DE2130062A1

DE2130062A1 - Verfahren zum AEtzen von Farbwaehlelektroden fuer Farbbildroehren

Info

Publication number: DE2130062A1
Application number: DE19712130062
Authority: DE
Inventors: Lerner Martin Lester
Original assignee: Zenith Radio Corp
Current assignee: Zenith Electronics LLC
Priority date: 1970-06-12
Filing date: 1971-06-11
Publication date: 1971-12-16
Also published as: FR2150606B1; DE2130062B2; FR2150606A1; GB1302822A; NL7107762A

Description

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Zenith Radio Corporation, Chicago / Illinois (V.St.v.A.)

Verfahren zum-Ätzen von Farbwählelektroden für Farbbildröhren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Parbkathodenstrahlröhren und im besonderen ein Verfahren zum Ätzen von Farbwahlelektroden für Farbbildröhren mit Schattenmaske. Das Verfahren nach der Erfindung umfasst das nochmalige Ätzen der Schattenmaske, um deren Löcher auf eine gewünschte vorherbestimmte Weite zu vergrößern.

Die Notwendigkeit eines nochmaligen Ätzens der Schattenmaske für die genannten Farbbildröhren ist naheliegend, wenn die Farbpunkte auf dem Leuchtschirm der Bildröhre kleiner sein sollen als die Löcher der Farbwählelektrode. Dieses Erfordernis ist charakteristisch für Bildröhren mit Schattenmaske und scharzer Umrandung sowie für Bildröhren mit JNachablenkungs-Beschleunigung oder mit Jb.achablenkung.

Eine "bevorzugte Ausführung einer Bildröhre mit schwarzer Umrandung ist beschrieben in der amerikanischen Patentschrift ÜTr« 3 H6 368 vom 25. Aug_e1964 (Joseph P„Fiore u_oa„, inzwischen übertragen auf die Anmelderin). Bei der gewerblichen Ausführung besteht der Bildschirm aus einer "Vielzahl von zu Dreiergruppen oder Triaden angeordneten Bildpunkten, wobei jede Triade je einen grünen, blauen und roten Bildpunkt umfasst. Anstelle einer Dimensionierung der Bildpunkte derart, dass diese sich berühren, werden die Bildpunkte etwas kleiner bemessen, so dass sie einen Abstand von einander aufweisen, wobei die Zwischenräume mit einem Pigment oder mit einem lichtabsorbierenden Material ausge- h füllt werden, so 'dass in der Auswirkung jeder Bildpunkt von einem schwarzen Material umgeben ist. Werden die Jjöcher der Schattenmaske geößer bemessen als die Bildpunkte, so v/eisen die Elektronenstrahlen dementsprechend einen größeren Querschnitt auf als die Fläche der Bildpunkte, so dass die volle Leuchtkraft der Bildpunkte ausgenutzt werden kann, während andererseits die schwarze Umrandung der Bildpunkte zur Erhöhung des Kontrastes beiträgt.

Bei Bildröhren mit imachablenkung werden die Elektronenstrahlen der Einwirkung eines Fokusfeldes auf der Bildschirmseite der Mitte der Ablenkung unterworfen, wobei das Ausmaß erhöht wird, in dem die Elektronen der abtastenden Elektronenstrahlen auf den ^ Bildschirm fallen können. Wegen dieses Effektes erfolgt bei den Elektronenstrahlen eine Verkleinerung des Durchmessers, so dass es erwünscht ist, die Leuchtpunkte kleiner zu bemessen als die Löcher der Schattenmaske.

