DE2358945B2

DE2358945B2 - Verfahren zum photopraphischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einer Farbbildröhre

Info

Publication number: DE2358945B2
Application number: DE2358945A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Seneca Falls N.Y. Speigel (V.St.A.)
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1978-08-10
Also published as: FR2209204A1; US3822454A; FR2209204B3; DE2358945A1; CA1002367A; BE807946A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Farbbildröhren mit drei Elektronenkanonen haben bekanntlich gemusterte Leuchtschirmstrukturen, die aus sich wiederholenden Gruppen miteinander in Beziehung stehender Leuchtstoffelemente aufgebaut sind. Die Leuchtstoffelemente sind üblicherweise als Streifen oder Punkte ausgebildet, je nach der besonderen Art der in Betracht gezogenen Farbbildröhre. Beispielsweise bei der weitverbreiteten Schattenmasken-Bildröhrenkonstruktion ist das verwandte Farbleuchtschirmmuster meistens aus einer sehr großen Anzahl im wesentlichen runder oder länglicher Punkte zusammengesetzt, die aus ausgewählten kathodolumineszierenden Phosphoren gebildet sind, die bei Elektronenbeschuß primäre Farbtöne erzeugen, um das gewünschte Farbbild zu erzeugen. Die einzelnen Punkte, aus denen das Leuchtschirmmuster zusammengesetzt ist, sind häufig durch kleine Abstände voneinander getrennt. Dem Leuchtschirm ist eine Schattenmaske mit vielen öffnungen in vorbestimmter Ausrichtung in geringem Abstand zugeordnet. Jede der öffnungen darin, die im wesentlichen rund oder länglich gestaltet sind, ist einer spezifischen Gruppe ähnlich geformter Phosphorpunkte zugeordnet.

Eine verbesserte Helligkeit und verbesserter Kontrast des farbigen Leuchtschirmbildes ist mit einer Multiplex-Leuchtschirmstruktur erzielt worden, bei der die Phosphorpunkte durch ein Gitterwerk aus lichtundurchlässigem, lichtabsorbierenden Material voneinander getrennt sind.

Dieses Gitterwerk wird entweder vor oder nach dem Herstellen der Phosphorpunkte auf verschiedene bekannte Weise hergestellt, wobei bekannte Lichtdruckverfahren eine vorherrschende Rolle spielen. Es hat sich gezeigt, daß eine weitere Verbesserung der Bildröhrenmerkmale realisiert werden kann, indem die jeweils mit Phosphor bedecketen Öffnungen des Gitterwerks etwas kleiner sind als die Öffnungen in der zugehörigen Schattenmaske. Diese Beziehung zwischen den Größen der öffnungen des Gitterwerks und der Maske wird in der Technik als »negatives Schutzband« und der Leuchtschirm als Leuchtschirm mit »Fensterbegrenzung« bezeichnet. Bei dieser Art von Leuchtschirmkonstruktion füllt die erregte Phosphorfläche, wenn ein durch die öffnung in der Maske bemessener Elektronenstrahl auf einen Phosphorpunkt auftrifft, die zugehörige Fensterfläche vollkommen mit einer Iumineszierenden Färbung aus.

Verschiedene Verfahren sind angewandt worden, um eine gemusterte Multiplex-Farbleuchtschirmstruktur mit Fensterbegrenzung herzustellen, bei der die Öffnungen im lichtundurchlässigen Gitterwerk kleiner sind als die entsprechenden öffnungen in der Schattenmaske, die anschließend in der betriebsfertigen Bildröhre verwendet wird. Eines dieser Verfahren führt zur sogenannten »Schwarz-Matrix-Röhre«. Der Stand der Technik umfaßt eine Vielzahl von Verfahren zum Abwandeln der Größe der öffnungen in Schattenmasken zur Verwendung beim Herstellen von Leuchtschirmstrukturen. Bei einigen Lösungen

wird die Änderung der Öffnungen durch Niederschlag innerhalb des Umfangs der öffnungen beispielsweise durch Anstreichen, Eintauchen, durch Elektrophorese, Elektroplattieren und Aufdampfen augebrachte Ausfüllsubstanzen ausgeführt. Mit dem aus der US-PS

