DE2419666A1

DE2419666A1 - Farbbildroehre und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2419666A1
Application number: DE2419666A
Authority: DE
Inventors: George D Dimmick; Himanshu M Patel
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1974-11-21
Also published as: JPS5015477A; CA1000339A; AU6701574A; US3890527A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

•Düsseldorf, 18. Apr. 1974

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Farbbildröhre und Verfahren
zu deren Herstellung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Farbbildröhren, die eine Vielzahl in einem Leuchtschirm vorgesehener Wiedergabeelemente oder Leuchtstoffenster sowie eine die Leuchtstoff-Wiedergabeelemente umgebende lichtabsorbierende Matrix-Beschichtung aufweisen. Diese Matrix oder das lichtabsorbierende Material, wodurch die Leuchtstoff-Wiedergabeelemente umgeben werden, ist in der Industrie zur Standardausführung geworden. Die Elemente einer solchen Farbbildröhre sind allgemein bekannt und umfassen einen Leuchtschirm mit einer Vielzahl in Form von Triaden oder Tripein angeordneter Leuchtstoffenster, wobei einzelne Leuchtstoffe die drei die Triadenanordnung bildenden Grundfarben repräsentieren und die Triadenanordnung durch ein opakes lichtabsorbierendes Material umgeben ist, durch das die Kontrastwirkung der Leuchtstoffenster stark verbessert wird. Eine Schattenmaske mit im Verhältnis zu den Leuchtstoffenstern des Leuchtschirms ausgerichteten öffnungen gewährleistet, daß der mit einem bestimmten Grundfarben-Leuchtstoff material zur Deckung zu bringende Elektronenstrahl nur auf das Grundfarben-Leuchtstoffenster einwirken kann, auf das er gerichtet ist. Das das Leuchtstoffenster umgebende opake Matrixmaterial kann einem zusätzlichen Zweck dienen, zu absorbieren oder als Auftreffbereich für einen verbreiterten

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Elektronenstrahl wirken, der das Leuchtstoffenster überschreitet.

Es hat sich allgemein als Praxis eingeführt, das Leuchtstoffenster so auszulegen, daß es kleiner als der Durchmesser des auftreffenden Elektronenstrahls ist. Das wird als negativer Sicherheitsstreifen-Aufbau bezeichnet, wobei die gesamte Leuchtstoffenster-Fläche bei der Lichtausbeute wirksam ausgewertet wird. Der ümfangsbereich des Elektronenstrahls, der über den Durchmesser des Leuchtstofffensters hinausreicht, wird durch die opake umgebende Matrix absorbiert.

Es ist bekannt, daß die Steuerung des Auftreffens des Elektronenstrahls in den ümfangsbereichen des Farbbildröhren-Leuchtschirms schwieriger als im mittleren Bereich des Leuchtschirms ist. Das hat seine Ursache in der größeren Weglänge sowie anderen Fokussierungs-Beschränkungen. Bei der Herstellung von Farbbildröhren ' mit negativem Sicherheitsstreifen hat es sich eingebürgert, sowohl für den mittleren Bereich als auch für. die ümf angsbareiche des Leuchtschirms einen negativen Sicherheitsstreifen vorzusehen. Dies war aufgrund der Komplexität und der Schwierigkeit des Herstellungsprozesses notwendig.

Eine Farbbildröhre mit hermetisch abgedichtetem Kolben, einer Leuchtschirm-Frontplatte mit einer Vielzahl von opakem Material umgebener Leuchtstoffenster, einem Elektronenstrahlerzeugungssystem zur Aussendung eines Elektronenstrahls zu dem Leuchtschirm, einer in Nähe des Leuchtschirms zwischen dem Leuchtschirm und dem Elektronenstrahlerzeugersystem angeordneten Schattenmaske, die eine Vielzahl mit den Leuchtstoffenstern des Leuchtschirms ausgerichteter Öffnungen hat, wobei die öffnunga^fler Schattenmaske im mittleren Bereich der Schattenmaske etwas größer als die Öffnungen im verbleibenden Umfangsbereich der Schattenmaske sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstofffensterflache für die mittleren Bereiche des Leuchtschirms größer als die Fläche der ini Verhältnis dazu ausgerichteten Öffnungen der Schattenmaske und annähernd cj.eich der Fläche des den mittleren Bereich des Leuchtschirms beaufschlagenden Elektronenstrahls ist,

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die Fläche des Leuchtstoffansters des Umfangsbereiches des Leuchtschirms dagegen geringer als die Fläche der im Verhältnis dazu· ausgerichteten Öffnung der Schattenmaske ist.

