PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69500399T2 18.12.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0665572
Titel Farbkathodenstrahlröhre und deren Herstellungsverfahren
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Muramatsu, Sachiko, c/o Int.Prop.Div. K.K. Toshiba, Minato-ku, Tokyo 105, JP;
Ohtake, Yasuhisa, c/o Int. Prop. Div. K.K. Toshiba, Minato-ku, Tokyo 105, JP
Vertreter Feiler und Kollegen, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69500399
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 23.01.1995
EP-Aktenzeichen 951008580
EP-Offenlegungsdatum 02.08.1995
EP date of grant 09.07.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.1997
IPC-Hauptklasse H01J 9/14
IPC-Nebenklasse H01J 29/07   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Farbkathodenstrahlröhre und insbesondere eine Verbesserung an einer Schattenmaske zur Verwendung bei einer Farbkathodenstrahlröhre.

Die Schattenmaske einer Farbkathodenstrahlröhre weist eine große Zahl von Öffnungen bzw. Löchern auf, die so ausgelegt oder ausgebildet sind, daß sie eine geometrische 1:1-Entsprechung zu Leuchtstoffschichten aufweisen. Jedes so ausgebildete Loch besitzt eine Funktion zum Durchlassen eines von einer Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls, derart, daß der Elektronenstrahl auf eine Leuchtstoffschicht auftrifft, die in einer geometrischen 1:1-Entsprechung zu diesem Loch angeordnet ist. Das Loch wird mithin auch als Farbwählelektrode bezeichnet.

Normalerweise erreichen im Betrieb einer Farbkathodenstrahlröhre etwa 15 - 20 % eines gesamten, von einer Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls durch die Löcher einer Schattenmaske hindurch einen Leuchtstoffschirm, während der restliche Anteil von 80 - 85 % des Strahls auf die Oberfläche der Schattenmaske auftrifft. Infolgedessen wird die kinetische Energie des Elektronen strahls in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch die Schattenmaske auf etwa 80ºC erwärmt wird. In allgemeinen ist der Grundwerkstoff der Schattenmaske 0,1 - 0,3 mm dickes, kaltgewalztes Eisenblech, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient 12 x 10&supmin;&sup6;/ºC bei 20 - 100ºC beträgt. Aufgrund der erwähnten Erwärmung unterliegt die Schattenmaske einer thermischen Ausdehnung mit sog. Kuppelbildung bzw. Wölbung (doming). Diese thermische Ausdehnung führt zu einer geometrischen Lagenabweichung zwischen den Löchern der Schattenmaske und einer Leuchtstoffschicht. Infolgedessen trifft ein Teil eines die Löcher passierenden Elektronenstrahls auf eine Leuchtstoffschicht für eine andere Farbe auf, was zu einer Farbreinheitsdrift führt.

Zur Verbesserung einer Farbkathodenstrahlröhre, bei der aufgrund der Wölbungserscheinung eine deutliche Farbreinheitsdrift auftritt, ist in der veröffentlichten JP- Patentanmeldung KOKOKU Nr. 42-2546 z.B. die Verwendung einer Eisen-Nickel-Legierung, etwa einer Invar-Legierung, vorgeschlagen, deren Wärmeausdehnungskoeffizient nahezu 1/10 desjenigen von Eisen beträgt. Ungünstigerweise ist die Invar-Legierung teuer, und sie besitzt eine hohe Streckgrenze nach dem Glühen bei niedrigem Ausbringen beim Masken(um)formen. Farbkathodenstrahlröhren, die diese Invar-Legierung verwenden, sind daher im Vergleich zu den Eisen verwendenden Röhren sehr teuer.

Aus diesem Grund wurden im Stand der Technik Verfahren zur Ausbildung eines Überzugs oder Belags auf der Oberfläche einer Schattenmaske und zum Unterdrücken einer durch die Wölbung hervorgerufenen Farbreinheitsdrift durch die Funktion oder Wirkung dieses Überzugs bzw. Belags vorgeschlagen.

Repräsentative Verfahren nach dem Stand der Technik sind nachstehend beschrieben.

Bei einem ersten, in der veröffentlichten JP-Patentanmeldung KOKAI 60-54139 vorgeschlagenen Verfahren wird kristallisiertes Glas aus Bleiborat auf die Oberfläche einer Schattenmaske aufgetragen und durch Hochtemperatur Wärmebehandlung (damit) verbunden, um dadurch die Wölbung zu unterdrücken. Bei diesem Verfahren ist jedoch Blei als schädliche Substanz in der Glasschicht enthalten. Deshalb muß bei der Handhabung des Materials Sorgfalt ausgeübt werden, um eine sichere Arbeitsumgebung zu gewährleisten und eine Umweltverschmutzung zu vermeiden.

Gemäß einem zweiten Verfahren wird eine Überzugslösung verwendet, die Teilchen einer Schwermetallsubstanz einer Atomzahl größer als 70 enthält (vgl. veröffentlichte JP-Patentanmeldung KOKOKU 60-14459). Bei diesem Verfahren wird die Überzugslösung unter Bildung eines Überzugs mit Elektronenstrahl-Reflexionseigenschaft auf die Elektronenstrahl-Einfallsseite einer Schattenmaske aufgesprüht bzw. aufgespritzt. Diese Veröffentlichung (KOKOKU) 60-14459 beschreibt auch, daß es wirksam ist, eine wasserlösliche Suspension mit feinen Teilchen eines Schwermetalls, wie Wismutoxid, nach der Bildung des Überzugs auf die Elektronenstrahl-Einfallsseite der Schattenmaske aufzuspritzen. Die Wirkung der Verhinderung der Farbreinheitsdrift, die von der Wölbung der Schattenmaske herrührt, hängt dabei jedoch nur von einem einzigen Element wie Wismutoxid ab. Infolgedessen ist diese Wirkung im Vergleich zu der Wirkung einer Schattenmaske ohne Elektronenstrahl-Reflexionsüberzug unzufriedenstellend.