_b5 3070441 bekannten kataphoretischen Überzugsverfahren und der entsprechenden Vorrichtung wird eine metallisierte, gekrümmte Glasplatte, die als Anode dient,zum Niederschlageines Überzugs z. B. aus AIu-

miniumoxid auf einer mit öffnungen versehenen Maske angewandt. Als Glasplatte kann die Frontglasplatte verwendet werden, die sich durch Form und Größe dafür anbietet. Ihr metallischer Belag kann z. B. aus Kupfer bestehen. Bei dieser Art von Vorrichtung haben sich Schwierigkeiten im Hinhalten einer gleichmäßigen Übergangssuspension gezeigt. Ferner ist das anschließende Entfernen des lichtundurchlässigen Aluminiumoxidmaterials schwierig, und es können kleine Teilchen zurückbleiben, die für die Qualität der fertigen Bildröhre schädlich sein können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das die Öffnungen einer Farbauswahlelektrode vorübergehend verkleinert werden können, damit diese als Maske bei einem Photodruckverfahren zur Herstellung der Leuchtschirmstruktur für den Bildschirm einer Farbbildröhre verwendet werden kann, wobei dieser Überzug leicht und vollständig zu entfernen sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung folgen aus den weiteren Ansprüchen.

Es ist so möglich, die Maskenöffnungen vorübergehend bequem und exakt so weit zu verkleinern, wie es für den Photodruck der Schwarz-Maske auf dem Frontglas erforderlich ist. Wichtig ist, daß das Überzugsmaterial UV-Strahlung von im wesentlichen 340 bis 380 mm absorbiert. Auf diese Weise ist es möglich, eine Schwarz-Maske mit kleineren, mit Phosphor ausgefüllten Öffnungen herzustellen, als es die Öffnungen im Lochmaskenmaterial der Farbauswahlelektrode an sich sind.

Für dieses Verfahren zum Herstellen des Überzugs geeignete Vorrichtungen sind der nicht vorveröffentlichten DT-AS 2359005 zu entnehmen.

Bei der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum elektrophoretischen Beschichten der Maske,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Masken-Schirm-Anoirdnung während des die reduzierten öffnungen benutzenden Belichtungsvorgangs zum Photodruck der Schattenmaske auf dem Schirm, der sogenannten »Black Matrix«.

Während die folgende Beschreibung in erstei Linie auf ein Beispiel einer Bildröhre, in der eine Schattenmasken-Leuchtschirm-Anordnung mit Fensterbegrenzung verwendet ist, und auf ein Verfahren zur Röhrenherstellung gerichtet ist, ist der Gedanke, zeitweilig abgewandelte öffnungen bei der Schaffung des Leuchtschirms auszunutzen, auch für Bildröhren anwendbar, in denen eine Focusmasken-Leuchtschirm-Struktur verwendet ist.

Die Maske wird vor Anwendung dieses Verfahrens einer bekannten Wärmelbehandlung in gesteuerter Atmosphäre ausgesetzt, um auf der Innenfläche und der Außenfläche einen hier nicht gezeigten dunklen Überzug zu schaffen, der ein Gemisch aus Eisenoxiden aufweist. Es ist üblicherweise erwünscht, einen solchen dunklen Überzug zur Verwendung in der fertigen Bildröhre beizubehalten, um die Leistungsfähigkeit und Gleichmäßigkeit der durch Elektronenbeschuß in der Schattenmaske induzierten Wärmestrahlung zu fördern.

