DE3918744A1

DE3918744A1 - Blendarme kathodenstrahlroehre und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3918744A1
Application number: DE3918744A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Iwasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1989-12-28
Also published as: KR900000958A; GB2221083A; GB2221083B; KR910009663B1; JPH01319232A; GB8912140D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft blendarme Katho denstrahlröhren, bei denen die Blendung herabgesetzt ist, indem Reflexionen von externen Lichtquellen an der Außen fläche der Glasfrontscheibe der Röhre verhindert sind, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine ver besserte Struktur der Oberfläche der Glasfrontscheibe.

Fig. 7 zeigt eine typische Kathodenstrahlröhre 1 ohne eine solche Behandlung zur Herstellung einer blendarmen Röhre, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Außenfläche der Glasfrontscheibe 2, d.h. der Trägerplatte aus Glas, auf deren Innenseite der Leuchtschirm aufge bracht ist, ist, wie in Fig. 8 gezeigt, außerordentlich eben und glatt. Wird ein Bild auf der Kathodenstrahlröhre 1 betrachtet, so kann infolgedessen, wenn beispielsweise eine Lampe 4 im Raum zur Beleuchtung verwendet wird, das Licht dieser externen Lampe je nach den räumlichen Ver hältnissen durch normale Reflexion an der Glasfront scheibe 2 der Röhre 1 in die Augen des Betrachters 3 hineinreflektiert werden. Wenn darüber hinaus das Licht der Lampe die Glasoberfläche angenähert senkrecht trifft, so kann die Reflexion einen Anteil von 4% erreichen. Diese Reflexion externer Lichtquellen kann eine erhebli che Beeinflussung der Lesbarkeit des Bildes hervorrufen, das durch die Luminenszenz der fluoreszierenden inneren Fläche (nicht in den Figuren dargestellt) der Glasfront scheibe 2 der Röhre 1 erzeugt wird, und, wenn das Bild auf dem Leuchtschirm für längere Zeitspannen betrachtet wird, so kann dies zu einer Ermüdung der Augen führen, welches auch aus medizinischer Sicht nachteilig ist.

Aus diesem Grund wurde bereits eine blendarme Katho denstrahlröhre vorgeschlagen, wie sie in Fig. 9 darge stellt ist. Die Außenfläche der Glasfrontscheibe 2 dieser Röhre weist eine Vielzahl von sehr kleinen Erhebungen oder Vorsprüngen 11 auf, die nicht größer als 1 µm sind, wie aus der Fig. 10 hervorgeht. Das externe Licht, bei spielsweise von einer Lampe 4, wird durch diese Erhebun gen so gestreut, daß die Reflexionen am Glas diffuser sind. Da infolgedessen das reflektierte Bild nicht in die Augen des Betrachters 3 eintritt, so sieht der Betrachter nur das durch Lumineszenz der fluoreszierenden Innenfläche der Röhre 1 erzeugte Bild, welches er auf diese Weise exakt sieht, wobei sich darüber hinaus eine geringere Ermüdung der Augen auch dann ergibt, wenn das Bild für eine längere Zeitspanne betrachtet wird. Das Ausmaß oder die Ausdehnung dieser Erhebungen 11 sind darüber hinaus so gewählt, daß sie keinen Einfluß auf die Auflösung des Fluoreszenzbildes auf dem Schirm haben.

In einer solchen blendarmen Kathodenstrahlröhre wird die Entblendungsbehandlung oder Entspiegelungsbehandlung normalerweise nach dem Herstellen der Glasfrontscheibe 2 und vor der Ausbildung der fluoreszierenden inneren Flä che, d.h. des Leuchtschirmes auf dieser ausgeführt. Um der Scheibe die geforderte Eigenschaft eines geringen Blendvermögens zu verleihen, wird weitverbreitet ein direktes Ätzverfahren angewandt.

