DE2231473B2

DE2231473B2 - Photographisches Verfahren zum Beschichten des Schirms einer Farbfernsehbildröhre

Info

Publication number: DE2231473B2
Application number: DE2231473A
Authority: DE
Inventors: Edith Ellen Mayaud; Samuel Pearlman
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1971-06-28
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1975-10-16
Also published as: NL179322C; GB1355308A; NL179322B; DE2231473C3; JPS51421B1; DE2231473A1; CA966347A; BE785499A; FR2143756A1; IT955339B; FR2143756B1; NL7208839A; KR780000504B1; SU898961A3; US3788846A

Description

Die Erfindung betrifft ein fotografisches Verfahren zum Beschichten des Schirms einer Farbfernsehbildröhre gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Es sind Farbfernsehbildröhren bekannt, bei denen Teile des Leuchtschirms von einem lichtabsorbierenden Muster bedeckt sind, wie es beispielsweise in den USA.-Patentschriften 2 842697 und 3146368 beschrieben ist. Hierbei handelt es sich um Bildröhren vom Schattenmaskentyp, bei denen sich ein lichtabsorbierendes Muster, eine sogenannte »Matrize«, auf der inneren Fläche des Röhrenschirms befindet. Die Matrize hat eine Vielzahl von öffnungen, von denen jeweils eine Dreiergruppe mit einer öffnung in der Schattenmaske ausgerichtet ist, und wobei jedes Leuchtstoffelement eine öffnung in der Matrize ausfüllt. Im Falle einer sogenannten »Positivtoleranz-Matrize« ist der beim Betrieb der Röhre durch eine Maskenöffnung definierte Fleck eines Elektronenstrahls kleiner als die jeweilige Öffnung in der Matrize.

Im Falle einer sogenannten »Negativto>erar«2:-Matrize« definiert hingegen jede Maskenöffnung einen Fleck, der größer als die jeweilige Öffnung in der Matrize ist.

Aus verschiedenen praktischen Erwägungen für die

ίο Herstellung ist es wünschenswert, zunächst die Matrize und dann die Leuchtstoffelemente durch fotografische Verfahren aufzubringen, bei welchem die Schattenmaske als Belichtungsschablone dient. Ein hierzu brauchbares Verfahren, welches manchmal als

»Umkehrdruck« (reverse printing) bezeichnet wird, ist in der USA.-Patentschrift 3558310 beschrieben. Gemäß einer bekannten Ausführungsform (deutsche Offenlegungsschrift 1771076) eines solchen Umkehrdruckverfahrens wird die innere BiIdschirmfläche einer Farbfernsehbildröhre mit einem Film aus polymerem Material beschichtet, dessen Lösiichkeit sich unter dem Einfluß von Licht ändert, worauf man die Schattenmaske im Abstand zu der beschichteten Fläche anordnet. Als nächstes wird der

Film einer normalen Belichtung oder einer Überbelichtung ausgesetzt, indem die benötigte Lichtmenge von einer kleinflächigen Lichtquelle, deren äquivalenter Kreisdurchmesser etwa 0,33 cm oder mehr beträgt, durch die Öffnungen der Schattenmaske auf den

Film projiziert wird. Nach der Belichtung wird der Film entwickelt, indem die löslicheren Bereiche des Films entfernt werden. In diesem Stadium des Verfahrens hat jeder erhalten gebliebene Teil des Films die gleiche Form wie die Maskenöffnung, durch die er

belichtet wurde, jedoch eine größere Abmessung. Der entwickelte Film wird dann mit einer Schicht aus iichtabsorbierendem Material überzogen. Die stehengebliebenen Teile des Films und das darüberliegende lichtabsorbierende Material werden entfernt, während das lichtabsorbierende Material an den dazwischenliegenden Flächen bestehen bleibt, so daß eine lichtabsorbierende Matrize erhalten wird, die aus einer lichtabsorbierenden Schicht mit einem Muster von darin enthaltenen Öffnungen besteht, wobei jede Öffnung die gleiche Gestalt, jedoch eine größere Abmessung als die jeweilige zu seiner Belichtung herangezogene Maskenöffnung hat. Zum Schluß werden in die Öffnungen der Matrize unterschiedlich leuchtende Leuchtstoffe eingebracht, was auf fotografische Weise

unter Belichtung durch die Schattenmaske mittels einer kleinflächigen Lichtquelle geschieht.

Zur Herstellung einer Negativtoleranz-Matrize ist es bei den meisten früheren Verfahren notwendig, nach Beendigung der fotografischen Verfahrens-

schritte die Schattenmaske durch Vergrößerung ihrer Öffnungen zu ändern. Bei einem bekannten Verfahren wird die Lochmaske so hergestellt, daß ihre Öffnungen Untermaß aufweisen, und nachdem der Leuchtstoff aufgebracht ist, werden die Maskenöff-

nungen durch Ätzen auf ihr Vollmaß vergrößert. Bei einem anderen früheren Verfahren werden im Vollmaß hergestellte Öffnungen der Schattenmaske vor den fotografischen Verfahrensschritteri mit einem anderen Material ausgekleidet, und nach Durchführung der fotografischen Verfahrensschritte wird die Auskleidung aus den Öffnungen entfernt. Bei wiederum einem anderen bekannten Verfahren hat die Maske Öffnungen in voller Größe und wird vorübergehend

nit einer Behelfsmaske versehen, deren öffnungen Untermaß aufweisen und mit den Öffnungen der bleibenden Maske ausgerichtet sind. Nach Beendigung der fotografischen Schritte wird die Behelfsmaske von der bleibenden Maske entfernt. Bei allen diesen frü- 5 heren Verfahren ist es notwendig, vor den fotografichen Schritten eine besondere Maskenstruktu^r vortusehen, und diese Maskenstruktur nach Beendigung ... fotoprei^ischen Schritte zu ändern.

