DE3932343C2 - Verfahren zur Herstellung von antistatisch behandelten Kathodenstrahlröhren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von antistatisch behandelten KathodenstrahlröhrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her
stellung
von antistatisch behandelten Kathodenstrahlröhren, bei
denen ein Anhaften von Staub aus der Luft und unange
nehme elektrostatische Entladungen auf der äußeren
Oberfläche des Leuchtschirms der Röhre
infolge der Ansammlung statischer Elektrizität da
durch verhindert werden, daß der Leuchtschirm einer
antistatischen Behandlung unterzogen wird.
Aufgrund der größeren Abmessungen sowie der ver
besserten Helligkeit und Abbildungsschärfe von Katho
denstrahlröhren, wie sie in der letzten Zeit erzielt
worden sind, ist die Spannung, die an die fluoreszie
rende Oberfläche der Röhre angelegt wird, d. h. die
Nachbeschleunigungsspannung des Elektronenstrahls,
höher als bei älteren Röhren. Bei einer herkömmlichen
Farbkathodenstrahlröhre von 21 Zoll (53,3 cm) betrug
diese Spannung beispielsweise größenordnungsmäßig
25 bis 27 kV, jedoch bei den neuzeitlichen Farbröhren
von 30 Zoll (76,2 cm) oder darüber erreicht die Span
nung Werte von 30 bis 34 kV. Die äußere Oberfläche
des Leuchtschirms erfährt dadurch leicht einen Ladungs
aufbau, insbesondere wenn das Fernsehgerät an- und
ausgeschaltet wird. Zufolge dieser Ladung heften sich
feine Staubteilchen aus der Luft an den Leuchtschirm.
Dieser Staub wird leicht bemerkt und führt zu einer
Verschlechterung der Helligkeit der Farbkathodenstrahl
röhre. Außerdem tritt bei Annäherung einer Person an
den Leuchtschirm der Röhre eine Entladung statischer
Elektrizität von dem Leuchtschirm auf, die sehr un
angenehm ist.
In Fig. 6 der Zeichnungen ist die Veränderung
des Oberflächenpotentials des Leuchtschirms einer
Kathodenstrahlröhre graphisch dargestellt. Dabei be
deutet L die Kurve der Potentialveränderung, die
auftritt, wenn das Gerät eingeschaltet, und L1 die Kurve
der Potentialveränderung, die dann auftritt, wenn das
Gerät ausgeschaltet wird.
Seit einiger Zeit erhalten Kathodenstrahlröhren
eine antistatische Behandlung, bei der zur Vermeidung
der genannten Ladungsansammlung an der äußeren Ober
fläche des Leuchtschirms ein glatter, durchsichtiger,
leitfähiger Überzug auf dem Leuchtschirm gebildet wird,
so daß die Ladung zur Erde abgeführt werden kann.
In Fig. 5 der Zeichnungen wird das Prinzip der
antistatischen Behandlung der Kathodenstrahlröhre
zeichnerisch erläutert. Dabei bedeutet 6 den Hals
der Röhre, der den - nicht dargestellten - Strahlerzeu
ger enthält. Mit der Bezugszahl 7 sind
Ablenkjoche, mit 13 ist ein Trichter, mit der Bezugs
zahl 4 der Leuchtschirm und mit 5 ein Hochspannungsanschluß
punkt bezeichnet. Die Ablenkjoche 7 sind über eine
Leitung 7a mit einer Stromquelle für die Ablenkung, der
Strahlerzeuger ist über eine Leitung 6a mit einer Steuer
stromquelle und der Hochspannungsanschlußpunkt 5 ist über eine
Leitung 5a mit einer Hochspannungsstromquelle verbunden.
Bei der Kathodenstrahlröhre der oben beschriebenen
Bauart wird der Elektronenstrahl, der durch den Strahl
erzeuger innerhalb des Halses 6 emittiert wird, von
außerhalb der Röhre durch die Ablenkjoche 7 elektro
magnetisch abgelenkt, und gleichzeitig wird eine
Hochspannung mittels des Hochspannungsanschlußpunktes
5 an die fluoreszierende Oberfläche der Innenseite
des Leuchtschirms 4 angelegt. Der Elektronenstrahl wird
daher beschleunigt, und seine Energie regt die
fluoreszierende Oberfläche dazu an, Licht zu emittie
ren. Jedoch verändert sich zufolge der an die fluo
reszierende Oberfläche angelegten Hochspannung das
Potential der Außenfläche des Leuchtschirms 4, so daß
sich Staub an den Leuchtschirm haftet.
Um dieses Anhaften von Staub zu verhindern, wird
daher, wie in Fig. 5 gezeigt, ein glatter, durchsich
tiger, leitfähiger Überzug 11 auf dem Leuchtschirm 4
gebildet. Da der Überzug 11 geerdet ist, entweicht
jegliche Ladung auf dem Leuchtschirm kontinuierlich
in die Erde, so daß eine Ansammlung von Ladung auf dem
Leuchtschirm verhindert wird.
Bei der antistatischen Kathodenstrahlröhre 3,
die in Fig. 5 dargestellt ist, wird die Erdung des
durchsichtigen, leitfähigen Überzugs 11 auf der
äußeren Oberfläche des Leuchtschirms 4 dadurch be
wirkt, daß ein metallischer Antiimplosionsgürtel 8,
der um die Seitenwand des Leuchtschirms 4 gezogen ist,
und der durchsichtige, leitfähige Überzug 11 mittels
eines leitfähigen Bandes 12 elektrisch miteinander ver
bunden werden. Der Antiimplosionsgürtel 8 ist mit
der Erde 10a durch einen Erdungsdraht 10 verbunden,
der an Befestigungsansätzen 9 angebracht ist, so daß
der durchsichtige, leitende Überzug 11 leicht geerdet
werden kann.
