DE3522731A1

DE3522731A1 - Kathodenstrahlroehre mit antistatischem, spiegelungen reduzierendem ueberzug

Info

Publication number: DE3522731A1
Application number: DE19853522731
Authority: DE
Inventors: Donald Walter Wrightsville Pa. Bartch; Samuel Broughton Lancaster Pa. Deal; Steven Charles Lancaster Pa. Forberger
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1984-06-25
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1986-01-02
Also published as: US4563612A; JPH0440824B2; FR2566580A1; GB2161320A; JPS6116452A; IT8521181A0; DE3522731C2; FR2566580B1; HK494A; GB8516087D0; KR860000693A; SG109391G; GB2161320B; IT1185046B; KR930000389B1

Description

RCA 80636 Sch/Vu

USSN 624,371

vom 25. Juni 1984

RCA Corporation, Princeton, N.J. (USA)

Kathodenstrahlröhre mit antistatischem, Spiegelungen reduzierendem Überzug

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Kathodenstrahlröhre mit einer gläsernen Sichtscheibe, die auf ihrer Sichtfläche mit einer Spiegelungen verhindernden, das Bild durchlassenden Silikatschicht versehen ist, die auch antistatisch ist: welche also auf ihrer Oberfläche keine elektrischen Ladungen ansammelt.

Spiegelungen verringernde Silikatüberzüge für die gläsernen Sichtscheiben von Kathodenstrahlröhren sind bereits bekannt geworden, beispielsweise durch die US-PSen 3 114 668, 3 326 715, 3 635 751 oder 3 898 509. Solche Beschichtungen verhindern Störungen durch Umgebungsiicht; ihre Oberflächen haben eine bestimmte Rauhigkeit, so daß das Umgebungslicht derart gestreut wird, daß Helligkeit und Schärfe von Reflexionen verringert werden. Die Überzüge können geringe Anteile aus feinen Kohlepartikeln enthalten, um die Helligkeit eines übertragenen Lichtbildes in*gesteuerter Weise herabzusetzen.

Betreibt man bekannte Kathodenstrahlröhren mit derartigen überzügen, dann sammeln sie statische Ladungen auf den Sichtoberflächen dieser Überzüge an. Dies ist jedoch aus

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vielen Gründen unerwünscht: Statische Ladungen ziehen Staub an die Sichtfläche, außerdem kann man bei Berührung einen schwachen elektrischen Schlag erhalten, wenn die Röhre zur Wiedergabe von Unterhaltungsprogramm oder zur Datenwiedergabe benutzt wird.

Eine Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung weist eine gläserne Sichtscheibe auf und auf deren Oberfläche einen antistatischen, Spiegelungen verringernden, bilddurchlässigen Überzug. Der Überzug hat eine rauhe Oberfläche, welche für die Spiegelungsverringerungseigenschaft verantwortlich ist und besteht im wesentlichen aus Silikatmaterial und einer anorganischen Metallverbindung, welche den gewünschten antistatischen Charakter des Überzugs ergibt. Die Metallverbindung kann eine Verbindung mit mindestens einem Element aus der Gruppe Platin, Palladium, Zinn und Gold sein. Beim Betrieb der Röhre wird der Überzug entweder direkt oder über das metallische ImplosionsSchutzsystem der Röhre geerdet.

Einige zusätzliche Materialien, wie Kohlenstoff, sind bekannt, um einen Silikatüberzug antistatisch zu machen. Jedoch mußten solche bisherigen zusätzlichen Materialien in so großen Anteilen hinzugefügt werden, um die antistatischen Eigenschaften zu ergeben, daß sie die Bilddurchlässigkeit in einem nicht mehr akzeptierbaren Ausmaß herabsetzen. Die metallischen Verbindungen, welche die Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung aufweist, sind hier nur in kleinen Konzentrationen vorhanden, welche zwar die gewünschte Anti-Statikeigenschaft ergeben, jedoch die optischen Eigenschaften des Überzugs nicht wesentlich beeinträchtigen. Die bevorzugte Palladiumverbindung ist im bevorzugten Lithium-

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Silikatüberzug in Konzentrationen im Bereich von 0,005 bis 0,02 Gew.-% des Überzugs vorhanden.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