Nach einem dritten Verfahren wird die Wölbung (oder Kuppelbildung) durch Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit oder des Wärmestrahlungswirkungsgrads der Schattenmaske, zusätzlich zu der ihr verliehenen, oben angegebenen Elektronenstrahl-Reflexionseigenschaft, unterdrückt. Als ein Verfahren dieser Art ist in der veröffentlichten JP-Patentanmeldung KOKAI 4-48530 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Wismutoxidteilchen, Wolframteilchen und partiell graphitisierte Kohlenstoffteilchen mit Wasserglas gemischt werden und die erhaltene Lösung auf eine Schattenmaske aufgestrichen wird, um auf deren Elektronenstrahl- Einfallsseite einen Verbundüberzug auszubilden. Bei diesem Verfahren ist der Farbreinheitsdrift-Verhinderungseffekt als Zweck des Verfahrens verhältnismäßig gut. Da jedoch die Teilchengrößen des Ausgangsmaterials groß sind, ist es schwierig, die Materialien gleichmäßig zu vermahlen, auch wenn die Materialien mittels einer Kugelmühle o.dgl. auf eine mittlere Teilchengröße von z.B. etwa 2 µm gemahlen und gerührt oder umgewälzt werden. Folglich ist es schwierig, eine scharfe Teilchengrößenverteilung der gemahlenen Teilchen zu erzielen. Zur Verhinderung von Deformation oder Verstopfung der Maskenlöcher muß die Dicke des Überzugs auf etwa 3 µm geregelt werden. Da allerdings Substanzen ohne scharfe Teilchengrößenverteilung und unterschiedlicher spezifischer Gewichte (miteinander) vermischt werden, ist die Gewinnung eines homogenen Gemisches als Überzugslösung unmöglich. Diese inhomogene Überzugslösung läßt sich nicht durch Sprühen bzw. Spritzen auftragen, so daß es schwierig ist, eine Schattenmaske mit dieser Überzugslösung perfekt zu überziehen bzw. zu beschichten.

Ein viertes Verfahren ist in der veröffentlichten JP-Patentanmeldung KOKAI 62-110240 offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird ein amorphes Metalloxidmaterial o.dgl. als Bindemittel zum Erzeugen einer Schicht, die ein Metall einer kleinen Atomzähl enthält, verwendet, um dadurch den Wäremstrahlungswirkungsgrad zu verbessern. Zudem wird eine Farbreinheitsdrift durch Durchführung einer elektrostatischen Korrektion oder Korrektur am Elektronenstrahlengang durch Elektrifizierung verhindert.

Wie oben beschrieben, sind bereits zahlreiche Möglichkeiten zur Erzeugung eines (einer) Überzugs oder Beschichtung auf der Oberfläche einer Schattenmaske zwecks Unterdrückung der Wölbung derselben vorgeschlagen worden. Gemäß diesen Möglichkeiten wird beim Auftragen einer Substanz, die bei den Temperaturen, die im Farbkathodenstrahlröhren-Fertigungsprozeß zur Einwirkung gelangen, nicht schmilzt, Wasserglas oder ein Metallalkoxid als Bindemittel zur Ermöglichung einer Filmbildung verwendet.

Da jedoch Wasserglas ein Alkalimetall enthält, entsteht leicht ein Carbonat. Dieses Carbonat erzeugt Kohlensäuregas in einer Wärmebehandlung im Laufe der Fertigung, wobei ein Teil des Gases leicht in der Röhre adsorbiert wird. Das adsorbierte Kohlendioxid wird beim Auftreffen eines Elektronenstrahls im Betrieb der Kathodenstrahlröhre freigesetzt, um die Kathode zu "vergiften", wodurch die Emissionscharakteristika beeinträchtigt werden. Andererseits bildet ein Metallalkoxid bei Wärmebehandlung bei etwa 500ºC kein perfektes Metalloxid. Infolgedessen entsteht im Betrieb der Farbkathodenstrahlröhre gasförmiger Wasserstoff. lonisierter Wasserstoff trifft auf den Leuchtstoffschirm auf und führt zu einem Ionenbrennfleck (ion burn) auf dem Leuchtstoffschirm, was eine verringerte Luminanz zur Folge hat.

Die vorliegende Erfindung ist mit dem Ziel der Ausschaltung der geschilderten Probleme beim Stand der Technik entwickelt worden; ihre Aufgabe ist die Schaffung einer Farbkathodenstrahlröhre, bei welcher ein Überzug aus einem anorganischen Material bzw. Stoff auf der Oberfläche einer Schattenmaske erzeugt ist oder wird, um die Wärmeausdehnung aufgrund der beim Auftreffen eines Elektronenstrahls erzeugten Wärme zu vermindern und dadurch eine von Wölbung herrührende Farbreinheitsdrift (purity drift) und eine Verschlechterung in der Emissionslebensdauer zu vermindern.