In Fig. 6 stellen die Kurven M und M1 die Poten
tialveränderungen der äußeren Oberfläche des Leucht
schirms in einer derartigen antistatischen Kathoden
strahlröhre 3 dar, bei der ein glatter, durchsichtiger,
leitfähiger Überzug 11 auf der Oberfläche gebildet wird,
wenn das Gerät an- bzw. abgeschaltet wird. Es ergibt
sich aus dieser Figur, daß die Aufladung wesentlich gerin
ger ist als bei Röhren, die nicht auf diese Weise
behandelt worden sind.
Der glatte, durchsichtige, leitfähige Überzug 11,
der auf der Oberfläche des Leuchtschirms 4 gebildet ist,
muß eine bestimmte Härte und Haftfähigkeit besitzen;
für diesen Zweck werden im allgemeinen daher Überzüge
vom Siliziumdioxidtyp (SiO2) verwendet.
Früher wurden diese glatten, durchsichtigen,
leitfähigen Überzüge vom Siliziumdioxid-Typ dadurch
gebildet, daß der Leuchtschirm 4 überall gleichmäßig
mit einer alkoholischen Lösung von Siliziumalkoxiden
mit OH-, OR- oder anderen funktionellen Gruppen
beispielsweise durch Rotationsbeschichten (spin-coating)
beschichtet wurde. Die Überzüge wurden danach bei ver
hältnismäßig niedriger Temperatur warm getrocknet, bei
spielsweise bei 100°C oder darunter.
Die glatten, durchsichtigen, leitfähigen Über
züge 11, die nach dem beschriebenen Verfahren gebildet
worden sind, sind porös, und da sie Silanolgruppen
(∼Si-OH) enthalten, wird ihr Oberflächenwiderstand durch
Adsorption von Luftfeuchtigkeit verringert. Wenn diese
herkömmlichen Überzüge jedoch bei höherer Temperatur
getrocknet werden, damit die in den Poren eingeschlossene
Feuchtigkeit entweichen kann, geht die OH-Gruppe der
Silanolgruppe mit verloren. Es erhöhte sich daher der
Oberflächenwiderstand, und die erwünschte Leitfähigkeit
konnte nicht erhalten werden. Aus diesem Grund muß das
Trocknen bei niedriger Temperatur erfolgen, jedoch
ist in diesem Fall der Überzug nicht fest genug.
Wenn außerdem die Überzüge längere Zeit in einer
trockenen Atmosphäre verwendet werden, entweicht die
Feuchtigkeit wiederum aus den Poren und der Ober
flächenwiderstand steigt mit der Zeit an. Wenn außer
dem die Feuchtigkeit einmal aus den Poren entwichen
ist, ist sie nicht leicht wieder in diese hineinzu
bringen.
Herkömmliche Überzüge litten somit unter dem
Hauptmangel der geringen Festigkeit und der geringen
Stabilität des elektrischen Widerstandes mit der Zeit.
Um diese Nachteile zu überwinden, wurden Metallatome,
wie Zirkon mit der Alkoxidstruktur in der Überzugslösung
kombiniert, um eine bessere Leitfähigkeit zu erzielen,
jedoch führte dies nicht zu einer großen Verbesserung.
Aus EP 0 283 128 A1 ist eine Kathodenstrahlröhre be
kannt, die einen antistatischen Überzug auf der Basis ei
nes Siliciumalkoxids aufweist, dem als leitfähige Substanz
Zinndioxid im Gewichtsverhältnis 9 : 1 zugesetzt ist. Anstel
le von Zinndioxid kann auch Indiumoxid verwendet werden.
Der Überzug wird durch Aufsprühen einer Lösung des Oxids
und des Siliciumalkoxids in wäßrig-alkoholischer Salpeter
säure bis zum Erhalt einer Dicke von 0,3 µm nach anschlie
ßendem Trocknen gebildet.
Aus WO 88/02547 A1 ist eine antistatische Beschichtung
von Kathodenstrahlröhren bekannt, die aus einem Gemisch
aus Zinndioxid und Antimonoxid im Verhältnis von 99 : 1 bis
91 : 9 besteht; d. h. der Gehalt an Antimonoxid beträgt etwa
1 bis 10% der Menge an Zinndioxid. Siliciumverbindungen
sind nicht vorgesehen.
In der älteren Anmeldung EP 323 118 A2 wurde eine
Kathodenstrahlröhre vorgeschlagen, die als antistatische Be
schichtung eine solche aus Ethylsilikat und Lithiumni
trat aufweist.
Aus GB-PS 852 675 ist die Verwendung von Indiumoxid
für eine Streifenbeschichtung einer flachen Kathoden
strahlröhre bekannt, wodurch horizontale und bzw. oder
vertikale Ablenkplatten gebildet werden, um eine Steue
rung der Elektronenstrahlablenkung zu erzielen.
Aus DE 27 49 212 A1 ist eine Widerstandsbeschich
tungsmasse für Kathodenstrahlröhren bekannt, die aus In
diumoxid bestehen kann und die auf der Innenoberfläche
der Kathodenstrahlröhre aufgebracht ist, und zwar auf
dem trichterförmigen Teil der Kathodenstrahlröhre; sie soll
den Funkenüberschlag im Inneren der Kathodenstrahlröhre
unterdrücken.
Aus dem Abstract zu JP 59-96 638 (A) ist der Zusatz
von SiO2 und bzw. oder K2O zu einer Beschichtung aus Zinn
oxid für den Leuchtschirm von Kathodenstrahlröhren be
kannt, daneben können auch noch Antimon oder Fluor vor
handen sein.
