DE2231473C3

DE2231473C3 - Fotografisches Verfahren zum Herstellen eines Bildschirms mit einzelnen Leuchtstoffelementen und einer Schwarzmatrix für eine Farbfernsehbildröhre

Info

Publication number: DE2231473C3
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: 1980-01-31
Also published as: NL179322B; SU898961A3; GB1355308A; CA966347A; US3788846A; NL7208839A; FR2143756B1; NL179322C; KR780000504B1; DE2231473A1; IT955339B; DE2231473B2; BE785499A; FR2143756A1; JPS51421B1

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 mil Schattenmasken bekannt, bei denen Teile der Schirmfläche von einem lichtabsorbierenden Musler, der sog. Schwarzmatrix, bedeckt sind. Die .Schwarzmatrix hat eine Vielzahl von Öffnungen, von denen jeweils eine Dreiergruppe mit einer öffnung in der Schattenmaske ausgerichtet ist. und wobei jedes I.euchtstoffelement eine Öffnung in der Matrix ausfüllt. Im Falle einer sogenannten »Negativtoleranz-Matrix« definiert jede Maskenöffnung in der fertigen Bildröhre einen Fleck des Elektronenstrahls, der größer als die jeweilige öffnung in der Matrix ist.

Aus verschiedenen praktischen Erwägungen für die Herstellung ist es wünschenswert, zunächst die Matrix und dann die Leuchtstoffelemente durch fotografische Verfahren aufzubringen, bei welchen die Schattenmaske als Belichtungsschablone dient. Ein hierzu brauchbares Verfahren, welches manchmal als »Umkehrdruck« »(reverse printing) bezeichnet wird, ist in der US-Patentschrift 35 58 310 beschrieben.

Bei diesem bekannten Verfahren wird die innere Bildschirmfläche einer Farbfernsehbildröhre mit einem Film aus polymerem Material beschichtet, dessen Löslichkeit sich unter dem Einfluß von Licht vermindert worauf man die Schattenmaske im Abstand zu der beschichteten Fläche anordnet Als nächstes wird der Film einer Belichtung ausgesetzt, indem die benötigte Lichtmenge von einer kleinflächigen Lichtquelle 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 andere Abmessung. Der entwickelte Film und die dazwischenliegenden Flächen werden dann

2ü mit einer Schicht aus lichiabsorbierendern Material überzogen. Die stehengebliebenen Teile des Films und das darüberliegende lichtabsorbierene Material werden entfernt, während das lichtabsorbierende Material an den dazwischenliegenden Flächen bestehen bleibt, so daß eine lichtabsorbierende Matrix erhalten wird, die aus einer lichtabsorbierenden Schicht mit einem Muster von dann enthaltenen Öffnungen besteht, wobei jede Öffnung die gleiche Gestalt, jedoch eine andere Abmessung als r!>e jeweilige zu seiner Belichtung herangezogene Maskenöffnung hat. Zum Schluß werden in die Öffnungen der Matrix unterschiedlich leuchtende Leuchtstoffe eingebracht, was auf fotografische Weise unter Belichtung durch die Schattenmaske mittels einer kleinflächigen Lichtquelle geschieht.

In der US-PS 35 58 310 sind bereits Maßnahmen angegeben, durch die die Öffnungen der Schwar/rnalrix gegenüber den Öffnungen der Schattenmaske verkleinert werden können. Insb-sondt f ist der US PS 35 58 310 zu entnehmen, daß eine Verringerung der Belichtungsdauer beim Herstellen der Schwarzmati n zu einer Verkleinerung der Öffnungen in der Schwär/ matrix gegenüber denen der Schattenmaske beiträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hi rstellung eines Bildschirms mil einer Schwarzmatrix fur eine Farbfernsehbildröhre anzugeben, wobei die Öffnungen der Schwarzmatrix dieses Bildschirms kleiner sein sollen als die Öffnungen der bei ihrer Herstellung verwendeten Schattenmaske, und wobei beim Durchführen des Verfahrens eine gute Kontrollmöglichkeit gegeben sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Film des lichtempfindlichen polymeren Materials nicht normalbehchtet oder überbelichtet, sondern unierbe lichtet. Dies erfordert eine Verminderung der Lichtmenge (Produkt aus mittlerer Helligkeit und Belichtungsdauer), mit welcher der Film belichtet wird. Mit einer