Außerdem wird im Herstellungsvorgang einer Farbkathodenstrahlröhre eine Schattenmaske einem Spritzwaschen (Abspritzen) mit Wasser unterworfen und beim Versiegeln oder Verschweißen und Evakuieren Wärme ausgesetzt. Ein auf der Oberfläche der Schattenmaske zu erzeugender Überzug muß daher vorzugsweise wasserfest und wärmebeständig sein. Ungünstigerweise ist eine Wärmebehandlung bei 500ºC oder mehr nötig, um mittels der herkömmlicherweise vorgeschlagenen Bindemittel einen Überzug mit Wasserfestigkeit und Wärmebeständigkeit zu erzeugen. Hierdurch erhöht sich die thermoökonomische Last.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist damit die Schaffung einer Farbkathodenstrahlröhre mit einer Schattenmaske, die einen wasserfesten und wärmebeständigen Überzug aufweist.

Die vorliegende Erfindung umfaßt die folgenden beiden Aspekte bzw. Merkmale.

Gemäß dem ersten Merkmal dieser Erfindung ist deren Gegenstand eine Farbkathodenstrahlröhre, umfassend:

einen Leuchtstoffschirm,

eine in der Nähe des Leuchtstoffschirms angeordnete Schattenmaske mit einer großen Zahl von Öffnungen bzw. Löchern und

eine Elektronenkanone zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der die Löcher der Schattenmaske passiert, um den Leuchtstoffschirm anzuregen, wobei:

die Schattenmaske einen eine Dicke von 2 - 15 µm aufweisenden Überzug aufweist, der auf einer Elektronenkanonenseite der Schattenmaske erzeugt ist und feine Teilchen von Wolframoxid und/oder Wismutoxid in einer Menge von 15 - 60 Gew.-% und ein Aluminiumphosphat enthaltendes Bindemittel enthält.

Gemäß dem zweiten Merkmal dieser Erfindung ist deren Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung einer Farbkathodenstrahlröhre, umfassend:

einen Leuchtstoffschirm,

eine in der Nähe des Leuchtstoffschirms angeordnete Schattenmaske mit einer großen Zahl von Öffnungen bzw. Löchern und

eine Elektronenkanone zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der die Löcher der Schattenmaske passiert, um den Leuchtstoffschirm anzuregen,

welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: Zubereiten einer Suspension durch Dispergieren feiner Teilchen von Wolframoxid und/oder Wismutoxid in einer Menge von 15 - 60 Gew.-% in einem Aluminiumphosphat enthaltenden Bindemittel, Auftragen der Suspension auf eine an einer Elektronenkanonenseite gelegene Oberfläche der Schattenmaske zwecks Erzeugung eines Überzugsfilms und Kalzinieren des Überzugsfilms, um damit auf der Schattenmaske einen 2 - 15 µm dicken Überzug zu erzeugen. Die so erhaltene Schattenmaske kann am Schirmträger so angeordnet werden, daß der Überzug der Elektronenkanone gegenüberliegt bzw. zugewandt ist.

Erfindungsgemäß kann ein Überzug zur Verbesserung einer Farbreinheitsdrift (purity drift) einer Farbkathodenstrahlröhre des Schattenmaskentyps bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur erhalten werden. Da zudem die Adhasion des Überzugs erhöht und damit die Gasfreisetzmenge verringert ist, sind weder die Emissionscharakteristik noch die Druckbeständigkeit beeinträchtigt.

Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Gesamtanordnung einer Farbkathodenstrahlröhre gemäß dieser Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Hauptkomponenten einer Schattenmaske gemäß dieser Erfindung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Meßbedingungen für eine Farbreinheitsdrift.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung einer Schattenmaske für eine Farbkathodenstrahlröhre dar.

Eine erfindungsgemäße Schattenmaske weist ein Schattenmaskensubstrat und eine(n) auf dem Schattenmaskensubstrat geformte(n) Überzug oder Beschichtung auf. Letztere(r) enthält feine Teilchen aus Wolframoxid und/oder Wismutoxid und ein Aluminiumphosphat enthaltendes Bindemittel.

Die Bildung des Überzugs erfolgt durch z.B. Zubereiten einer Suspension durch Dispergieren der feinen Wolframoxid- und/oder Wismutoxidteilchen in dem Aluminiumphosphat enthaltenden Bindemittel, Auftragen der resultierenden Suspension auf mindestens eine (Ober-)Fläche einer Schattenmaske und Kalzinieren des so gebildeten Überzugsfilms. Die Wirkung des Überzugs kann durch Anordnen der so hergestellten Schattenmaske an einem Schirmträger in der Weise, daß der Überzug einer Elektronenkanone zugewandt ist, realisiert werden.

Wolfram und Wismut, die in diesem Überzug enthalten sind, besitzen große Atomzahlen und demzufolge eine hohe Reflexionsleistung. Wenn der Wärmestrahlungswirkungsgrad eines perfekten Schwarzkörpers z.B. 1 beträgt, beträgt derjenige von Wismutoxid, Wolfram und Wolframtrioxid 0,80 - 0,85, 0,95 - 0,98 bzw. 0,91 - 0,95. Dies bedeutet, daß Wolframtrioxid und Wismutoxid jeweils einen hohen Wärmestrahlungswirkungsgrad aufweisen. Durch eine große Elektronenstrahl-Reflexionsleistung (reflecting power) und einen hohen Wärmestrahlungswirkungsgrad kann daher ein Temperaturanstieg in der Schattenmaske erheblich verringert werden. Hierdurch wird es möglich, eine durch thermische Ausdehnung der Schattenmaske hervorgerufene Farbreinheitsdrift zu vermindern.

