DE10103088A1

DE10103088A1 - Vorsatzscheibe für einen Bildschirm

Info

Publication number: DE10103088A1
Application number: DE2001103088
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dasecke; Juergen Blankenburg; Bruno Vitt
Original assignee: Schott Desag AG
Current assignee: Schott Desag AG
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2002-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorsatzscheibe für den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre eines Fernsehgerätes, eines Monitors oder dergleichen mit den folgenden Merkmalen: DOLLAR A mit einer Grauglasscheibe, die nur eine begrenzte Lichttransmission aufweist; DOLLAR A mit einer Antireflexionsbeschichtung auf der Vorderseite; DOLLAR A mit einer elektrisch leitfähigen Absorptionsbeschichtung auf der Rückseite. DOLLAR A Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorsatzscheibe wie folgt gestaltet: DOLLAR A die rückseitige Beschichtung ist aus metallischem Titan gebildet, DOLLAR A die mittlere sichtbare Gesamttransmission der Vorsatzscheibe liegt im Bereich von 20 bis 40%; DOLLAR A die mittlere sichtbare Reflexion der Betrachterseite beträgt weniger als 0,5%; DOLLAR A der Flächenwiderstand der Beschichtung auf der Rückseite liegt bei weniger als 10 Kiloohm, vorzugsweise 1 Kiloohm, oder weniger.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorsatzscheibe für den Bildschirm der Kathoden- Strahlröhre eines Fernsehgerätes, eines Monitors oder dergleichen.

Derartige Vorsatzscheiben umfassen eine Grauglasscheibe, die in unbeschichtetem Zustand nur eine begrenzte Lichttransmission aufweist. Die Transmission liegt in der Praxis im Bereich von 40 bis 60%, bei Maschinengrauglas bei nur 30%. Vorsatzscheiben der genannten Art weisen ferner auf ihrer Vorderseite eine Antireflexionsschicht auf. Diese dienen dazu, Reflexionen und Doppelbilder durch Mehrfachglasspiegelungen zu unterdrücken. Die genannten Vorsatzscheiben weisen ferner auf ihrer Rückseite eine elektrisch leitfähige, antistatisch wirkende Absorptionsbeschichtung auf. Diese Beschichtung ist geerdet. Sie dient zum Abschirmen der an der Oberfläche von Bildschirmröhren auftretenden hohen Aufladungen.

Vorsatzscheiben der genannten Art sind aus zahlreichen Druckschriften bekannt. Nur beispielsweise wird verwiesen auf DE 36 43 088 A1, DE 36 29 996 A1, US 3 649 359, DE 197 20 974, EP 0 018 667 A1.

Die bisher bekannten Vorsatzscheiben erfüllen die an sie gefüllten Anforderungen nicht in wünschenswertem Maße. So soll einerseits erreicht werden, daß der Bildschirm in ausgeschaltetem Zustand der Kathodenstrahlröhre ein dunkles oder gar schwarzes Aussehen hat. In eingeschaltetem Zustand soll das Bild eine genügend große Helligkeit aufweisen und außerdem kontrastreich sein.

Weiterhin sollen die nachteiligen Wirkungen der genannten elektrostatischen Aufladungen weitgehend vermieden werden.

Die bekannten Vorsatzscheiben vermögen diese Anforderungen in ihrer Gesamtheit entweder nur teilweise oder gar nicht zu erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorsatzscheibe der genannten Art zu schaffen, mit der sich in eingeschaltetem Zustand der zugeordneten Kathodenstrahlröhre eine tadellose Helligkeit und ein befriedigender Kontrast des erzeugten Bildes ergibt, bei dem der Bildschirm in ausgeschaltetem Zustand der Röhre ein angenehmes ästhetisches Aussehen aufweist, und mittels welcher die elektrostatischen Aufladungen in ihrer schädlichen Wirkung verringert werden. Außerdem soll sich eine solche Vorsatzscheibe möglichst einfach und kostengünstig herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfinder haben unter anderem erkannt, daß eine Beschichtung der Grauglasscheibe auf ihrer Rückseite mit einer dünnen Titanschicht außerordentlich günstig ist. Dies betrifft sowohl den "Dunkeleffekt", d. h. die ästhetische Wirkung in ausgeschaltetem Zustand der zugeordneten Röhre, als auch die Kontrastanhebung in eingeschaltetem Zustand. Dies war nicht von vorneherein zu erwarten. Eine Erklärung für die überraschende Wirkung könnte darin liegen, daß Titan als massives Metall mit ca. 55% eine deutlich niedrigere und damit günstigere Reflexion im mittleren sichtbaren Spektralbereich aufweist als Chrom. Diese Reflexion liegt im Bereich von 55 %. Dies hat zur Folge, daß bereits sehr dünne Schichten von metallischem Titan zu einem besseren Verhältnis aus Reflexion und Absorption führen, so daß sich ein günstiges Kontrastverhalten ergibt, das wesentlich vorteilhafter ist, als dasjenige, das bei der bekannten Anwendung von Chromschichten erzielbar ist. Auch das Aufbringen einer dickeren Titanschicht im Sputterprozeß führt zu guten Ergebnissen, insbesondere wenn man eine mittlere Transmission anstrebt. Der Sputterprozeß bietet prozeßtechnische Vorteile, da er leichter durchzuführen ist, bei reproduzierbarem Ergebnis. Die Haftung der Beschichtung sowie die mechanische und chemische Stabilität haben sich als einwandfrei erwiesen.

