eines wässrigen Mediums, nicht weggewaschen oder ausgewaschen wird.

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Zinnpulver mit einer Partikelgröße entsprechend etwa 300 bis 400 Maschen und Lötglas werden in einer Äthylzellulose-Xylollösung etwa 24 Stunden lang in einer Kugelmühle unter Verwendung von Stahlkugeln eines Durchmessers von etwa 6,4 bis 9,5 mm gemahlen. Ein wesentliches Merkmal des neuen Verfahrens besteht in der Verwendung von Partikeln aus Metall oder einer Legierung, die sich mahlen läßt und geschmeidig ist sowie einen Schmelzpunkt unterhalb von etwa 400°C und einen Kochpunkt von über 1500°C hat. Zinn, Blei und Indium und irgendeine Kombination dieser Metalle sind geeignet. Zinn schmilzt während des Ausbackens des organischen Materials aus der Schirmfrontplatte. Das Ausheizen dieser organischen Materialien erfolgt in einem Ofen, der eine Maximaltemperatur von etwa 4 5O°C beim Ausheizzyklus erfolgt. Bei etwa 23O°C schmilzt das Zinn und bildet eine leitende Metallschicht. Lötglaspulver beginnt bei etwa 38O°C zu schmelzen und verbindet nach dem Abkühlen die Zinnschicht fest mit der Glasoberfläche. Das Lötglaspulver ist das bei diesem Verfahren benutzte anorganische Bindemittel. Das organische Bindemittel soll ein organisches Polymer sein, welches in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst ist. Das organische Bindemittel sollte den aufgebrachten Streifen hydrophob machen und für ein Anhaften während des Überziehens und nachfolgenden Leuchtschirmausbildungsprozesses sorgen. Einige geeignete organische Bindemittel sind Äthylzellulose und Äthylazetat. Sie sind löslich in verschiedenen organischen Lösemitteln, deren Koch- oder Siedepunkt im Bereich von 75 bis 140°C liegt. Einige Lösungsmittel, welche verwendet werden können, sind Xylol, Propylazetat, Butylazetat, Amylazetat, Äthylcellosolve (ein Athylenglykoläther), Methylcellosolve und Äthylbenzol .

Äthylzellulose und Zelluloseazetat sind bevorzugte organische Bindemittel, weil sie hydrophob sind, gute Verbindungseigenschaften haben und nicht brennbar sind. Bei hohen Temperaturen, wie sie im Ausheizofen auftreten, zersetzen sie sich, aber entflammen nicht. Nitrozellulose hat sich als ungeeignet erwiesen, weil sie bei diesen Temperaturen explosionsartig entflammt und die dünne Aluminiumschicht entfernt, welche über den Streifen aufge-

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bracht ist. Xylol hat sich als ausgezeichnetes Lösemittel herausgestellt, weil es schnell von der Oberfläche des Überzugs verdampft und eine hydrophorische Oberfläche bildet, jedoch verdampft es nicht so schnell, daß es zwischen den Aufbringungsvorgängen um den Bürstenapplikator eine Kruste bilden würde.

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Claims

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USSN 955,627

vom 30. Oktober 1978

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

Patentansprüche

Kathodenstrahlröhre mit einem evakuierten Glaskolben, einer an zumindest einem Teil der inneren Oberfläche des Kolbens anhaftenden leitenden Schicht, einem an der inneren Kolbenfläche befestigten leitenden Metallkörper und einem leitenden überzug, der sowohl die Schicht als auch den Metallkörper kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende überzug (49,55) im wesentlichen aus einem größeren Anteil mindestens eines der Metalle Metallgruppe Zinn, Blei und Indium und zu einem kleineren Anteil aus einem Glas besteht.

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2) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende überzug im wesentlichen aus metallischem Zinn und Glas besteht.
3) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende überzug ein Streifen oder Flecken im wesentlichen aus metallischem Zinn und 2 bis 5 Gew.-% entglastem Glas ist.
4) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine spiegelnde Metallschicht (33) auf der inneren Oberfläche eines Konusteils (27) des Kolbens (21) ist, daß der Metallkörper ein im Frontplattenteil befestigter Vorsprung (45) ist und daß der leitende überzug ein Streifen eines Fleckens (49) ist, der sowohl die Schicht als auch den überzug kontaktiert.
5) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine Graphitpartikel aufweisende Schicht (37) auf der inneren Oberfläche eines Konusteiles (25) des Kolbens (21) ist, daß der Metallkörper ein im Konusteil befestigter (eingeschmolzener) Anodenkontaktpunkt (53) ist und daß die leitende Schicht ein die Schicht (37) und den Kontaktpunkt (53) kontaktierender Streifen oder Flecken (55) ist.
6) Verfahren zur Herstellung eines kontinuierlichen leitenden Pfades zwischen einem Metallkörper und einer leitenden Schicht, welche an einem Glaskolbenteil einer Kathodenstrahlröhre angebracht ist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

a) Bereiten einer Aufschlämmung mit metallischen Partikeln, die im wesentlichen aus mindestens einem Metall der Metallgruppe Zinn, Blei und Indium besteht, ferner aus Glaspartikeln, einem hydrophoben organischen Polymerbindemittel für diese Partikel und einem nichtwässrigen Lösungsmittel für das Bindemittel,

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b) Herstellen einer leitenden Schicht (33,37) auf der Oberfläche des Glaskolbenteils (27,25), an dem der Metallkörper (45,53) angebracht ist,

c) Aufbringen eines kontinuierlichen Überzugs der Aufschlämmung über einen begrenzten Oberflächenbereich des Glasteils derart, daß ein physischer Kontakt mit dem Metallkörper und der leitenden Schicht gebildet wird,

d) Trocknen des Aufschlämmungsüberzüges,

e) Ausheizen des Kolbenteils mit dem darauf befindlichen trocknen Aufschlämmungsüberzug, bis die darin enthaltenen organischen Bestandteile im wesentlichen völlig entfernt sind und der trockene Aufschlämmungsüberzug (49,55) fest an der leitenden Schicht und dem Metallteil anhaftet.
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenteil eine Frontplatte (27) , der Metallkörper ein in die Frontplatte eingeschmolzener (oder eingeklebter) Vorsprung

(45) und die leitende Schicht eine Aluminiummetallschicht auf der inneren Oberfläche der Frontplatte ist.
8) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenteil ein Konus (25), der Metallkörper ein in den Konus eingeschmolzener oder eingeklebter Anodenkontaktpunkt (53) und die leitende Schicht eine auf der inneren Oberfläche des Kolbens befindliche Graphitschicht (37) ist.
9) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahrensschritt d) und vor dem Verfahrensschritt e) ein Verfahrensschritt eingefügt wird, in welchem der trockene Aufschlämmungsüberzug mit einem wässrigen Medium in Berührung gebracht wird.
10) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt a) das Vermählen metallischer Partikel in einem nichtwässrigen Lösungsmittel bis zur Bildung von Flocken aus den Partikeln einschließt.

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