DE1804433B2 - Belichtungseinrichtung zur optischen Projektion eines Musters von Offnungen einer Maske bei der Herstellung von Bildschirmen fur Farbbildwiedergaberöhren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungseinrichtung zur optischen Projektion eines Musters von öffnungen einer Maske auf eine auf einem Träger aufgebrachte photoempfindliche Bindemittelschicht bei der Herstellung von Bildschirmen für Farbbildwiedergaberöhren, wie näher im Oberbegriff des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.

Unter einer Lichtquelle einer Lampe ist ein lichiausstrahlendes Glied, z.B. ein Glühdraht einer Glühlampe oder ein Teil einer Lampe, in der eine Entladung stattfindet, z. B. derjenige Teil des Entiudungsraumes einer Gasentladungslampe, der mit dem Licht-Bogen zusammenfällt, zu verstehen.

Die Öffnungen in der Maske können lichtdurchlässige öffnungen mit kreisförmiger, rechteckiger usw. Form

Eine Farbbildwiedergaberöhre enthält in der Regel ein Elektrodensystem, das mehrere Elektronenstrahlen liefert, deren Elektronen sich zur Erzeugung sogenannter Primärfarben adf verschiedenen Bahnen durch die öffnungen in einer Maske hindurch zum Bildschirm bewegen. Die Primärfarben sind meistens die Farben Grün, Rot und Blau. Auf dem Bildschirm befindet sich zu diesem Zweck in der Regel eine Vielzahl sogenannter »Punkte«, die aus verschiedenen Leuchtstoffen bestehen, die bei Elektronenbeschuß Licht in einer der Primärfarben Grün, Rot und Blau abstrahlen. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Zahl der verschiedenen Punku· und die Zahl der Elektrodenstrahlen drei beträgt. Für Farbbildwiedergaberöhren für besondere Zwecke könnte diese Zahl z. B. gleich zwei oder größer als drei gewählt werden.

Der erwähnte Bildschirm enthält meistens eine Menge einer Vielzahl von »Punktgruppen«. Eine Punkigruppe besteht aus einer Kombination von Punkten unterschiedlicher Zusammensetzung.

Jeder Elektronenstrahl überstreicht (durch die Maske) nur die Punkte einer einzigen Zusammensetzung. Durch Änderung des Verhältnisses zwischen den Intensitäten der Elektronenstrahlen können andere Farben auf dem Schirm sichtbar gemacht werden.

Es ist bekannt, die erwähnten Punkte auf dem Bildschirm mitteis eines Verfahrens anzubringen, bei dem ein auf dem Frontglas angebrachter Bildschirm, der einen Leuchtstoff und einen photoempfindlichen Lack enthält, durch die Maske hindurch (Farbselektionsmaske) durch Lichtstrahlen belichtet wird, welche auf dem Bildschirm an Stellen auftreffen, an denen später die Elektronen eines der Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm auftreffen. Durch die Belichtung wird der Leuchtstoff dabei an diesen Stellen an dem Bildschirm festgelegt. Der Stoff an den unbelichteten Stellen des Bildschirmes kann weggewaschen werden. Die Punkte bleiben zurück. In einer folgenden Herstellungsstufe wird auf dem Frontglas eine Schicht mit einem anderen Leuchtstoff jedoch ebenfalls mit einem photoempfindlichen Lack, angebracht. Diese neue Schicht wird nunmehr an derartigen Stellen belichtet, daß die neuen »Punkte« sich an den Stellen befinden, die später vom zweiten Elektronenstrahl getroffen werden. Diese letzten Punkte liegen somit nicht an den gleichen Stellen wie die zuvor angebrachten Punkte. Dieser Prozeß kann erforderlichenfalls für eine dritte usw. Schicht wiederholt werden. Die »Belichtung« erfolgt jeweils mit einer Strahlung, auf die das photoempfindliche Bindemittel anspricht. Es kann sich dabei um sichtbare Strahlung oder z. B. um Ultraviolettlicht handeln. Auch ist es möglich, eine Schicht zu »belichten«, die nur das photoempfindliche Bindemittel enthält, und den Leuchtstoff erst in einer späteren Stufe anzubringen.