INSPECTED

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Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Längsansicht einer Kathodenstrahlröhre mit einer neuen Sichtscheibe gemäß der Erfindung und
Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Ausschnitt des Fensters der in Fig. 1 dargestellten Röhre entlang der Linie 2-2.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Kathodenstrahlröhre hat einen evakuierten Kolben 21 mit einem Hals 23, der aus einem Teil mit einem Konus 25 und einer Frontplatte besteht, die ihrerseits ein gläsernes Sichtfenster 27 mit einem Umfangsflansch 28 aufweist. Der Flansch 28 ist mit dem Konus 25 über eine Verbindung 29, vorzugsweise aus entglastem Glas, verbunden. An der inneren Oberfläche des Fensters 27 ist ein Leuchtstoffüberzug 21 aus einem Leuchtstoffmaterial angebracht. Auf dem Leuchtstoffüberzug 31 befindet sich ein lichtreflektierender Metallüberzug 33, etwa aus Aluminium, wie es Fig. 2 im einzelnen zeigt. Der Leuchtstoffüberzug 31 kann bei geeigneter Abtastung durch einen Elektronenstrahl von einem Strahlsystem 35 ein leuchtendes Bild hervorrufen, welches durch das Fenster 27 betrachtet werden kann. Um den Flansch 28 herum ist ein metallisches Spannband 37 als Schutz gegen eine Implosion des Kolbens herumgelegt. Auf der Außenfläche 5 des Fensters 27 ist ein Spiegelungen verringender Überzug 39 angebracht, welcher das Band 37 überlappt und eine rauhe Außenfläche 41 hat und im wesentlichen aus einem Lithiumsilikatmaterial und einer Palladiumverbindung besteht. Andererseits kann der Überzug 39 auch unter das Band 37 reichen, so daß dieses den überzug 3 9 überlappt. Bei weiteren Ausführungen können andere Anordnungen für die Kontaktierung des Überzugs 39 und seine Verbindung mit einem elektrisch leitenden Weg nach Massepotential vorgesehen sein. Da die Erfindung hauptsächlich auf das Fenster 27 und den darauf befindlichen äußeren Überzug gerichtet ist, wird auf eine Beschreibung der elektronenemittierenden Komponenten und anderer Teile, die normaler-

weise zum Hals 23 und Konus 25 gehören, verzichtet oder nur eine schematische Darstellungsweise gewählt.

Der Spiegelungen reduzierende Überzug 39 kann nach einem Verfahren hergestellt werden, wie es in der US-PS 3 940 511 beschrieben ist. Das Fenster 27 kann Teil einer Röhre sein, die bereits evakuiert und verschmolzen ist, wenn der Antispxegelungsbelag ausgebildet wird. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Belages oder Überzugs besteht darin, daß er ausgebildet werden kann, nachdem die Röhre anderweitig fertiggestellt ist. Andererseits kann die Glasplatte eine Implosionsschutzplatte sein, die während der Herstellung der Röhre mit Hilfe eines geeigneten Klebers an der äußeren Oberfläche des Fensters 27 angebracht wird, oder ein Fenster.

Bei dem bevorzugten Verfahren wird ein sauberer Glasträger, wie etwa das Fenster 27 einer evakuierten und verschmolzenen Röhre, in einem Ofen auf etwa 30 bis 100⁰C erwärmt. Die äußeren Oberflächen des warmen Fensters 2 7 und des metallischen Spannbandes 37 um das Fenster 27 herum werden mit einer verdünnten wässrigen Lösung aus lithiumstabilisiertem Kieselsäuresol und einer wasserlöslichen MetallVerbindung, wie etwa Palladiumsulfat, Zinnsulfat, Zinnchlorid oder Goldchlorid, beschichtet. Die Beschichtung kann in einer oder mehreren Lagen durch einen üblichen Prozeß, etwa durch Aufsprühen, erfolgen. Die Temperatur des Fensters, die spezielle Technik zum Aufbringen des Überzugs und die Anzahl der aufgebrachten Schichten oder Lagen werden empirisch gewählt, so daß ein Überzug mit der gewünschten Dicke entsteht. Die Temperatur des Fensters liegt vorzugsweise bei 35 bis 55⁰C. Zu niedrige Temperaturen (beispielsweise 20°C) führen zu einer Tropfenbildung des Überzugs, während zu hohe Temperatüren zu Überzügen führen, welche ein trockenes Aussehen ergeben. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Aufbringung des Überzugs durch Aufsprühen die Dicke des trockenen

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Überzugs so sein soll, daß der Benutzer in der Lage ist, die drei Leuchtstoffröhren einer etwa 1,8m über dem Glasträger befindlichen Leuchtstofflampe mit drei Röhren aufzulösen. Ein dickerer Anfangsüberzug ergibt einen dickeren endgültigen Überzug. Generell gilt, daß, je dicker der Überzug, desto stärker die Spiegelungen reduziert werden und desto größer der Auflösungsverlust des Leuchtstoffbildes ist. Je dünner umgekehrt der überzug ist, desto weniger werden Spiegelungen reduziert und desto geringer ist der Auflösungsverlust des Bildes.

