DE2530086A1 - Katodenstrahlroehre mit massnahme zur verhinderung von aufladungen im halsteil - Google Patents

Description

GTE Sylvania Inc., U.S.A. 27. Juni 1975

GTE-PA 53

PATENTANMELDUNG

Katodenstrahlröhre mit Maßnahme zur Verhinderung von Aufladungen im Halsteil

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Katodenstrahlröhren insbesondere Farbbildkatodenstrahlröhren mit Inline-Kanonenanordnung mit' Maßnahmen zur Verhinderung von Aufladungen im Halsteil.

Bekanntlich werden bei der Herstellung von Bildröhren diese während wenigstens einem Bearbeitungsgang mit wesentlich höherer Temperatur ihrer Katoden betrieben als es bei normalem Betrieb üblich ist. Dabei entsteht innen auf dem Röhrenhals insbesondere in der Nähe der äußeren Kanonen bei Inline-Bildröhren ein Beschlag durch sich niederschlagenden Metalldampf. Dieser besteht im wesentlichen aus Nickel. Diese Ablagerungen sind leitend und laden sich im Betrieb der Röhre langsam negativ auf bis es zu flächenförmigen Entladungen zu der Hochspannungsleitschicht kommt. Diese ist üblicherweise im Trichterteil und dem sich anschließenden Beginn des Halsteils

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aufgebracht. Die negative Aufladung hat schädliche und störende Einflüsse auf die Bildqualität und ist auch akustisch bei einem Überschlag als Klicken wahrnehmbar.

Der Bildröhrenüberschlag ist vergleichbar mit dem Aufladen und Entladen eines Kondensators. Bevor es zum Überschlag kommt steigt die negative Spannung stufenförmig im Verlauf einiger Sekunden oder Minuten. Nach dem Überschlag wiederholt sich der Vorgang des Aufladens wieder bis zum nächsten Überschlag. Bei jedem Überschlag entsteht ein leichter Lichtbogen. Sowohl die NF- wie auch die Video-Störung bei jedem Überschlag sind unangenehm für den Benutzer dfes Gerätes. Die Video-Störung äußert sich auf zwei Arten. Erstens kann eine vorübergehende Rasterstörung auftreten, die sich darin äußert, daß sich das Raster stellenweise flackernd zusammen- oder auseinanderzieht. Zweitens kann eine abrupte Änderung der Randfarbenabgenzung und Schärfe des Schirmbildes auftreten* Diese Erscheinung wird als statische Diskonvergenz bezeichnet und entsteht, weil in der Schattenmaske einer Farbkatodenstrahlröhre mit in Reihe angeordneten Kanonen die Elektronenstrahlen auf beiden Seiten der Kanonenstruktur indirekt vom Oberflächenladungsaufbau bereits beim Austritt aus den Kanonen beeinflußt werden.

Während der negativen Aufladung sind nämlich auch Anzeichen sines entgegenwirkenden, positiven Ladungsaufbaus festzustellen: In der Zone im Halsteil der Röhre,

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in der die Hochspannungsleitschicht endet, entsteht diese positive Ladung auf dem unbeschichteten Glas. Dieser Ladungseffekt wird durch geringfügige Ablagerungen von Oberflächenverunreinigungen gefördert. Diese Ablagerungen stammen von den Katoden bei der erwähnten Bearbeitungsphase. Wenn die positive Ladung über die eigentliche beschichtete Fläche hinaus und weiter in den Röhrenhals bis hin zu der negativ geladenen Fläche wandert, neigt sie dazu, einen "unterkonvergierenden" Einfluß auf die Strahlen beim Austritt aus den Kanonen auszuüben, besonders durch die Lücke zwischen den Elektroden G2 bis G4. Die positive Ladung veranlaßt nach und nach, die äußeren (Rand-) Strahlen von ihrem normalen Weg leicht nach außen abzuweichen. Das wird als allmähliche Verschlechterung des Farbbildes wahrgenommen, indem die Randabgrenzungen der Bildelemente allmählich vielfarbig werden und ihre Schärfe verlieren, weil die Strahlen auf den falschen Stellen des Schirms auftreffen. Das wird als statische Konvergenzdrift bezeichnet und nimmt zu bis zur Bogenentladung. Dann beginnt der Ladungsaufbau wieder von vorne, nachdem die Randschärfe für kurze Zeit wieder normal wai

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Mängel zu vermeiden, indem mit einer einfachen und schnell anwendbaren Maßnahme innerhalb der Röhre die Ausbildung der negativen Ladungszone verhindert wird und so die statische Konvergenzdrift wirksam abgeschwächt wird.