Eine erfindungsgemäße Vorsatzscheibe kann plan, oder gemäß den Konturen des Bildschirmes geformt sein.

Sie kann wie folgt aufgebaut sein:
Sie besteht aus einer vorzugsweise 5 mm dicken Weichglasscheibe, die derart farbneutral (grau) eingefärbt ist, daß im unbeschichteten Zustand eine sichtbare Transmission von vorzugsweise 50% erreicht wird.

Die dem Betrachter zugewandte Seite ist mit einer Dreischichtentspiegelung versehen, deren Design der bekannten blauen Conturan-Entspiegelung der SCHOTT-DESAG AG ähnlich ist. Die der Luft zugewandte, oberste der drei Schichten (S) besitzt einen Brechungsindex, der geringer ist als der des Glases (n = 1,52), und besteht vorzugsweise ganz überwiegend aus Quarzglas (SiO₂, n = 1,40-1,46). Die mittlere Schicht (T) besteht aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex (n = 2,0-2,3), vorzugsweise Titandioxid (TiO₂).

Die - vom Glas aus gesehen - erste Schicht (M) weist einen Brechungsindex mittlerer Höhe (n = 1,6-1,8) auf, was vorzugsweise durch ein Silizium- Titan-Mischoxid realisiert wird. Die Schichtdicken betragen je nach Ausgestaltung ca. 40-60 nm (M), 100-120 nm (T), 80-100 nm (S).

Die Abscheidung dieser Materialien auf dem Glasträger erfolgt vorzugsweise mittels Tauchverfahren (Sol-Gel-Prozeß/1-3), wobei eine nur einseitige Beschichtung der Flachglasscheibe dadurch vorgenommen wird, daß zwei Scheiben zunächst an den Rändern verklebt werden, und nach der Tauch- Beschichtung wieder getrennt werden.

Die Rückseite der Glasscheibe, die in der Anwendung als Vorsatzscheibe vom Betrachter abgewandt, also dem Bildschirm zugewandt ist, ist erfindungsgemäß mit einer dünnen, optisch teilweise transparenten Schicht aus Titan versehen. Die Schichtdicke der Titanschicht wird nun so gewählt, daß die - über den sichtbaren Spektralbereich gemittelte - Gesamttransmission der beidseitig beschichteten Grauglasscheibe gleich (31 +- 3)% ist.

In Kombination mit der erfindungsgemäßen Verwendung des Metalles Titan als rückseitige Verspiegelungs-/Absorptions-Schicht garantiert dieser Transmissionswert einen optimal dunklen Eindruck als Bildröhren- Vorsatzscheibe (ausgeschalteter Zustand), sowie optimale Kontrastverhältnisse im eingeschalteten Zustand der Bildröhre.

Der Flächenwiderstand der erfindungsgemäß angewandten Titan-Schicht beträgt ca. 1 Kiloohm, so daß bei Erdung dieser Schicht eine sehr gute antistatische Wirkung erzielt wird. Auch Werte bis ca. 10 Kiloohm ergeben noch eine ausreichende antistatische Wirkung. Die Titan-Schichtdicke liegt im Bereich von ca. 20 nm.

Die Herstellung der Titan-Schicht erfolgt vorzugsweise durch einen Sputterprozeß, insbesondere mittels DC-Magnetron-Sputtering.