Bei Aufbringung durch Aufsprühen erhält der überzug ein trockenes Aussehen. Dies wird verstärkt durch (1) höhere Scheibentemperaturen beim Aufbringen des Überzugs, (2) Benutzung von mehr Luft im Sprühnebel beim Aufsprühen mit komprimierter Luft, (3) Aufsprühen mit größerem Abstand und (4) Erhöhung des Mol-Verhältnisses von SiC>2 zu Li^O. Übertreibt man dies jedoch, dann bricht der überzug. Je trockener das Aussehen ist, desto geringer werden die Spiegelungen und desto höher ist der Auflösungsverlust des Leuchtbildes. Je weniger trocken umgekehrt das Aussehen ist, desto weniger werden Spiegelungen verhindert und desto geringer ist der Auflösungsverlust des Bildes.

Die Überzugsverbindung ist ein wässriges, lithiumstabilisiertes Kieselsäuresol, welches etwa 1 bis 10 Gew.-% Feststoffe und 0,005 bis 0,02 Gew.-% Metallelement der Metallverbindung bezüglich des Gewichts der gesamten Feststoffe im Sol enthält. Das Metallelement kann eines oder mehrere der Elemente Platin, Palladium, Zinn und Gold sein und wird vorzugsweise als wasserlösliches Salz in das Sol eingebracht. Generell kann bei der Röhre nach der Erfindung als ein oder mehrere metallische Elemente irgend eines der metallischen Elemente benutzt werden, welche man zur Sensivierung von Oberflächen für elektrofreies Plattieren verwendet. Wenn die Metallelementkonzentration unter etwa 0,005 Gew.-% liegt, dann kann die Antistatikeigenschaft

ungenügend oder unregelmäßig sein. Liegt die Metallelementkonzentration über etwa 0,02 Gew.-%, dann kann der Überzug fleckig, irisierend oder anderweitig in der Durchlässigkeit beeinträchtigt sein. Im Sol beträgt das Verhältnis von SiO₉ zu Li^O zwischen etwa 4:1 bis etwa 25:1. Das Kieselsäuresol ist im wesentlichen frei von Alkalimetallionen, außer Lithium, und im wesentlichen frei von Anionen, außer Hydroxyl. Das lithiumstabilisierte Kieselsäuresol unterscheidet sich erheblich von einer Lithium-Kieselsäurelösung, welche kein Sol sondern eine in einem Lösungsmittel aufgelöste Verbindung ist. Beim anschließenden Ausheizen trocknet ein Lithiumsolüberzug unter Bildung eines Lithiumsilikatüberzugs. Bei der erfindungsgemäßen Röhre kann das lithiumstabilisierte Sol auch durch eine Lösung eines Silikats eines oder mehrerer der Elemente Lithium, Natrium und Kalium ersetzt werden. Auch ein organisches Silikat wie Tetraäthylorthosxlxkat kann für das bevorzugte lithiumstabiliserte Kieselsäuresol genommen werden. Der Ansatz kann auch Pigmentpartikel und/oder Farbstoffe enthalten, um die Helligkeit bis zu 50% ihres Anfangswertes zu verringern und/oder um die spektrale Verteilung des durchgelassenen Bildes zu verändern.

Nach dem Beschichten des warmen Glasträgers wird der Überzug sorgfältig in Luft getrocknet, um ein Absetzen von Fremdpartikeln auf dem Überzug zu vermeiden. Schließlich wird der trockene Überzug bei einer Temperatur zwischen 150 und 300°C 10 bis 60 Minuten lang erhitzt. Die Erhitzung auf Temperaturen zwischen etwa 150 und 300⁰C erlaubt ein unmittelbares Aufbringen des Überzugs auf dem Röhrenfenster nach dem Evakuieren und Verschmelzen der Röhre. Eine Erwärmung auf über 300°C kann die in der Röhre hergestellten Aufbauten beeinträchtigen. Generell gilt, daß, je höher die Erhitzungstemperatur ist, desto niedriger ist die Spiegelungsverringerung des Produktes und desto höher ist der Widerstand gegen Abnutzung. Der überzug kann während des Erhitzungsschrittes recycelt werden: ein Recycling bei

ORIGINAL IHSPSCTED

ί einer bestimmten Temperatur führt zum Erreichen eines stabilen Punktes.