Ein Nachteil einer bekannten Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist das Vorhandensein eines kegelförmigen Elementes in der Öffnung in der Abdeckung. Dies hat einen niedrigen optischen Wirkungsgrad zur Folge. Mit dieser bekannten Vorrichtung lassen sich zwar Bildschirme hoher Güte herstellen. aber infolge des niedrigen optischen Wirkungsgrades ist die erforderliche Belichtungszeit verhältnismäßig lang.

Eine derartige bekannte Vorrichtung zur Beli-htung zeigt z.B. die US-PS 32 82 691. Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Belichtungsvorrichtung mit hohem optischem Wirkungsgrad anzugeben, bei der im wesentlichen eine formrichtige Abbildung der öffnungen der Maske auf dem Bildschirm ohne die Verwendung eines kegelförmigen Lichtleiters ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Belichtungseinrichtung zur optischen Projektion eines Musters von Öffnungen einer Maske der eingangs genannten Art nach der Erfindung Maßnahmen ergriffen, wie sie näher im Kennzeichen des Patentanspruches 1 beschrieben sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden Maßnahmen ergriffen, wie sie näher in den Unteransprüchen beschrieben sind.

Ein Vorteil einer Belichtungseinrichtung gemäß der Erfindung ist, daß der optische Wirkungsgrad groß und infolgedessen die Belichtungszeit sehr kurz, z. B. von der Größenordnung von 1 ftiin, sein kann (vor der Erfindung betrug die Belichtungszeit etwa 4 min oder mehr). Die kurze Zeit wird erzielbar, weil kein kegelförmiges Element in der Öffnung in der Abdeckung mehr erforderlich ist. Dennoch können mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung Schirme hoher Güte hergestellt werden. Dies ist überraschend, weil tatsächlich von einem unrunden Teil der Lichtquelle ausgegangen wird. Trotzdem werden bei Verwendung der üblichen Masken mit kreisförmigen Löchern auf dem Schirm nahezu kreisförmige Punkte erhalten.

Die langgestreckte Form der öffnung ist gewählt, um in Ebenen senkrecht zur Längsachse der Lichtquelle eine ausreichende Lichtabstrahlung in seitlichen Richtungen zu gewährleisten, wobei unter »ausreichend« ausreichend in bezug auf die Lichtausstrahlung in der Richtung zur Mitte der Korrektiirlinse zu verstehen ist. Aus dem gleichen Grunde ist die vorerwähnte scheinbare LicMquellenbreite auch für seitliche Richtungen praktisch gleich der von der Mitte der Korrekturlinse her betrachteten Breite.

Die öffnung der Abdeckung kann eine öffnung in einer außerhalb der Lampe befindlichen Abdeckung sein. Auch ist es möglich, daß die Abdeckung einen Teil der Lampe selbst bildet.

Der Abstand zwischen der Lampe und der öffnung kann sehr klein sein, z. B„ wenn die Abdeckung einen Teil der Lampe bildet oder die Lampe ein Oberflächenstrahler ist. Oberflächenstrahler haben jedoch in der Regel eine verhältnismäßig niedrige Leuchtdichte, wodurch die Belichtungszeit verhältnismäßig lang sein würde.

