DE3801771A1 - Verfahren zum herstellen eines leuchtschirms - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirms durch Aufbringen einer wässerigen Suspension von Leuchtstoffteilchen auf eine Unterlage, wobei der Suspension vor dem Aufbringen auf die Unterlage soviel Wasserglas zugesetzt wird, daß sich ein pH-Wert im alkalischen Bereich einstellt, diese Suspension nach dem Aufbringen solange über der Unterlage stehengelassen wird, bis sich auf der Unterlage eine Schicht aus den Leuchtstoffteilchen abgesetzt hat und eine die Leuchtstoffschicht bedeckende Flüssigkeitsschicht entstanden ist, wonach auf die Oberfläche der Flüssigkeitsschicht eine Säure aufgebracht wird und die Flüssigkeitsschicht danach solange über der Leuchtstoff­ schicht stehengelassen wird, bis die Leuchtstoffschicht sich verfestigt hat, wonach die Flüssigkeitsschicht entfernt wird.

Verfahren dieser Art werden allgemein als Sedimentations- oder Settelverfahren bezeichnet. Die danach hergestellten Leuchtschirme werden z.B. in Kathodenstrahlröhren verwendet, wobei das Frontglas einer solchen Röhre als Unterlage für die Leuchtstoffschicht dient.

Ein spezielles Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 14 64 393 bekannt. Dabei wird der Dispersionsgrad der Suspension auf einen Wert oberhalb derjenigen Grenze eingestellt, bei der eine mit dem unbewaffneten Auge sichtbare Flockenbildung eintritt. Als Beispiel für die Erreichung eines gewünschten Dispersions­ grades wird erwähnt, daß sich gute Leuchtschirme herstellen lassen, wenn einer wässerigen Zinksulfid­ suspension soviel Wasserglas zugesetzt wird, daß sich ein pH-Wert zwischen 7,75 und 11,0 einstellt. Um den Anteil an inertem Material im Schirm möglichst gering zu halten, während gleichzeitig gute Sedimentations-, Naßhaftungs- und Handhabungseigenschaften gewährleistet sind, wird jedoch ein pH-Wert von etwa 8,5 vorgezogen. Eine derartige Verringerung des pH-Wertes wird durch Zusatz von Ammoniumacetat erreicht. Als Säuren, die nach Ausbildung der Leuchtstoffschicht in die darüberstehende Flüssigkeitsschicht zur Eindiffusion gebracht werden, werden beispielsweise gasförmiges Kohlendioxid und Essigsäuredämpfe genannt. Anstelle dieser gasförmigen Elektrolyte eignen sich beispielsweise auch lösliche Salze, wie Ammoniumacetat oder Bariumacetat, die entweder in festem Zustand oder in Lösung verwendet werden können.

Abstumpfende Zusätze wie Ammoniumacetat zur Suspension vor deren Aufbringen auf die Unterlage zwecks Erniedrigung des pH-Wertes verlangsamen in der Praxis die Verfestigungs- bzw. Abbindereaktion, führen dadurch zu geringerer Agglomeration während der Sedimentationsperiode und bewirken so eine homogenere Belegung des Schirmes, was sich auch als prozentuale Packungsdichte quantifizieren läßt. Zwar werden durch diese Maßnahme dicht gepackte Schirme mit hohem Auflösungsvermögen erzeugt, jedoch muß man mit sehr langen Abbindezeiten rechnen, auch dann, wenn nach der Sedimentation weiterer Elektrolyt zugesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Leuchtschirmen hoher Packungsdichte in sehr viel kürzerer Zeit erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Suspension vor dem Aufbringen auf die Unterlage auf eine Gleichgewichtskonzentration an freier Kieselsäure von 0,6 × 10^-3 bis 1,35 × 10^-3 Mol/l eingestellt wird und die Säure, die auf die Oberfläche der die Leuchtstoffschicht bedeckenden Flüssigkeitsschicht aufgebracht wird, mengenmäßig derart bemessen wird, daß sich in der Flüssigkeitsschicht ein pH-Wert einstellt, bei dem das Polymerisationsmaximum der freigesetzten Kieselsäure durchlaufen wird.

