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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen von
Calcium innerhalb von unter Vakuum stehenden Systemen, insbesondere
Kathodenstrahlröhren
(Bildröhren).
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Eine
Vielzahl industrieller Anwendungen macht es erforderlich, dass ein
verschlossener Raum über
einen Zeitraum von einigen Jahren unter einem geeigneten Vakuum
gehalten wird. Dies ist beispielsweise der Fall bei Bildröhren, die
auf diesem Gebiet auch als CRTs bekannt sind und die als Fernseh- oder
Computerbildschirme verwendet werden. In den CRTs ist das Vakuum
nötig,
um zu verhindern, dass die Flugbahn der Elektronen, die von der
Kathode emittiert werden, über
Kollision mit Gaspartikeln abgelenkt werden. Um dies zu verhindern
werden CRTs bei der Herstellung über
mechanische Pumpen evakuiert und anschließend hermetisch verschlossen.
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Es
ist jedoch bekannt, dass das Vakuum in der Röhre üblicherweise mit der Zeit abnimmt,
hauptsächlich
auf Grund der Entgasung der internen Komponenten der Röhre selbst.
Demnach ist es notwendig, innerhalb der Röhre ein Gettermaterial einzusetzen,
das in der Lage ist, die Gasmoleküle zu binden und somit das
Vakuum in einem Ausmaß aufrecht
zu erhalten, das für
das Funktionieren der Bildröhre
nötig ist.
Zu diesem Zweck wird üblicherweise
Barium eingesetzt. Kürzlich
hat der Anmelder auch den Einsatz von Calcium vorgeschlagen, das
verglichen mit Barium den doppelten Vorteil hat weniger toxisch
zu sein (wodurch weniger Probleme bei der Herstellung und Entsorgung
von Bildröhren
entstehen) und unter Beschuss von Elektronen strahlen eine geringere Menge
gesundheitsschädlicher
Röntgenstrahlen
zu generieren.
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Auf
Grund der hohen Reaktivität
dieser Metalle, die alle Herstellungsschritte erschweren würde, werden
verschiedene luftstabile Verbindungen derselben eingesetzt, die
in die Bildröhre
vor ihrer Evakuierung eingebracht werden. Im Falle von Barium ist die
stabile Verbindung BaAl4. Im Falle von Calcium
ist es möglich,
CaAl2 oder die ternäre Legierung Ca-Ba-Al, enthaltend
zwischen 53 Gew.-% und 56,8 Gew.-% Aluminium, zwischen 36 Gew.-%
und 41,7 Gew.-% Calcium und zwischen 1,5 Gew.-% und 11 Gew.-% Barium
einzusetzen. Diese Verbindungen werden üblicherweise im Gemisch mit
Nickel verwendet und im Falle von Calciumverbindungen optional auch
mit Titan.
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Um
diese Gemische in Bildröhren
einzubringen, werden üblicherweise
Vorrichtungen verwendet, die als verdampfbare Getter bekannt sind
und aus einem an der Oberseite offenen Metallkontainer gebildet
sind und die Pulver des gewünschten
Gemischs enthalten. Verdampfbare Gettervorrichtungen, die Barium
enthalten, werden beispielsweise in den US-Patenten 4 323 818, 4
553 065, 4 642 516, 4 961 040 und 5 118 988 beschrieben. Beispiele
verdampfbarer Gettervorrichtungen, die eine zitierbare Calciumverbindung
enthalten, werden in der WO 01/01436 und in der italienischen Anmeldung
mit der Nummer MI2001A002273 im Namen des selben Anmelders beschrieben.
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Wenn
die verdampfbare Gettervorrichtung in die Bildröhre eingebracht worden ist,
wird die letztere mit einer Vakuumpumpe verbunden und auf den erwünschten
internen Enddruck, der üblicherweise
geringer als 10–5 Hectopascal (hPa)
ist, gebracht. Schließlich
wird die evakuierte Bildröhre
verschlossen und von außen über Radiofrequenzen
erhitzt, um die Barium- oder Calciumverbindung zum Verdampfen zu
bringen; anschließend
kondensiert das verdampfte Metall auf die inneren Wände der
evakuierten Röhre,
wobei der Film gebildet wird, der die Gassorbtion bewirkt.
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Es
ist jedoch bekannt, dass die Metallabscheidung auf bestimmten Gebieten
der inneren Bildröhrenoberfläche schlecht
für das
Funktionieren der Röhre
selbst sein kann oder dieses sogar stark beeinträchtigt. Insbesondere sollte
die Bildung von Metallabscheidungen auf dem Bildschirm und auf den Leuchtstoffen
so weit wie möglich
verringert werden. Ein anderes Gebiet, das in jedem Fall frei von
Metallablagerungen sein muss, ist das zwischen der Elektronenpistole
(auf Kathodenpotential) und dem sogenannten „Anodenknopf"; in der Tat verursacht
bekanntermaßen
das Vorhandensein ionisierbarer Teilchen zwischen zwei Punkten unterschiedlicher
elektrischer Ladung üblicherweise
einen Kurzschluss des Systems.