Wenn der Abstand von der Lichtquelle zur öffnung von der Größenordnung von wenigstens einigen mm ist (dies ist in der Regel der Fall, wenn eine einfache Lampe ohne innere Abdeckung benutzt wird), findet vorzugsweise die nachstehend angegebene bevorzugte Lösung Anwendung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der öffnung der Abdeckung und der Maske außer der bereits erwähnten Korrekturlinse eine weitere Korrekturlinse vorhanden, wobei eine der Korrekturlinsen die Bedingung erfüllt, daß ihre Brechkraft in der durch die Längsachse der Lampe und den Mittelpunkt dieser Linse verlaufenden Ebene A größer ist als in der Ebene B, die senkrecht auf der Längsachse der Lampe steht und ebenfalls durch den Mittelpunkt dieser Linse geht.

Mit einer derartigen Linse kann das virtuelle Bild der Lampe in der Ebene A näher zum virtuellen Bild der Lampe in der Ebene B gebracht werden. Ohne diese Korrektur befindet sich die Lampe in der Ebene A scheinbar in der Höhe des Mittelpunktes der Öffnung, während der scheinbare Ort der Lampe in der Ebene B mit dem wirklichen Ort dieser Lichtquelle zusammenfällt. D>es kann eine falsche Lage bestimmter Punktreihen auf dem Schirm herbeiführen. Eine derartige Differenz im Ort der virtuellen Lampe tritt in der Regel auch für andere Ebenen auf, z. B. für eine Winkelhalbierungsebene von A und B. Eine gute Korrektur erweist sich dann als möglich, wenn wenigstens die Orte der virtuellen Lampenbilder in den Ebenen A und B näher zueinander gebracht werden.

Wenn der Schnitt der Korrekturlinse in der Ebene B z. B. konkav und in der Ebene A planparallel (d. h. somit gleichfalls größere Brechkraft) ist, wird das virtuelle Bild der Lichtquelle in der Ebene Bin Richtung zu dem in der Ebene A hin verschoben. Das umgekehrte ist der Fall, v\ enn z. B. der Schnitt der Korrekturlinse in der Ebene B planparallel und in der Ebene A konvex ist.

Während die zuletzt erwähnten Linsen eine Korrektur für die Lampe selbst geben, bilden die mit ihnen zusammenarbeitenden Korrekturlinsen eine Korrektur für unter anderem das verschiedene Verhalten von Lichtstrahlen einerseits und von (durch Spulen abgelenkten) Elektronenstrahlen in den zukünftigen Farbbildwiedergaberöhren andererseits.

Es ist selbstverständlich möglich, daß, wenn die Zahl der Korrekturlinsen zwei oder mehr beträgt, die vorstehend erwähnten beiden Korrekturfunktionen nicht streng getrennt sind, sondern ein einheitlich Ganzes bilden.

Vorzugsweise befindet sich bei einer Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung ein Hohlspiegel auf der von der Öffnung der Abdeckung abgekehrten Seite der Lampe, der Licht nahe an dem lichtaussendenden Teil der Lampe vorbei zur Öffnung hin so reflektiert, daß die Lampe scheinbar von einem breiteren Bereich aus Licht abstrahlt.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Lösung ist, daß dabei auch Lichtquellen mit einer verhältnismäßig geringen Lichtquellenbreite benutzt werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die öffnung der Abdeckung, von der Korrekturlinse her betrachtet, rechteckig, wodurch sie einfach herstellbar ist.

Vorzugsweise ist die Korrekturlinse, deren Brechkraft in der Ebene A größer ist als in der Ebene B, eine Zylinderlinse.

Dies hat den Vorteil, daß mit einer einfachen Linse auch eine gewisse Korrektur des Ortes der virtuellen Lichtquelle in anderen Ebenen als A und ßerzietoar ist.

Wenn die Zylinderlinse eine konkave Zylinderlinse ist, beträgt ihre optische Stärke in der Ebene ö vorzugsweise a Dioptrien, wobei

α = - 1 P

ρ + h

ist, wenn ρ der Abstand (in m) der optischen Mitte der konkaven Zylinderlinse vom Mittelpunkt der öffnung

der Abdeckung und h der Abstand (in m) des Mittelpunktes der öffnung vom Mittelpunkt der Lichtquelle ist.