Bei der Herstellung von Bildröhren mit Schattenmaske, deren Löcher größer sind als die Leuchtpunkte, wird die Schattenmaske geeigneterweise anfangs mit einem Feld von Löchern versehen, deren Weite so bemessen ist, dass bei der Herstellung des Bildschirms das Photodruckverfahren angewendet werden kann, nachdem die Schattenmaske für die Herstellung des Bildschirms verwendet worden ist, werden die Löcher der Maske in bezug auf die Größe der Luchtpunkte erweitert, wie bei der fertigen Bildröhre erwünscht. Die Löcher können durch Ätzen erweitert werden, wenn die Schattenmaske aus Metall, z.B· aus Stahl besteht, was

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normalerweise der Fall ist. Da die Löcher an der Schattenmaske anfangs durch Ätzen erzeugt werden, so kann die zweite Ätzung als Wiederätzung bezeichnet werden. Nach den bisher "bekannten Verfahren wird bei der Wiederätzung auf die Schattenmaske ein Ätzmittel aufgesprüht, das durch die Löcher hindurchfließen und durch Ätzen die erwünschte Erweiterung der Löcher bewirken soll. Die Lochmaske wurde bisher so abgestützt, dass der mit den Löchern versehene Teil senkrecht nach oben und der Rahmen senkrecht nach unten gerichtet war; jedoch treten in diesem Falle bei dem Wiederätzen Schwierigkeiten auf, wenn die Maske von oben her besprüht wird. Diese Schwierigkeiten werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Ätzen einer Farbwählelektrode für Farbkathodenstralilröhren vor, welche ϊ arbwähl elektrode einen Maskenteil und einen Rahmenteil aufweist, der vom Maskenteil abgeht und einen diesen umgebenden Flansch bildet, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Elektrode in einer Ätzstation so abgestützt wird, dass der Rahmenteil senktecht verläuft, und dass das Ätzmittel von unten her auf den Maskenteil aufgesprüht wird.

Beim Wiederätzen wird die Lochmaske vorzugsweise so gelagert, dass der Rahmenteil senkrecht nach oben gerichtet ist, wobei das Ätzmittel durch die Löcher der Maske senkrecht nach oben gesprüht wird so lange, bis bei den Löchern die gewünschte Erweiterung erreicht ist.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den Figuren der beiliegenden Zeichnung sind die einander gleichen oder entsprechenden Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt die

Fig.1 und 1a die Durchführung eines bekannten Verfahrens zum Ätzen einer Schattenmaske,

Fig.2 und 2a die Durchführung des Ätzverfahrens nach der Erfindung und die

Fig.3 eine Darstellung zum Erläutern der Eingruppierung der Löcher an der Lochmaske.

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Farbfernseher, die nach dem Parallax- oder Schattenmaskenprinzip arbeiten, können der Ausführung wie auch der Größe nach von einander sehr verschieden sein. Beispielsweise kann der Bildschirm rund oder rechteckig sein, und die Leuchtflecke können streifen- oder punktförmig sein. Die Farbwählelektrode oder Schattenmaske weist für die Elektronen durchlässige Stellen auf, im allgemeinen in Form von löchern oder Öffnungen, die eine bestimmte Beziehung zu den Luchtflecken aufweisen. Bestehen die Leuchtflecke aus Streifen, so ist die Schattenmaske mit Schlitzen versehen*, während die Schattenmaske mit einem leid kreisrunder Löcher versehen ist, wenn sie für einen Bildschirm mit in Triaden P angeordneten Leuchtpunkten bestimmt ist. Die Besonderheiten der Bildröhre sind für die Erfindung unwichtig; für die Zwecke der Beschreibung wird jedoch eine Farbwählelektrode für ein rechteckiges Bildfeld mit in Triaden angeordneten Luehtpunkten angenommen .

Der Aufbau einer solchen Bildröhre und die Verfahren zum Herstellen des Bildschirms siijd an sich bekannt, so dass auf eine Beschreibung verzichtet werden kann. Es braucht an dieser Stelle nur gesagt zu werden, dass die Parbwähleiektrode aus einer rechteckigen Schattenmaske besteht, deren Abmessungen dem Bildschirm derjenigen Bildröhre entsprechen, für die die Schattenmaske bestimnt ist. Die Schattenmaske weist ein Feld von Löchern fe auf, die kleiner sind als für die endgültige Schattenmaske erwünscht, die jedoch genügend weit sind, so dass die Maske für die Herstellung des Bildschirms benutzt werden kann. Die Schattenmaske ist von einem Rahmen umgeben, der von der Maske aus senkrecht vorsteht und einen Plansch bildet, die Schattenmaske ist mit drei oder vier Montageblattfedern versehen, die an dem einen Ende an den Rahmen angeschweist und am entgegengesetzten Ende mit dreieckigen Öffnungen versehen sind. Diese Blattfedern sind so ausgestaltet, und die Öffnungen sind so dimensioniert, dass sie eine Halterung der Farbwählelektrode im Frontplattenabschnitt der Bildröhre dadurch ermöglichen, dass die Öffnungen an den Blattfedern mit Montagezapfen zusammenwirken, die vom Flansch der Frontplatte der Bildröhre aus nach innen vorstehen.