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Diese Aufgabe,wird für den Oberbegriff erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst·

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen zu entnehmen·

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß der Niederschlag der Metalldampfe als Metallsublimate auf der rauhen, isolierenden Oxydschicht zu keinen zusammenhängenden, leitenden Belag führen kann. Gleichzeitig ist damit auch die Möglichkeit reduziert, daß sich in dieser Zone eine negative Ladung ausbilden kann.

Im Folgenden wird auf die Zeichnung Bezug genommen, die folgende Figuren aufweist:

Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine Katodenstrahlröhre, in der die Erfindung benutzt wird

Figur 2 und 3 sind vergrößerte Teilschnitte aus der Figur 1, entlang der Linie 2-2.

Während die Erfindung in jeder Art von Katodenstrahlröhre benutzt werden kann, in der die Elektrodenbauteile des Kanonenaufbaus dicht an der Seitenwand des Röhrenhalses liegen, wird zum Zweck der Veranschaulichung in dieser Beschreibung eine Farbkatodenstrahlröhre gezeigt, die eine Schattenmaske mit Öffnungen und einen

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elektronenerzeugenden Aufbau mehrerer Kanonen in Reihe besitzt.

In Figur 1 wird eine In-Line Farbkatodenstrahlröhre 11 gezeigt, mit einem Röhrenkolben, der aus dem Hals 15, dem Trichter 17 und der Frontplatte 19 bestehtj die Frontplatte 19 und der Trichter 17 werden bei der Röhrenfertigung entlang der Verschlußzone 21 hermetisch miteinander verbunden. Ein katodolumineszenter Rasterschirm 23 mit farbaussendenden Phosphorflächen befindet sich auf der Innenfläche des Bildschirms 19 und besteht aus einer Anordnung von abgegrenzten Streifen oder Pünktchen gemäss dem Stand der Technik. Ein getrenntes, mit Öffnungen versehenes Gebilde 25 - in,diesem Fall eine Schattenmaske - steht in räumlicher Beziehung zum Rasterschirm 23 und wird durch hier nicht gezeigte, herkömmliche Mittel in vorherbestimmter Weise in die Frontplatte eingebettet.

Im Innern des Trichters befindet sich eine leitende Schicht 27, z.B. aus Aquadag, die so aufgetragen ist, daß sie sich im wesentlichen vom vorderen Bereich nahe dem Platten/ Trichter-Verschluss 21 zum Halsteil 15 erstrecktj dort reicht sie eine Teilstrecke hinein und stellt den Kontakt mit dem vorderen Ende des darin befindlichen Elektranenkanonenaufbaus 29 her. Diese Leitschicht 27, diB die positive Spannung der Endelektrode des Kanonenaufbaus besitzt, ist mit hier nicht gezeigten Mitteln mit dem Rasterschirm 23 elektrisch verbunden.

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Die elektrische Spannung für diese Schicht wird gewöhnlich durch einen Verbindungsknopf 31, der die Wand des Trichters 17 durchdringt, dorthin geliefert.

Die beispielhafte Inline-Elektronenkanoneneinheit 29 wird teilweise im Detail mit den drei Elektronenkanonen 33, 35 und 37 gezeigt, die sich in einer gemeinsamen Ebene befinden, von der aus die jeweils ausgesandten Elektron-enstrahlen 39, 41 und 43 so gelenkt werden, daß sie an der Schattenmaske 25 konvergieren und von dort auf den jenseits davon liegenden Rasterschirm 23 auftreffen.

Die Erfindung ist eine Verbesserung der Katodenstrahlröhrenkonstruktion in Form einer Maßnahme zur Verhinderung der Rohrenhalsoberflächenladung. Sie besteht aus einer ringförmigen Zone 45 aus aufgerauhtem Isoliermaterial und wird auf die Innenfläche des Röhrenhalses 15 aufgetragen, hauptsächlich im hinteren Teil davon, in der Zone, dia den Katodenteil der Elektronen erzeugenden Einheit 29 umfasst.

Dies wird in Figur 2 noch detaillierter gezeigt, in der die eine Elektronenkanone 33 der Elektronen erzeugenden Einheit 29 besonders nahe an der Seitenwand des umgebenden Röhrenhalses 15 ist. Wie gezeigt, enthält die Elektronenkanone 33 eine thermionische Katode 47 aus Nickellegierung mit Elektronen aussendendem Material 49, das sich an ihrem geschlossenen Ende befindet. Ein herkömmliches Heizelement 51 befindet sich innerhalb des KatodenrÖhrchens. Weitere Bestandteile, die in der

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Kanoneneinheit 29 aufeinanderfolgen, sind die Elektrodenglieder der Steuerelektrode (G1) mit der Becherform 51 und der Beschleunigungselektrode (G2) 55, die Fokussierungselektrode (G3) 57 und der Konvergenzelektrode (G4) 59.