In den Fig. 11A und 11B ist das Prinzip der Entblen dungsbehandlung der Außenfläche der Glasfrontscheibe durch direkte Ätzung veranschaulicht. Diese Behandlung wird nach der gebräuchlichen Glaspressung und den nach folgenden Polierarbeiten an der Außenfläche der Scheibe durchgeführt. Zunächst werden Luft oder Wasser, die Karborund oder ein anderes Schleifmittelpulver 6 enthal ten, mit Hilfe einer Düse 5 auf die Außenfläche der Glas frontscheibe 2 unter bestimmten, aus Fig. 11A ersicht lichen Bedingungen gestrahlt, wobei sehr kleine Defekte 8, d.h. Schleifspuren und Riefen, auf der Oberfläche ausgebildet werden. Daraufhin wird die Außenfläche nur von der Glasfrontscheibe 2 (d.h. nicht von den übrigen Teilen der Röhre) in ein Bad 9 mit einer Ätzflüssigkeit 10 über eine bestimmte Zeitdauer eingetaucht, wie in Fig. 11B dargestellt ist. Als Ätzflüssigkeit wird nor malerweise Flußsäure (HF) verwendet, die die Fähigkeit der Auflösung von Glas aufweist. Die Defekte 8, die durch das Schleifpulver hervorgerufen wurden, werden auf diese Weise in eine Vielzahl sehr kleiner Erhebungen oder Vor sprünge 11 auf der Außenfläche der Frontscheibe 2 ge glättet und ausgeweitet, wobei diese Vorsprünge (Fig. 11C) nicht größer als 1 µm sind. Hiermit ist die Entblendungs behandlung abgeschlossen.

Diese gebräuchliche blendarme Kathodenstrahlröhre wies jedoch den Nachteil auf, daß infolge des Vorhanden seins der Vielzahl sehr kleiner Erhebungen auf der Außen fläche der Glasfrontscheibe 2 diese Scheibe während des Herstellungsprozesses leichter verkratzt werden konnte als eine gebräuchliche Kathodenstrahlröhre mit einer glatten Außenfläche. Dies ist der Fall, weil im Vergleich zu einer glatten polierten Oberfläche eine Oberfläche mit Erhebungen einen höheren Reibungskoeffizienten auf weist und infolgedessen leicht verkratzt wird, wenn sie im Kontakt mit anderen Teilen gegenüber diesen verrutscht oder gleitet. Die hierbei entstehenden Schrammen und Kratzer können später durch eine erneute Polierung oder andere Verfahren nur außerordentlich schwer beseitigt werden.

Die vorliegende Erfindung zielte darauf ab, die oben geschilderten Probleme zu lösen. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine blendarme Kathodenstrahlröhre anzu geben, in welcher die Außenfläche der Glasfrontscheibe, das heißt des Schirmträgers aus Glas für die innenliegende Flureszenzschicht mit einer Vielzahl von sehr kleinen Erhebungen versehen werden kann, jedoch auch danach wäh rend des weiteren Herstellungsprozesses keinerlei Gefahr der Oberflächenverkratzung unterliegt.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patent anspruchs 1 gelöst. Ferner soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser Glasfrontscheibe ange geben werden, wobei die Lösung im Anspruch 7 gekennzeichnet ist.

Die erfindungsgemäße blendarme Kathodenstrahlröhre zeichnet sich durch eine Vielzahl sehr kleiner Erhebungen oder Vorsprünge auf der Außenfläche der Glasfrontscheibe der Röhre aus und eine Druckschicht (compression layer), d.h. eine Druckbelastungsschicht, die an diese Außenfläche angrenzt, d.h. an dieser anliegt. Die Druckschicht besteht aus einer Verdichtungsschicht, die vorzugsweise mit Hilfe eines Ionenaustauschprozesses vor oder nach der Ausbil dung der Erhebungen hervorgerufen wird.