In der genannten USA.-Patentschrift 3558310 wird ein weiteres Verfahren beschrieben, bei welchem die Filmbereiche unter Verwendung der mit Öffnunen voller Größe versehenen bleibenden Maske fotografisch gebildet werden, worauf anschließend die stehengebliebenen Filmbereiche in kontrollierter Weise

gefressen werden, um ihre Abmessungen zu verkleinern. Hierauf wird das Verfahren in der gewöhnlichen Weise weitergeführt, wodurch man eine Matrize erhält, deren öffnungen kleiner als gewöhnlich und außerdem kleiner als die Maskenöffnungen sind. Mit diesem Verfahren lassen sich zwar brauchbare Negativtoleranz-Matrizen auf einem Bildschirm herstellen, jedoch hat sich die Kontrolle des Verfahrens bei fabrikmäßigem Einsatz als schwierig herausgestellt.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um eine Negativtoleranz-Matrize für eine Farbfernsehbildröhre zu schaffen, d.h. eine Matrize auf der inneren Fläche des Bildschirms zu bilden, und zwar mit Matrizenöffnungen, die kleiner sind als die Schattenmaskenöffnungen, wobei beim Durchführen des Verfahrens eine gute KontroH-möglichkeit gegeben sein soll. Bei der Herstellung des Bildschirms sollen dabei die Schattenmasken-Öffnungen nicht verändert werden, d.h. für die Herstellung des Bildschirmes soll die gleiche Schattenmaske dienen, die auch für den Betrieb der Bildröhre vorge-

^sehe" ^iSt· , ,· _■ -ο j u Λ- ■

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren entspricht allgemein dem Verfahren gemäß der USA.-Patentschrift 3558310, jedoch mit dem Unterschied, daß der Film des lichtempfindlichen polymeren Material nicht normalbelichtct oder überbelichtet, sondern unterbe- *5 lichtet wird. Dies erfordert eine Verminderung der Lichtmenge (Produkt aus mittlerer Helligkeit und Belichtungsdauer), mit wetcher der Film belichtet wird. Mit einer geringeren als der normalen Belichtung ist ein sogenanntes »print-down« möglich, <l.h. es lassen sich stehenbleibende Filmbereiche erhalten, deren Form gleich, deren Abmessungen jedoch kleiner als diejenige der Maskenöffnungen ist, die während der Belichtung zu ihrer Bildung herangezogen werden.

Es hat sich herausgestellt, daß es für eine solche »Verkleinerung« (print-down) günstig ist, wenn man die Größe der Lichtquelle auf einen äquivalenten Kreisdurchmesser zwischen etwa 0,152 und 0,33 cm vermindert, weil dann der »Empfindlichkeitsfaktor« des Verfahrens, d. h. das Verhältnis zwischen der rela- So tiven Belichtungsänderung und der dadurch hervorgerufenen relativen Änderung der Öffnungsgröße der Matrize, auf einen annehmbaren Wert von etwa 1,5 oder weniger verkleinert wird. Es wurde ferner gefunden, daß eine Verminderung der Stärke des Films auf etwa 0,10 bis 0,30 Milligramm pro Ouadratzentimeter (anstatt 0,40 mg/cm² und mehr, wie bei den bisherigen Vfh^ wünschenswert ist, weil dann die Adhä-

40 sion der belichteten Filmbereiche während des Entwicklungsvorgangs besser ist. Im Falle einer starken Unterbelichtung ist es ferner wünschenswert, den Film einer Flutbelichtung zu unterwerfen, die für sich allein noch keine an der Schirmfläche haftenden Filmbereiche zur Folge haben kann. Die Kombination zweier Belichtungen (Flutbelichtung und Unterbelichtung mit einem Bild) hat nach Entwicklung stehenbleibende Filmbereiche zur Folge, die scharf begrenzt sind und an der darunter liegenden Fläche fest haften. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl die Matrize als auch die Leuchtstoffelemente direkt unter Verwendung der endgültigen Schattenmaske aufgebracht, ohne daß nach den fotografischen Verfahrensschritten die öffnungen in der Maske vergrößert werden oder die Maske in anderer Weise verändert wird. Die Matrize und die Leuchtstoffelemente können in einem Umkehrverfahren »gedruckt« werden, ohne daß die während des Verfahrens zwischenzeitlich vorhandenen Filmbereiche geändert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch bei fabrikmäßiger Anwendung gut steuern, so daß man eine verhältnismäßig hohe Ausbeute an brauchbaren Bildschirmen erhält.

Aus der USA.-Patentschrift 3 146378 ist ein Belichtungsverfahren für die Herstellung eines Färbfernseh-Bildschirms bekannt, bei der die Größe der Belichtungsquelle so gewählt wird, daß die Leuchtstoffelemente kleiner sind als die Schattenmaskenöffnungen. Aus dem Zusammenhang dieser Patentschrift ergibt sich, daß bei diesem bekannten Verfahren die Leuchtfläche größer sein, weil der Halbschatten des auf dem Bildschirm projizierten Lichtflecks relativ groß sein muß, damit der Lichtpunkt kleiner wird. Das bekannte Verfahren sagt nichts darüber aus, ob die Belichtungszeit langer oder kurzer ist, und es sind auch keine Angaben darüber gemacht, daß das Gewicht des Films relativ klein sein soll.