In diesem Falle korrigiert die Linse den Ort des virtuellen Bildes der Lichtquelle in der Ebene B praktisch völlig, so daß dieses Bild praktisch mit dem Bild in der Ebene A zusammenfällt. Nunmehr kann die andere Korrekturlinse eine übliche Korrckturlinse sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Schnitt durch eine Lampe, eine Abdeckung und einen Kalter für die Abdeckung der Vorrichtung der F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Lampe, die Abdeckung und den Halter der F i g. 2,

Fig.4 einen Längsschnitt durch einen Teil der Abdeckung der Lampe und eines Spiegels der Vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen nahezu geschlossenen etwa 1 m hohen Kasten. Auf der Oberseite befindet sich eine Verschlußplatte 2. in der eine öffnung 3 angebracht ist. Auf der Außenseite der Verschlußplaue 2 befindet sich ein die öffnung 3 umgebender ringförmiger Flansch 4, in dessen Oberseite eine Nut 5 eingelassen ist. In dieser Nut 5 ruht ein Frontglas 6. auf dem später von innen her der Bildschirm einer Farbfernsehbildwiedergaberöhre aufgebracht wird. Die der Öffnung 3 zugekehrte Innenseite des Frontglases 6 wird dazu mit einer (nicht dargestellten) Schicht überzogen, die einen Leuchtstoff und einen photoempfindlichen Lack enthält. Die Nut 5 ermöglicht eine richtige Zentrierung des Frontglases 6 in bezug auf die Öffnung 3 und somit die Einstellung einer richtigen Lage des Frontglases 6 in bezug auf eine im Kasten 1 fest angeordnete Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe 7 (von 900 Watt). Das Licht dieser Lampe 7 wird durch eine Öffnung in einer Abdeckung 8, Einzelheiten der Abdeckung 8 sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, zu einer Korrekturlinse 9 gestrahlt. Dieses Licht fällt durch die Korrekturlinse 9, durch eine Korrckturlinse 10. durch die Öffnung 3 und durch in einer Maske 12 angebrachte Öffnungen 11,11', 11 "usw. auf den auf der Innenseite des Frontglases 6 jeweils aufgebrachten photoempfindlichen Lack. Die Abdeckung 8 wird von einem Halter 13 getragen. Der Halter ruht auf zwei senkrechten Stützgliedern 14 und 15. Die Lampe 7 wird über Zuleitungen 16 gespeist. F i g. 1 zeigt einen senkrecht zur Längsachse der Lampe 7 geführten Schnitt. Die Bezugsziffern 17 und 18 bezeichnen Spiegel, die sich auf der von der Öffnung in der Abdeckung 8 abgekehrten Seite der Lampe 7 befinden. Zwischen der Korrekturlinse 10 und der Maske 12 kann erforderlichenfalls zur weiteren Verbesserung der Lichtverteilung ein Lichtfilter angeordnet werden.

Die Korrckturlinse 9 weist in der Ebene der Fig. 1 einen konkaven Querschnitt auf. Diese Korrekturlinsc 9 hat in einer Ebene durch die Lampenachse einen planparallelen Querschnitt. Sie ist ein hohler Kreiszylinder. Die Korrekturlinse 9 dient dazu, um das virtuelle Bild der Lampe 7 in der Ebene der Fig. 1 und das entsprechende virtuelle Bild in einer Ebene durch die Längsachse der Lampe 7 senkrecht zur Ebene der F i g. 1 näher zueinander zu bringen. Die Korrckturlinse 10 ist eine übliche Korrckturlinsc. um das verschiedene von Lichtstrahlen einerseits und abgelenkten Elektronenstrahlen andererseits zu korrigieren.

Die Bezugsziffern 19 und 20 bezeichnen Stützglieder zum Haltern der Korrekturlinsc 9. Die Bezugsziffern 21 und 22 bezeichnen Stützglieder zum Haltern der Korrekturlinse !0.