6ö geringeren als der normalen Belichtung ist ein sogenanntes »print-down« möglich, dl, 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 für eine soche »Verkleinerung« (print-down) die Größe der Lichtquelle auf eineft äquivalenten Kfeisdufchmesser zwischen

etwa 0,152 und 0,33 cm vermindert werden muß, damit der »Empfindlichkeitsfaktor« des Verfahrens, d. h. das Verhältnis zwischen der relativen Belichtungsänderung und der dadurch hervorgerufenen relativen Änderung der ÖffnungsgröQe der Mairix, auf einen annehmbaren Wert von etwa 1,5 oder weniger verkleinert wird. Es wurde ferner gefunden, aaß eine Verminderung der Stärke des Films auf etwa 0,10 bis OJO Milligramm pro Quadratzentimeter (anstatt 0,40 mg/cm² und mehr, wie bei den bisherigen Verfahren) erforderlich ist, weil ι ο dadurch eine ausreichende Adhäsion der belichteten Filmbereiche während des Entwicklungsvorgangs erreicht wird. 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 darunterliegenden Fläche fest haften.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl die Matrix als auch die Leuchtstoffeiemente 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 Matrix und die Leuchtstoffeiemente 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 Ausbeule an brauchbaren Bildschirmen erhält. j5

Aus der Zeitschrift »RCA Review« (1954). Heft 20. Seiten 336 bis 348 ist bekannt, daß Leuchtstoffeiemente gebildet werden, deren Große kleiner ist als die Größe der Schattenmaskenöffnungen Aus dieser Druckschrift ist eine Abhängigkeit der Größe der I.euchtstoffflecken von der Fläche der Belcuchtungsquelle bekannt. Die Wahl des Filmgewichts ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in zweierlei Hinsicht bei der Herstellung des Bildschirms wichtig Einerseits soll der Film ein möglichst großes Absorptionsvermögen aufweisen. wofür man ein großes Filmgewicht verwenden müßte. Andererseits soll die Adhäsion zwischen Film und Bildschirm groß sein, wofür man eine kleinere Flächenmasse nehmen rniißte. Diese beiden Erfordernisse widersprechen sich jedoch. Es ist daher für die so Lösung Ger erfindungsgemäßen Aufgabe notwendig, einen Film zu verwenden, dessen Flächenmasse innerhalb des angegebenen Bereichs liegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand von Zeichnungen erläutert.

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

Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Verkleinerungsmaß und dem Ertipfindlichkeitsfaktof bei beslimmilen Herstellungsbedingungen;

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

Fig,4 zeigt in einer grafischen Darstellung die Beziehung zwischen durM Verkleinerungsmaß und dem Empfindlichkeitsfaktöf für eine dritte Auswahl von Herstellungsbedingungen.

Fig. 1 veranschaulicht verschiedene Schritte einer Ausführungsforrn des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird die innere Fläche des 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 mPa · s. 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 unterbenc'^r tung des films, wobei Licht von einer kleinflächigen Lichtquelle durch die Maskenöffnung projiziert wird, wie es bei Fig. Ib angedeutet ist. Die Schattenmaske der Röhre wird über dem fi|m 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. Im vorliegenden Beispiel ist die Maske mit im wesentlichen kreisförmigen Löchern oder öffnungen versehen, deren Durchmesser in oer Mitte der Maske etwa 0.38 mm und an den Eckin der Maske etwa 0J3 mm beträgt. Der Abstand von einer Lochmitte zur anderen betragt im mittleren Teil der Maske etwa 0.71 mm. Das Licht zur Belichtung des Films wird von einer 1000-Watt-Quecksilberdampflampe jelieftrt. 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 von der kleinflächigen Lichtquelle durch die Öffnungen 'n der Maske auf den lichtempfindlichen Film projiziert. Das auftreffende Licht hat zur Folge, daß bestimmte Bereiche des Films aushärten (d. h. in Wasser unlöslich werden) wobei diese Bereiche im wesentlichen das gleiche Muster wie das durch die Maskenöffnungen tretende Licht haben. Die Belichtungsdauer beträgt etwa 5 Minuten.