Durch das neue Verfahren wird eine Kathodenstrahlröhre geschaffen, die einen neuartigen, antistatischen, Spiegelungen reduzierenden überzug auf ihrer Sichtfläche aufweist. Der Überzug hat spiegelungsverringernde Qualitäten, das heißt, er streut reflektiertes Licht, und ist gleichzeitig durchlässig für leuchtende Bilder auf dem Leuchtstoffüberzug mit einer Auflösung von mindestens 200 Zeilen pro Zentimeter. Der spiegelungsverringernde Überzug ist chemisch stabil gegen den Herstellungsprozeß und anschließend gegen feuchte Atmosphäre. Der Überzug widersteht Abnutzung und zeugt einen im wesentlichen flachen Spektralverlauf sowohl für reflektiertes als auch für durchgelassenes Licht.

Außerdem ist der überzug bei der erfindungsgemäßen Röhre im Gegensatz zu früheren spiegelungsverringernden Silikatüberzügen antistatisch. Während beim Betrieb früherer Röhren ein Benutzer mit der Hand über die Sichtfläche der Scheibe wischt, dann hört man ein knisterndes Geräusch, und die Haare an seinem Arm standen hoch. Hält man mit einer Hand ein Plastiklineal gegen die Sichtfläche und berührt mit der anderen Hand das geerdete Metallchassis des Gerätes, dann erhält man einen elektrischen Schlag infolge der auf der Sichtfläche gespeicherten statischen Ladungen. Bei der erfindungsgemäßen Röhre tritt keine dieser Entscheidungen auf, wenn der antistatische, spiegelungsreduzierende Belag entweder direkt oder über den metallischen Implosionsschutz der Röhre geerdet ist.

Einige spiegelungsverringernde Viertel-Wellenlängen-Überzüge (welche mit Auslöschungsinterferenz des Umgebungslichtes arbeiten) auf den Sichtschirmfenstern von Kathodenstrahlröhren sind im Stande der Technik mit einer antistatischen Eigenschaft bekannt. Solche bekannten Überzüge sind jedoch strukturell verschieden von den hier beschriebe-

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nen spiegelungsverrxngernden Überzügen. Sie sind auch teurer und schwieriger herstellbar, weniger unempfindlich gegen Abnutzung und weniger widerstandsfähig gegen die üblichen fabrikatorischen Wärmebehandlungen als die hier beschriebenen Überzüge.

Beispiel

Die Oberfläche des Sichtfensters einer 25" (etwa 64 cm) Rechteckfarbbildröhre, welche evakuiert, verschmolzen und gelagert (based) ist, wird zur Entfernung von Schmutz, Öl, Schlacken etc. durch irgendein bekanntes Abputz- oder Waschverfahren gereinigt. Dann wird die Oberfläche mit einer 5 gewichtsprozentigen Ammoniumbifluoridlösung abgewischt und mit entionisiertem Wasser gespült. Das Fenster hat eine neutrale optische Dichte mit etwa 69% Lichtdurchlässigkeit. Die Anordnung wird ca. 30 Minuten lang auf etwa 40 bis 45°C erwärmt. Auf die warme Glasoberflache wird eine flüssige Überzugsverbindung aufgesprüht, die hergestellt wird durch Mischen von 4 5 ml Lithiumsilikat 48 (ein lithiumstabilisertes Kieselsäuresol, welches 22,1% Feststoffe und 1,17sp. gr. enthält), wie es von der Firma E.I. DuPont Company, Wilmington, Delaware, vertrieben wird, ferner 1,75 ml Palladium-D.N.S.-Lösung (4,0 g Palladium auf 100 ml Lösung), welches von der Firma Johnson Matthey Inc., Malvern, Pennsylvanien, vertrieben wird und 455 ml entionisiertes oder destilliertes Wasser.