Das grundlegende Verfahren zur Lösung der oben erwähnten
Schwierigkeiten bestand darin, einen leitfähigen Füll
stoff in Form kleiner Teilchen von SnO2 (Zinn(IV)oxid)
oder In2O3 (Indiumoxid) in der alkoholischen Lösung
eines Siliziumalkoxids zu dispergieren und geringe
Mengen an P (Phosphor) oder Sb (Antimon) der Be
schichtungslösung zuzusetzen, um ihr halbleitende
Eigenschaften zu verleihen. Durch gleichmäßiges
Rotationsbeschichten der äußeren Oberfläche des Leucht
schirms 4 der Kathodenstrahlröhre mit einer derartigen
Lösung und anschließendes Trocknen bei verhältnis
mäßig hoher Temperatur (beispielsweise 100 bis 200°C)
war es möglich, die Festigkeit des Überzuges zu
erhöhen und einen glatten, durchsichtigen, leitfähigen
Überzug 11 zu erhalten, dessen Widerstand sich unter
den verschiedensten Umgebungsbedingungen nicht änderte.
Obwohl ein Überzug aus Siliziumdioxid, der durch
Dispergieren eines leitfähigen Füllstoffes in einer
alkoholischen Lösung eines Siliziumalkoxids, wie oben
beschrieben, hergestellt wurde, die oben beschriebenen
Vorteile aufweist, besitzt er trotzdem in seinen Eigen
schaften einen Nachteil, wie im folgenden beschrieben
wird.
Die äußere Oberfläche des Leuchtschirms 4 einer
Kathodenstrahlröhre wurde mit einer alkoholischen
Lösung eines Siliziumalkoxids beschichtet, der winzige
Teilchen aus Zinn(IV)oxid in einer Menge von 1,5%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungslösung, zugesetzt
waren, und der Überzug wurde 30 Minuten bei 150°C
getrocknet, wodurch antistatische Kathodenstrahlröhren
erhalten worden sind. Als verschiedene Untersuchungen
mit der antistatischen Kathodenstrahlröhre, die auf
diese Weise erhalten worden war, durchgeführt wurden,
zeigte sich, daß der Oberflächenwiderstand 5 × 106 Ω
betrug, die Überzugsfestigkeit nicht unter 9H auf der
Skala der Bleistifthärte lag, der Oberflächenwiderstand
unter trockenen Bedingungen überhaupt keine Veränderungen
aufwies und die Aufladung beim Ein- und Ausschalten
des Fernsehgeräts sehr eng den durch die Kurven M und
M1 in Fig. 6 dargestellten Verhältnissen entsprach.
Es wurde jedoch festgestellt, daß beim Fahren mit dem
Handrücken über die Oberfläche des glatten, durchsich
tigen, leitfähigen Überzugs 11 bei angestelltem Gerät
eine leichte Vibration zu fühlen war. Diese Vibration
war ungleich der Art von Schlag, den man fühlt, wenn
der Leuchtschirm aufgeladen war. Es wurde gefunden,
daß es sich um eine Schwierigkeit handelt, die Silizium
dioxidüberzügen, in denen ein leitfähiger Füllstoff
dispergiert ist, zu eigen ist, und diese Schwierigkeit
trat überhaupt nicht bei herkömmlichen Kathodenstrahl
röhren auf. Außerdem fühlte sich die Vibration für
einige Leute äußerst unangenehm an.
Die Ursache für dieses Vibrationsgefühl wurde
untersucht. Es wurde gefunden, daß, wenn der Überzug
durch ein Naßverfahren aufgebracht wird, wie beispiels
weise durch Rotationsbeschichten mit einer alkoholi
schen Lösung eines Siliziumalkoxids, die eine Disper
sion von leitfähigen Füllstoffteilchen enthält, und
die Menge an Füllstoff ansteigt, die Teilchen rasch
aneinander haften, wenn der Überzug trocknet. Mikros
kopisch, betrachtet, wie in Fig. 4 dargestellt, bilden
die Füllstoffteilchen 2 ein kettenartiges Netzwerk in
einer Matrix 1 aus Siliziumdioxid. Makroskopisch be
trachtet, weist der glatte, durchsichtige, leitfähige
Überzug 11 keine Aufladung auf, da die Ladung in die
Erde entweicht. Mikroskopisch betrachtet, bleibt jedoch
das Potential auf der Oberfläche des Überzugs 11,
nachdem das Fernsehgerät angeschaltet worden ist, selbst
nach Verstreichen einer beträchtlichen Zeit ungleich
mäßig über das Netzwerk verteilt. Wenn daher der Hand
rücken über die Oberfläche bewegt wird, fühlt man eine
Vibration, wie wenn der Handrücken geschüttelt würde.
Das Rotationsbeschichten oder andere Beschichten,
das aufgrund seiner Produktionseffektivität sowie der
damit verbundenen Einfachheit bei der Handhabung der
Kathodenstrahlröhren angewandt wurde, wurde durchge
führt, nachdem ein metallischer Antiimplosionsgürtel
8 um die Seitenwandung des Leuchtschirms 4 der Röhre
gezogen worden war.
Gemäß Fig. 7A, die ein Fließschema der Verfah
rensschritte zur Herstellung von herkömmlichen Kathoden
strahlröhren darstellt, bedeuten die Bezugszahlen 20
den Zusammenbau der Vorderabdeckung, aufweisend Schirme und Maske,
21 das Paartrocknen der Vorderabdeckung,
22 die Schichtabscheidung
und die Aluminiumabscheidung, 23 das Trocknen des Vor
derteils, 24 das Verschließen des gesin
terten Glases, 25 das Ver
schließen des Strahlerzeugers, 26 das Evakuieren,
27 das Lagern und Altern, 28 das Prüfen der Eigen
schaften, 29 die Antiimplosionsbehandlung und 30
den Versand. Die Kathodenstrahlröhren werden durch
Durchlaufen der Verfahrensstufen 20 bis 30 in der
angegebenen Reihenfolge hergestellt.