In Fig. 2 ist der Halter 13 der Abdeckung 8 aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt. In Fig.2 ist die Lampe 7 durch den Lichtbogen 7a dargestellt. Die Spiegel sind mit den gleichen Bezugsztffern wie in

ίο Fig. 1 bezeichnet. Der Mittelpunkt, die Mittellinie des Spiegels 17, ist mit 23, der Mittelpunkt des Spiegels 18 mit 24 bezeichnet. Im Gebiet, in dem sich die Spiegel berühren, im sogenannten Grenzgebiet, fällt die Mittellinie der Spiegel 17 und 18 mit der Längsachse des Entladungsbogens Ta zusammen. Die Abdeckung 8 ruht mit zwei flachen Laschen 25 und 26 auf flachen Teilen des Halters 13. Die Laschen 25 und 26 sind z. B. durch Schweißen am Halter 13 befestigt. Abgeschrägte Teile 27 und 28 des Halters 13 und Teile 29 und 30 der Abdeckung 8 verhindern, daß Licht in unerwünschten Richtungen abgestrahlt wird.

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Halter 13 mit der Abdeckung 8 und auf die Lampe 7 sowie auf zwei Abdeckplatten 31 und 32. In dieser Figur bezeichnet 33

die Öffnung in der Abdeckung 8. In dieser Draufsicht hat die öffnung 33 eine rechteckige Form. Sie hat somit auch von der Korrekturlinse 9 aus betrachtet eine rechteckige Form. Diese öffnung ist derartig gestaltet, daß ihre kurze Seite kürzer als die Längsachse des Entladungsbogens Ta ist, während ihre fast einen Halbkreis bildende lange Achse, nämlich senkrecht zur Lampenachse (s. auch F i g. 2) größer als die erwähnte kurze Achse ist. Durch die Öffnung hindurch sind zwei doppeltschraffierte Sireifen sichtbar. Diese bilden schematisch das von dem Lichtbogen Ta abgestrahlte und an den Spiegeln 17 und 18 reflektierte Licht. Unter der scheinbaren Lichtquellenbreite ist in diescrr. Zusammenhang die Summe der Breite des Entladungsbogens Ta und der Breiten der kreuzschraffierten Streifen zu verstehen. Aus den F i g. 2 und 3 geht ferner hervor, daß die gekrümmte lange Achse der Öffnung 33 so lang ist, daß die scheinbare Lichtquellenbreite für etwas schiefere Betrachtungswinkel nicht durch die Grenzlinien der Öffnung 33 verkleinert wird.

In Fi g. 4 bezeichnet 8 einen Teil der Abdeckung und 33 die Öffnung in dieser Abdeckung 8. Die Bezugsziffer Ta bezeichnet den Lichtbogen in der Lampe 7 und 17 einen der Spiegel der Belichtungsvorrichtung nach Fig. 1.

Aus der F i g. 4 geht hervor, daß der scheinbare Ort der Lampe 7 in dieser Ebene der Zeichnung durch die Längsachse des Entladungsbogens Ta im Ort 34 liegt. In der Ebene der F i g. 1 und 2 jedoch liegt der scheinbare Ort des Enliadungsbogens Ta am wirklichen Ort des Entladungsbogens 7a, d.h. im Mittelpunkt von 7a. Die Linse 9 ( Fi g. 1) bezweckt, das Bild des Entladungsbogens 7a in der Ebene der F i g. 2 (Ebene B) etwas anzuheben, so daß dieses Bild praktisch mit dem Bild im Punkt 34 der F i g. 4 (Ebene A) zusammenfällt.