Aus der Zeitschrift »PCA-Review« (1959), Heft 20, Seiten 336 bis 348 ist bekannt, daß Leuchtstoffelemente gebildet werden, deren Größe um ein geringes kleiner ist als die Größe der Schattenmaskenöffnungen. Abgesehen davon, daß die Leuchtstoff-Fleckgröße nur unwesentlich kleiner als die Größe der Schattenmaskenöffnungen ist, geht aus dieser Druckschrift hervor, daß die Leuchtstofffelemente in ihrer Größe, abgesehen von einem Einzelfall, größer sind als 3,8 mm, so daß die Leuchtstoffflecken in der Praxis größer sind als die Schattenmaskenöffnungen. Zwar ist aus dieser Druckschrift eine Abhängigkeit der Größe der Leuchtstoffflecken von der Fläche der Beleuchtungsquelle bekannt. Die Verwendung einer Lichtquelle mit einer bestimmten Größe führt jedoch nicht zwangläufig dazu, einen Leuchtstofffleck zu erhalten, dessen Größe kleiner ist als die Schattenmaskenöffnungen. Die Angabe, daß ein kleineres Flächengewicht des Films zu kleineren Leuchtstoffflekken führt, ist rein qualitativ. Die Wahl des Filmgewichts ist in zweierlei Hinsicht bei der Herstellung des Bildschirms wichtig. Einerseits soll der Film einen möglichst großen Fotowiderstand aufweisen, wofür man ein großes Filmgewicht verwenden müßte. Andererseits soll die Adhäsion zwischen Film und Bildschirm groß sein, wofür man ein kleineres Flächengewicht nehmen müßte. Diese beiden Erfordernisse widersprechen sich jedoch. Es ist daher für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe notwendig, eine Flächengewichts-Angabe für den Film zu ma-

chen, um einen Bereich zu finden, wo die Widerstandseigenschaften noch groß genug sind und die Adhäsionsfähigkeit des Films nicht zu klein ist. Dieser Erkenntnis trägt die vorliegende Erfindung dadurch Rechnung, daß sie einen Bereich angibt, in dem das Flächengewicht des Films ausgewählt werden muß.

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schema des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens in bevorzugter Ausführungsform;

Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Verkleinerungsmaß und dem Empfindlichkeitsfaktor bei bestimmten Herstellungsbedingungen; '5

Fig. 3 zeigt in einem Schaubild die Beziehung zwischen dem Verkleinerungsmaß und dem Empfindlichkeitsfaktor für andere Herstellungsbedingungen;

Fig. 4 zeigt in einer grafischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Verkleinerungsmaß und dem ^ao Empfindlichkeitsfaktor für eine dritte Auswahl von Herstellungsbedingungen.

Fig. 1 veranschaulicht verschiedene Schnitte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird die innere Fläche des ¹S Bildschirms einer Kathodenstrahlröhre in der üblichen Weise gereinigt und mit einem lichtempfindlichen Film versehen, wie bei Fig. la angedeutet. Im vorliegenden Beispiel wird der Film dadurch erhalten, daß man auf die Oberfläche eine Flüssigkeitsmischung aufbringt, bestehend aus etwa 3 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol, 0,75 Gewichtsprozent acrylsaurer Emulsion, etwa 0,25 Gewichtsprozent Titandioxyd, etwa 0,5 Gewichtsprozent Natriumdichromat, etwa 0,012 Gewichtsprozent Netzmittel und dem Rest Wasser. Die Viskosität der Mischung beträgt etwa 11 bis 14 Centipoise (cps). Der Röhrenschirm wird gedreht und gekippt, so daß sich die Flüssigkeitsmischung gleichmäßig über die Fläche verteilt und diese bedeckt. Später wird Wärme zugeführt, so daß das in der Schicht enthaltene Wasser verdampft und ein trockener Film von etwa 0,1 mg/cm² entsteht.

Der nächste Schritt ist die Unterbelichtung des Films, wobei Licht von einer Meinflächigen Lichtquelle durch die Maskenöffnung projiziert wird, wie es bei Fig. 1 b angedeutet ist. Die Schattenmaske der Röhre wird über dem Film angeordnet und die Anordnung in ein Lichthaus gebracht. Ein Lichthaus ist ein Gerät, in welchem der lichtempfindliche Film auf dem Schirm mit einem genau ausgerichteten und dimensionierten, den Film aushärtenden Lichtmuster belichtet wird, wie es im Zusammenhang mit der Farbbildröhrenherstellung bekannt ist. Geeignete Lichthäuser und ihre Wirkungsweise sind in der USA.-Patentanmeldung Nr. 039269 vom 21. Mai 1970 und in der USA.-Patentanmeldung 844 852 vom 21. Juli 1969 beschrieben. Im vorliegenden Beispiel ist die Maske mit im wesentlichen kreisförmigen Löchern oder öffnungen versehen, deren Durchmesser in der Mitte der Maske etwa 0,38 mm und an den Ecken der Maske etwa 0,33 mm beträgt. Der Abstand von einer Lochmitte zur anderen beträgt im mittleren Teil der Maske etwa 0,71 mm. Das Licht zur Belichtung des Films wird· von einer 1000-Watt-BH-6-Quecksilberdampflampe geliefert. Das Licht von der Lampe durchläuft ein Lichtrohr oder einen Kollimator und tritt an einer Spitze aus, welche die kleinflächige Lichtquelle darstellt und einen äquivalenten Kreisdurchmesser von etwa 2 mm hat.

Während der Belichtung werden Lichtstrahlen voi der kleinflächigen Lichtquelle durch die öffnungei in der Maske auf den lichtempfindlichen Film proji ziert. Das auftreffende Licht hat zur Folge, daß be stimmte-Bereiche des Films aushärten (d. h. in Wassei unlöslich werden) wobei diese Bereiche im wesentli chen das gleiche Muster wie das durch die Maskenöff nungen tretende Licht haben. Die Belichtungsdauei beträgt etwa 5 Minuten.