Die Druckschicht auf der Außenfläche der Glasfront scheibe der Röhre weist wie die Außenfläche ebenfalls eine Vielzahl sehr kleiner Erhebungen angrenzend an die Außen fläche in Richtung der Dicke der Scheibe auf. Die augen scheinliche Härte der Glasoberfläche ist infolgedessen erhöht, und die Widerstandsfähigkeit der Glasoberfläche gegenüber Verschrammungen oder Verkratzungen infolge eines Reibens gegenüber anderen Teilen ist beträchtlich verbessert. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit der Verkratzung weitaus geringer.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Übersichtsansicht des Aufbaus der erfindungsgemäßen blendarmen Kathodenstrahlröhre,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilausschnitt, der in Fig. 1 mit II markiert ist,

Fig. 3A bis 3C Darstellungen, die den erfindungs gemäßen Ionenaustauschprozeß verdeutlichen,

Fig. 4 eine Darstellung, die dieses Ionenaus tauschprinzip verdeutlicht,

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Restspannungsver teilung in Richtung der Tiefe der Glasfrontscheibe gegen über dem Abstand von der Oberfläche der Glasfrontscheibe aufgetragen ist,

Fig. 6 die Ergebnisse von Verkratzungstests auf der Glasfrontscheibe in Form einer Tabelle,

Fig. 7 eine Übersichtsdarstellung der Struktur einer gebräuchlichen Kathodenstrahlröhre ohne die Entblen dungsbehandlung,

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnittsbereich, der in Fig. 7 mit VIII angezeigt ist,

Fig. 9 eine Übersichtsdarstellung der Struktur einer gebräuchlichen Kathodenstrahlröhre mit Entblen dungsbehandlung,

Fig. 10 einen vergrößerten Ausschnittsbereich, der in Fig. 9 mit X bezeichnet ist, und

Fig. 11A, 11B und 11C das Prinzip einer Entblen dungsbehandlung der Außenfläche der Glasfrontscheibe durch direkte Ätzung.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung der erfin dungsgemäßen blendarmen bzw. entspiegelten Kathoden strahlröhre.

In dieser Figur sind, wie aus der Ausschnittsdar stellung in Fig. 2 hervorgeht, eine Vielzahl von außer ordentlich kleinen Erhebungen oder Vorsprüngen 11 auf der Außenfläche der Glasfrontscheibe ausgebildet. Ferner ist eine Druckschicht 12, die sich bis auf eine Tiefe von 0 bis 50 µm in Richtung der Tiefe dieser Vorsprünge erstreckt, ausgebildet. Die Druckschicht oder Druck belastungsschicht 12 wird durch einen Ionenaustausch prozeß hervorgerufen.

Die Fig. 3A bis 3C verdeutlichen diesen Prozeß. Nachdem die Vielzahl von sehr kleinen Erhebungen 11, wie in Fig. 3A dargestellt, auf der Außenfläche der Glas frontscheibe 2 durch direkte Ätzung wie beim erläuterten Stand der Technik ausgebildet worden sind, wird die Außenfläche der Scheibe 2, die Teil der Kathodenstrahl röhre ist und an ihren Rändern in diese übergeht, in ein Ionenaustauschbad 13 aus geschmolzenem bzw. schmelz flüssigem Kaliumnitrat (KNO₃) 15 getaucht, wie in Fig. 3B angezeigt ist. Dieses Ionenaustauschbad 13 wird mit Hilfe einer Heizeinrichtung 14 in Form einer Heiz spirale, die das Bad umgibt, erwärmt, um die Temperatur des schmelzflüssigen Kaliumnitrats (KNO₃) auf angenähert 400°C zu bringen. Durch Eintauchen der Außenfläche der Scheibe 2 in schmelzflüssiges Kaliumnitrat (KNO₃) 15 für eine Dauer von einigen Stunden bis zu 10 Stunden findet ein Ionenaustauschprozeß statt, und es bildet sich eine Druckschicht 12 bis zu einer Tiefe von angenähert 50 µm in Richtung der Tiefe oder Höhe der kleinen Erhebungen 11 auf der Außenfläche der Scheibe 2, wie in Fig. 3C darge stellt. Die Spannungsverteilung, d.h. Belastungsvertei lung und Tiefe der Schicht 12 hängen von der Zeitdauer des Ionenaustauschprozesses und der dabei vorliegenden Temperatur ab.