Eine bevorzugte Zusatzmenge an Wolframoxid und/oder Wismutoxid beträgt 15 - 60 Gew.-%. Wenn die Zusatzmenge kleiner ist als 15 Gew.-%, kann die Wirkung der Unterdrückung einer Farbreinheitsdrift unzufriedenstellend sein. Wenn die Zusatzmenge größer ist als 60 Gew.-%, kann sich die Festigkeit des Überzugsfilms verschlechtern, so daß sich der Film leicht ablösen kann.

Außerdem ist erfindungsgemäß in dem Bindemittel zum Erzeugen des Überzugs mit Elektronenstrahl-Reflexionseigenschaft und Wärmestrahlungseigenschaft, wie oben erläutert, Aluminiumphosphat enthalten. Dies erlaubt die Ausbildung eines Überzugs mit einer ausreichenden Filmstärke oder -festigkeit. Außerdem wird durch die Verwendung von Aluminiumphosphat die Erzeugung oder Entstehung eines Gases im Betrieb im der Farbkathodenstrahlröhre verhindert. Hierdurch wird die Kathode vor einem "Vergiften" bzw. Einbrennen (poisoning) durch das Gas geschützt, während ein Ionenbrennfleck am Leuchtstoff des Leuchtstoffschirmes verhindert wird. Da nämlich Aluminiumphosphat ein wasserlösliches, kein Alkalimetall enthaltendes Phosphat ist, bildet diese Substanz kein Carbonat, so daß sie im Betrieb infolgedessen auch kein Gas freisetzt. Obgleich weiterhin Aluminiumphosphat bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist, wie dies z.B. durch die chemische Formel Al&sub2;O&sub3; nP&sub2;O&sub5; mH&sub2;O (n = 2 - 5, m = 5 - 7) ausgedrückt ist, geht es beim oder nach dem Kalzinieren in einen Feststoff über, wie dies z.B. durch die chemische Formel Al&sub2;O&sub3; nP&sub2;O&sub5; mH&sub2;O (n = 1 oder 2, m = 1 oder weniger) ausgedrückt ist. Dies ermöglicht die Erzeugung eines festen Überzugs. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise Al&sub2;O&sub3; 3P&sub2;O&sub5; 6H&sub2;O als eine Flüssigkeit verwendet.

Eine Temperatur zum Kalzinieren liegt vorzugsweise im Bereich von 180 bis 600ºC. Eine Kalzinierdauer beträgt vorzugsweise 30 bis 120 min.

Es ist darauf hinzuweisen, daß Wolframtrioxid und Wismutoxid extrem stabile Substanzen innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bis 500ºC sind, der im Fertigungsprozeß für eine Farbkathodenstrahlröhre angewandt wird; außerdem sind diese Stoffe in Wasser oder Alkoholen nahezu unlöslich. Die betreffenden Teilchen können sich daher nach der Filmerzeugung kaum auflösen.

Wolframtrioxid und Wismutoxid besitzen jeweils vorzugsweise eine Teilchengröße von etwa 0,2 bis 2 µm; innerhalb dieses Bereichs ist die Dispergierbarkeit speziell in der Suspension erhöht.

Indem zusätzlich Boroxid zum Bindemittel zugegeben wird, kann ein wasserfester Film durch Niedrigtemperatur- Kalzinieren bei etwa 200ºC erhalten werden. Die Zusatzmenge an diesem Boroxid beträgt zweckmäßig 10 bis 25 Gew.-% der Menge an Aluminiumoxid, das in dem Aluminiumphosphat enthalten sein soll bzw. ist. Wenn die Zusatzmenge kleiner ist als 10 Gew.-%, kann eine angestrebte Wasserfestigkeit nicht erreicht werden. Wenn die Zusatzmenge größer ist als 25 Gew.-%, verringert sich die Filmfestigkeit.

Wie oben angegeben, kann bei Verwendung von Aluminiumphosphat als Bindemittel ein vergleichsweise fester Film erzeugt werden. In manchen Fällen kann jedoch das Bindemittel geringfügig mit dem Basismaterial der Schattenmaske reagieren, weil das Bindemittel selbst säurebildend ist. Diese geringe Reaktion führt zu einer Verringerung der Adhäsion. Falls daher diese Reaktion zwischen dem Bindemittel und dem Schattenmaskenmaterial ein Problem darstellt, wird bei der Erzeugung des Überzugs zweckmäßig Aluminiumoxid- oder Magnesiumoxidpulver als Füllstoff zugesetzt. Dies ist deshalb der Fall, weil die Reaktion zwischen der Schattenmaske und dem Basismaterial durch eine Reaktion zwischen dem stöchiometrischen Überschuß an Phosphorsäure, die im Bindemittel enthalten ist, und Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid reduziert bzw. gehemmt wird, wodurch die Freisetzmenge an einem Gas weiter herabgesetzt wird.