Die Belichtung durch die Maske wird dreimal wiederholt, wobei das auftreffende Licht jeweils einer anderen Einfallswinkel hat, so daß auf dem Film durch jede Maskenöffnung eine Gruppe von drei Punkter ausgehärtet wird, wie es bei den üblichen Verfahrer zur Herstellung eines Schirmbelags für eine Lochmaskenröhre der Fall ist. In diesem Stadium des Verfahrens sind für jede.Maskenöffnung drei ausgehärtete kreisförmige Punkte vorhanden, deren Durchmesser in der Mitte etwa 0,394 mm beträgt. Am Rand eines jeden kreisförmigen Punkts ist der Aushärtegrad über eine Breite von etwa 0,05 mm nach innen und außen abgestuft.

Nach der Belichtung wird die Anordnung aus dem Lichthaus genommen und die Maske vom Schirm getrennt. Der belichtete Film wird etwa 30 Sekunden lang mit einer starken Wasserbrause abgespritzt, um die löslicheren Teile des Films zu entfernen, während die weniger löslichen Teile an Ort und Stelle bleiben, wie es mit Fig. Ic angedeutet ist. Nach diesem Abspritzen, durch welches die Schablone für die Matrize herausgearbeitet wird, wird der Röhrenschirm gewässert und getrocknet. In diesem Stadium des Verfahrens befindet sich auf der Schirmoberfläche ein haftendes Muster aus Punkten gehärteten polymeren Filmmaterials, zwischen denen die Schirmoberfläche freiliegt. Die Punkte haben in der Schirmmitte einen Durchmesser von etwa 0,343 mm. Diese Verkleinerung des Durchmessers der ausgehärteten Bereiche gegenüber den Abmessungen der Maskenöffnungen ist die Folge der Unterbelichtung des Films und der Verwendung einer kleineren als normalen Lichtquelle (Spitze des Kollimators oder des Lichtsrohrs) während der fotografischen Belichtung. Hierdurch wurden die äußeren Ränder der kreisförmigen Bereiche während der Belichtung nur wenig ausgehärtet, so daß sie aufgelöst wurden.

Die aus dem Punktmuster bestehende Schablone wird nun mit einer Masse aus lichtabsorbierenden Pigmentpartikeln überzogen, wie es mit Fig. Id angedeutet ist. Im vorliegenden Beispiel geschieht dies durch Aufbringen eines Schlamms aus 4,0 Gewichtsprozent kolloidalen Graphits in Wasser und anschließendes Trocknen dieser Schicht. Es ist günstig, eine Spur Netzmittel in den Schlamm zu geben, damit dieser sich leichter über die Schablone ausbreitet. Der Überzug wird während etwa 1,5 Minuten mit Hilfe von Wärme vollständig getrocknet. Nach dem Trocknen haftet der Überzug sowohl an den Punkten als auch an den blanken Flächen des Röhrenschirms.

Anschließend wird bei noch warmem Röhrenschirm ein chemisch wirkendes Einweichmittel für die Punkte des gehärteten polymeren Films auf den Überzug aufgebracht. Im vorliegenden Beispiel ist das Einweichmittel eine wäßrige Lösung mit etwa 5 Gewichtsprozent Wasserstoffsuperoxyd. Falls gewünscht, kann die Lösung unter Druck auf den Überzug aufgesprüht werden. Das WasserstoffsuDeroxvd

durchdringt den Überzug und die Punkte und läßt die Punkte des gehärteten polymeren Materials aufquellen und weich werden. Durch nachfolgendes Abspritzen mit Wasser werden die aufgeweichten Punkte mit den unmittelbar darüberliegenden Teilen des Überzugs entfernt, während diejenigen Teile des Überzugs, die an den offenen Stellen der Schablone direkt an der Oberfläche des Röhrenschirms haften, stehenbleiben, wie es mit Fig. Ie angedeutet is» Das Produkt dieses Verfahrensschritts ist ein Röhrenschirm mit einer lichtabsorbierenden (schwarzen) Matrize, die eine Vielzahl von kreisförmigen Löchern aufweist, deren Durchmesser im mittleren Teil der Matrize etwa 0,343 mm beträgt und in den Ecken der Matrize etwas kleiner ist.

Die lichtabsorbierende (schwarze) Matrize wird nun mit Wasser gespült und etwa 4 Minuten lang mit Hilfe von Wärme getrocknet. Anschließend wird der Röhrenschirm in der gewöhnlichen Weise weiterbehandelt, um in den Löchern der Matrize auf fotolithographischen Wegen rotleuchtende, grünleuchtende und blauleuchtende Leuchtstoffpunkte niederzuschlagen, wie es mit Fig. If angedeutet ist. Die jeweils ein bestimmtes Licht emittierenden Punkte werden eingebracht, indem die Matrize mit einer lichtempfindlichen Leuchtstoff masse überzogen wird, worauf der Überzug von einer kleinflächigen Lichtquelle in der üblichen fotografischen Weise belichtet wird, wobei man dieselbe Lochmaske in derselben Stellung als Belichtungsschablone verwendet. Vorzugsweise bedient man sich einer etwas größeren Lichtquelle mit einem Durchmesser von 2,54 mm. Hierdurch werden die Leuchtstoffpunkte etwas größer als die entsprechenden Matrizenlöcher, was dem Verfahren eine zusätzliche Toleranz gibt, jedoch sind sie nicht so groß, daß sie sich mit den Leuchtstoffpunkten in den benachbarten Matrizenlöchern überlappen.