Die zuvor genannte Gleichgewichtskonzentration an freier Kieselsäure wird vorzugsweise dadurch eingestellt, daß der Suspension vor dem Aufbringen auf die Unterlage soviel Wasserglas mit einem solchen K₂O : SiO₂-Verhältnis zugesetzt wird, daß sich in der Suspension ein pH-Wert in der Größenordnung von 10 einstellt.

Der pH-Wert der die Leuchtstoffschicht bedeckenden Flüssigkeitsschicht wird vorzugsweise auf höchstens 5 eingestellt. Nach unten hin ist dieser pH-Wert dadurch begrenzt, daß keine Reaktionen des Leuchtstoffs auftreten sollen.

Um eine gleichmäßige Verteilung des Leuchtstoffs im Leuchtschirm zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Unterlage vor dem Aufbringen der Suspension mit einer elektrolytfreien Trägerflüssigkeit zu bedecken und die Suspension auf die Oberfläche der Trägerflüssigkeit aufzubringen. Als Trägerflüssigkeit wird vorzugsweise Wasser verwendet. Vorzugsweise wird soviel Trägerflüssigkeit eingesetzt, daß ein 4 bis 12 cm hohes Sedimentationsbett entsteht.

Um eine ungestörte Sedimentation zu gewährleisten, verzichtet das erfindungsgemäße Verfahren während der Sedimentation auf jeglichen Elektrolyt- bzw. Koagulatorzusatz. Erst nach beendeter Sedimentation wird das gesamte Sedimentationsbett auf einen pH-Wert kleiner fünf gebracht. Während der Sedimentation befindet sich der pH-Wert des Sedimentationsbettes etwa zwischen 10 und 11 für SiO₂-Konzentrationen von 3 × 10^-3 Mol/l bis 5 × 10^-2 Mol/l bei einem K₂O : SiO₂-Verhältnis von 1 : 2,4. In diesem Bereich besteht ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen dem Alkaligehalt (gegeben durch K₂O : SiO₂-Verhältnis und SiO₂-Konzentration) und dem pH-Wert; jedoch läßt sich das Verfahren wegen der Abwesenheit eines Koagulators auch bei höheren Konzentrationen noch anwenden.

Bei den so gegebenen Konzentrationen läßt sich mit den Säurekonstanten der Metakieselsäure (pK _{s 1} = 9,51 und pK _{s 2} = 11,77) jeweils errechnen, daß die Gleichgewichts­ konzentrationen an H₂SiO₃ bzw. H₄SiO₄ sehr klein sind (0,6 × 10^-3 bis 1,35 × 10^-3 Mol/l), somit ihre Beteiligung an dem Sedimentationsgeschehen bei pH-Werten über zehn gering ist.

Zur Berechnung der Gleichgewichtskonzentrationen wurde davon ausgegangen, daß die Konzentration an nicht kolloidalem Silikat im Bereich von 10 bis 11 der Alkalinormalität entspricht. Demgegenüber führt der Zusatz von abstumpfenden Mitteln zu pH-Werten, die deutlich unter 10 liegen, wo die Anwesenheit von freier Kieselsäure zunehmend größer wird, die sich dann entsprechend der Löslichkeit entweder auf dem Leuchtstoff oder auf kolloidalen Bestandteilen der Lösung abscheidet und den Sedimentations- und Abbindevorgang beeinflußt. Die Überlegung gilt ganz entsprechend auch für andere K₂O : SiO₂-Verhältnisse, da jedem pH-Wert zwischen 10 und 11 in erster Näherung unabhängig von diesem Verhältnis eine bestimmte Menge nicht kolloidalen Silikats zugeordnet ist, zu der wiederum die oben angegebenen Gleichgewichts­ konzentrationen gehören.