Fig. 7B, die ein Fließschema der Verfahrens
stufen zur Herstellung von herkömmlichen antistati
schen Kathodenstrahlröhren darstellt, läßt erkennen,
daß die antistatische Behandlung 31 zwischen der
Antiimplosionsbehandlung 29 und dem Versand 30 bei
der Herstellungsschrittfolge für herkömmliche Röhren,
wie sie in Fig. 7A dargestellt ist, durchgeführt
wird. Diese antistatische Behandlung 31 besteht aus
der Beschichtung mit einer Lösung, beispielsweise
durch Rotationsbeschichten 31A, und dem Trocknen
31B. Die übrigen Verfahrensstufen sind die gleichen
wie in Fig. 7A angegeben, weshalb ihnen gleiche
Bezugszahlen zugeordnet wurden.
Bei der antistatischen Kathodenstrahlröhre mit
einem glatten, durchsichtigen, leitfähigen Überzug,
wie sie oben beschrieben wurde, wurde ein leitfähi
ger Füllstoff zugesetzt, um die Festigkeit des Über
zugs zu verbessern und um zu verhindern, daß sein
Oberflächenwiderstand mit der Zeit variiert. Wurde
jedoch der Überzug auf den Leuchtschirm mit Hilfe
eines Naßverfahrens, wie beispielsweise durch
Rotationsbeschichten, aufgebracht, bildeten die
leitfähigen Füllstoffteilchen ein kettenartiges
Netzwerk in einer Siliziumdioxidmatrix. Zufolgedessen
wurde, wenn das Fernsehgerät angeschaltet wurde und
der Handrücken über die Oberfläche des durchsichtigen,
leitfähigen Überzugs geführt wurde, eine unangenehme
Empfindung hervorgerufen, wie wenn die Hand geschüt
telt würde.
Die oben beschriebene Herstellungsweise ist außer
dem mit zwei anderen Schwierigkeiten verbunden, die das
Herstellungsverfahren und die Eigenschaften des Über
zuges betreffen.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens erfordert das
Trocknen des Überzuges das Vorsehen eines neuen Ofens.
Die Trocknungsbedingung von 150°C muß 30 Minuten lang
aufrechterhalten werden, und die Hinzufügung dieses
Verfahrensschrittes erfordert, daß für kontinuierliche
Behandlung eine Ofenlänge von 50 bis 100 Meter bereit
gestellt wird, wenngleich die wirklich erforderliche
Länge von der Kapazität der Größe der herzustellenden
Kathodenstrahlröhre abhängt. Die Hinzufügung dieses
Ofens in die Herstellungslinie war daher ein großer
Nachteil vom Standpunkt des erforderlichen Raumbedarfs.
Bezüglich der Eigenschaften des Überzuges ist
von Bedeutung, daß der Überzug bei einer Temperatur
von nicht über 200°C getrocknet werden mußte, nach
dem er auf der fertigen Kathodenstrahlröhre gebildet
worden war, so daß die Zuverlässigkeit oder die Lebens
dauer der Röhre nicht beeinträchtigt wurde. Im Falle
der herkömmlichen antistatischen Röhren war die Festig
keit des durchsichtigen, leitfähigen Überzuges jedoch
unangemessen. Bei Siliziumdioxid-Überzügen steigt
die Festigkeit des Überzuges mit der Trocknungstempera
tur an, und bei Temperaturen von 350°C oder darüber
ist die Festigkeit fast die gleiche wie die von Glas.
Wegen der obengenannten Einschränkungen war die Festig
keit des Überzuges jedoch unzureichend. Außerdem brach
te eine weitere Wärmebehandlung der Röhre nach ihrer
Herstellung einen beträchtlichen Energieaufwand mit sich.
Fig. 11 der Zeichnungen zeigt das Rotationsbe
schichten bei der herkömmlichen Herstellung einer anti
statischen Kathodenstrahlröhre. Zunächst wird die
Antiimplosionsbehandlung mit dem Anlegen des metalli
schen Antiimplosionsgürtels durchgeführt. Nachdem die
äußere Oberfläche des Leuchtschirms 4 gesäubert
worden ist, wird der Trichter 13 der Röhre auf einer
Plattform 118 einer Rotationsbeschichtungsmaschine 114
gelagert und Löcher der Befestigungsansätze 9 an
Säulen 117 befestigt, so daß der Leuchtschirm 4 nach
oben zeigt. In dieser Stellung wird die Röhre bei ver
hältnismäßig geringer Geschwindigkeit von beispiels
weise 40 bis 60 Upm gedreht und eine bestimmte Menge an
Beschichtungslösung 119 aus einer Einspritzdüse 116 ober
halb des Leuchtschirmes 4 auf die äußere Oberfläche
des Leuchtschirmes gesprüht. Wenn sich die Beschich
tungslösung 119 in einem bestimmten Ausmaß über die
äußere Oberfläche des Leuchtschirms 4 verteilt hat, wird
die Geschwindigkeit der Rotationsbeschichtungsmaschine
114 auf beispielsweise 100 bis 150 Upm erhöht, so daß
die Kathodenstrahlröhre mit hoher Geschwindigkeit ge
dreht und dadurch der Überzug gleichmäßig über den
Leuchtschirm verteilt und stabilisiert wird.
Bei dem genannten Rotationsbeschichtungsverfahren
wird Beschichtungslösung, die bei der Rotation der
Kathodenstrahlröhre wegspritzt, durch eine Wiedergewin
nungskapsel 115 aufgefangen, wie aus der Firmenschrift
AEG-TELEFUNKEN BWB 4 Bl. 73, 7 (1973) bekannt.
Bei der herkömmlichen Herstellungsweise für anti
statische Kathodenstrahlröhren gab es jedoch zwei
Schwierigkeiten.