Der Leuchtschirm kann nur in der gewöhnlichen Weise weiterbehandelt werden, um über den Leuchtstoffpunkten und der schwarzen Matrize eine reflektierende Metallschicht vorzusehen. Der Schirm wird anschließend ausgeheizt und mit der Lochmaske in der gewöhnlichen Weise in eine Kathodenstrahlröhre eingesetzt. Ein geeignetes Verfahren zum Überziehen und Metallisieren des Schirms ist in den USA.-Patentanmeldungen Nr. 693058 vom 26. Dezember 1967 und Nr. 760364 vom 17. September 1968 beschrieben.

Die verschiedenen Verfahrensschritte des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels lassen sich in gewissen Grenzen abändern, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Allgemein kann die in der bereits genannten USA.-Patentschrift 3558310 beschriebene Technologie beim erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden. Speziell eignet sich die dort beschriebene Wahl des lichtempfindlichen Materials zur Herstellung der Matrizenschablone sowie das Belichten und Entwickeln des Films für die Schablone auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Der Ausdruck »Film« wird im vorliegenden Zusammenhang zur Bezeichnung einer Schicht verwendet, die im wesentlichen frei von Rissen oder Bruchstellen ist. Einige Zusammensetzungen und Aufbringungsverfahren für den Film sind in der USA.-PatentanmeldungNr. 864197 vom 6. Oktober 1969 beschrieben. Auch das Material des Überzugs für die Matrizenschablone und seine Aufbringung sowie die nachfolgende Bildung des Musters kann den Offenbarungen der angeführten USA.-Patentschrift entsprechen. Einige Verfahren zur Herstellung eines Überzugs aus lichtabsorbierenden Partikeln sind in der USA.-Patentanmeldung Nr. 887 267 vom 29. Dezember 1969 beschrieben.

Das erftndungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem aus der angeführten USA.-Patentschrift 3 558 310 beschriebenen Verfahren durch die Ausnutzung der Erkenntnis, daß unter einer Reihe von

ίο Bedingungen die direkte fotografische Aufbringung einer lichtabsorbierenden Matrize mit Löchern verminderter Größe und mit diese Löcher ausfüllenden Leuchtstoffpunkten unter Verwendung einer Maske möglich ist, deren öffnungen während der Herstel-

'5 lung der Röhre Vollmaß aufweisen.

Eine wichtige bei der Herstellung der lichtabsorbierenden Matrize zu erfüllende Bedingung ist die Unterbelichtung des Films. Je stärker die Unterbelichtung ist, desto stärker ist die Verkleinerung und desto größer die Gefahr einer schlechten Haftung. Im folgenden wird mit »Λ« der Durchmesser eines Matrizenlochs und mit »/1« der Durchmesser der zur Herstellung dieses Lochs herangezogenen Maskenöffnung bezeichnet und vorausgesetzt, daß die Maskenöffnungen kreisförmig sind. Als »Normalbelichtung« ist dann eine Belichtung definiert, die das Ergebnis RIA = 1,0 liefert. Als »Uberbelichtung« gilt eine Belichtung, mit welcher ein Matrizenloch größer als die zugeordnete Maskenöffnung wird, d.h. wenn R/A>\,0. Als »Unterbelichtung« gilt eine Belichtung, mit welcher ein Matrizenloch kleiner als die zu seiner Belichtung herangezogene Maskenöffnung wird, d.h. wenn R/A< 1,0. Die Differenz zwischen R und A bei einem durch Unterbelichtung gebildeten Matrizenloch wird als »Verkleinerungsmaß« bezeichnet. Die »Belichtung« ist die zum Belichten des Films herangezogene Lichtmenge. Im vorliegenden Zusammenhang ist der relative Belichtungswert das Produkt aus dem relativen Wert der mittleren Helligkeit der beleuchteten Fläche und der Belichtungsdauer. Eine hellere Lichtquelle erfordert somit eine kürzere Belichtungsdauer. Durch einige Versuche läßt sich die Normalbelichtung für ein spezielles Belichtungsgerät leicht herausfinden. Durch weitere Versuche mit immer schwächerer Belichtung wird dann ein immer größeres Verkleinerungsmaß erzielt, bis die Belichtung nicht mehr ausreicht, um die notwendige Haftung der Matrizenschablone an der Oberfläche des Röhrenschirms herbeizuführen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Belichtungsbereich zur Herstellung kommerziell verwertbarer Negativtoleranz-Matrizen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dort liegt, wo der »Empfindlichkeitsfaktor« kleiner als 1,5 ist. Der »Empfindlichkeitsfaktor« gibt die prozentuale Änderung der Lichtdurchlässigkeit der Matrize für eine einprozentige Belichtungsänderung an. Wenn der Empfindlichkeitsfaktor größer als 1,5 ist, wird die Qualitä der Matrize schlecht, d.h. sie wird fleckig und hafte nicht gut. Durch diese Flecken erscheint der gesamt!

Schirm für einen Betrachter gesprenkelt, denn sie sin< die Folge von zufallsverteilten Unterschieden in de Menge des aufgebrachten lichtabsorbierenden Mate rials.