Die Zusatzmenge an Aluminiumoxidpulver kann nahezu stöchiometrisch gleich dem Überschuß an im Bindemittel, das aus dem Aluminiumphosphat zubereitet ist, enthaltener Phosphorsäure sein. Dies bedeutet, daß Aluminiumphosphat überschüssige Phosphorsäure gegenüber Aluminiumoxid enthält, wie dies durch die chemische Formel Al&sub2;O&sub3; 3P&sub2;O&sub5; 6H&sub2;O ausgedrückt ist. Die Zusatzmenge an Aluminiumoxidpulver wird auf oben angegebene Weise gewählt, um diese überschüssige Phosphorsäure effektiv oder wirksam zu nutzen. Der Zusatz an Aluminiumoxidpulver erhöht die Adhäsion des Films, weil sich dabei die Menge der überschüssigen Phosphorsäure, die in festes Aluminiumphosphat, Al&sub2;O&sub3; P&sub2;O&sub5;, übergeht, vergrößert. Eine bevorzugte Zusatzmenge an Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid beträgt 70 bis 140 Gew.-% der Menge an überschüssiger Phosphorsäure. Wenn die Zusatzmenge kleiner ist als 70 Gew.-%, kann die Erhöhung der Adhäsion des Films nur gering sein. Eine Zusatzmenge von mehr als 140 Gew.-% führt zu einer Vergrößerung der Teilchengröße nach der Filmerzeugung, wodurch Probleme wie Verstopfung der Löcher der Schattenmaske oder Entfernung bzw. Abtragung von Teilchen hervorgerufen werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß anstelle eines Aluminiumoxidpulvers ein Magnesiumoxidpulver ebenfalls dem Aluminiumphosphat-Bindemittel zugesetzt werden kann. In diesem Fall härtet das Bindemittel unmittelbar nach der Zugabe des Magnesiumoxids aus. Aus diesem Grund wird zweckmäßig eine Zweikomponentenmischtyp-Spritzpistole beim Aufsprühen oder Spritzen verwendet, um eine Lösung einer Konzentration, die höher ist als diejenige der Überzugslösung bei der obigen Ausführungsform und einer Magnesiumoxidsuspension, zu mischen und aufzutragen.

Die Dicke des Überzugs beträgt vorzugsweise etwa 2 bis 15 µm. Wenn die Dicke kleiner ist als 2 µm, kann der Einfluß auf eine Farbreinheitsdrift unzufriedenstellend sein. Wenn die Dicke größer ist als 15 µm, kann ein starkes Verstopfen der Löcher auftreten und eine Bahn des Elektronenstrahls abgefangen bzw. blockiert werden, so daß die Bahn schmal bzw. eng wird.

Beispiel 1

Im folgenden ist ein Beispiel dieser Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Gemäß Fig. 1 weist eine Schattenmaskentyp-Farbkathodenstrahlröhre allgemein einen Röhrenkolben aus einer rechteckigen Frontscheibe 1, einem Trichter 2 und einem Halsteil 3 auf. An der Innenfläche der Frontscheibe 1 sind Streifen einer Leuchtstoffschicht 4 geformt, die in roter, grüner bzw. blauer Farbe lumineszieren bzw. aufleuchten. Der Halsteil 3 enthält eine Inlinetyp-Elektronenkanone 6 zum Aufstrahlen von Elektronenstrahlen 5 entsprechend den rot-, grün- und blauemittierenden Leuchtstoffschichten, welche Elektronenstrahlen längs der horizontalen Achse der Frontscheibe 1 in einer Linie bzw. Reihe angeordnet sind. Eine Schattenmaske 7 mit einer großen Zahl feiner bzw. kleiner Löcher ist an einen Maskenrahmen 8 in einer Position nahe der Leuchtstoffschicht 4 befestigt, in welcher die Schattenmaske 7 der Leuchtstoffschicht 4 gegenüberliegt Der Maskenrahmen 8 ist in der Frontscheibe 1 durch Eingriffsverbindung mit Stehbolzen 10, die in die vertikalen Innenwände an der Innenfläche der Frontscheibe 1 eingebettet sind, über einen Halter 9 gehaltert. Infolgedessen kann der Abstand zwischen der Maske 7 und der Leuchtstoffschicht 4 innerhalb des Bereichs einer Entwurfsgröße liegen. Eine Ablenkvorrichtung 12 bewirkt ein Ablenken und Abtastführen der Elektronenstrahlen 5, um dadurch Bilder wiederzugeben. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Bauteile der Farbkathodenstrahlröhre nicht auf die Inline-Elektronenkanone und den streifenförmigen Leuchtstoffschirm, wie oben angegeben, beschränkt sind, solange die Röhre eine Schattenmaske enthält.

Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht der Schattenmaske 7. Gemäß Fig. 2 weist die Schattenmaske 7 eine Vielzahl von Öffnungen bzw. Löchern 7a auf. Zumindest auf einem lochfreien Bereich zwischen den Löchern 7a an der der Elektronenkanone gegenüberliegenden oder zugewandten Fläche ist ein (noch zu beschreibender) Überzug 20 ausgebildet.

Die Herstellung der Schattenmaske 7 erfolgt durch Formen einer flachen Schattenmaske unter Anwendung eines Photoätzprozesses und Verformen der Maske in eine vorbestimmte gekrümmte Form. Um bei der Fertigung die mechanische Festigkeit des Werkstoffs zu verringern, wird eine flache Maske mit einer vorbestimmten Lochgröße bei 700 bis 800ºC in einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäre geglüht. Die so erhaltene flache Maske wird durch Preßformen in die Form mit der gewünschten Krümmung (oder Wölbung) gebracht und mit einem organischen Lösungsmittel oder einer Alkalilösung hoher Temperatur entfettet, um das Formöl zu beseitigen. Danach wird die so erhaltene Maske durch eine Hochtemperatur-Gasatmosphäre von 550 bis 650ºC geleitet, die Kohlendioxidgas als Hauptbestandteil enthält. Als Ergebnis entsteht auf der Oberfläche der Maske ein hauptsächlich aus Fe&sub3;O&sub4; bestehender, korrosionsbeständiger schwarzer Oxidfilm. Danach wird auf der Oberfläche der geschwärzten Schattenmaske an der der Elektronenkanone zugewandten Seite der Überzug gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt. Es ist zu beachten, daß der erwähnte schwarze Oxidfilm korrosionsfest ist. Auch wenn im erfindungsgemäßen Überzug, der aus einer anorganischen Substanz geformt ist oder wird, Feinlöcher bzw. Lunker oder dergleichen entstehen, unterdrückt daher dieser schwarze Oxidfilm das Ansammeln von rotem Rost in der Wärmebehandlungsstufe. Darüber hinaus weist der schwarze Oxidfilm im Vergleich zur Oberfläche der Schattenmaske feine Vorsprünge und Vertiefungen auf. Hierdurch wird die Adhäsion bzw. Haftung des Überzugs verbessert, so daß der Überzug schwierig abzulösen ist.