Diese erste Schwierigkeit bestand darin, daß Un
regelmäßigkeiten zufolge der Ungleichmäßigkeit des
Überzuges in einem Paar diagonal gegenüberliegenden Ecken
des Leuchtschirms 4 auftraten. Um die Beschichtung
gleichförmig zu machen und sie zu stabilisieren, läßt
man die Kathodenstrahlröhre mit hoher Geschwindigkeit
rotieren. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, wirbelt jedoch
der rechteckige Leuchtschirm 4 die Luft innerhalb
der kreisförmigen Wiedergewinnungskapsel 115 auf, wobei
außerdem das Ausmaß der Luftaufwirbelung längs der
langen und der kurzen Seiten des Rechtecks unterschiedlich
ist. Wenn die Röhre in Richtung des Pfeils in Fig. 9
rotieren gelassen wird, treten daher Unregelmäßigkeiten
122 zufolge der Ungleichmäßigkeit der Beschichtung
in der oberen linken und in der unteren rechten Ecke
auf. Diese Unregelmäßigkeiten 122 in den Ecken konnten
überdies nicht dadurch beseitigt werden, daß man die
Rotationsgeschwindigkeit der Röhre oder die Viskosität
der Beschichtungslösung variiere.
Die zweite Schwierigkeit bestand darin, daß
Tropfen der Beschichtungslösung, die zufolge der hohen
Rotationsgeschwindigkeit der Röhre weggespritzt waren,
auf die untere Wand 115A der Wiedergewinnungskapsel 115
mit einem schrägen Winkel auftrafen, wie er der Dreh
richtung entsprach, und anschließend auf den Trichter
13 der Röhre zurückgeworfen wurden. Zufolge der Luft
turbulenz um die rotierende Röhre herum wird die Bewe
gung der Tropfen der Überzugslösung gestört, und die
Tropfen können an der Röhre anhaften. Ein Anhaften von
Tropfen stellt jedoch eine ernste Schwierigkeit dar,
insbesondere bei einem Anhaften in der Nähe des Hochspannungs
anschlußpunktes 5, weil dies zu Hochspannungsab
leitungen führt.
Aufgabe der Erfindung ist die Überwindung der
obengenannten Schwierigkeiten und die Schaf
fung eines Verfahrens zur Herstellung einer antistatisch
behandelten Kathodenstrahlröhre,
bei
dem die Röhre mit hoher Geschwindigkeit rotieren ge
lassen wird, so daß ein gleichförmiger, stabiler Über
zug erhalten wird, der keine Unregelmäßigkeiten
an den Ecken aufweist, wobei ferner das Anhaften von
Überzugslösung, die von der Röhre weggespritzt ist,
an der Röhre vermieden wird.
Gegenstand der Erfindung ist das in Anspruch 1
angegebene Verfahren.
Der Oberflächenwider
stand des Leuchtschirms beträgt nach dem Trocknen des glatten,
durchsichtigen, leitfähigen Überzugs 5,0 × 107 Ω bis
1,0 × 1011 Ω; dies wird dadurch erzielt, daß man die
Menge an leitfähigen Füllstoffteilchen, die in der
Siliziumdioxidmatrix dispergiert sind, steuert. Danach
sind die Teilchen sehr gleichmäßig dispergiert, und
die Potentialverteilung auf der äußeren Oberfläche
des Leuchtschirmes wird gleichförmig gehalten, so
daß selbst das Bewegen des Handrückens über den Leucht
schirm der Röhre bei angestelltem Gerät praktisch nicht
zu einem Gefühl einer unangenehmen Vibration führt.
Außerdem wird die herkömmliche Wärmebehandlung
der Röhre dazu mit verwendet, um den Überzug zu trock
nen, so daß kein weiterer Ofen eingerichtet zu werden
braucht. Schließlich wird eine hohe Trocknungstemperatur
angewandt, so daß ein sehr fester Überzug erzielt wird.
Darüber hinaus wird, wenn die Kathoden
strahlröhre rotieren gelassen wird, um die auf die äus
sere Oberfläche des Leuchtschirmes auf gesprühte leit
fähige Überzugslösung gleichmäßig zu verteilen, die
Wiedergewinnungskapsel synchron mit der Röhre rotieren
gelassen. Die Luft innerhalb der Wiedergewinnungskapsel
rotiert daher mit der Röhre zusammen, so daß praktisch
keine Luftturbulenzen von dem rechteckigen Leuchtschirm
erzeugt werden. Daher werden die Bildung von Unregelmäßig
keiten an den Ecken infolge der Ungleichheit der Be
schichtung in den diagonal gegenüberliegenden Ecken des
Leuchtschirms sowie das Anhaften von verspritzter Über
zugslösung an dem Trichter in hohem Ausmaße unterdrückt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfingung wird im folgenden anhand von
Zeichnungen näher erläutert, worin bedeuten:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der
Struktur des durchsichtigen leitfähigen Überzugs in
einer antistatischen Kathodenstrahlröhre;
Fig. 2 ein Diagramm, das die Ergebnisse von
Messungen des Oberflächenwiderstandes und von Feststel
lungen eines Vibrationsgefühls darstellt, das beim Be
rühren der äußeren Oberfläche des Leuchtschirms auf
tritt;
Fig. 3 ein Fließschema mit der Angabe der
Verfahrensstufen, die bei der Herstellung der anti
statischen Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung durch
laufen werden;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der
Struktur des durchsichtigen, leitfähigen Überzugs in
einer herkömmlichen antistatischen Kathodenstrahlröhre;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Kathoden
strahlröhre, der zeigt, wie bei einer antistatischen
Kathodenstrahlröhre ein Ladungsaufbau verhindert wird;
Fig. 6 ein Diagramm, das die Potentialver
änderung an der äußeren Oberfläche des Leuchtschirms
einer Kathodenstrahlröhre wiedergibt;
Fig. 7A und 7B Fließschemata, die die Ver
fahrensstufen angeben, die zur Herstellung einer her
kömmlichen Kathodenstrahlröhre sowie einer antistati
schen Kathodenstrahlröhre durchlaufen werden;
Fig. 8 eine schematische Vorderansicht der
Vorrichtung zum Rotationsbeschichten bei der Herstellung
einer antistatischen Kathodenstrahlröhre nach einer
Ausführung der Erfindung;
Fig. 9 und 10 Draufsichten auf die Vorrich
tung zum Rotationsbeschichten gemäß Fig. 8 und
Fig. 11 eine schematische Vorderansicht einer
herkömmlichen Vorrichtung zum Rotationsbeschichten.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen wird im folgen
den eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
näher erläutert.