Die isolierende Zone 45, die so an der Seitenwand des Halsteils angebracht ist, daß es den Katodenbereich der Kanonen 33, 35, 37 umfaßt, besteht aus mindestens einem ausgewählten Material aus der Gruppe der Chromoxyde, Eisenoxyde und einer Mischung aus Chromeisenoxyd. Dieses Band aus Belagmaterial, die Zone 45, wird an einer bestimmten Stelle hinten im Hals der Trichter-Halseinheit der Röhre aufgetragen, bevor die mit dem Schirm versehene Frontplatte mit dem vorderen, offenen Ende des Trichters 17 entlang der Verschlusslinie 21 verbunden wird und bevor die Elektronenkanoneneinheit in den Röhrenhals 15 eingefügt und darin verschlossen wird.

Das Isoliermaterial der Zone 45 wird als Aufschlämmung angesetzt, in der z.B. ca. 44 Gewichtsprozent des ausgewählten Oxydmaterials mit ca. B Gewichtsprozent kieselsaurem Kali und ca. B Gewichtsprozent kieselsaurem Natron vermischt wird, wobei die verbleibenden 44 Gewichtsprozent aus Wasser bestehen. Die Kieselsäureverbindungen werden hier benutzt, um eine gute Haftung und Lebensdauer der fertigen Schicht zu gewährleisten, damit das Loslösen oder Abblättern von ihrem Untergrund verhindert wird, wenn die Elektronenkanonen eingefügt werden. Das Belagmaterial wird durch das offene Ende des Halses aufgetragen und anschließend daran gehärtet, wenn die Frontplatte mit dem Trichter verbunden wird, was bei einer

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Temperatur von ca. 450° C geschieht. Da das Belagmaterial eine Umwandlungs- oder HMrtungstemperatur von ca. 350° C hat, wird ein festes Belagband geschaffen. Die Elektronenkanoneneinheit 29 wird dann in das offene Ende des Halses eingefügt und hermetisch daran verschlossen .

Besonders bei diesem Härtungsvorgang ist der Bereich um die Katode in der Kanoneneinheit 29 sehr viel höheren Temperaturen unterworfen als bei normalem Röhrenbetrieb. Diese hohen Bearbeitungstemperaturen sind so hoch, daß eine Verdampfung von Nickel aus der Katode bewirkt wird. Ein Teil dieses verdampften Metallmaterials wird, wie' durch die Pfeile 62 angdgeben, in die Richtung der nahen Wand des Röhrenhalses 15 verteilt, auf der sich die Zone 45 aus isolierendem Oxyd befindet. Der daraus entstehende Verdampfungsniederschlag, der sich auf der aufgerauhten Bandoberfläche absetzt, bewirkt eine unterbrochene Anordnung und verhindert, daß dieser Beschlag einen breiten Leitweg schafft. Dies wiederum erschwert den Aufbau einer negativen schädlichen Oberflächenladung in diesem Bereich des Röhrenhalses. Es hat sich als günstig herausgestellt, daß die untere Grenze 63 der Isolierzone 45 in einer Ebene liegt, die unterhalb des offenen Endes 61 der Katode 47 liegt. Um die Ablagerungen dieser Verflüchtigung unter Kontrolle zu haben, sollte die obere Grenze 65 der Zone 45 etwa in der Ebene liegen, in der sich der Bereich der Fokussierelektrode (G3) 57 befindet, aber nach hinten zu ihrem vorderen Ende 5B hin. Es ist wünschenswert, einen Isolierabstand 67 oder eine Glaswandfläche zwischen der oberen Grenze 65 der Isolierzone 45 und der unteren Grenze 69 des Trichterbelags

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zu haben. Obwohl sich die Wirkung der Glasfläche 69 nicht vollständig erklären läßt, hat man festgestellt, daß solch eine abgegrenzte, nackte Glasfläche 69 dazwischen günstiger ist, als wenn man den aufgerauhten Belag der Zone 45 bis unmittelbar zum Trichterbelag 27 ausdehnt.