Der erfindungsgemäße Überzug 20 ist nachstehend im einzelnen beschrieben.

Zunächst wurde Wasser zu flüssigem Aluminiumphosphat entsprechend der chemischen Formel Al&sub2;O&sub3; 3P&sub2;O&sub5; 6H&sub2;O zugesetzt, um dessen Viskosität auf eine geeignete Größe einzustellen. Anschließend wurden Wolframoxidteilchen (mittlere Teilchengröße 0,5 µm) mit Wolframtrioxid als Hauptbestandteil dem Material zugegeben, um eine Suspension zuzubereiten. Bei der Zubereitung wurde das Verhältnis von Wolframoxid und Aluminiumphosphat-Bindemittel in der Überzugslösung auf die in Tabelle 1 gezeigte Weise geändert.

Jede so erhaltene Suspension wurde auf die einer Elektronenkanone zugewandten Fläche einer Schattenmaske aufgespritzt, die auf oben angegebene Weise geformt worden war und auf welcher der oben angegebene schwarze Oxidfilm erzeugt war; das Spritzen erfolgte mittels einer Luftspritzpistole oder einer luftlosen Spritzpistole, wobei ein Überzugsfilm einer vorbestimmten Dicke gebildet wurde. Da die Überzugslösung einen größeren Viskositätskoeffizienten als Ethanol oder Wasser aufwies, war die Streuung beim Spritzen gering, und es trat nahezu kein Tropfen der an der Schattenmaske haf tenden Lösung auf. Die zweckmäßige Filmdicke beträgt 2 bis 15 µm. Wenn die Filmdicke weniger als 2 µm betragt, ist die Wölbungsunterdrückungswirkung verringert. Bei einer Filmdicke von mehr als 15 µm tritt häufig ein Verstopfen der Löcher der Schattenmaske auf.

Nach dem Auftragen der Suspension wurde die erhaltene Schattenmaske in einen Ofen eingebracht und darin getrocknet und kalziniert. Ein Beispiel für die Kalzinierbedingungen ist folgendes: Die Schattenmaske wird in einem Zeitraum von 10 Minuten von Raumtemperatur auf 100ºC erwärmt, eine Stunde lang bei dieser Temperatur belassen, über 20 Minuten hinweg erneut auf 200ºC erwärmt, 30 Minuten lang bei dieser Temperatur belassen und dann mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Der auf diese Weise geglühte Überzugsfilm besitzt aufgrund seiner großen Bindungskraft ausgezeichnete Charakteristika bzw. Eigenschaften bei mittleren Temperaturen in der Größenordnung 200ºC und hohen Temperaturen in der Größenordnung von 500ºC oder mehr. Der Film wird daher durch die im Fertigungsprozeß einwirkende Wärme nicht ungünstig beeinflußt. Außerdem ist der Überzugsfilm wasserfest, so daß er beim Waschen während der Fertigung nicht abgelöst wird. Die Schattenmaske, auf welcher der Überzug auf diese Weise erzeugt worden ist, wird mit dem der Elektronenkanone zugewandten Überzug zur nächsten Stufe überführt, d.h. zur Montagestufe für eine Farbkathodenstrahlröhre.

Wenn das im Bindemittel verwendete Aluminiumphosphat mit Eisen als Basis- bzw. Grundwerkstoff der Schattenmaske unter Erzeugung von Wasserstoff reagiert, wird von der Innenseite her ein Druck an den Überzug angelegt. Infolgedessen können sich im Überzug Risse bilden, oder die Adhäsion des Überzugs kann sich verschlechtern. Falls somit der Grundwerkstoff und das Bindemittel leicht miteinander reagieren, wird zweckmäßig ein Aluminiumphosphatkomplex als Bindemittel verwendet. Beispiele für ein effektives Reagenz zur Bildung eines Komplexes mit dem Aluminium von Aluminiumphosphat sind Alkoholamine wie Ethanolamin, Aminosäuren wie Glycin, Sarcosin und Alanin sowie Ethylendiamin.

Der Komplex ist bevorzugt eine Substanz, die nach der Filmerzeugung nicht im Film verbleibt. Noch zweckmäßiger besteht der Komplex aus Ethanolamin, das eine niedrigmolekulare, wasserlösliche Substanz ist, die leicht verdampft oder sich zersetzt und sich in einem Bindemittel löst.