Uacli Benutzung der Schattenmaske für die Herstellung der

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Bildfläche muss die Schattenmaske weiterbehandelt oder nochmals geätzt werden, um die Löcher auf die gewünschte Weite zu vergrößern. Die Vorzüge der Erfindung gegenüber den bisher bekannten Verfahren sind aus einem Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem bekannten Verfahren ersichtlich. Wie in der Fig.1 dargestellt, war es bisher üblich, die Schattenmaske in einer Ätzstation so zu lagern, dass die Maske senkrecht nach oben und der Rahmen 11 senkrecht nach unten gerichtet war. Die Maske 10 kann in dieser Lage ohne Schwierigkeiten dadurch abgestützt werden, dass Zapfen 13 an einer Halterung H in die Montagefedern 12 eingreifen. Diese Halterung besteht im allgemeinen aus einem offenen Rahmen, dessen Abmessungen der betreffenden Schattenmaske entsprechend gewählt sind, und die mit auf Schienen 16 gelagerten Rollen 15 ausgestattet ist, so dass der Rahmen zusammen mit der Schattenmaske mühelos aus der einen Station zur nächsten Bearbeitungsstation befördert werden kann. Derartige einrichtungen sind an sieh bekannt und z.B. in den amerikanischen Patentschriften Nr, 2 762 149 und 2 822 635 beschrieben. Ss kann eine Waschstation, eine oder mehrere Ätzstationen und eine Abschlusswaschstation vorgesehen werden, in der das Ätzmittel von der Maske abgewaschen wird· für die Beschreibung ist nur die Ätzung wesentlich, wie in der i'igol darfesteilt. In der Ätzstation ist oberhalb der Maske 10 eine Anordnung 20 mit Sprühköpfen vorgesehen, die über einen Verteiler 21 mit dem Ätzmittel versorgt werden. Die Maske wird im allgemeinen aus ausgeglühtem Stahl hergestellt, während als Ätzmittel Eisenchlorid verwendet wird. Die Sprühköpfe sprühen das Ätzmittel kegelförmig auf die Oberseite der Maste 10 auf, wobei die Sprühköpfe so angeordnet sind, dass das Ätzmittel gleichmäßig auf das Feld der Löcher der Maske verteilt wird. Das Ätzmittel soll durch die Löcher der Maske hindurchfließen, wobei die Temperatur und die Einwirkungsdauer des Ätzmittels so bestimmt werden, dass alle Löcher geätzt und in einem vorherbestimmten Ausmaß erweitert werden.

■ Die Erfahrung beweist, dass dieses theoretische Nachätzen und die Erweiterung der Löcher tatsächlich nicht stattfindet. V/ie aus der i'ig»1a zu ersehen ist, besteht jedes Loch der Maske aua einem, sich zur konvexen Seite der Maske öffnenden vertieften Teil mit einem großen Durchmesser (10a) und aue einem

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Abschnitt 10b mit einem kleineren Durchmesser,, der sich zur konkaven Seite der Maske öffnet und die wirksame Yfeite des Loches an der Maske bestimmt. Wird die Schattenmaske in der bisher üblichen Weise gelagert, so ist der weitere Teil 10a nach oben gerichtet und wirkt als eine Schüssel, die sich mit dem von oben her aufgesprühten Ätzmittel füllt. Das Ätzmittel sucht am schmalen Abschnitt 10b der Löcher einen Meniskus zu bilden, der oberhalb ein Ätzmittelbad festhält. Dieser Vorgang findet an allen Löchern der Maske statt und behindert den Fluss des Ätzmittels durch die Löcher sehr stark. Infolgedessen sucht das Ätzmittel von der Mitte der Maske aus radial nach außen zu den Kanten zu strömen, da die Maske nach oben gewölbt ist»