Die Belichtung durch die Mask'.- wird dreimal wiederholt, wobei das auftreftende Licht jeweils einen anderen Einfallswinke! hat, so daß auf dem Film durch jede Maskenöffnir.g eine Gruppe von drei Punkten ausgehärtet wird, wie es bei den üblichen Verfahren zur Herstellung eines Schirmbelags für eine Lochmaskenröhre der Fall ist In diesem Stadium des Verfahrens sind für jede Maskenö.mung 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 stärken Wasserbrause abgespritzt, um die löslicheren Teile des Films zu entfernen während die weniger löslichen Teile an Ort und Stelle bleiben, wie es

mit Fig. lc angedeutet ist. Nach diesem Abspritzen, durch welches die Schablone für die Matrize herausgearbeitet wird, wird der Röhrenschirm gewässert Una getrocknet. In diesem Stadium des Verfahrens befindet sich auf der Schirmoberfläche ein haftendes Muster aus Punkten gehärteten polymeren Filmmaterials,- zwischen denen die Schifmoberfläche ffeiliegt. 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 Lichtrohrs) 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 Röhrenscltirm 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 Wasserstoffsuperoxyd durchdringt den Überzug und die Punkte und läßt die Punkte des gehärteten polymeren Materials aufquellen und weich

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 F i g. 1 e angedeutet ist. Das Produkt dieses Verfahrensschritts ist ein Röhrenschirm mit einer lichtabsorbierenden (schwarzen) Matrix, 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) Matrix 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 Matrix auf fotolithografischen 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 Matrix mit einer lichtempfindlichen Leuchtstoffmasse 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 mrii. Hierdurch werden die Leuchtstoffpunkte etwas größer als die entsprechenden Matrixlöcher, was dem Verfahren eine zusätzliche Toleranz gibt, jedoch sind sie nicht so groß, daß sie sich mit den Leuchtstoffpunkten in den benachbarten Mätfizenlöcherri überlappen.

Der Leuchtschirm kann nur in der gewöhnlichen Weise weiterbehandelt Werden, um über den Leuchtstoffpunkten und der Schwarzmatrix eine reflektierende Metallschicht vorzusehen. Der Schirm wird anschließend ausgeheizt und mit der Lochmaske in der gewöhnlichen Weise in eine Kathodenstrahlröhre eingesetzt.
Der Ausdruck »Film« wird im vorliegenden Zusammenhang zur Bezeichnung einer Schicht verwendet die im wesentlichen frei von Rissen oder Bruchstellen ist.

Eine wichtige bei der Herstellung der lichtabsorbierenden Matrize zu erfüllende Bedingung ist die Unterbelichtung des Films. Je stärker die Unterbeiich· tung ist, desto stärker ist die Verkleinerung und desto größer die Gefahr einer schlechten Haftung. Im folgenden wird mit »R« der Durchmesser eines Matrixlochs und mit »A« 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 /?/4 = l,0 liefert. Als »Überbelichtung« gilt eine Belichtung, mit welcher ein Matrixloch größer als die zugeordnete Maskenöffnung wird. d. h. wenn R/A > 1,0. Als »Unterbelichtung« gilt eine Belichtung, mit welcher ein Matrixloch 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 Matrixloch wird als »Verkleinerungsmaß« bezeichnet. Die »Belichtung« ist die zum Belichten des Films herangezogene Lichtmenge. Im vorliegenden Zusammenhang ist der realtive Belichtungswert das Produkt aus dem relativen Wert der mittleren Helligkeit der beleuchteten Fläche und der

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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 Matrix 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 Matrix für eine einprozentige Belichtungsänderung an. Wenn der Empfindlichkeitsfaktor größer als 1,5 ist, wird die Qualität der Matrix schlecht d. h. sie wird fleckig und haftet nicht gut Durch diese Flecken erscheint der gesamte Schirm für einen Betrachter gesprenkelt denn sie sind die Folge von zufallsverteilten Unterschieden in der Menge des aufgebrachten lichtabsorbierenden Materials.