Durch die kombinierte Wirkung der vorder- und rückseitigen Beschichtung mit der teilweisen Lichtabsorption im Glas, und der Wechselwirkung mit dem Bildschirm, wird das auf die Vorsatzscheibe fallende Licht der Umgebung nahezu vollständig absorbiert, also nicht reflektiert, was den Bildkontrast gegenüber bestehenden Systemen erheblich verbessert.

Darüber hinaus erhält der Bildschirm im ausgeschalteten Zustand ein ästhetisch dunkles, hochwertiges Aussehen.

Die dem Bildschirm zugewandte, rückseitige Beschichtung soll eine erhebliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Wird diese Beschichtung geerdet, so zeigt die dem Betrachter und potentiellen Berührer zugewandte Seite während des Einschaltens und des Betriebes keine unerwünschten elektrostatischen Aufladungen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen:
Es werden zwei Grauglasscheiben (Floatglas) mit den Dicken 4 mm und 5 mm verwendet, die eine mittlere sichtbare Transmission von 56% bzw. 50% besitzen. Anzumerken ist hier, daß eine Dicke von 5 mm nicht zuletzt auch wegen der Sicherheitsvorschriften des nordamerikanischen Marktes die mechanisch günstigere Lösung darstellt.

Diese Floatglassubstrate werden vor der Tauchbeschichtung sorgfältig gereinigt. Die Tauchlösungen werden jeweils in auf 28°C klimatisierten Räumen bei einer Luftfeuchtigkeit von 7 bis 12 g/m³ aufgetragen, die Zieh- Geschwindigkeiten betragen dabei für die Einzelschichten MTS:
360/420/390 mm/min.

Auf das Ziehen einer jeden Gelschicht folgt ein Ausheizprozeß an Luft. Die Ausheiztemperaturen und Ausheizzeiten betragen 180°C/20 min nach der Herstellung der ersten und zweiten Gelschicht sowie 440°C/30 min nach der dritten Schicht.

Im Falle der T-Schichten setzt sich die Tauchlösung (pro Liter) zusammen aus:
68 ml Titan-n-Butylat, 918 ml Ethanol (abs.), 5 ml Acetylaceton und 9 ml Ethyl-Butyrylacetat.

Die Tauchlösung zur Herstellung der S-Schicht enthält:
125 ml Kieselsäuremethylester, 400 ml Ethanol (abs.), 75 ml H₂O (dest.), 7,5 ml Essigsäure, und wird nach einer Ruhezeit von ca. 12 h mit 393 ml Ethanol (abs.) verdünnt.

Die Beschichtungslösung zur Herstellung der M-Schicht wird durch Mischung der S- und T-Lösung präpariert, wobei ein Siliziumoxidgehalt von 5,5 g/l, und ein Titanoxidgehalt von 3,5 g/l, eingestellt werden.

Die Titanschicht wird anschließend mittels Vakuum-Beschichtungsverfahren in einer DC-Magnetron-Sputteranlage (Durchlaufanlage) auf der nicht entspiegelten Rückseite des Glases abgeschieden. Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von
7 m/min und einem Abstand des Glassubstrates zur Titan-Sputterkathode (Breite 20 cm) von ca. 25 cm beträgt die Plasma-Leistungsdichte 2,5 W/cm².

Die so hergestellten Vorsatzscheiben weisen eine hohe optische Qualität auf, die Beschichtungen sind frei von Rissen, Trübungen und Lichtstreuung.

Es wurden folgende Lebensdauer- und Anwendungstests hinsichtlich Anwendung in Innenräumen vorder- und rückseitig durchgeführt: Boiltest (DIN 51 165), Kondenswasser-Konstantklima (DIN 50 017), Salzsprühnebel-Prüfung (DIN 50 021), Cass-Test. Die erfindungsgemäß beschichteten Vorsatzscheiben widerstanden den hier aufgeführten Tests.

Der gemessene Verlauf des Reflexionsgrades der so fertiggestellten Vorsatzscheiben (Dicken: 4 mm, 5 mm) als Funktion der Wellenlänge ist für den sichtbaren Spektralbereich in Abb. 1 dargestellt, wobei die mit dem Antireflexionsbelag versehene Seite nahezu senkrecht beleuchtet wurde.