Die Lochmaske hat, wie Fig. 2 zeigt, den Öffnungsdurchmesser »e«, der im Größenbereich von ü,37 mm liegt. Die zeitweilige Verkleinerung der Öffnungsdurchmesser erreicht man durch Aufbringen eines ersten Überzugs um 0,038 bis 0,064 mm. Der Überzug hat die Form mindestens einer gleichmäßig angebrachten, im wesentlichen halbporösen Beschichtung mit einem besonderen Teilchenmaterial, das durch elektrophoretischen Niederschlag aufgebracht ist. Es ist sehr wichtig, daß das Überzugsmate-IU rial UV-Licht absorbiert, denn dadurch werden schädliche Reflexionen aktinischer Strahlung verhindert und gute Steuerung der Größe und eine scharfe Abgrenzung des entstehenden Musters erreicht. Darüber hinaus hat der Überzugsstol'f die chemische Eigenschaft, in einer leicht zu entferndenden Substanz löslich zu sein, die für das Maskenmaterial nicht zerstörerisch ist. Der Überzug besteht aus sehr kleinen Teilchen von im wesentlichen Zinkoxid, Titandioxid oder einem Gemisch aus Zinkoxid und Titandioxid. Zinkoxid wird beim Verfahren bevorzugt, da es die Eigenschaft hat, in Essigsäure ohne weiteres löslich zu sein. Eine Suspension von Titandioxid ist zwar lange Zeit beständig, ein daraus allein hergestellter Überzug ist aber nicht nennenswert löslich in einer schwachen Essigsäurelösung. Deshalb sollte in einem Überzug genügend Zinkoxid vorhanden sein, um die anschließende Entfernung zu gewährleisten. Zwei Verfahren, bei denen Titandioxid verwendet wird, können angegeben werden:

jo 1. Elektrophoretisches Aufbringen einer 1. Schicht aus Zinkoxid aus einer Zinkoxidsuspension, gefolgt vom elektrophoretischen Aufbringen einer 2. Schicht darüber aus Titandioxid aus einer im wesentlichen aus Titandioxid bestehenden Sus-J-) pension. Beim späteren Auflösen oder Entfernen

der 1. Schicht mit Essigsäure wird die darüber! iegende 2. Schicht aus Titandioxid mit weggenommen.

2. Elektrophoretisches Aufbringen eines zusammengesetzten Überzuges aus einer Suspension, die ein Gemisch aus Zinkoxid und bis zu 40 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe Titandioxid enthält. Beim anschließenden Auflösen des Zinkoxidbestandteiles wird gleichfalls das dazugehörige Titandioxid entfernt.
Die Flüssigkeit der Suspension besteht aus einem C|-C₂ monohydratischen Alkohol wie Methanol und/oder Aethanol kombiniert mit: einem C₃-C₅ monohydratischen Alkohol wie Propyl-, Butyl- oder Amylalkohol oder Gemischen derselben mit einem geringen Zusatz an Aluminiumnitrat, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Beispielsweise kann die Suspension folgende Zusammensetzung haben:

einen C₁-C₂ mono-

hydratischen Alkohol 100 bis 800 cm'

einen C₃-C₅ monohydratischen Alkohol 200 bis 900 cm'
Wasser 10 bis 80 cm¹
suspendierte Feststoffe 5 bis 20 g
bo Aluminiumnitrat 0,1 bis 0,2 g

Die suspendierten Feststoff-Teilchen haben eine Größe unter einem μπι und haben eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von ca. 0,10 bis 0,20 μίτι. Die obere Grenze der Teilchengröße sollte 5,0 μπι nicht wesentlich übersteigen.

Eine erste Überzugsdicke aus derartigen Stoffen erbringt eine wirksame Verringerung der Größe der öffnung 55 von beispielsweise 0,37 mm auf eine redu-

zierte Abmessung von 0,31 bis 0,33 mm.