Nach beendeter Sedimentation wird dann durch langsame Zugabe von Säure die Leuchtstoffschicht verfestigt. Der pH-Wert soll dabei kleiner als 5 werden, z.B. 3,5, da zwischen 5 und 6 ein Maximum der Polymerisations­ geschwindigkeit durchlaufen wird. Zum Einsatz gebracht werden können alle Säuren, sofern sie mit dem jeweiligen Leuchtstoff verträglich sind. Als besonders geeignet haben sich Ameisen-, Essig-, Oxal- und Phosphorsäure erwiesen.

Nach 5 bis 10 Minuten können die Schichten isoliert und getrocknet werden. Die so erhaltenen Schirme weisen durchweg hohe Packungsdichten (größer als 50%) und alle damit einhergehenden Eigenschaften auf.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine drastische Reduzierung des Einbaus von Fremdsubstanzen und die Abwesenheit von Barium. Im Vergleich zu analog mit Bariumnitrat als Elektrolyt bzw. Koagulator hergestellten Schichten wird erfindungsgemäß im Mittel nur ein Drittel des Silikates und ein Fünftel des Kaliums eingebaut.

Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

Zur Herstellung eines Leuchtschirms von 40 cm² werden etwa 200 mg Leuchtstoff in 20 ml einer Kaliwasserglaslösung (K₂O : SiO₂ = 1 : 2,4, SiO₂=0,222 Mol/l) mit Ultraschall dispergiert und zu 450 ml entionisiertem Wasser zugegeben, um eine Sedimentationshöhe von 11,75 cm zu erhalten. Nach etwa 30 Minuten werden 10 ml einer 5%igen Ameisensäure durch Aufträufeln oder Aufsprühen zugesetzt und nach 5 bis 10 Minuten wird die über der gebildeten Leuchtstoffschicht stehende Flüssigkeit entfernt. Dann wird der Schirm mit Warmluft oder mittels eines Wasserbades getrocknet. Die so erhaltenen fremdionenfreien Leuchtschirme haben bei geringem zeitlichem Aufwand eine hohe Packungsdichte und eine große Helligkeit.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirms durch Aufbringen einer wässerigen Suspension von Leuchtstoff­ teilchen auf eine Unterlage, wobei der Suspension vor dem Aufbringen auf die Unterlage soviel Wasserglas zugesetzt wird, daß sich ein pH-Wert im alkalischen Bereich einstellt, diese Suspension nach dem Aufbringen solange über der Unterlage stehengelassen wird, bis sich auf der Unterlage eine Schicht aus den Leuchtstoffteilchen abgesetzt hat und eine die Leuchtstoffschicht bedeckende Flüssigkeitsschicht entstanden ist, wonach auf die Oberfläche der Flüssigkeitsschicht eine Säure aufgebracht wird und die Flüssigkeitsschicht danach solange über der Leuchtstoffschicht stehengelassen wird, bis die Leuchtstoffschicht sich verfestigt hat, wonach die Flüssigkeitsschicht entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension vor dem Aufbringen auf die Unterlage auf eine Gleichgewichts­ konzentration an freier Kieselsäure von 0,6 × 10^-3 bis 1,35 × 10^-3 Mol/l eingestellt wird und die Säure, die auf die Oberfläche der die Leuchtstoffschicht bedeckenden Flüssigkeitsschicht aufgebracht wird, mengenmäßig derart bemessen wird, daß sich in der Flüssigkeitsschicht ein pH-Wert einstellt, bei dem das Polymerisationsmaximum der freigesetzten Kieselsäure durchlaufen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension vor dem Aufbringen auf die Unterlage soviel Wasserglas mit einem solchen K₂O : SiO₂-Verhältnis zugesetzt wird, daß sich in der Suspension ein pH-Wert in der Größenordnung von 10 einstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der die Leuchtstoffschicht bedeckenden Flüssigkeitsschicht auf höchstens 5 eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage vor dem Aufbringen der Suspension mit einer elektrolytfreien Trägerflüssigkeit bedeckt wird und die Suspension auf die Oberfläche der Trägerflüssigkeit aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage mit Wasser als Trägerflüssigkeit bedeckt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage mit soviel Trägerflüssigkeit bedeckt wird, daß ein 4 bis 12 cm hohes Sedimentationsbett entsteht.