Gemäß Fig. 1, die den Aufbau des durchsichtigen,
leitfähigen Überzuges einer antistatischen Kathoden
strahlröhre wiedergibt, bedeutet 1 eine Siliziumdioxid-
Matrix, die einen leitfähigen Füllstoff aus winzigen
Teilchen von Zinn(IV)oxid (SnO2) oder Indiumoxid (In2O3)
oder einem Gemisch daraus als Dispersion in einer alkoho
lischen Lösung eines Siliziumalkoxids mit funktionel
len OH- und OR-Gruppen enthält, deren Größe
in der Größenordnung von 0,1 Mikrometer
liegt, wobei kleine Mengen von Phosphor oder Antimon
zugesetzt sind, um halbleitende Eigenschaften zu
erzielen, wobei deren Mengen etwa 0,1 Prozent
des Zusatzstoffes in Form eines seiner Oxide wie P2O5 oder
Sb2O3, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungslö
sung, betragen. Die leitfähigen Füllstoffteilchen in der
Matrix 1 sind mit der Bezugszahl 2 bezeichnet.
In einem Naßverfahren, nämlich dem
Rotationsbeschichten mit der erwähnten Siliziumalkoxid-
Lösung, wird die Lösung auf den Leuchtschirm 4 der
Kathodenstrahlröhre aufgebracht, trocknen gelassen und
anschließend unter Erhitzen getrocknet, so daß ein
glatter, durchsichtiger, leitfähiger Überzug 11, wie
in Fig. 5 dargestellt, gebildet wird. Bei diesem Ver
fahren wird der Oberflächenwiderstand (Rs) nach dem
Trocknen durch Wärmeeinwirkung so eingestellt, daß er
innerhalb des Bereichs
5.0 × 107 Ω ≦ Rs ≦ 1.0 × 1011 Ω
zu liegen kommt.
Im folgenden werden einige Versuche beschrieben,
die mit der antistatischen Kathodenstrahlröhre, die
mit einem durchsichtigen, leitfähigen Überzug 11 der
in Fig. 1 dargestellten Struktur ausgestattet ist,
durchgeführt wurden.
Wenn, wie oben beschrieben, die Menge an leit
fähigen Füllstoffen, wie SnO2, die in einer alkoho
lischen Lösung von Siliziumalkoxid dispergiert sind,
erhöht wird und die Lösung auf den Leuchtschirm einer
Kathodenstrahlröhre mittels
Rotationsbeschichten aufge
bracht und anschließend getrocknet wird, haften sich
die leitfähigen Füllstoffteilchen rasch aneinander und
bilden ein kettenartiges Netzwerk, wie in Fig. 4 dar
gestellt ist, was unerwünscht ist. Es wurden daher
Prototypen von antistatischen Kathodenstrahlröhren her
gestellt, bei denen die Menge an leitfähigen Füllstoff
teilchen in der alkoholischen Lösung des Siliziumalk
oxids variierten, wonach die Röhren in Fernsehgeräte
eingebaut und diese Geräte in Betrieb getestet wurden,
um das auftretende Vibrationsgefühl zu bewerten.
Fig. 2 gibt die Ergebnisse dieser Vibrationstests
wieder. Da die Menge an zugesetztem leitfähigem Füll
stoff mit dem Oberflächenwiderstand des glatten, durch
sichtigen, leitfähigen Überzugs nach dem Trocknen durch
Erhitzen verknüpft ist, wird die Menge an zugesetztem
Füllstoff in Form des Oberflächenwiderstandes des Über
zugs ausgedrückt. Weiterhin wird, wie in der Fig. 2
dargestellt, die gefühlte Vibration in sechs Stufen
von 0 bis 5 bewertet. Bei Stufe 0 wird überhaupt keine
Vibration gefühlt, während bei Stufe 5 eine sehr starke
Vibration zu fühlen ist. Es wurde ermittelt, daß nach
Einbau der Röhren in Fernsehgeräte ein Vibrationsgrad
von 2,5 oder darunter praktisch keine Schwierigkeiten
beim Gebrauch hervorruft. In diesem Falle beträgt der
Oberflächenwiderstand des glatten, durchsichtigen, leit
fähigen Überzugs 5,0 × 107 Ω. Wenn dieser Überzug
mikroskopisch beobachtet wurde, zeigte sich, daß, wie
in Fig. 1A dargestellt, die Teilchen aus leitfähigem
Füllstoff 2 gleichmäßig in der Siliziumdioxidmatrix
1 dispergiert weren und praktisch keinerlei ketten
artiges Netzwerk festzustellen war. Wurde die Menge an
Füllstoff 2 verringert, fiel das Vibrationsgefühl fast
auf Null (bei einem Oberflächenwiderstand von 1 × 1011 Ω).
Wurde die Menge an Füllstoff 2 jedoch noch weiter ver
ringert, wie in Fig. 1B dargestellt ist, wurde der Füll
stoff 2 in der Siliziumdioxidmatrix 1 mit großen
Zwischenräumen verteilt und der Oberflächenwiderstand
fluktuierte über den Leuchtschirm sowie zwischen unter
schiedlichen Röhren, was vom Standpunkt des antista
tischen Effekts unerwünscht ist.