Die Dicke des lichtempfindlichen Films ist ein wesentlicher Faktor für die Belichtung und das Haftungsvermögen. Die Filmdicke läßt sich am besten durch Kontrolle der Viskosität des filmbildenden Materials regeln. Alle hier angegebenen Viskositätswer-

te bezichen sich auf 25⁰C. Eine zu hohe Viskosität für ein gewünschtes Verkleinerungsmaß hat eine schiechte Haftung zur Folge, Bei einer zu niedrigen Viskosität bilden sich Brücken zwischen den Punkten der Matrizerischablöne (Uriel zwischen den Löchern der Matrize), der Einfluß Von Rauhigkeiten und Unebenheiten <?er 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 mPa ■ s liegen, wobei für ein maximales Verkleinerungsmaß eine Viskosität von Il bis 12mPa · s am besten ist. Eine Viskosität von 9 bis 11 mPa ■ s ist ideal zur Herstellung einer Matrix mit einem Verkleinerungsmaß von 0,038 mm in der Mitte und von 0,076 mm in \6 den Ecken. Wenn der Film im Verlauf seiner Belichtung einer Flutbelichtung ausgesetzt wird, ist eine höhere Viskosität, vorzugsweise von !4 bis !5 :nPa · s, zweckmäßig. Gebräuchlich ist ein Viskositätabereich von 9 bis 3OmPa · s. Eine Flutbelichtung ist 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 nützlich 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.

J'ür kleinere Matrixlöcher liefert ein sehr dünner Film von etwa 0,10 mg/cm² die beste Haftung, die mit dem Verfahren bei maximalem Verkleinerungsmaß vereinbar ist. Bei größeren Matrixlöchern, 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 Films zwischen den Lichtflecken aushärten können. Brücken entstehen überall dort, wo ausgehärtete Punkte mit ausgehärtetem Filmmaterial in Verbindung stehen, so daß nachher benachbarte Matrixlöcher miteinander verbunden sind. Durch Erhöhung der Filmstärke auf etwa 0,20 bis 0,30 mg/cm² wird die Gefahr einer solchen Brückenbildung und Verformung der Löcher stark vermindert. Durch Verwendung einer konzentrierten Abstimmung für das Filmmalerial (Zusammensetzung II siehe unten) mit einer Viskosität von beispielsweise 2OmPa-S und darüber lassen sich Matrixlöcher von 0,394 mm Durchmesser in einem einzigen Film von 0,381 mm großen Maskenöffnungen erzielen, bevor die Brückenbildung und Gestaltsveränderung der Löcher zu einem Problem wird. Andererseits werden bei Verwendung der unten angegebenen Zusammensetzung I mit einer Viskosität von lOmPa-s und einer Filmstärke von 0,1 mg/cm² die Brückenbildung und die damit verbundenen Schwierigkeiten bei Matrizenlochgrößen von etwa 0356 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 Matrixlöcher (stärkstes Verkleine-

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50 fürigsmaß) bei gegebener Größe der Lichtquelle geschaffen werden sollen₍ wählt man 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 Wassersloffsupeiöxydbehandlüng schwer herausätzen. Das optimale Filmgewicht für ein maximales Verkletnerungsmaß beträgt etwa 0,10 mg/cm². Wenn Matrixlöcher mit den Maskenöffnungen nahe kommender Größe gewünscht werden (geringstes Verkleinerungsmaß), dann wird der dickste Film gewählt, der eine gute Haftung und Ausbreitung zuläßt und keine Flecken bringt. Dieses Filmgewicht liegt etwa bei 0.30 mg/cm^J und ist hinsichtlich der Brückenbildung und Lichtüberlappung am wenigsten problematisch. Wenn irgendwelche Zwischenwerte des Verkleinerungsmaßes gewünscht sind, dann wird eine dazwischenliegende FilmttärliP (7nsnmmensetzung III siehe unten) verwendet, so daß man sowohl eine gute Haftung als auch eine minimale Brückenbildung erhält. Die angegebenen Filmslärken (Filmgewichte) sind natürlich nur Beispiele und hängen im gewissen Grad von dem zur Bildung der Matrixlöcher verwendeten Fotolack ab. Das Prinzip der Auswahl der optimalen Filmstärke für ein gewünschtes Verkleinerungsmaß bleibt jedoch dasselbe, gleichgültig welche Filmzusammensetzung man zur Bildung der Matrixlöcher heranzieht.