Die Dicke des lichtempfindlichen Films ist ein we sentlicher Faktor für die Belichtung und das Hai tungsvermögen. Die Filmdicke läßt sich am beste durch Kontrolle der Viskosität des filmbildenden M« terials regeln. Alle hier angegebenen Viskositätsweri

509 542/2:

beziehen sich auf 25° C. Eine zu hohe Viskosität für ein gewünschtes Verkleinerungsmaß hat eine schlechte Haftung zur Folge. Bei einer zu niedrigen Viskosität bilden sich Brücken zwischen den Punkten der Matrizenschablone (und zwischen den Löchern der Matrize), der Einfluß von Rauhigkeiten und Unebenheiten der Glasunterlage wird zu groß und der Abstand zwischen Maske und Film ungleichmäßig. Wenn die Belichtung ohne Flutbelichtung durchgeführt wird, sollte die Viskosität des Fotolacks zwischen 9 und 20 cps liegen, wobei für ein maximales Verkleinerungsmaß eine Viskosität von 11 bis 12 cps am besten ist. Eine Viskosität von 9 bis 11 cps ist ideal zur Herstellung einer Matrize mit einem Verkleinerungsmaß von 0,038 mm in der Mitte und von U,O76mm in den Ecken. Wenn der Film im Verlauf seiner Belichtung einer Flutbelichtung ausgesetzt wird, ist eine höhere Viskosität, vorzugsweise von 14 bis I 5 cps, zweckmäßig. Gebräuchlich ist ein Viskositiitsbereich von 9 bis 30 cps. Eine Flutbelichtung ist ^2u nichts anderes als eine Belichtung der gesamten Filmfläche in einer Stärke, die zur Erzeugung haftender Filmbereiche nicht ausreicht. Eine Flutbelichtung kann vor, während oder nach der Unterbelichtung mit dem Bildmuster erfolgen. Die Flutbelichtung ist nützlieh zur Verminderung der Belichtungszeiten oder zur Verbesserung der Haftung, vorausgesetzt, daß der gesamte Empfindlichkeitsfaktor nicht über 1,5 liegt. Praktische Werte für die Belichtungszeit liegen zwischen 0.1 und 10 Minuten.

Für kleinere Matrizenlöcher liefert ein sehr dünner Film von etwa 0,10 mg/cm³ die beste Haftung, die mit dem Verfahren bei maximalem Verkleinerungsmaß . ceinbar ist. Bei größeren NLrnzenlöchern, die genau oder annähernd so groß wie die Maskenöffnungen sind, hat ein solch dünner Film jedoch manchmal eine Brückenbildung zwischen den Löchern und eine Verformung der Löcher zur Folge. Die Ursache hierfür liegt darin, daß sich die Lichtflecke auf dem Film während der Belichtung durch die größeren Maskenöffnungen überlappen, wodurch Teile des liims zwischen den Lichiflecken aushärten können. Brücken entstehen überall dci, wo ausgehärtete Punkte mit ausgehärtetem Filmmaterial in Verbindung stehen, so daß nachher benachbarte Matrizenlöcher miteinander verbunden sind. Durch Erhöhung der Filmstärke auf etwa 0.20 bis 0,30 mg/cm^: wird die Gefahr einer solchen Brückenbildung und Verformung der Löcher stark vermindert. Durch Verwendung einer konzentrierten Abstimmung für das Filmmaterial (Zusammensetzung II siehe unten) mit einer Viskosität von beispielsweise 20 cps und darüber lassen sich Matrizenlöcher von 0,394 mm Durchmesser in einem einzigen Film von 0,381 mm großen Maskenöffnungen erzielen, bevor die Brückenbildung und Gestaltsveränderungder Löcher zu einem Problem wird. Andererseits werden bei Verwendung der unten angegebenen Zusammensetzung I mit einer Viskosität von 10 cps und einer Filmstärke von 0,1 mg/cnr die Brückenbildung und die damit verbundenen Schwierigkeiten bei Matrizenlochgrößen von etwa 0,356 mm zu groß. Der Mechanismus, der bei Verwendung dickerer Filme zu verminderter Brückenbildung führt, ist zwar nicht genau geklärt, es scheint jedoch, daß bei dickeren Filmen die Brücken während der Entwicklung des Films unterschnitten und dadurch entfernt werden.

Die zu wählende Filmstärke wird von dem geforderten Verkleinerungsmaß bestimmt. Wenn beispielsweise die kleinstmöglichen Matrizenlöchei (stärkstes Verkleinerungsmaß) bei gegebener Größe der Lichtquelle geschaffen werden sollen, wählt mar den dünnsten Film, um die beste Haftung zu erzielen Wenn allerdings der Film zu dünn ist, lassen sich die stehengebliebenen Filmpunkte während der Umkehrung durch Wasserstoffsuperoxydbehandlung schwel herausätzen. Das optimale Filmgewicht für ein maximales Verkleinerungsmaß beträgt etwa 0,10 mg/cm². Wenn Matrizenlöcher mit den Maskenöffnungen nahe kommender Größe gewünscht werden (geringste; Verkleinerungsmaß), dann wird der dickste Film gewählt, der eine gute Haftung und Ausbreitung zuläßt und keine Flecken bringt. Dieses Filmgewicht liegi etwa bei 0,30 mg/cm² und ist hinsichtlich der Brükkenbildung und Lichtübeilappung am wenigsten problematisch. Wenn irgendwelche Zwischenwerte de; Verkleinerungsmaßes gewünscht sind, dann wird eine dazwischenliegende Filmstärke (Zusammensetzung III siehe unten) verwendet, so daß man sowohl eine gute Haftung als auch eine minimale Brückenbildung erhält. Die angegebenen Filmstärken (Filmgewichte; sind natürlich nur Beispiele und hängen im gewisser Grad von dem zur Bildung der Matrizenlöcher verwendeten Fotolack ab. Das Prinzip der Auswahl dei optimalen Filmstärke für ein gewünschtes Verkleinerungsmaß bleibt jedoch dasselbe, gleichgültig welche Filmzusammensetzung man zur Bildung der Matrizenlöcher heranzieht.

Mit den nachfolgend angegebenen Zusammensetzungen für das Filmmatcrial wurden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gute Negativtoleranz-Matrizen erhalten. Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozente. Die Zusammensetzung 11 wird für minimales Verkleinerungsmaß und die Zusammensetzung 1 fur maximales Verkleinerungsmaß verwendet, während die Zusammensetzung III dann verwendet wird wenn ein zwischen diesen Extremwerten liegende· \ erkleinerungsmaß gewünscht ist.