Das Aufbringen des vorübergehenden Überzuges auf die gewölbte und geformte Lochmaske erfolgt vor dem Herstellen der multiplexen Leuchtschirmstruktur. Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine bevorzugte clektrophoretische Überzugsvorrichtung ■ 71 für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. Eine Schattenmaske 73 mit einem gewölbten Lochblendenglied 75, das längs des Umfanges an einer rahmenartigen Verstärkungsein- ι ο richtung 77 befestigt ist, wird umgekehrt so angeordnet, daß nur die Lochmaske 75 in das Elektrophoresebad einer ersten Überzugssuspension 79 eingetaucht ist. Eine Vielzahl von stützenden Einrichtungen 81, die im Abstand voneinander um den Maskenrahmen 77 befestigt sind, wirken mit nasenartigen Vorsprüngen 83 zusammen, die sich von einer Maskenhalteeinrichtung 85 erstrecken. Diese teilweise gezeigte Maskenhalteeinrichtung ist so konstruiert, daß sie die Maske in senkrechter, vorherbestimmter Weise so bewegt, um das Eintauchen und Herausnehmen der gewölbten Lochmaske 75 in die Elektrophoresesuspension 79 und aus ihr heraus mit Hilfe einer hier nicht gezeigten Betätigungseinrichtung zu bewirken. Die Überzugssuspension ist in einem nichtleitenden Flüssigkeitsbehälter 87 aufgenommen, der so tief ist, daß er eine geformte, perforierte Elektrode 89 aufnimmt, die an den Kanten von einem Umfangsrahmen 91 abgestützt ist, der in bestimmtem Abstand zum Boden 93 des Überzugsbadbehälters angeordnet ist. Die perforierte Elektrode, die aus einem Siebaufbau oder einer Struktur mit einer Vielzahl von öffnungen besteht, ist in ihrem Profil ähnlich dem gewölbten Lochblendenglied 75 der Maske geformt, mit dem sie in Abstandbeziehung steht, wenn die Maske in die Überzugssuspension 79 eingetaucht ist. Elektrische Anschlüsse 97 und 99 von einer Gleichstromquelle 101 sind über eine Schalteinrichtung 103 mit der Elektrode durch entsprechende Anschlüsse 89 und die Maske 73 verbunden. Bei dem gezeigten Beispiel ist die perforierte Elektrode 89 die Anode und die Maske 73 die Katode.

Ein Vorrat der ersten Überzugssuspension 79 ist in einem Behälter 105 enthalten, in dem eine Rühreinrichtung 107 die Homogenität der Suspension beibehält, die Agglomerate aufbricht und das Zirkulieren der Suspension fördert. Eine Ventileinrichtung 109 reguliert die Strömung der Überzugssuspension aus dem Behälter durch die Rohrleitung 111 zum Überzugsbehälter 87 der Vorrichtung. Innerhalb des Behälters sind mehrere im Abstand voneinander liegende Rühreinrichtungen 113, beispielsweise Ultraschall-, Mechanik- oder Fluidvibratoren angeordnet, die zum Beibehalten der Suspension betätigt werden und die Strömung der suspendierten Teilchen durch die perforierte Elektrode beschleunigen. Einige im Abstand voneinander liegende Ausströmeinrichtungen 115, von denen eine gezeigt ist, halten den Spiegel der Suspension im Behälter aufrecht und führen in einen Sammelbehälter 116 ab.