Mit den nachfolgend angegebenen Zusammensetzungen für das Filmmaterial wurden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gute Negativtoleranz-Matrizen erhalten. Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozente. Die Zusammensetzung II wird für minimales Verkleinerungsmaß und die Zusammensetzung I für maximales Verkleinerungsmaß verwendet, während die Zusammensetzung III dann verwendet wird, wenn ein zwischen diesen Extremwerten liegendes Verkleinerungsmaß gewünscht ist.

Zusammensetzung I entspricht der Zusammensetzung II. jedoch mit dem Unterschied, daß 2961 g Wasser anstatt 1461 g zugegeben ist. Die Zusammensetzung i hat eine Viskosität von etwa lOmPa-s bei 25⁰C und iietert ein t-iimtrockengewichi von eiwaO.i mg/cm¹.

Zusammensetzung II: einer I0%igen Suspension von Titandioxyd TiC>2. die etwa 0,05% Natriumpyrophosphat Na₄P₂O₇-10 H₂O und den Rest Wasser enthält, werden unter Rühren die folgenden Zutaten in der angegebenen Reihenfolge beigegeben:

20,5 g 5%ige wäßrige Lösung eines Netzmittels; 1461 g Wasser: 1013 g 10%iger Polyvinylalkohol; 223 g 22,5%iger Acrylharz; 152 g 10%iges Natriumdichromat Na₂Cr₁-O₇-2 H₂O.

Die Zusammensetzung II hat eine Viskosität von etwa 3OmPa-S bei 25° C und liefert ein Filmtrockengewicht von etwa 0ß mg/cm² beim vorliegenden Ausführungsbeispiel.

Die Zusammensetzung III entspricht der Zusammensetzung II mit dem Unterschied, daß 1680 g Wasser anstatt 1461 g zugegeben sind. Diese Zusammensetzung III hat eine Viskosität von etwa 20 mPa-s bei 25° C und liefert ein Filmtrockengewicht von etwa 0,2 mg/cm².

Eine weitere wichtige Bedingung ist, daß die Lichtquelle 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 Matrix 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 Beligungserscheinungen das Verkleinerungsmaß, welches sich mit sehr kleinflächigen Lichtquellen erzielen läßt. Eine zu große Lichtquelle erlaubt ein höheres Verkleinerurigsmaß, jedoch ist die Polge darin ein fleckiger und ungleichmäßiger Schirm, weil das Verfahren in diesem Fall Übermäßig empfindlich gegenüber ungleichmäßigen Verfahrens- und Lichthausbedingungen ist.

Die grafischen Darstellungen gemäß den Fig. 2, 3 und 4 zeigen einige typische Beziehungen zwischen dem »Empfindlichkeitsfaktor« und dem Vcrkleinerungsmaß für verschiedene Belichtungsbedingungen bei der Herstellung von Ncgaiivloicranz-Matrizcn 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 gegenseitige Lochabstand im mittleren Maskenteil etwa 0,71 mm von Lochmitte zu Lochmitte beträgt.