Der mit der spektralen Hellempfindlichkeit des Auges gewichtete Reflexionsgrad erreicht bereits für eine Grauglasdicke von 4 mm einen Wert von 0,5%, für die vorzugsweise Glasdicke von 5 mm wird ein Wert von 0,3 % erreicht, da durch das Grauglas jetzt weniger reflektiertes Licht der rückseitigen Grenzfläche nach vorne dringt.

Abb. 2 zeigt den Transmissionsgrad dieser Vorsatzscheiben für senkrechte Beleuchtung auf die Antireflexionsseite im gleichen Spektralbereich.

Die dickere der beiden Scheiben erreicht einen gemittelten Transmissionswert von 33,2%, der innerhalb des von den Bildröhren- und System-Herstellern als optimal vorgegebenen Bereiches von 31% plusminus 3% liegt. Um eine noch größere Annäherung an den Wert von 31 % zu erreichen, kann entweder ein um ca. 0,5 mm dickeres Grauglas verwendet werden, oder aber die Vorschubgeschwindigkeit während des Sputterprzesses etwas verlangsamt werden.

Jedenfalls erfüllt eine 5 mm dicke und rückseitig mit Titan beschichtete Vorsatzscheibe gemäß obigem Beispiel die erfindungsgemäßen Aufgaben der Konstantanhebung und Abdunkelung signifikant besser als eine mit Chrom beschichtete Vergleichsprobe gleicher mittlerer Transmission.

Claims

1. Vorsatzscheibe für den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre eines Fernsehgerätes, eines Monitors oder dergleichen mit den folgenden Merkmalen:

1. 1.1 mit einer Grauglasscheibe, die nur eine begrenzte Lichttransmission aufweist;
2. 1.2 mit einer Antireflexionsbeschichtung auf der Vorderseite;
3. 1.3 mit einer elektrisch leitfähigen Absorptionsbeschichtung auf der Rückseite;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

1. 1.4 die rückseitige Beschichtung ist aus metallischem Titan gebildet,
2. 1.5 die mittlere sichtbare Gesamttransmission der Vorsatzscheibe liegt im Bereich von 20 bis 40%;
3. 1.6 die mittlere sichtbare Reflexion der Betrachterseite beträgt weniger als 0,5%;
4. 1.7 der Flächenwiderstand der Beschichtung auf der Rückseite liegt bei weniger als 10 Kiloohm, vorzugsweise bei 1 Kiloohm oder weniger.

2. Vorsatzscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere sichtbare Gesamttransmission der Vorsatzscheibe zwischen 28 und 34% liegt.

3. Vorsatzscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Beschichtung außer metallischem Titan auch Stickstoff und/oder Sauerstoff enthält.

4. Vorsatzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Beschichtung mittels eines der nachstehenden Verfahren aufgetragen wird:
mittels Kathodenzerstäubung (Sputtering), zum Beispiel mittels DC- Magnetron-Sputtering;
mittels physikalischem Aufdampfens, gegebenenfalls ionen- oder plasmaunterstützt;
mittels chemischer Gasphasenabscheidung, auch plasmaunterstützt.

5. Vorsatzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Antireflexionsbelag ein Interferenzsystem mit drei oder mehr Schichten verwendet wird, bei dem als hochbrechendes Material Titandioxid TiO₂, als niedrigbrechendes Material Siliziumdioxid SiO₂, sowie als mittelbrechendes Material eine Mischung dieser Stoffe verwendet werden, die vorzugsweise mittels Sol-Gel-Verfahren abgeschieden werden.

6. Vorsatzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als hochbrechende Schicht(en) anstelle von TiO₂ auch Nioboxid Nb₂O₅, Tantaloxid Ta₂O₅, Ceroxid CeO₂, Zirkonoxid ZrO₂ oder Hafniumoxid HfO₂, sowie deren Mischungen mit Titanoxid oder untereinander als niedrigbrechende Schicht anstelle von SiO₂ auch Magnesiumfluorid MgF₂, sowie als mittelbrechende Schicht(en) anstelle von Titan-Silzium-Oxid-Mischungen auch Aluminiumoxid Al₂O₃ vorgesehen sind.

7. Bildschirm mit einer Vorsatzscheibe, die die Merkmale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.

8. Bildschirm, dadurch gekennzeichnet, daß diesem wenigstens zwei Vorsatzscheiben zugeordnet sind, von denen wenigstens eine gemäß der Merkmale 1 bis 6 gestaltet ist.