Die Bewegung bzw. Verschiebung eines Elektronenstrahls, die durch die Wölbung bei jeder der auf oben beschriebene Weise hergestellten 25 Zoll-Farbkathodenstrahlröhren hervorgerufen wird, wurde gemessen und mit derjenigen einer herkömmlichen Farbkathodenstrahlröhre verglichen. Die Messung erfolgte auf die in Fig. 3 veranschaulichte Weise. Genauer gesagt: 88 mm breite, bandförmige weiße Muster wurden in Positionen wiedergegeben, die jeweils um 160 mm von der Mitte des Schirms längs der Horizontalachse getrennt bzw. beabstandet waren, und zwar unter Anwendung einer Anodenspannung von 26 kV und eines Kathodenstroms von 1330 µA. Eine maximale Verschiebung eines Elektronenstrahls, der sich zeitabhängig aufgrund der thermischen Ausdehnung der Schattenmaske nach dem Schließen des Netzschalters verschob, wurde an jedem Meßpunkt A gemessen. Das Meßergebnis ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß vor der Herstellung der Farbkathodenstrahlröhren ein Klebstreifen-Abziehtest und eine Messung der Wasserfestigkeit am Überzugsfilm jeder Schattenmaske durchgeführt wurden. Die entsprechenden Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.

Der Klebstreifen-Abziehtest wurde wie folgt durchgeführt: Ein Cellophan-Klebstreifen einer Größe von 18 mm x 50 mm wurde an der Oberfläche des Überzugsfilms angebracht. Mit einem Radiergummi wurde gegen die Oberfläche des Cellophan-Klebstreifens gerieben, um letzteren vollständig an der Oberfläche des Überzugsfilms haften zu lassen. Unmittelbar nach dem (endgültigen) Haften wurde der Cellophan-Klebstreifen in einem Augenblick (ruckartig) abgezogen, wobei die Abziehrichtung vertikal zur Oberfläche des Überzugsfilms gehalten wurde, worauf der Cellophan-Klebstreifen auf an seiner Klebefläche klebende Stoffe untersucht wurde.

Die Bewertung erfolgte wie folgt:

o ... Keine Haftung am Klebstreifen.

Δ ... Sehr geringe Haftung an der Oberflächenschicht.

x ... Deutliche Haftung an der Oberflächenschicht.

Der Wasserfestigkeitstest erfolgte gemäß (der japanischen Industrienorm) JIS K 5400. Zunächst wurde das Substrat, auf welchem der Überzug erzeugt worden war, zwei Stunden lang in Wasser eingetaucht. Danach wurde geprüft, ob der Überzug abgelöst, gequollen oder erweicht war. Die Bewertungskriterien sind folgende:

o ... Kriechen bzw. Fließen, Expansion, Risse, Ablösung und Farbveränderung nicht vorhanden.

Δ ... Eine extrem geringe Menge an entfernter Substanz war in Wasserfestigkeits-Testbad festzustellen.

x ... Entfernte Substanz war in deutlichem Maß im Wasserfestigkeits-Testbad festzustellen.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, war die Wölbungsunterdrückungswirkung bei den Farbkathodenstrahlröhren gemäß diesem Beispiel im Vergleich zur herkömmlichen unbehandelten Farbkathodenstrahlröhre um 11 bis 35 % verbessert. Außerdem war die Verschlechterung der Emissionslebensdauercharakteristik der Kathode nach Langzeitbetrieb gegenüber der unbehandelten Anordnung, bei der kein Überzug erzeugt worden war, unverändert. Außerdem wurde auch durch den gasförmigen Wasserstoff innerhalb der Röhre kein Ionenbrennfleck am Leuchtstoff hervorgerufen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei diesem Beispiel Wolframoxid als Füllstoff im Überzug verwendet wurde. Eine ähnliche Wirkung bezüglich der Elektronenstrahl-Verschiebungsgröße kann jedoch auch bei Verwendung von Wismutoxid erzielt werden. Darüber hinaus hat das Vorhandensein/Fehlen des Aluminiumphosphatkomplexes als Bindemittel keinen Einfluß auf die Verschiebungsgröße eines Elektronenstrahls.

Tabelle 1

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurde jeder Suspension, wie sie im Beispiel 1 verwendet wurde, Boroxid, B&sub2;O&sub3;, in einem Verhältnis von 15 Gew.-% der Menge an im Aluminiumphosphat enthaltenem Aluminiumoxid zugesetzt. Mit den so erhaltenen Suspensionen wurden unter den gleichen Beschichtungs- und Kalzinierbedingungen wie in Beispiel 1 Überzüge erzeugt.

Die Charakteristika bzw. Eigenschaften der Farbkathodenstrahlröhren gemäß diesem Beispiel wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2