Aus diesen Ergebnissen war daher abzuleiten, daß
bei Dispergierung eines leitfähigen Füllstoffs in
einer alkoholischen Lösung eines Siliziumalkoxids und
Beschichten eines Leuchtschirms einer Kathodenstrahl
röhre mit dieser Lösung mit Hilfe
des Rotationsbeschichtens
und anschließendem Trocknen und Einstellen des Ober
flächenwiderstandes (Rs) des glatten, durchsichtigen,
leitfähigen Überzugs, der durch Erhitzen des getrock
neten Überzugs hergestellt worden ist, innerhalb des
Bereichs
5,0 × 107 Ω ≦ Rs ≦ 1,0 × 1011 Ω
sämtliche Eigenschaften des Überzuges zufriedenstellend waren.
In der beschriebenen Durchführungsform des
Verfahrens wird eine Dispersion eines
leitfähigen Füllstoffes, wie SnO2 oder In2O3 in
einer alkoholischen Lösung eines Siliziumalkoxids als
Beschichtungslösung verwendet, jedoch erhält man den
gleichen Effekt, wenn eine analoge Lösung mit an
deren Metallatomen, wie Zr (Zirkon), in der Alkoxid
struktur kombiniert eingesetzt wird.
Eine weitere Durchführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens wird im folgenden beschrieben.
Fig. 3 stellt ein Fließschema des Verfahrens zur
Herstellung der antistatischen Kathodenstrahlröhre
gemäß der Erfindung dar. Der Unterschied von der
Herstellungsmethode, wie sie in Fig. 7B
dargestellt ist, besteht darin, daß anstelle der
Durchführung der antistatischen Behandlung 31 zwischen
der Antiimplosionsbehandlung 29 und dem Versand 30
die Beschichtungsstufe 31A der antistatischen Be
handlung vor dem Trocknen des Vorderteils
23 durchgeführt wird, d. h. einer Wärmebehandlungsstufe,
die bei der Herstellung von Kathodenstrahlröhren ohne
hin durchlaufen wird, und das Trocknen der antistati
schen Beschichtung gleichzeitig mit dem Trocknen des
Vorderteils 23 durchgeführt wird. Da die anderen Ver
fahrensstufen mit denen von Fig. 7B identisch sind,
sind sie mit der, jeweils gleichen Bezugszahl bezeichnet
und ihre Beschreibung wird hier weggelassen.
Das Trocknen der antistatischen Beschichtung kann
auch gleichzeitig mit dem Verschließen des gesinterten
Glases 24 oder mit dem
Evakuieren 26 anstatt mit dem Trocknen des Vorderteils
23 durchgeführt werden. Diese Wärmebehandlungen werden
beide bei sehr hohen Temperaturen (380°C bis 450°C)
durchgeführt. Durch die leeren Kästchen mit der Bezeich
nung 31A in Fig. 3 sind die Stellen angegeben, an denen
das Beschichten vor den Schritten 24 und 26 durchgeführt
werden kann, während das Trocknen mit den Verfahrens
stufen 24 bzw. 26 zusammenfällt.
Das Trocknen des antistatischen Überzugs könnte
theoretisch auch mit dem Paartrocknen der Vorderab
deckung 21 zusammen durch
geführt werden, das ebenfalls bei hoher Temperatur er
folgt. Anschließend an die Stufe 21 wird jedoch die
Röhre einer chemischen Behandlung unterworfen, nämlich
der Schichtabscheidung und der
Aluminiumabscheidung 22. Da der Überzug durch das
Alkali oder die Säure, die dabei verwendet werden,
leicht angegriffen oder durch das häufige Handhaben
der Materialien auf der Stufe 22 zerkratzt werden könn
te, ist es daher nicht zweckmäßig, das Trocknen des
Überzuges in die Stufe 21 zu integrieren.
Da das Verschließen des Strahlerzeugers
25 und das Evakuieren 26 kontinuierliche
Verfahrensschritte sind, kann das Beschichten 31A
auch vor dem Verschließen des Strahlerzeugers 25 durch
geführt werden, wie durch das entsprechende leere
Kästchen in Fig. 3 angedeutet ist; in diesem Falle
würde das Trocknen der antistatischen Beschichtung
ebenfalls zusammen mit dem Evakuieren 26 erfolgen.
Gemäß dem er
findungsgemäßen Verfahren wird, wie in Fig. 8 ge
zeigt, von dem herkömmlichen Verfahren zur Herstel
lung einer antistatischen Kathodenstrahlröhre,
das in Fig. 11 dargestellt ist, in folgenden Punkten
abgewichen.
Zunächst ist die Wiedergewinnungskapsel 115,
die die Kathodenstrahlröhre umgibt und die von der
Rotationsbeschichtungsmaschine 114 gehaltert ist,
mit der Maschine 114 durch Arme 120 verbunden.
Bei dieser Konstruktion wird die Wiedergewin
nungskapsel 115 durch die Drehung der Rotationsbe
schichtungsmaschine 114 angetrieben und rotiert mit
hoher Geschwindigkeit zusammen mit der Röhre und
synchron mit ihr. Wird daher die Röhre mit hoher Ge
schwindigkeit rotieren gelassen, um den Überzug gleich
mäßig und stabil werden zu lassen, so rotiert die
Luft innerhalb der Wiedergewinnungskapsel 115 zusammen
mit der Röhre. Demzufolge erzeugt der Leuchtschirm
4 keine Luftturbulenzen innerhalb der Kapsel 115 mehr,
der Überzug in den diagonalen Ecken des Leuchtschirms
4 wird gleichmäßig, und es gibt praktisch keine Bil
dung von Ungleichmäßigkeiten in den Ecken. Außerdem
haften Tropfen aus Beschichtungslösung, die zufolge
der hohen Rotationsgeschwindigkeit versprüht werden,
nur in einem sehr geringen Ausmaß an der Röhre. Demzu
folge werden Fehler infolge von Hochspannungsverlusten,
die durch Anhaften von Tropfen der Beschichtungslösung
an den Trichter 13 in der Nähe des Hochspannungsanschluß
punktes 5 erzeugt werden,
weitgehend vermieden.