Die Benutzung des aufgerauhten Oxydbandes der Zone 45 verhindert den Aufbau einer schädlichen negativen Oberflächenladung auf dem hinteren Teil des Röhrenhalses. Das Nichtvorhandensein einer beträchtlichen negativen Ladung in diesem Bereich verringert die Vorherrschaft der Lichtbogenbildung auf ein Minimum und läßt die Ausdehnung des positiven Hochspannungsfeldes in die mittlere Röhrenhaisregion - dessen Größe ausreicht,die Strahlen erheblich zu beeinflussen und einen statischen Konvergenzdrift zu erzeugen - gar nicht erst aufkommen. Die (G3)-(G4) Lücke 71 in der Kanonenkonstruktion ist die Zone, durch die ein positives Hochspannungsfeld die Strahlenkonvergenz ungünstig beeinflussen kann.

In Figur 3 wird die Verwendung eines anderen aufgerauhten Oxydbandes, als Zone 45', im Zusammenhang mit einer weiteren Ausbildung einer kompakteren Inline-Kanonenstruktur 33' gezeigt. Ein Planar-SteuergitterCG1) 53' wird hier in Verbindung mit einer Katodenhalterung 75, die offen ist, gezeigt. Bei dieser Art Kanonenkonstruktion dringt die fortschreitende Verdampfung vom oberen Teil der Katode nach aussen unter die flache Steuerelektrode 53' Der Oxydbelag, die Zone 45', ist vorteilhafterweise derart

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an einer Stelle angebracht, daß er eine aufgerauhte Zone 4^5, als Ablagerungsfläche für die entstehende Metallsublimation durch die Verdampfung 62' bildet. Sie reicht zur Verhinderung der Dberflachenladung aus.

Es wurde hier gezeigt und beschrieben, was gegenwärtig als die bevorzugten Ausbildungen der Erfindung angesehen wirdj selbstverständlich ist es jedoch im Bereich des Fachmännischen naheliegend, daß hier auch Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims (5)

1. Patentansprüche;

   Katodenstrahlröhre insbesondere Farbbildkatodenstrahlröhren mit Inline-Kanonenanordnung mit Maßnahmen zur Verhinderung von Aufladungen im Halsteil, gekennzeichnet durch die folgende Kombination von Merkmalen:

   A. Innen auf dem Glas im Halsteil (15) der Röhre (11) wird bei der Herstellung eine ringförmige,aufgerauhte Zone (45) mit isolierendem Oxydmaterial beschichtet.

   B. Diese Zone (45) befindet sich etwa in dem Bereich der Katoden (33,35,37), in welchem, die Elektronen austreten und bei der Herstellung und Bearbeitung der Röhren Metallverdampfungen ihren unerwünschten Niederschlag finden.

   C. Die Zone (45) wird bei der Röhrenherstellung vor dem Bearbeitungsvorgang, der zu Metallverdampfungen führt, aufgebracht.

   D. Die Zone (45) hat einen Abstand von der im Trichter-(17) und anschließenden Halsabschnitt (15) aufgebrachten Hochspannungsleitschicht (27), innerhalb welchem kein Belag und keine Beschichtung innen auf das Glas aufgebracht ist.
2. 2. Katodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (45) aus isolierendem, aufgerauhtem Oxydmaterial aus Chromoxyd, Eisenoxyd

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   und eine Chrom-Eisenoxydmischung besteht.
3. 3. Katodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1 und einem

   oder mehrerer der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone C45) aus isolierendem, aufgerauhtem Dxydmaterial unmittelbar in der Nähe des Röhrensockels noch vor der gedachten Ebene der hinteren, offenen Enden der Katoden (33,35,37) beginnt.
4. 4. Katodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1 und einem oder mehrerer der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (45,45') aus isolierendem, aufgerauhtem Oxydmaterial sich bis in eine gedachte Ebene erstreckt, die vor dem Austrittsende der Fokussierelektrode (G3) (57,57') und gleichzeitig nach dem Austrittsende der Elektrode (G2) (55,55') liegt, wobei die beiden Elektroden (G3 und G2) (57 und 55) konzentrisch ineinander ragen können.
5. 5. Katodenstrahlröhre gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Isoliermaterial für die Zone (45, 45') als Aufschlämmung angesetzt wird, wobei 44 Gewichtsprozente des ausgewählten Oxydmaterials mit etwa 6 Gewichtsprozenten kieselsaurem Kali und 6 Gewichtsprozenten kieselsaurem Natron vermischt wird und die verbleibenden 44 Gewichtsprozente aus Wasser bestehen, und daß der Belag der Zone (45,45') bei

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   etwa 450° C gehärtet wird, wenn die Frontplatte 19 mit dem Trichterteil 17 durch Fritten verbunden wird.

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