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Um
solche Nachteile zu verhindern, ist es möglich spezielle Maßnahmen
vorzunehmen, wie verdampfbare Gettervorrichtungen einzusetzen, die mit
sehr hohen seitlichen Wänden
versehen sind und die in geeigneter Weise ausgestaltet sind, um
den verdampften Metallstrahl auf einige Gebiete der inneren Oberflächen der
Kathodenstrahlröhre
zu lenken. Eine solche Gettervorrichtung wird in der
US 4 323 818 beschrieben. Jedoch ist
dieses Verfahren nicht vollständig
befriedigend, da die Wirkung des Lenkens der Metalldämpfe beschränkt ist.
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Alternativ
ist es möglich,
Gettervorrichtungen einzusetzen, die Deflektoren umfassen, die oberhalb des
Pulvergemischs aus Barium oder Calciumvorgängerverbindungen positioniert
sind. Gettervorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der
US 3 719 433 beschrieben.
Diese Lösung
erfordert jedoch eine Erhöhung
der Zeit und folglich auch der Kosten, die zur Herstellung dieser
Vorrichtungen benötigt
werden.
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Ein
alternatives Verfahren zum Abscheiden verdampfbarer Getterschichten
(auf Bariumbasis) innerhalb CRTs ist in der
US 6 042 441 beschrieben. In diesem
Falle muss die Getteraktivierung beginnen, wenn der Druck innerhalb
der Röhre
weniger als 1,33 × 10
–8 hPa
beträgt.
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Aus
diesem Grund ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Verdampfen von Calcium innerhalb eines unter Vakuum stehenden
Systems bereitzustellen, das diese Nachteile nicht aufweist. Dieses
Ziel wird mit einem Verfahren erreicht, dessen bekannte Merkmale
im Oberbegriff von Anspruch 1 spezifiziert werden und dessen erfinderische
Merkmale in dessen kennzeichnenden Teil spezifiziert werden.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist, dass es eine Calciumabscheidung selektiv auf einigen Gebieten
der inneren Oberfläche
der Bildröhre
ermöglicht,
ohne dass die oben genannten Maßnahmen
zur Lenkung des verdampften Metalls vorgenommen werden müssen.
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Im
Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben, worin
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1 in
graphischer Form die Variierung des internen Drucks der Bildröhre als
Funktion der Zeit während
einiger Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
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2 ähnlich wie 1 die
Variierung des Drucks in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit
der Zeit zeigt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann zum Verdampfen von Calcium innerhalb jeden Systems, das unter
Vakuum steht, insbesondere einer Bildröhre, eingesetzt werden. In
den bekannten Verfahren, in denen verdampfbare Gettervorrichtungen
auf Bariumbasis eingesetzt werden, stellt die Verdampfung den letzten
Schritt dar und wird nach dem Verschließen des Systems ausgeführt. Im
Unterschied dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet,
dass die Verdampfung des Calciums vor dem Verschließen des
Systems während
der Evakuierung oder zwischen zwei verschiedenen Evakuierungsschritten
ausgeführt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst einen ersten bekannten Schritt, in
dem mindestens eine verdampfbare Gettervorrichtung, die eine lufstabile Calciumverbindung
enthält,
in das System eingebracht wird. Jede bekannte Vorrichtung, die Calcium als
Getterelement verwendet, kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt werden. Beispielsweise können verdampfbare Gettervorrichtungen,
wie sie in der WO 01/01436 oder in der italienischen Patentanmeldung
MI2001A00273 beschrieben werden, eingesetzt werden. Wie aus dem
Folgenden noch deutlicher hervorgehen wird, muss die verdampfbare
Gettervorrichtung ungefähr
im Zentrum des Gebiets positioniert werden, in dem die Cal ciumabscheidung
erhalten werden soll. Im Falle von Bildröhren kann die verdampfbare
Gettervorrichtung vorzugsweise im Bereich der Antenne oder des Anodenknopfes
positioniert werden.
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Wie
in 1 gezeigt, beinhaltet das Verfahren anschließend die
Evakuierung des Systems mit einer Pumpe oder üblichererweise mit einer Pumpengruppe
(einem System mehrerer Pumpen verschiedener Art). Sobald der in
der Figur mit P1 bezeichnete Druck, der
höher als
der Enddruck, der über
die Evakuierung erreicht werden muss, erreicht worden ist, wird
der Schritt der Erhitzung der Gettervorrichtung (in der Figur mit
R bezeichnet) durchgeführt,
um die Calciumverdampfung zu bewirken; dieser Schritt wird üblicherweise über Induktion
mittels einer Magnetspule durchgeführt, die außerhalb des Systems in einer
Position angebracht ist, die derjenigen der Vorrichtung selbst entspricht.