Die F i g. 2, 3 und 4 wurden von der gleichen Bildschirm-Maskenanordnung aufgenommen. Jeder Bildschirm war in Quadranten aufgeteilt, deren jeder eine verschiedene Belichtungsdauer durch dasselbe Intensitätskontrollfilter erfuhr. Für Fi g. 2 betrugen die Belichtungszeiten 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 F i g. 4 Belichtungszeiten 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 zum Betrieb der Lampe im Lichthaus herangezogen wurde. Dieses Produkt liefert einen relativen Wert für die Belichtung. Nach Fertigstellung des Bildschirms wurden die Größen der Matrixlöcher gemessen und die relative Lochfläche der Matrix in iedem Ouadranten ausgerechnet. Dann wurden in einer grafischen Darstellung (nicht gezeigt) die Größe der Matrixlöcher 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 F i g. 2. 3 und 4 zu sehen ist) wurde der »Empfindlichkeitsfaktor« gegenüber dem Verkleinerungsmaß eingetragen. Der »Empfindlichkeitsfaktor« ist definiert als prozentuale Änderung der Matrixlochfläche für jeweils eine l°/oige Belichtungsänderung (= ^ο/οΔΑ/°/οΔΈ). Das Verkleinerungsmaß ist definiert als Differenz zwischen dem Durchmesser einer Maskenöffnung und dem Durchmesser eines Matrizenlochs.

F i g. 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 Filfri wurde hierbei aus einer Masse hergestellt, deren Viskosität etwa 20cps betrug und die etwa 6,6 Gewichtsprozent eines Natriumdichromat-Sensibilisators, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Polyvinylalkohol, 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 mPa-s betrug unH die etwa 6.6 Gewichtsprozent Natriumchromat, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen PolyvinylalkoFig.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/cm² verwendet wurde. Der Film wurde aus einer Masse hergestellt, deren Viskosität etwa 12 mPa-s betrug und die etwa 13,2 Gewichtsprozent Natriumdichromat. bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Polyvinylalkohols, enthielt.

In jeder der Fig. 2, 3 und 4 sind vier 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 μίτι erhalten werden können.

Da die Leuchtstoffpunkte eingebracht werden, nachdem die Matrize bereits gebildet ist, ist hierfür eine Verkleinerung als solche nicht nötig. Die Größe der Leuchtstoffpunkte muß jedoch kontrolliert werden, um ihre Überlappung in benachbarte Matrixlöcher zu vermeiden. Für die Leuchtstoffpunkte kann die Lichtfeldabstufung im Lichthaus zwischen 0,P' und ' 2 (Randhelligkeit durch Mittenhelligkeit) variieren. Für das Einbringen der Leuchtstoffelemente in die Matrixlöcher 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 Matrixlöchern zu 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 werden sie, wenn sie mittels der großen Maskenöffnungen gebildet werden, zu groß, so daß sie sich mit benachbarten Matrixlöchern überlappen. Brauchbarer sind Lichtquellen mit einem äquivalenten Durchmesser von etwa 2 bis 3,3 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fotografisches Verfahren zum Herstellen eines Bildschirms mit einzelnen Leuchtstoffelementen und einer Schwarzmatrix für eine Farbfernsehbildröhre, die eine von dem Bildschirm beabstandete Schattenmaske aufweist, wobei jedes Leuchtstoffelement einer bestimmten Öffnung in der Maske zugeordnet ist und kleiner als diese Öffnung ist, bei dem nacheinander folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

Auftragen eines Films aus einem polymeren Material, dessen Löslichkeit in einem bestimmten Lösungsmittel sich bei Belichtung vermindert;
Belichten des Films durch die Öffnungen der Maske; Entwickeln, wobei die nichtbelichteten Bereiche des Films durch das Lösungsmittel entfernt werden;
Auftragen eines Überzugs, welcher an der Schirm-Piäche haftet und lichtabsorbierende Partikel enthält, auf die stehengebliebenen Bereiche des Films und die freien Teile der Schirmfläche;
Entfernen mindestens eines Teils der stehengebliebenen Bereiche des Füms zusammen mit dem darüberliegenden Überzug, wobei der an der Schirmfläche haftende Überzug stehenbleibt:
Erzeugen von Leuchtstoffelementen an den freien Stellen der so erzeugten Schwarzmatrix;
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenmasse des rilms aus polymerem Material zwischen 0.1 und 0,3 mg/cm² liegt,

daß die Belichtung des Films durch Projektion von Licht aus einer kleinfiäc'ngep Lichtquelle erfolgt, deren äquivalenter Kreisdurchuiesser 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 mPa ■ shat.