Bei einer praktischen Ausiuhrungsform war der Entladungsbogen 7a 17 mm lang und 2 mm breit. Seine Leuchtdichte betrug etwa 30 ksb. Die — in der nicht gebogenen Ebene gemessenen — Abmessungen der rechteckigen Öffnung 33 der F i g. 3 betrugen etwa 10x4 mm. Die Korrekturlinse 9 hatte in der Ebene ß eine Brechkraft von -3,5 Dioptrien. Der Abstand des Entladungsbogens 7a von der Korrekturlinsc 9 betrug etwa 45 mm. Das virtuelle Bild des

Entladungsbogens 7a in der Ebene B wurde dann auch um etwa 5 mm angehoben. Bei dieser praktischen Ausführungsform betrug der Durchmesser der Punkte auf dem Bildschirm nach einer Belichtungszeit von etwa einer Minute 400 μιτι mit einer Abweichung von etwa 20 μηι. Diese Punktgütc ist nahezu gleich derjenigen, die mittels einer mit einem kegelförmigen Element versehenen Belichtungsvorrichtung erhalten wird.

Der große Vorteil der beschriebenen Vorrichtung isi jedoch, daß die Belichtungszeit viel kürzer als bei einci mit einem kegelförmigen Element versehenen Vorrich tung ist. Im Vergleich mit der Situation vor dei Erfindung nämlich Belichtungszeit 4 Min., ist dit Belichtungszeit bis auf etwa ein Viertel der ursprüngli chen Belichtungszeit herabgesetzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Belichtungseinrichtung zur optischen Projektion eines Musters von öffnungen einer Maske auf eine auf einem Träger aufgebrachte photoempfindliche Bindemittelschicht bei der Herstellung von Bildschirmen für Farbbildwiedergaberöhren, bei der zwischen einer langgestreckten Lampe und einer Maske eine Korrekturlinse angeordnet ist und die Lampe von einer Abdeckung mit einer öffnung umgeben ist, deren Abmessungen in Richtung der Längsachse der Lampe kleiner sind als die Länge der Lampe, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (8) die Form eines Teils einer Zylindermantelfläche aufweist, wobei die Zylinderachse mit der Achse der Lampe (7) zusammenfällt, und daß die öffnung (33) in der Abdeckung (8) langgestreckt ist und in ihrer größten Ausdehnung senkrecht zu den Mantellinien der Zylinderfläche verläuft.

2. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der öffnung (33) der Abdeckung (8) und der Maske (12) eine weitere Korrekturlinse (10) vorhanden ist und daß eine der Korrekturlinsen (9, 10) die Bedingung erfüllt, daß ihre Brechkraft in der durch die Längsachse der Lampe (7) und den Mittelpunkt dieser Linse verlaufenden Ebene A größer ist als in der Ebene B, die senkrecht auf der Längsachse der Lampe steht und ebenfalls durch den Mittelpunkt dieser Linse geht.

3. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Korrekturlinsen (9,10) ein einheitliches Ganzes bilden.

4. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der von der öffnung (33) der Abdeckung (8) abgekehrten Seite der Lampe (7) ein Hohlspiegel (17 18) befindet, der Licht nahe an dem lichtaussendenden Teil (7a) der Lampe vorbei zur öffnung (33) hin so reflektiert, daß die Lampe scheinbar von einem breiteren Bereich aus Licht abstrahlt.

5. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (33) der Abdeckung (8), von der Korrekturlinse (9) her betrachtet, rechteckig ist.

6. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturlinse (9), deren Brechkraft in der Ebene A größer ist als in der Ebene B, eine Zylinderlinse ist.

7. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 6, bei der die Zylinderlinse konkav ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechkraft dieser konkaven Zylinderlinse (9) in der Ebene Ba Dioptrien beträgt, wobei

1 ! ^5$

_α - -1 P

P +

ist, wenn ρ der Abstand (in m) der optischen Mitte der konkaven Zylinderlinse vom Mittelpunkt der öffnung (33) der Abdeckung (8) und h der Abstand (in m) des Mittelpunktes der Öffnung vom Mittelpunkt der Lichtquelle (7) ist.