Wie dem Fachmann bekannt ist, wird dieser Schritt eine vorbestimmte
Zeit lang, üblicherweise
zwischen etwa 30 bis 45 Sekunden lang, fortgesetzt. Während dieses
Schritts werden die Gase, die in der Vorrichtung aufgefangen wurden,
freigesetzt, wodurch der leichte Druckanstieg, der in der Figur
gezeigt wird, verursacht wird. Überraschender
Weise findet, obwohl keine der bekannten Maßnahmen zum Richten des verdampften Metalls
vorgenommen worden sind, eine Diffusion der Calciumatome in den
gesamten inneren Bereich des Systems während dieser Verdampfung nicht statt.
Tatsächlich
beginnen die verdampften Calciumatome innerhalb des Systems zu diffundieren,
werden aber auf Grund der Kollision mit den Molekülen der
Atmosphärengase
oder der Gase, die von der Gettervorrichtung selbst während des
Verdampfens abgesondert werden, „zurückgestreut". Auf diese Weise hat die Anwe senheit
von Gasen innerhalb des Systems den Effekt, die Abscheidung von
Calciumatomen in unerwünschten
Bereichen wie dem Bildschirmbereich oder im Falle einer Bildröhre im Bereich
zwischen den Elektroden zu verhindern. Im Gegenteil werden unter
diesen Bedingungen die Calciumatome fast ausschließlich in
dem Gebiet, das benachbart zu dem ist, in dem die verdampfbare Gettervorrichtung
zunächst
angeordnet war, beispielsweise im Falle einer Bildschirmröhre in der
Nähe der
Antenne oder des Anodenknopfes, abgeschieden.
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Der
Druck P1 muss einen höheren Wert besitzen als der
innere Druck P2, unter welchem das System
arbeitet, aber niedriger als der Luftdruck sein, der zur Inaktivierung
des Calciums ausreichen würde,
welches im Laufe des sich anschließenden Erhitzungsschritts verdampft
wird. Tatsächlich
muss verhindert werden, dass die Atmosphärengaspartikel, die in dem
System zurückbleiben,
vollständig
die eben gebildete Getterabscheidung absättigen und sie somit für die Gassorbtion
während
des normalen Betriebs des Systems untauglich machen. Es wurde experimentell
verifiziert, dass der Druck P1 vorzugsweise
zwischen etwa 10–4 und 10–5 hPa
beträgt.
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Anschließend wird
die Evakuierung durchgeführt
bis der Druckwert von P2, der üblicherweise
zwischen 10–5 und
10–6 hPa
liegt, erreicht wird, bei welchem das System verschlossen wird (in
der Figur mit S gekennzeichneter Schritt).
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In
der bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Evakuierung während
des Schritts R durch Isolieren des Systems von der Pumpengruppe
mit ge eigneten Ventilen unterbrochen. Mit Bezug auf 2 umfasst
das Verfahren in diesem Fall (neben dem Einbringen der Gettervorrichtung
in das System und dessen letztendlichem Verschließen) drei
Hauptschritte. Einen ersten Evakuierungsschritt E1,
in dem der Druck auf den Wert P1 gebracht
wird, den Erhitzungsschritt R der Gettervorrichtung zum Bewirken
der Calciumverdampfung, während
dessen das System von der Pumpengruppe mittels geeigneter Ventile
isoliert wird, und einem zweiten Evakuierungsschritt E2,
welcher durch das erneute Öffnen
der Ventile durchgeführt
wird und während
dessen der Druck in dem System auf den Wert P2 reduziert
wird, bei dem das Verschließen
S ausgeführt
wird. In diesem letzten Schritt wird der Großteil des Gases, das durch
das Entgasen während
des Schritts R emittiert wird, eliminiert. Diese Ausführungsform
wird bevorzugt, da durch das Unterbrechen des Pumpens während des
Schritts R ein Druckanstieg auf Grund des Entgasens der internen Komponenten
der Röhre
stattfindet, welcher zu dem „Rückstreu"-Effekt der verdampften
Calciumatome beiträgt.
Die Druckwerte P1 und P2 in
dieser Ausführungsform
entsprechen den vorangehend bezeichneten.
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Die
verbleibende Druckreduzierung auf einen Enddruckwert von etwa 10–7 hPa,
die für
das korrekte Funktionieren des Systems wie einer Bildröhre nötig ist,
muss über
den erhaltenen Calciumfilm durchgeführt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann im Falle von Bariumgettervorrichtungen nicht eingesetzt werden,
da dieses Element eine viel größere Masse als
Calcium aufweist (mehr als 3 Mal) und das Barium-„Rückstreuen" über die Gasmoleküle erst
bei viel höheren
Druckwerten, höher
als etwa 10–2 hPa
möglich
sein würde;
unter diesen Umständen würde der gerade
gebildete Bariumfilm bald über
die Sorbtion der großen
Gasmenge verbraucht worden sein, so dass er zum Aufrechterhalten
des Vakuums während der
Lebensdauer der Bildröhre
ineffektiv würde.
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Es
sollte klar sein, dass das verdampfbare Gettermaterial in das System über jeden
offenen Behälter
eingebracht werden kann, der in einer bestimmten Position innerhalb
des Systems selbst angeordnet ist.