Ein zur Herstellung eines Leuchtschirms einer vorstehend erwähnten Farbbildröhre besonders geeignetes Verfahren ist in Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche einer Frontplatte mit einem Film, aus Sensibilisatormaterial und durch Bestrahlung unlöslich werdendem polymerem Material beschichtet; zwischen einer Bestrahlungsquelle und der beschichteten Frontplatte eine Schattenmaske, die einen mittleren Bereich hat, in dem die Fläche der öffnungen etwas größer als die Fläche der öffnungen für den übrigen ümfangsbereich der Schattenmaske ist, ausgerichtet; und zwischen der Strahlungsquelle und der Schattenmaske eine Beschattungsplatte angeordnet wird, die einen den mittleren Bereichen der Schattenmaske und der Frontplatte entsprechenden mittleren Bereich hat, dessen Durchlässigkeit gegenüber dem ümfangsbereich im Verhältnis 0,5 bis 0,6 verringert ist, so daß sich ein Mittelbereich-ZKantenbereich-Lichtverhältnis auf der Frontplatte von etwa 1/0,75 ergibt und somit eine Matrix unlöslicher Gebiete gebildet wird, die im mittleren Bereich des Leuchtschirms eine größere, im ümfangsbereich des Leuchtschirms dagegen eine kleinere Fläche als die im Verhältnis dazu ausgerichteten Masken-Öffnungen haben; und daß die löslichen Gebiete der Beschichtung entfernt und durch inertes, opakes Material ersetzt, ferner die unlöslichen Gebiete chemisch entfernt werden und zur Bildung der Leuchtetoffenster Leuchtstoffmaterial auf das freigelegte Material aufgebracht wird.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren lehnt sich dabei an das grundlegende Photoresist-Verfahren mit negativem Sicherheitsstreifen an, um in opaker Weise umgebende Fenster auf die Leuchtschirm-Fläche aufzudrucken, jedoch wird es durch die Einschaltung einer Beschattungsplatte sorgfältig kontrollierter Durchlässigkeit modifiziert, die in dem Lichtgehäuse zwischen der Lichtquelle und dem Leuchtschirm angeordnet wird.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer Farbbildröhre nach der Erfindung;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt, der die Zuordnung der Schattenmaske zum Leuchtschirm erkennen läßt;

Fig. 3 schematisch eine Teilwiedergabe einer Lichtgehäuseanordnung, wie sie bei Verwirklichung des Verfahrens nach der Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine Wiedergabe des mittleren Bereichs des Farbbildröhren-Leuchtschirms; und

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab eine Wiedergabe eines ümfangsbereichs des Farbbildröhren-Leuchtschirms.

Im einzelnen läßt Fig. 1 eine Farbbildröhre erkennen, wie sie für die vorliegende Erfindung typisch ist. Diese Farbbildröhre oder Kathodenstrahlröhre weist einen hermetisch abgedichteten Kolben mit einem Halsabschnitt 12, einem Trichterabschnitt 14 sowie einer Frontplatte 16 auf. In dem Kolben 10 sind Elektronenstrahler zeuger systeme 17, 18 und 19 angeordnet, die im Betrieb jeweils mit Primärfarben-Videoinformation moduliert werden. An der Innenfläche 22 der Frontplatte 16 ist ein Leuchtschirm 20 vorgesehen. In L'iähe dieses Leuchtschirms 20, jedoch im Abstand davon, ist zwischen den ElektronenstrahlerZeugersystemen 17, 18, 19 und dem Leuchtschirm eine Schattenmaske 24 angeordnet. Die Schattenmaske und der Leuchtschirm sind mit Fig. 2 in vergrößertem Maßstab weiter ins einzelne gehend teilweise wiedergegeben. Durch die Schattenmaske 24 erstreckt sich eine Vielzahl öffnungen 26, die jeweils im Verhältnis zu einem bestimmten Leuchtstoff-Wiedergabeelement oder Leuchtstoffenster 28 ausgerichtet sind. Die Leuchtstoff ens ter 28 sind triaden- oder tripelartig angeordnet, so daß

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ein Leuchtstoffenster 28 B mit blauem Leuchtstoffmaterial, ein Leuchtstoffenster 28 R mit rotem Leuchtstoffmaterial sowie ein Leuchtstoffenster 28 G mit grünem Leuchtstoffmaterial vorhanden sind. Der Elektronenstrahlverlauf ist in den Fig. 1 und 2 allgemein mit gestrichelten bzw. strichpunktierten Linien angedeutet. Ein lichtabsorbierendes Material 30- umgibt die einzelnen Leuchtstof fenster 28. Eine dünne leitende Beschichtung 32 wie Aluminium überdeckt typischerweise den gesamten Leuchtschirm 20.