Zusammensetzung I entspricht der Zusammensetzung II, jedoch mit dem Unterschied, daß 20dl £ Wasser anstatt 1461 g zugegeben ist. Die Zusammen' setzung I hat eine Viskosität von etwa K) cps bei 25" t und liefert ein Filmtrockengewicht von etwa 0.1 mg cm".

Zusammensetzung II; einer Kl'7 igen Suspensior von Titandioxyd TiO,, die etwa 0,05% Natriumpyrophosphat Na₄P₂O, K)H₂O und den Rest Wasser enthalt, werden unter Ruhren die lolgenden Zutaten ir der angegebenen Reihenfolge beigegeben:

^0.5 g 3 %ige wäßrige Lösung eines^Netzmittels wit z-t3. »PlutonicL72«: 1461 gWasser; 1013 g 10%igei Polyvinylalkohol wie beispielsweise »Vinol 540« dei i;,^II4^{rodvicts &} Chemical Co.. Edison. N. J.; 228· -2,.-> zeiger Acrylharz wie z.B. »C 72 von Rohm & Haas, Phila.. Pa.; 152 g 10%iges Natriumdichromai Na₂Cr₂O₇ 2H₂O.

Die Zusammensetzung II hat eine Viskosität vor etwa 30 cps bei 25° C und liefert ein Filmtrockengewicht von etwa 0.3 mg/cm- beim vorliesenden Ausfuhrungsbeispiel.

Die Zusammensetzung III entspricht der Zusammensetzung II mit dem Unterschied, daß 1680 g Wasser anstatt 1461 g zugegeben sind. Diese Zusammen-⁵Λ^^υ"^{8 ΠΙ hat eine} Viskosität von etwa 20 cps bei ^ C und liefert ein Filmtrockengewicht von etws 0.2 mg/cm-. ^&

Eine weitere wichüge Bedingung ist. daß die Licht-

quelle eine kleinere Fläche als normal hat. Der Ausdruck »äquivalenter Kreisdurchmesser« wird im vorliegenden Zusammenhang zur Definition einer Lichtquelle verwendet, welche im wesentlichen die gleiche Wirkung wie eine kreisförmige Lichtquelle des angegebenen Durchmessers hat. Für die zur Herstellung der Matrize herangezogenen Belichtungswerte ist der optimale äquivalente Kreisdurchmesser etwa 2 mm (1,52 bis 3,3 mm). Eine zu kleine Lichtquelle erlaubt ein geringeres Verkleinerungsmaß und liefert eine zu kleine Lichtausbeute, so daß die Belichtungsdauer übermäßig lang wird. Außerdem begrenzen Beugungserscheinungen das Veikleinerungsmaß, welches sich mit sehr kleinflächigen Lichtquellen erzielen läßt. Eine zu große Lichtquelle erlaubt ein hö- >5 heres Verkleinerungsmaß, jedoch ist die Folge dann ein fleckiger und ungleichmäßiger Schirm, weil das Verfahren in diesem Fall übermäßig empfindlich gegenüber utigleichmäßigen Verfahrens- und Lichthausbedingungen ist. ²ⁿ

Die grafischen Darstellungen gemäß den Fig. 2, 3 und 4 zeigen einige typische Beziehungen zwischen dem »Empfindlichkeitsfaktor« und dem Verkleinerungsmaß für verschiedene Belichtungsbedingungen bei der Herstellung von Negativtoleranz-Matrizen für 23-V"-Bildröhren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Röhren haben eine Lochmaske, deren Löcher in der Maskenmitte einen Durchmesser von etwa 0.38 mm und in den Ecken der Maske einen Durchmesser von etwa 0.33 mm haben, wobei der ge- 3" genseitige Lochabstand im mittleren Maskenteil etwa 0,71 mm von Lochinitte zu Lochmitte beträgt.

Die Fig. 2. 3 und 4 wurden von der gleichen 23-V-Bildschirm-Maskenanordnung aufgenommen. Jeder Bildschirm war in Quadranten aufgeteilt, deren jeder j? eine verschiedene Belichtungsdauer durch dasselbe Intensitätskontrollfilter erfuhr. Für Fig. 2 betrugen die Belichtungszeiter. 2,75: 3,00:3,25 und 3,50 Minuten, für die Fig. 3 wurden Belichtungszeiten von 3.25: 3,50; 3.75 und 4,00 Minuten und für die Fig. 4 Be- *° lichtungszeiten von 13; 15; 17 und 19 Minuten gewählt. Die relative Belichtung ist das Produkt aus der Belichtungsdauer in Minuten und dem Strom in Mikroampere, der/um Betrieb dei Lampe im Uchthaus herangezogen wurde. Dieses Produkt liefert einen re- *5 lativen Wert für die Belichtung. Naeii Fertigstellung des Bildschirms wurden die Größen der Matrizenlocher gemessen und die relative Lochflache der Matrize in jedem Quadranten ausgerechnet Dann wurden in einer grafischen Darstellung (nicht gezeigt) die Größe 5^C der Matrizenlöcher als Ordinate und die Belichtung als Abszisse für die ausgerechnete Kollimatorgröße eingetragen, was ein geeigneter Weg zur Erhaltung von Durchschnittswerten der Lochgröße gegenüber der Belichtung ist. In einer weiteren grafischen Darstellung (wie sie in den Fig. 2, 3 und 4 zu sehen ist) wurde der »Empfindlichkeitsfaktor« gegenüber dem Verkleinerungsmaß eingetragen. Der »Empfindlichkeitsfaktor« ist definiert als prozentuale Änderung der Matrizenlochfläche für jeweils eine 1 %ige Beiich- °° tungsänderung (= %AA/°/oAE). Das Verkleinerungsmaß ist definiert als Differenz zwischen dem Durchmesser einer Maskenöffnung und dem Durchmesser eines Matrizenlochs.