Die Fig. 4 verdeutlicht das Prinzip dieses Ionen austauschprozesses. Die Glasfrontscheibe 2 weist eine amorphe Struktur auf, da sie durch Schmelzen von Roh materialien, die üblicherweise hauptsächlich Silicon dioxid (SiO₂), Natriumoxid (Na₂O) und Kaliumoxid (K₂O) umfassen, zusammen mit einer großen Anzahl weiterer Oxide hergestellt wird. Für den Prozeß sollen nur die Natriumionen (Na⁺) und Kaliumionen (K⁺) betrachtet wer den. Wird die Außenfläche der Scheibe 2 in geschmolzenes bzw. schmelzflüssiges Kaliumnitrat (KNO₃) auf einer Temperatur von angenähert 400°C getaucht, so werden die Ionen außerordentlich aktiv. Natriumionen (Na⁺) treten aus der Außenfläche der Scheibe 2 aus und dringen in das schmelzflüssige Kaliumnitrat (KNO₃), und Kalium ionen (K⁺) aus dem schmelzflüssigen Nitrat dringen in die Oberfläche ein und besetzen die von den Natriumionen (Na⁺) freigemachten Plätze. Mit anderen Worten findet ein Ionenaustausch statt. Jedoch beträgt der Radius der Natriumionen (Na⁺) nur 0,97×10^-10m (Angström), und der Radius der Kaliumionen (K⁺) beträgt demgegenüber 1,33×10^-10m (Angström). Infolgedessen werden die sehr viel größeren Kaliumionen (K⁺) in die Zwischenräume, die zuvor Natriumionen (Na⁺) enthielten, fest gepackt, und es bildet sich eine starke und feste Druck- oder Verdich tungsschicht (Kompressionsschicht) 12 dicht an und fest auf der Außenfläche der Scheibe 2.

Die Fig. 5 zeigt die remanente, verbleibende Druck spannungsverteilung, d.h. mit anderen Worten die Druck festigkeit, in Richtung der Tiefe der Schicht 12, die auf der Außenfläche der Scheibe 2 ausgebildet ist. Aus dem Verlauf geht hervor, daß auf der Außenfläche der Scheibe der Druck bzw. die Verdichtung tatsächlich den Wert von 138×10⁶N/m² bzw. 168 Pa (20000 PSI) erreicht und sich bis auf eine Tiefe von angenähert 40µm (Abstand von der Oberfläche der Glasfrontscheibe) erstreckt. Die Größe dieser remanenten Spannung bzw. Festigkeit und ihre Verteilung in Richtung der Tiefe hängen, wie weiter oben bereits erwähnt, stark von den Bedingungen des Ionenaustauschprozesses (Temperatur und Zeitdauer) ab.

Infolge der Druckspannung, d.h. der Spannung infolge der Komprimierung in der Schicht 12, die sich in Rich tung der Dicke der sehr kleinen Erhebungen 11 auf der Außenfläche der Scheibe 2 von 0 bis 50 µm erstreckt, nimmt die augenscheinliche Oberflächenhärte des Glases zu. Die Schicht 12 wirkt aus diesem Grund als Schutz schicht, und wenn auch zuvor durch ein direktes Ätz verfahren eine Entspiegelungs- oder Entblendungsbehand lung ausgeführt worden ist, so können mit Hilfe dieser Schutzschicht Verkratzungen der Scheibe während der wei teren Herstellung verhindert werden.

Die Fig. 6 zeigt Ergebnisse von Verkratzungstests der Außenfläche der Glasfrontscheibe 2. In diesen Tests wurde eine Pyramidennadel oder Prismennadel mit einem 90°-Winkel senkrecht auf die Außenfläche von Probenschei ben gehalten, wobei die Proben mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/m unter konstanter Belastung bewegt wurden. Die Oberflächen wurden daraufhin mit 100facher Vergröße rung nach dem Vorliegen bzw. Nichtvorliegen von Schrammen oder Kratzern untersucht. Bei der Probe (a), einer Front scheibe ohne irgendeine Behandlung zur Entblendung, wur den bis zu einer Last von 80 g keine Schrammen oder Kratzer beobachtet. Bei Probe (b), einer Frontscheibe mit einer Behandlung zur Entblendung durch ein direktes Ätzverfah ren, wie es an Hand des Standes der Technik erläutert wurde, ergab sich eine kritische Last, bei der noch keinerlei Kratzer festgestellt wurden, zu 50 g. Bei der Probe (c) hingegen, einer Glasfrontscheibe 2, die er findungsgemäß zunächst einer Entblendungsbehandlung durch direkte Ätzung und zusätzlich einer Festigungs bzw. Härtungsbehandlung durch den beschriebenen Ionen austauschprozeß unterworfen wurde, konnte die kritische Last, bei der keine Kratzer auftreten, wieder auf einen Wert der Probe (a) verbessert werden.