Die Ätzwirkung ist bekanntlich eine Folge der Bewegung des Ätzmittels in bezug auf das Metall, und da nach der Fig.1 diese Bewegung weitgehend von der Mitte der Y/ölbung ausgehend radial zum Rahmen 11 hin erfolgt, so besteht die Ätzwirkung vorherrschend aus dem Entfernen des zwischen den Löchern gelegenen Teil der Maske an den Abschnitten 10a der Löcher» M.a.W., Das Ergebnis der Ätzung besteht aus einer wesentlichen Verringerung der Dicke des Maskenrohlings durch Wegätzen an der konvexen Seite, so dass die Ätzung nicht auf eine Erweiterung der Löcher an der Maske begrenzt wird. Die Folge ist eine erhebliche mechanische Schwächung der Maske, so dass bei der Handhabung der Maske die Gefahr einer Beschädigung besteht, in welchem Falle

W die gesamte Bildröhre wertlos wird einfach aus dem Grunde, da die Schattenmaske dem Bildschirm nur einer ganz bestimmten Bildröhre zugeordnet ist.

Im Gegensatz, hierzu wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schattenmaske in der zur Pig.1 umgekehrten Lage gehaltert, so dass die Löcher die umgekehrte Lage einnehmen, wie in der Pig.2a dargestellt, bei der der Abschnitt'10b mit dem kleinen Durchmesser nach oben gerichtet und der Abschnitt 10a mit dem größeren Durchmesser nach unten gerichtet ist. Bei dieser Anordnung ist der Rahmen 11 senkrecht nach oben gerichtet, da die engeren Abschnitte 10b der Löcher sich normalerweise zu der sich an den Rahmen 11 anschließenden Seite der Maske 10 öffnen. Der nächste wichtige Verfahrensschritt besteht darin, dass nach

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der Erfindung das Ätzmittel allein von unten her auf die Maske aufgesprüht wird. M.a.W., die Sprühköpfe 20 sind unterhalb der Schattenmaske angeordnet und sprühen das Ätzmittel senkrecht nach oben durch die Löcher.

Das auf das zwischen den Löchern gelegene Metall der Maske fallende Ätzmittel bildet Tröpfchen, die aufgrund der Eigenschwere auf den Boden der Ätzeinrichtung fallen. Eine Tendenz zu einer radialen Strömung des Ätzmittels über den kaskenrohling hinweg wird auf diese Weise vermieden, so dass die Atzung der fläche des Maskenrohlings weitgehend vermindert wird. Das Ätzen ist größtenteils eine Folge des Umstandes, dass das Ätzmittel in der gewünschten Weise die Öffnungen der Maske" durchdringt und die Öffnungen erweitert*

Wie in der Pig.2a dargestellt, besteht bei diesem Ätzverfahren nur eine geringe Tendenz, dass sich am engegen Abschnitt 10a der einzelnen Löcher der Maske ein Meniskus bildet. Das die Löcher von der Innenseite der Maske her durchdringende Ätamittel sucht durch ^i,: Löcher zurückzuströmen und trägt zur gewünschten Ätzung bei.

Es ist häufig erwünscht, die Weite der Löcher von der Mitte der Maske aus mit der radialen Entfernung von der Mitte allmählich zu verkleinern. Dies kann ohne Schwierigkeiten in der Weise erzielt werden, dass die Sprühköpfe in der in der yig.3 dargestellten Weise angeordnet werden und zwar in konzentrischen kreisen in einem Abstand von einander, bei dem das Feld der Löcher gleichmäßig besprüht wird. Die Abstufung der Weite der Löcher kann ohne Schwierigkeiten dadurch erzielt werden, dass die Entfernung der Sprühköpfe von demjenigen Teil der Maske verändert wird, der besprüht werden soll, und ferner kann die Strömung des Ätzmittels durch die verschiedenen Sprühköpfe verändert werden» In der Praxis v/erden jedoch die Sprühköpe mit dem Ätzmittel aus einem gemeinsamen Verteiler der Einfachheit halber versorgt, und die Regulierung erfolgt durch Verändern des Abstanden der einzelnen Sprühköpfe von der Ebene der Maske.