Das Kieselsäuresol hat ein Mol-Verhältnis zwischen ^ und Li₂O von etwa 4,8. Unter Verwendung eines Sprühgerätes DeVilbis Nr. 501 wird die Zusammensetzung mit etwa 1,8kg/ cm² Luftdruck als breiter Sprühstrahl mit einem hohen Luft/Flüssigkeits-Verhältnis gesprüht. Zum Aufbau des Überzugs bis zur erforderlichen Dicke sind 10 bis 50 Sprühdurchgänge notwendig. Die Sprühanwendung wird unterbrochen etwa wenn die größte Dicke erreicht ist, bei der die Reflexion der drei Birnen einer üblichen Dreifach-Leucht-

stoffröhre, die sich etwa 1,8 m oberhalb der Scheibe befindet, auf dem überzug aufgelöst oder unterschieden werden können. Die Enddicke des Überzugs ist geringer als etwa 0,0025 mm. Wegen der Temperatur der Scheibe, der Dicke des Überzugs und dem hohen Luftgehalt des Sprühmittels trocknet jeder Überzug schnell nach dem Aufbringen. Die Anordnung wird dann etwa 10 Minuten lang bei etwa 120°C erwärmt, dann folgt eine Spülperiode von etwa 30 Minuten bei dieser Temperatur und dann erfolgt ein Abkühlen auf Raumtemperatur während etwa 30 Minuten. Durch die Erwärmung entstehen die endgültigen elektrischen optischen und physikalischen Eigenschaften des reflexionsvermindernden Überzugs. Bei auf diese Weise hergestellten Überzügen wurden weder die optischen Eigenschaften des Überzugs, noch sein Abriebwiderstand beeinträchtigt, wenn die Scheibe 18 Stunden lang einer Temperatur von etwa 38⁰C in einer Atmosphäre von 95% relativer Feuchte ausgesetzt war. Wenn der endgültige überzug geerdet wird, speichert er keine elektrostatischen Ladungen bei normalem Betrieb der Röhre. Eine ähnliche Röhre ohne Palladiumverbindung im Überzug speichert bei Erdung eine beträchtliche elektrostatische Ladung, wenn sie normalerweise betrieben wird.

Claims

RCA 80636 Sch/Vu

USSN 624,371

vom 25. Juni 1984

RCA Corporation, Princeton, N.J. (USA)

Kathodenstrahlröhre mit antistatischem, Spiegelungen reduzierendem überzug

Patentansprüche

Q) Kathodenstrahlröhre mit einem gläsernen Sichtfenster, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sichtoberfläche des Fensters (27) sich ein antistatischer, Spiegelungen verringernder, bilddurchlässiger überzug (3 9) befindet, der eine rauhe Oberfläche (41), welcher die spiegelungsverringernde Eigenschaft ergibt, hat und im wesentlichen aus einem Silikatmaterial und einer anorganischen Metallverbindung besteht, welche dem überzug Antistatikeigenschaften verleiht.
2) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung aus mindestens einem der Elemente Platin, Palladium, Zinn und Gold besteht.

POSTGIRO MÖNCHEN NR. 69148-800
3) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung in dem Überzug (39) in ausreichender Konzentration enthalten ist, um dem Überzug die Antistatikeigenschaft zu verleihen, jedoch nicht in so starker Konzentration, daß die Bilddurchlässigkeitseigenschaft des Schirms nennenswert beeinträchtigt wird.
4) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikatmaterial im wesentlichen aus einem Silikat mindestens eines Alkalimetalles aus der Gruppe Natrium, Kalium und Lithium besteht.
5) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikatmaterial im wesentlichen aus Lithiumsilikat besteht.
6) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekenn-

\ zeichnet, daß die Metallverbindung eine Palladiumverbindung ist.

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7) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Palladium in der Palladiumverbindung im Überzug in Konzentrationen im Bereich von 0,005 bis 0,02 Gew.-% enthalten ist.

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8) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (39) mit einem Kontakt (3 7) zur Verbindung des Überzugs mit einem elektrisch leitenden Weg nach Massepotential versehen ist.

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9) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt eine den Überzug (39) berührende metallische Implosionsschutzeinrichtung (3 7) auf der Röhre enthält.

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10) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt ein um die Röhre herumgespanntes Metallband (37) umfaßt, und daß der Überzug (39) das Metallband überlappt.
11) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt ein um die Röhre herumgespanntes Metallband (37) umfaßt, welches den Überzug (39) überlappt. 10