Mit Fig. 3 ist schematisch eine typische Lichtgehäuseanordnung wiedergegeben, wie sie bei der Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens Verwendung findet, um den Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre mit Leuchtstoffpunkten zu bedrucken. Die Frontplatte 16 und die Schattenmaske 24 der Fig. 3 sind der Einfachheit halber als ebene Elemente wiedergegeben, die in der Praxis jedoch gekrümmt ausgebildet sind. Die grundlegende Lichtgetäuseanordnung 34 weist ein im wesentlichen lichtdichtes Gehäuse 36 auf, wie das mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. Eine Strahlungsquelle 38 wird typischer- und vorzugsweise von einer UV-Lichtquelle wie einer Hochdruck-Quecksilberlampe gebildet. Ein Lichtkonzentrator 42 sorgt dafür, daß in Verbindung mit dem Fotodruckverfahren eine punktförmige Lichtquelle sehr kleinen Durchmessers zur Verfügung steht. Der Lichtkonzentrator 42 läuft zu einer Spitze 44 zusammen, die sich durch eine Lichtabschirmung 41 hindurch erstreckt. Eine Beschattungsplatte 46 mit sorgfältig kontrollierter Durchlässigkeit befindet sich zwischen der Lichtquelle und dem Leuchtschirm, Zwischen der Beschattungsplatte 46 und dem Leuchtschirm ist eine plankonkave Linse 48 angeordnet, um das Licht-Bild in allgemein bekannter Weise zu fokussieren. Das grundlegende Verfahren zum Aufbringen des Leuchtschirms wird ausführlicher in der US-PS 3 712 815 beschrieben.

Weiter ins einzelne gehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschirms, wobei die Leuchtstoffenster eine kleinere

*LUf die

Fläche als der anregende Elektronenstrahl heben, in der 86

^* beschrieben. Auf den Inhalt dieser Patentanmel-

nachträglich geändert

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dung wird in Verbindung mit der -vorliegenden Anmeldung ausdrücklich Bezug genommen. Die grundlegende Lehre dieser Patentanmeldung geht dahin, daß zum "Aufdrucken" eines Leucht-/fensters mit einer Fläche, die kleiner als die Öffnung der Fotobelichtungsmaske ist, es notwendig ist, eine Lichtquelle kleiner Fläche zu verwenden, die einen verhältnismäßig schwachen Lichtstrom liefert, und daß ein polares Additiv zur Förderung von Chromä^-Ionenwanderung in der zu belichtenden Polymerbeschichtung zu verwenden ist. Die Lichtquelle soll kleiner als etwa 3,8 mm sein, und der Wert des Bestrahlungs-Lichtstroms beträgt etwa 10-15% der Werte nach dem Stand der Technik. Das polare Additiv ist vorzugsweise n-Methy1-2-Pyrrolidon oder 2-Pyrrolidon. Die vorliegende Erfindung stellt gegenüber dem vorerwähnten Verfahren eine Verbesserung dar, wonach in einer einzigen Behandlungs-Belichtung Leuchtstoff enster, die die Masken-Öffnungen übersteigen, in dem mittleren Leuchtschirm-Gebiet vorgesehen werden, während die Leuchtstoffenster für den Umfangs-Bereich eine kleinere Fläche als die' entsprechenden Masken-Öffnungen haben.

Erfindungsgemäß soll ein Leuchtschirmaufbau geschaffen werden, bei dem die Zuordnung der Leuchtstoffenster-Durchmesser zu den Durchmessern der im Verhältnis dazu ausgerichteten Maskenöffnungen über das Gebiet des Leuchtschirms verändert wird. Um dies zu erreichen, wird eine Beschattungsplatte 46 mit einer sorgfältig kontrollierten, die Durchlässigkeit verringernden Beschichtung 50 vorgesehen. Diese Beschichtung 50 kann von einer dünnen Chrom-Metallschicht gebildet sein, die für den mittleren Bereich, d.h. einen Bereich von etwa 5 cm Durchmesser, der Beschattungsplatte 46 zwischen 50 und 60% lichtdurchlässig ist, d.h., das Durchlässigkeitsverhältnis zwischen Mittelbereich und Kantenbereich beträgt etwa 0,5 bis 0,6. Danach steigt die Durchlässigkeit der Beschattungsplatte linear auf etwa 95% Durchlässigkeit im Kantenbereich der Beschattungsplatte an. Während des Belichtüngsvorganges, bei dem die Leuchtstoffenster auf den Leuchtschirm aufgebracht werden, ist somit das Lichtverhältnis zwischen auf den Mittelbereich der Frontplatte und auf den Kantenbereich der Frontplatte fallendem Licht etwa 1 bis 0,75. Das entspricht einer

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gegenüber dem Verfahren nach der vorerwähnten schwebenden Patentanmeldung erhöhten Lichtempfindlichkeit im mittleren Bereich des Bildschirms. Die Wirkung der Erhöhung der Durchlässigkeit vom mittleren Bereich der Beschattungsplatte zum Randbereich hin besteht darin, auf dem Schirm ein Leuchtstoffenster zu erzeugen, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der zugeordneten Öffnung im mittleren Bereich des Leuchtschirms ist. Die Zunahme des den mittleren Bereich beaufschlagenden Lichtstroms erhöht die Fotoreaktion, durch die die polymere Lage bei der Belichtung in der Lichtgehäuseanordnung unter Bildung der Grundmatrix unlöslich gemacht wird. So wird der Durchmesser der Fenster genau überwacht.