Das Überzugsverfahren wird so ausgeführt, daß die gewölbte Lochmaske 75 umgekehrt bis zu einer vorbestimmten Tiefe im Abstand zu der oben beschriebenen perforierten Elektrode 89, beispielsweise einem Abstand im Größenbereich von 12,7 mm bis 25,4 mm b5 im ersten Überzugsbad 79 angeordnet wird. Eine Bewegungwird ausgelöst und innerhalb des Elektrophoresebades durch Aktivierung der vielfachen Rühreinrichtung 113 beibehalten. Dann wird die Gleichstromquelle 110 durch eine Schalteinrichtung betätigt um ein elektrisches Potential von beispielsweise 10( bis 200 V anzulegen, um einen Beschichtungsstrorr von ausreichender Stärke, beispielsweise 2 A, zwischen der Maske 73 als Katode und der Elektrode 89 als Anode zu erzeugen, wobei die Spannung vor dem Abstand zwischen den Elektroden, zwischer Anode und Katode, abhängt. In 1 bis 2 Minuten wire ein halbporöser kataphoretischer Niederschlag vor 0,025 bis 0,038 mm Dicke auf der Lochmaske erzeugt der die Größe der öffnungen darin reduziert. Nach dem Abschalten der Gleichstromzufuhr wird die Maske senkrecht durch ziemlich rasche Herausnahme aus der Überzugssuspension entfernt, woraufhin die Maske mit der Wölbung nach oben umgedreht wird damit der restliche flüssige Überzug sich einebner oder gleichmäßig darüber verteilen kann. Die Maske wird dann in beliebiger Ausrichtung getrocknet. Es hat sich als günstig erwiesen, eine zweite oder wiederholte Beschichtung mit dem ersten Überzugsmateria vorzunehmen, um den gewünschten Überzugsaufbai zu erreichen und die Abmessungen der öffnunger weiter zu reduzieren. Aufeinanderfolgende Beschichtungen eines verhältnismäßig dünnen Überzugsniederschlags, beispielsweise 0,25 mm, erzeugen einen zusammengesetzten ersten Überzug, der weniger zui Rißbildung neigt und einen Überzug, in dem geringfügige Unregelmäßigkeiten geglättet und auf ein Minimum gebracht werden.

Das Verhältnis zwischen der Dicke des Maskenüberzugs und dem Abstand zwischen Anode und Katode ist ein wichtiger Gesichtspunkt während des elektrophoretischen Überzugsverfahrens. Bei konstantem Uberzugspotential schwankt die Stromdichte entsprechend dem Abstand zwischen den Elektroden je näher die Elektroden einander sind, um so dickei der Überzug. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 in dei als Beispiel voneinander getrennte öffnungssteller »x« und »w« markiert sind, ist der Abstand von der Katode zur Anode bei »jr« größer als bei »tv«, deshalb ist die Dicke der Überzugsbeschichtung an der Stelle »jf« weniger als die Überzugsdicke bei »w«. Da die Dicke der überzogenen Maske eine zunehmende Dicke »x« nach »w« verweist, zeigt das Gefälle dei Öffnungsabmessungen eine graduelle Größenabnahme. Auf diese Weise kann, wenn das gewünscht wird, ein Überzugsgefälle auf der Maske in vorherbestimmter Weise durch den Abstand zwischen den Elektroden erzielt werden, der durch die bestimmte Gestaltung der perforierten Elektrode 89 bewirkt ist

In Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt eines Teils dei Masken-Leuchtschirmanordnung 49 gezeigt, bei dei die mit einem Überzug versehene, zeitweilig abgewandelte Maske 51 zur Verwendung bei der photo drucktechnischen Herstellung des Stegmusters mi Fenstern der Farbleuchtschirmstruktur angeordnet ist. Die Innenfläche der Frontglasplatte 17, die mi einem im wesentlichen klaren, lichtempfindlicher Überzug 63 überzogen worden ist, beispielsweise be einem Bichromat-Polyvinylalkohol, ist im wesentlichen aktinischem Licht 65 von einer gesondert angeordneten, nicht gezeigten Quelle ausgesetzt, das durch die zeitweilig abgewandelten öffnungen 55 dei in ihre Lage gebrachten Schattenmaske 51 strahlt, Ir denjenigen lichtempfindlichen Flächen oder Orten 67 auf die aktinische Strahlung auftrifft, wird die betroffene Fläche des sensitivierten Überzugs 63 durch Lieh