Fig. 2 gibt die Verhältnisse für ein Verfahren wieder, bei welchem der äquivalente Durchmesser der Lichtquelle 2,54 mm betrug und ein Filmgewicht von etwa 0,20 mg/cm² verwendet wurde. Der Film wurde hierbei aus einer Masse hergestellt, deren Viskosität etwa 20 cps betrug und die etwa 6,6 Gewichtsprozent eines Natriumdichromat-Sensibüisators, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Polyvenylalkohols, enthielt.

Fig. 3 bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem eine Lichtquelle mit einem äquivalenten Durchmesser von 2,54 mm und ein Filmgewicht von etwa 0,10 mg/ cm² verwendet wurde. Der Film wurde aus einer Masse hergestellt, deren Viskosität etwa 12 cps betrug und die etwa 6,6 Gewichtsprozent Natriumchromat, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Polyvenylalkohols, enthielt.

Fig. 4 bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem eine Lichtquelle mit einem äquivalenten Durchmesser von 2,03 mm und ein Filmgewicht von etwa 0,10 mg cm·' verwendet wurde. Der Film wurde aus einer Masse hergestellt, deren Viskosität etwa 12 cps betrug und die etwa 13,2 Gewichtsprozent Nairiumdichromat, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Polyvenylalkohols, enthielt.

In jeder der Fig. 2, 3 und 4 sind vie. Punkte eingetragen, welche das Ergebnis des jeweiligen Verfahrens für einen etwa in der Mitte des Bildschirms liegenden Ort wiedergeben. Die grafischen Darstellungen zeigen, daß in der Mitte des Bildschirms unter den vier verschiedenen Belichtungsbedingungen Verkleinerungsmaße bis etwa 65 μΐη erhalten werden können.

Da die Leuchtstoffpunkte eingebracht werden, nachdem die Matrize bereits gebildet ist, ist hierlüi eine Verkleinerung ais solche nicht nötig. Die Größe der Leuchtstoffpunkte muß jedoch kontrolliert werden, um ihre Ühcrlappung in benachbarte Matrizenlocher /u vermeiden. Für die Leuchtstoffpunkte kann die I ichtfeldabstufungim Lichthaus zwischen 0.8 und 1.2 (Randhelligkeit durch Mittenhelligkeit) variieren. Fur das Einbringen der Leuchtstoffelemente in die Maui/enlocher muß die Abmessung der Lichtquelle ebenfalls sorgfältig ausgesucht werden, damit die von den großen Maskenöffnungen gebildeten Leuchtstoffpunkte gut haften, ohne sich mit den Leuchtstoffpunkten in den benachbarten Matrizenlöchern zi. überlappen. Eine kleinere Lichtquelle hat eine zu geringe Lichtleistung und erfordert lange Belichtungszeiten. Bei einer zu großen Lichtquelle ist zwar die Haftung der Leuchtstoffpunkte gut, jedoch werder sie, wenn sie mittels der großen Maskenöffnungen ge bildet werden, zu groß, so daß sie sich mit benachbar ten Matrizenlöchern überlappen. Brauchbarer sini Lichtquellen mit einem äquivalenten Durchmesse von etwa 2 bis 3,3 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunsen

Claims

Patentansprüche:

1. Fotografisches Verfahren zum Beschichten des Schirms einer Farbfernsehbildröhre mit einem Bildschirm, bestehend aus Leuchtstoffelementen und dazwischenliegenden lichtabsorbierenden Bereichen, die eine von der zu beschichtenden Schirmfläche beabstandete Schattenmaske aufweist, wobei jedes Leuchtstoffelemeüt einer bestimmten öffnung in der Maske zugeordnet ist und kleiner als diese Öffnung ist, bei dem zunächst die Schirmfläche mit einem Film aus polymerem Material überzogen wird, dessen Löslichkeit in einem Lösungsmittel durch Belichtung veränderbar ist, worauf der Film durch die Öffnungen der Schattenmaske belichtet wird, um im Film Bereiche verminderter Löslichkeit zu schaffen, worauf der Film mit einem Lösungsmittel entwickelt wird, welches die Filmbereiche der ursprünglichen Löslichkeit von der Schirmfläche entfernt und die Filmbereiche verminderter Löslichkeit stehenläßt, worauf die Schirmfläche und die stehengebliebenen Filmbereiche mit einem Überzug, welcher an der Schirmfläche haftet und lichtabsorbierende Partikel enthält, versehen werden, worauf mindestens ein Teil der stehengebliebenen Filmbereiche zusammen mit dem darüberliegenden Überzug entfernt wird, während der an der Schirmfläche haftende Überzug stehenbleibt, worauf an den jetzt freien Stellen der Schirmflächen Leuchtstoff aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Films aus polymerem Material zwischen 0,1 und 0,3 Milligramm pro Quadratzentimeter liegt, daß die Belichtung des Films durch Projektion von Licht aus einer kleip.-flächigen Lichtquelle erfolgt, deren äquivalenter Kreisdurchmesser 1,5 bis 3,3 mm beträgt, und daß der Film weniger stark belichtet wird, als es zur Erzeugung von solchen Filmbereichen verminderter Löslichkeit notwendig ist, deren Größe gleich ist der Größe der jeweils zugeordneten öffnungen der Maske.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung des Films auf die Schirmfläche aufgetragene Masse eine Viskosität von 9 bis 30 Centipoise hat.