Im oben erläuterten Ausführungsbeispiel wurde die Ausbildung der Druck- oder Verdichtungsschicht 12 durch Ionenaustauschprozeß nach der Entblendungsbehandlung der Scheibe 2 durch direkte Ätzung hervorgerufen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Folge beschränkt, sondern es ist auch möglich, die direkte Ätzung zur Ent blendung erst dann auszuführen, nachdem zunächst durch den Ionenaustauschprozeß auf der Außenfläche der Schei be 2 die Druck- oder Verdichtungsschicht 12 ausgebildet worden ist.

Durch die vorliegende Erfindung werden auf der Außen fläche der Glasfrontscheibe geringfügige Erhebungen aus gebildet, und es wird auf und anliegend an diese Außen fläche eine Druck- oder Kompressionsschicht ausgebildet. Die augenscheinliche Oberflächenhärte des Glases wird hierdurch erhöht, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Verkratzung der Außenfläche der Scheibe im Herstellungs prozeß außerordentlich herabgesetzt ist und eine blend arme Kathodenstrahlröhre hoher Qualität gewonnen werden kann.

Claims

1. Blendarme Kathodenstrahlröhre mit einer Glasfront scheibe, die eine Außenfläche aufweist, gekennzeichnet durch:
eine Vielzahl sehr kleiner Erhebungen (11) auf der Außenfläche der Glasfrontscheibe (2); und
eine Druckschicht (12) auf dieser Außenfläche und angrenzend an diese Außenfläche.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschicht (12) sich über eine Tiefe von ungefährt 0 bis 50 µm erstreckt.

3. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschicht (12) eine durch einen Ionenaustausch prozeß ausgebildete Schicht ist.

4. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (11) durch direkte Ätzung ausgebildet sind.

5. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (11) nicht größer als 1 µm sind.

6. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Erhebungen so ausgewählt ist, daß sie keinen Einfluß auf die Auflösung des Fluoreszenz bildes auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre haben.

7. Verfahren zum Herstellen einer blendarmen Kathoden strahlröhre, gekennzeichnet durch die Schritte des:
Bereitstellens einer Glasfrontscheibe;
Ausführens einer direkten Ätzung zur Ausbildung einer Vielzahl sehr kleiner Erhebungen auf der Außenfläche der Glasfrontscheibe; und
Ausführens eines Ionenaustauschprozesses zur Ausbil dung einer Druckschicht, die an die Außenfläche der Glas frontscheibe angrenzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfrontscheibe mit einer amorphen Struktur her gestellt wird, die durch Schmelzen von Rohmaterialien aus gebildet wird, welche Siliciumdioxid (SiO₂), Natriumoxid (Na₂O) und Kaliumoxid (K₂O) umfassen; und daß der Ionen austauschschritt das Eintauchen der Außenfläche der Glas frontscheibe in ein Ionenaustauschbad aus schmelzflüssi gem Kaliumnitrat (KNO₃) umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauschschritt die Eintauchung der Außen fläche der Glasfrontscheibe in das Ionenaustauschbad von schmelzflüssigem Kaliumnitrat (KNO₃) auf einer Temperatur von ungefähr 400°C über eine Zeitdauer von einigen Stunden bis zu 10 Stunden umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des direkten Ätzens eine Schleifpulver strahlbehandlung der Außenfläche der Glasfrontscheibe und das Eintauchen der Glasfrontscheibe in ein Ätzfluid um faßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzfluid Flußsäure (HF) verwendet wird.