polymerisiert als Ort 67, eines Musters mit der Abmessung »m«, die im direkten Verhältnis zur Abmessung »«« des Lichtstrahles steht, d. h. ihr entspricht, der durch die reduzierte Öffnung 55 bemessen ist. Dieser polymerisierte Ort 67 wird anschließend ein Fenster im lichtundurchlässigen Stegmuster der Leuchtschinnstruktur. Der belichtete Ort 67 wird beispielsweise durch Spülen im Wasser entwickelt, um den nicht belichteten Polyvinylalkohol zu entfernen, wodurch ein negatives Stegmuster aus im wesentlichen blankem Glas geschaffen wird, das die Gitterabstände zwischen den im wesentlichen klaren polymerisierten Musterelementen bestimmt.

Der Niederschlag des Phosphormusters erfolgt mit herkömmlichen Mitteln, beispielsweise unter Anwendung aktinischer Belichtung 65 eines lichtempfindlich gemachten Polyvinylaikohols und zugehörigen Phos-

phormaterials, wobei die zeitweilig überzogene Maske als Belichtungsblende bei der Schaffung der Anordnung auf den entsprechenden polymerisierten Phosphorflächen verwendet wird. Durch das Entfernen des abgeschatteten, nicht polymerisierten Materials durch einen Flüssigkeitsentwicklungsschritt wird ein Leuchtschirm mit Fensterbegrenzung geschaffen.

Nachdem die Leuchtschinnstruktur erzeugt ist, wird der vorübergehende Überzug 56 aus Zinkoxid

ίο von der Maske durch Eintauchen des überzogenen Teils in ein Bad von 10 bis 20%iger Essigsäure entfernt. Die Essigsäure macht das Zinkoxid ohne weiteres löslich, so daß ein wasserlösliches Zinkacetat geschaffen wird, das als Lösung abgeführt wird. Auf die Säurebehandlung folgen Wasser- und Alkoholspülungen, woraufhin die Maske getrocknet wird und dann zur anschließenden Verwendung fertig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum photographischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einer Farbbildröhre, bei dem als Maske zum Drucken die Farbauswahlelektrode verwendet wird, wobei auf dieser für den Druckvorgang vorübergehend auf elektrophoretischem Wege ein Überzug aufgetragen wird, der die öffnungen der Maske verkleinert, und dieser Überzug anschließend wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (57) aus Zinkoxid und/oder Titandioxid besteht, und daß zum Entfernen des Überzugs (57) von der Maske (51) Essigsäure verwendet wird.

2. Verfahren zum photographischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einer Farbbildröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen des Überzugs Essigsäure in einer Konzentration von 10 bis 20% verwendet wird.

3. Verfahren zum photographischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einer Farbbildröhre gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Überzugs zunächst elektrophoretisch eine erste Schicht aus Zinkoxid aufgebracht wird und dann in einem weiteren Arbeitsgang eine zweite Schicht aus Titandioxid ebenfalls elektrophoretisch aufgebracht wird.

4. Verfahren zum photographischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einer Farbbildröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Suspension, die ein Gemisch von Zinkoxid und Titandioxid enthält, elektrophoretisch hergestellt wird, wobei nicht mehr als 40 Gewichtsprozente der Gesamtmenge der Feststoffe Titandioxid sind.

5. Verfahren zum photogi aphischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einer Farbbildröhre gemäß den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrophoretische Überzug (57) in zwei oder mehr Arbeitsgängen aufeinanderfolgend bis zur Erzielung der gewünschten Abmessungen der Maskenöffnungen (55) aufgebracht wird.

6. Verfahren zum photographischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einer Farbbildröhre gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen des Überzugs (57) die Maske (51) in Essigsäure getaucht wird, und daß anschließend Wasser- und Alkoholspülungen folgen.

7. Verfahren zum photographischen Drucken der Schirmstruktur eines Bildschirms einqc Farbbildröhre gemäß Anspruch 1 und einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (57) hauptsächlich aus Zinkoxid besteht.