Die Wiedergewinnungskapsel 115 kann kreisförmig
sein, wie in Fig. 9 dargestellt, oder eine
rechteckige Form haben, die im wesentlichen derjenigen
des Leuchtschirms 4 ähnelt, wie in Fig. 10 gezeigt.
Wenn die Wiedergewinnungskapsel 115 kreisförmig
ist, wie in Fig. 9 dargestellt, können verschiedene
Antiturbulenz-Zwischenwände 102 vorgesehen sein, die
sich in radialer Richtung erstrecken und auf dem Umfang
in praktisch gleichen Abständen voneinander angeordnet sind,
wodurch mit dazu beigetragen wird, Luftturbulenzen in
der Kapsel zu verhindern.
Darüber hinaus wird dann, wenn die Wiedergewin
nungskapsel 115 eine rechteckige Form aufweist, wie
in Fig. 10 dargestellt, innerhalb der Kapsel überhaupt
keine Luft-Turbulenz erzeugt. Im Falle einer recht
eckigen Kapsel kann den Ecken 115a der Bodenwände eben
falls eine gekrümmte Oberfläche verliehen werden, so
daß dadurch das Zurückwerfen von Tropfen aus Beschich
tungslösung weiter vermindert wird.
Da mit Ausnahme der eben beschriebenen Punkte
der Aufbau und die Wirkungsweise der Teile in der Ro
tationsbeschichtungsvorrichtung mit denen der herkömm
lichen Vorrichtung gemäß Fig. 11 identisch sind, haben
sie die entsprechenden Bezugszahlen erhalten.
Des erfindungsgemäße Verfahren wurde für den Fall
beschrieben, bei dem das Rotationsbeschichten mit der
Überzugslösung 119 unter Ausbildung eines Überzuges
auf einer Kathodenstrahlröhre durchgeführt wurde, die
bereits eine Antiimplosionsbehandlung mit Hilfe des
Metallgürtels 8 erhalten hatte. Selbstverständlich
kann auch diese Rotationsbeschichtung mit gleichem
Erfolg durchgeführt werden, bevor die Röhre der Anti
implosionsbehandlung unterzogen worden ist. Außerdem
kann auch der Leuchtschirm 4 der Röhre allein be
schichtet werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von antistatisch behandelten
Kathodenstrahlröhren, wobei man den Leuchtschirm (4) der Röhre
mit einer Lösung beschichtet, die eine Dispersion eines leit
fähigen Füllstoffes (2) in einer alkoholischen Lösung einer
Siliciumalkoxyverbindung mit funktionellen OH- und OR-Gruppen
sowie Zusatzstoffe zur Erzielung halbleitender Eigenschaften
enthält, und den Leuchtschirm (4) unter Wärmebehandlung trock
net und dadurch einen glatten, durchsichtigen, leitfähigen
Überzug aus der Beschichtung auf der äußeren Oberfläche des
Leuchtschirms (4) ausbildet, wobei man die Konzentration an
dem Füllstoff (2) derart einstellt, daß der Oberflächenwider
stand der äußeren Oberfläche des Leuchtschirmes nach dem
Trocknen innerhalb eines Bereiches von 5,0 × 107 Ω bis 1,0 ×
1011 Ω liegt, wobei man weiter als leitfähigen Füllstoff Zinn
dioxid SnO2 oder Indiumoxid oder ein Gemisch daraus jeweils in
der Form von Teilchen von etwa 0,1 µm Größe verwendet und wo
bei man als Zusatzstoffe Phosphor oder Antimon in Form ihrer
Oxide in einer Menge von 0,1%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Beschichtungslösung, einsetzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Beschichtungslösung auf die äußere Oberfläche des
Leuchtschirmes aufbringt, während die Röhre um ihre Achse ge
dreht wird, die Kathodenstrahlröhre mit der Beschichtungslö
sung darauf mit Hilfe einer Rotationsbeschichtungsmaschine ro
tieren läßt und eine Wiedergewinnungskapsel (115), die die Ka
thodenstrahlröhre umgibt, synchron mit der Röhre rotieren
läßt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Wiedergewinnungskapsel (115) an einem rotierenden
Teil (120) der Rotationsbeschichtungsmaschine (114) befestigt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wiedergewinnungskapsel (115) durch die Rotation des ro
tierenden Teils der Rotationsbeschichtungsmaschine (114) an
getrieben wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man eine kreisförmige Wiedergewinnungskapsel (115) verwen
det.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man eine kreisförmige Wiedergewinnungskapsel (115) verwen
det, die mehrere Antiturbulenz-Zwischenwände (102) aufweist,
die derart angeordnet sind, daß sie sich in radialer Richtung
erstrecken und in bezug auf den Umfang praktisch gleiche Ab
stände voneinander aufweisen.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wiedergewinnungskapsel (115) eine rechteckige Form hat,
die derjenigen des Leuchtschirms stark ähnelt. (Fig. 10)
7. Verfahren gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wiedergewinnungskapsel (115) mit rechteckiger Form
an den Ecken der Seitenwände eine gekrümmte Oberflä
che (115a) aufweist. (Fig. 10)
8. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Beschichtung der äußeren Oberfläche des Leucht
schirmes (4) vor einer Wärmebehandlung der Kathodenstrahlröhre
durchführt, wobei die Wärmebehandlung ohnehin bei der Herstel
lung der Kathodenstrahlröhre vorgesehen ist und zugleich zum
Trocknen des Leuchtschirmes (4) dient, wobei die Temperatur
der Wärmebehandlung innerhalb eines Bereiches von 380 bis
450°C liegt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als Wärmebehandlung das Trocknen des Vorderteils, das
Verschließen des gesinterten Glases oder das Evakuieren wählt.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das Beschichten unmittelbar vor dem Verschließen des
Strahlerzeugers, das dem Evakuieren vorhergeht, durchführt.
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