Andererseits kann auch eine einzelne Reihe von Sprühköpfen in der in dor ^ΊΛ±ι;_ι92 dargestellten Anordnung verwendet werden.

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Bei dieser Anordnung wird das Ätzmittel in Form eines Bandes versprüht, dessen Breite klein ist in bezug auf die kleinste Abmessung des Feldes der Löcher, während die Länge mindestens gleich der größten Abmessung dieses leides isto Bei dieser Ausführungsfoim wird die Beihe der Sprühköpfe beständig um eine zur Mitte der Schattenmaske senkrechte Achse gedreht» Bei dieser Drehung der Düsenreihe wird das gesamte Feld der Löcher in der erforderlichen Weise besprüht, so dass alls Löcher des Feldes nochmals geätzt und erweitert werden» Die Drehzahl beträgt geeigneterweise 30 U/min.

^ Bei dem beschriebenen Verfahren, bei dem die Schattenmaske ™ in der umgekehrten Lage abgestützt und von unten her mit dem Ätzmittel besprüht wird, erfolgt das Hachätzen gleichmäßiger als bei den älteren Verfahren nach der Figo 1, und ferner wird die Dicke des Maskenrohlings nur unwesentlich vermindert im Gegensatz zu bekannten Verfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bachätzen der Schattenmaske ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet begrenzt. Das Nachätzen bedeutet natürlich, dass die Maske bereits mit einem Muster von Löchern versehen worden ist; das Verfahren ist jedoch auch von Mutzen bei einer· Maske ohne Löcher. In diesem Falle wird der Maskenrohling üblicherweise mit einem Belag aus einem ätzungsfesten Material versehen, der Unterbrechungen an P denjenigen Stellen aufweist, an denen Löcher geätzt werden sollen· Wird der Maskenrohling an der den Sprühköpfen in der Anordnung nach der Fig_o2 zugewandten Seite mit einem solchen ätzfesten Belag versehen, so. dass der Maskenrohling in der beschriebenen Weise zum Erzeugen von Löchern mit einer bestimmten Weite besprüht werden.

An den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können von Sachkundigen natürlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen im Rahmen des Erfindungsgedankens vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche 9 8 5 1/13 6 8

Claims

Patentansprüche

\AJ Verfahren zum Ätzen von Farbwählelektroden für Farbkathodenstrahlröhren, welche Farbwählelektrode einen Maskenteil und einen von diesem abgehenden Rahmenteil aufweist, der einen Umrandungsflansch bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode in einer Ätzstation so gelagert wird, dass der Rahmenteil senkrecht nach oben gerichtet ist, und dass der Maskenteil der Elektrode von unten her mit einem Ätzmitteibesprüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Ätzen einer I¹ arbwähl elektrode, deren Maskenteil mit einem Feld von Löchern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmittel durch die Löcher hindurch senkrecht nach oben versprüht wird, um die Weite der Löcher in einem vorherbestimmten Ausmaß zu vergrößern.
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmittel über das gesamte Feld der Löcher am Maskenteil hinweg senkrecht nach oben versprüht wird, wobei alle Löcher gleichzeitig und in einem vorherbestimmten abgestuften Ausmaß erweitert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmittel in Form eines Bandes versprüht wird, dessen Breite klein ist in bezug auf das Feld der Löcher am Maskenteil, und dessen Länge mindestens gleich der Länge des genannten Feldes der.Löcher ist, und dass das Ätzmittelband um eine zur Mitte des Feldes der Löcher senkrechte Achse gedreht wird.

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5» Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Elektrode so gelagert wird, dass der Rahmenteil senkre cht nach oben gerichtet ist.

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