Die Farbreinheitsdrift-Unterdrückungswirkung an den Schattenmasken gemäß diesem Beispiel war im Vergleich zur unbehandelten Maske um 12 bis 35 % verbessert. Außerdem blieb die Verschlechterung in der Emissionslebensdauercharakteristik der Kathode nach Langzeitbetrieb im Vergleich zur Kathodenstrahlröhre, die unter Verwendung der unbehandelten Schattenmaske hergestellt worden war, unverändert. Außerdem wurde auch durch gasförmigen Wasserstoff innerhalb der Röhre kein Ionenbrennfleck am Leuchtstoff hervorgerufen. Darüber hinaus konnte ein Überzug ausreichender Wasserfestigkeit durch Kalzinieren bei niedriger Temperatur von etwa 200ºC erzeugt werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei diesem Beispiel auch bei Verwendung von Wismutoxid eine ähnliche Wirkung bezüglich der Elektronenstrahl-Verschiebungsgröße erzielt werden konnte.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurde Boroxid, B&sub2;O&sub3; zum Aluminiumphosphat (Al&sub2;O&sub3; 3P&sub2;O&sub5; 6H&sub2;O) in einem Verhältnis von 20 % der Menge an im Aluminiumphosphat enthaltenem Aluminiumoxid zugesetzt. Dem so erhaltenen Material wurde zur Erzielung einer zweckmäßigen Viskosität Wasser zugesetzt. Anschließend wurden Suspensionen durch Anderung von Wolframoxid-Teilchen entsprechehd den Maßnahmen nach Beispiel 1 zubereitet. Unter Verwendung dieser Suspensionen wurden Überzüge unter den gleichen Beschichtungs- und Kalzinierbedingungen wie in Beispiel 1 erzeugt. Die Charakteristika bzw. Eigenschaften der Farbkathodenstrahlröhren gemäß diesem Beispiel wurden auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Die Farbreinheitsdrift-Unterdrückungswirkung bei den Schattenmasken gemäß diesem Beispiel war im Vergleich zu derjenigen der unbehandelten Maske um 10 bis 35 % verbessert. Außerdem blieb die Verschlechterung der Emissionslebensdauercharakteristik der Kathode nach Langzeitbetrieb gegenüber derjenigen der Kathodenstrahlröhre, die unter Verwendung der unbehandelten Schattenmaske hergestellt worden war, unverändert. Weiterhin wurde durch gasförmigen Wasserstoff innerhalb der Röhre kein Ionenbrennfleck am Leuchtstoff hervorgerufen. Gemäß diesem Beispiel wurde auch bei Verwendung von Wismutoxid eine ähnliche Wirkung bezüglich der Elektronenstrahl-Verschiebungsgröße erzielt.

Beim oben beschriebenen Abziehtest ließ sich keiner der Überzugsfilme, dem eine zweckmäßige Menge an Aluminiumoxid zugesetzt und der auf oben angegebene Weise geglüht worden war, abziehen. Darüber hinaus besaß der Überzugsfilm aufgrund seiner starken bzw. großen Bindungskraft überlegene Mittel- und Hochtemperatureigenschaften. Der Film wurde somit durch die im Fertigungsprozeß einwirkende Wärme nicht ungünstig beeinflußt. Außerdem besaß der Überzugsfilm Wasserfestigkeit, so daß er durch Waschvorgänge während der Fertigung nicht abgelöst wurde.


Anspruch[de]

1. Farbkathodenstrahlröhre, umfassend:

einen Leuchtstoffschirm,

eine in der Nähe des Leuchtstoffschirms angeordnete Schattenmaske (7) mit einer großen Zahl von Öffnungen bzw. Löchern und

eine Elektronenkanone zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der die Löcher der Schattenmaske (7) passiert, um den Leuchtstoffschirm anzuregen, wobei:

die Schattenmaske (7) einen eine Dicke von 2 - 15 µm aufweisenden Überzug (20) aufweist, der auf einer Elektronenkanonenseite der Schattenmaske (7) erzeugt ist und feine Teilchen von Wolframoxid und/oder Wismutoxid in einer Menge von 15 - 60 Gew.-%, gemessen in einer Suspension für Beschichtung, und ein Aluminiumphosphat enthaltendes Bindemittel enthält.

2. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der feinen Teilchen von Wolframoxid und/oder Wismutoxid 0,2 - 2 µm beträgt.

3. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aluminiumphosphathaltige Bindemittel ferner Boroxid enthält.

4. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehalt an Boroxid 10 - 25 Gew.-%, bezogen auf die Menge an im Aluminiumphosphat enthaltenem Aluminiumoxid, beträgt.

5. Farbkathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aluminiumphosphathaltige Bindemittel ferner Aluminiumoxid und/oder Magnesiumoxid in einer Menge entsprechend 70 - 140 Gew.-% einer stöchiometrischen Überschußmenge an Phosphorsäure in bezug auf im Aluminiumphosphat enthaltenes Aluminiumoxid enthält.

6. Verfahren zur Herstellung einer Farbkathodenstrahlröhre, umfassend:

einen Leuchtstoffschirm,

eine in der Nähe des Leuchtstoffschirms angeordnete Schattenmaske (7) mit einer großen Zahl von Öffnungen bzw. Löchern und

eine Elektronenkanone zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der die Löcher der Schattenmaske (7) passiert, um den Leuchtstoffschirm anzuregen,

welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: Zubereiten einer Suspension durch Dispergieren feiner Teilchen von Wolframoxid und/oder Wismutoxid in einer Menge von 15 - 60 Gew.-% in einem Aluminiumphosphat enthaltenden Bindemittel, Auftragen der Suspension auf eine an einer Elektronenkanonenseite gelegene Oberfläche der Schattenmaske (7) zwecks Erzeugung eines Überzugsfilms und Kalzinieren des Überzugsfilms, um damit auf der Schattenmaske (7) einen 2 - 15 µm dicken Überzug (20) zu erzeugen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der feinen Teilchen von Wolframxid und/oder Wismutoxid 0,2 - 2 µm beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aluminiumphosphathaltige Bindemittel ferner Boroxid enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehalt an Boroxid 10 - 25 Gew.-%, bezogen auf die Menge an im Aluminiumphosphat enthaltenem Aluminiumoxid, beträgt.

10. Verfahrennach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ferner mit Aluminiumoxid und/oder Magnesiumoxid in einer Menge entsprechend 70 - 140 Gew.-% einer stöchiometrischen Überschußmenge an Phosphorsäure in bezug auf im Aluminiumphosphat enthaltenes Aluminiumoxid versetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalziniertemperatur im Kalzinierschritt 180 - 600ºC beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalzinierdauer im Kalzinierschritt 30 - 120 min beträgt.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com