Entsprechend einem praktischen Ausführungsbeispiel kann für eine Masken-Öffnung von 368aj (14,5 mil) für den mittleren Bereich der Schattenmaske der Leuchtstoffenster-Durchmesser etwa 381 - 407 ai (15 - 16 mil) betragen, so daß der Durchmesser der Maskenöffnung um etwa 10% überschritten wird. Es versteht sich, daß der Elektronenstrahl nach dem Durchtritt durch die Massenöffnung divergiert und sich auf etwa 407 ai (16 mil) erweitert hat, wenn er auf das Leuchtstoffenster auftrifft. Die Leuchtschirm-Helligkeit wird somit im mittleren Bereich des Leuchtschirms erhöht, weil das Leuchtstoffenster größer als beim Stand der Technik ist und dem Elektronenstrahl-Durchmesser, wie mit Fig. 4 veranschaulicht, weitestgehend angepaßt ist, um so die Wirksamkeit bei der Erzeugung der Bildwiedergabe zu erhöhen.

Der geringere Lichtstrom (75% des Mittelbereichs) im Umfangsbereich des Leuchtschirms ermöglicht es, das Leuchtstoffenster in den Umfangsbereichen des Leuchtschirms kleiner als die Öffnungen in der Schattenmaske zu machen. Beispielsweise kann die Schattenmasken-Öffnung für die Umfangsbereiche der Maske einen Durchmesser von etwa 337 ,u (13,2 mil) haben, während dann der Durchmesser des Leuchtstoffensters etwa 292 /U (11,5 mil) beträgt. Der Durchmesser des Elektronenstrahls beträgt etwa 36 8 ai (14,5 mil) . Somit übersteigt entsprechend Fig. 5 der Durchmesser des Elektronenstrahls den Durchmesser des Leuchtstoffensters um einige λι , so daß sich der Aufbau einer Farbbildröhre mit negativem Sicherheitsstreifen ergibt. Der Leuchtstoffenster-Durchmesser im Umfangsbereich ist

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etwa 10 bis 15% kleiner als derjenige der im Verhältnis dazu ausgerichteten Masken-Öffnung.

Der Sicherheitsstreifen bzw. der Grad der Überlappung des Elektronenstrahls mit dem Leuchtstoffenster ist im mittleren Bereich des Leuchtschirms im wesentlichen Null, jedoch stellt das wegen der genauen Kontrolle des Auftreffens des Strahls im mittleren Bereich des Leuchtschirms kein Problem dar. Im Umfangsbereich des Leuchtschirms wird ein Aufbau mit negativem Sicherheitsstreifen aufrechterhalten, wobei der Durchmesser des Elektronenstrahls den Durchmesser des Leuchtstoffensters übersteigt.

Der mittlere Bereich des Leuchtschirms, der einen Aufbau entsprechend einem etwa Null-Sicherheitsstreifen aufweist, macht generell die mittleren 10 bis 20% des Bildschirmbereichs aus.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine wirksame, gesteuerte Belichtungstechnologie zur Herstellung eines Leuchtschirms, bei dem die Zuordnung der Durchmesser der Leuchtstoffenster zu den Durchmessern der Masken-Öffnungen über die Fläche des Leuchtschirms verändert wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

Farbbildröhre mit hermetisch abgedichtetem Kolben, einer Leuchtschirm-Frontplatte mit einer Vielzahl von opakem Material umgebener Leuchtstoffenster, einem Elektronenstrahlerzeugungssystem zur Aussendung eines Elektronenstrahls zu dem Leuchtschirm, einer in Nähe des Leuchtschirms zwischen dem Leuchtschirm und dem Elektronenstrahlerzeugersystem angeordneten Schattenmaske , die eine Vielzahl von im Verhältnis zu den Leuchtstoffenstern des Leuchtschirms ausgerichteten öffnungen hat, wobei die öffnungen der Schattenmaske im mittleren Bereich der Schattenmaske etwas größer als die Öffnungen im verbleibenden ümfangsbereich der Schattenmaske sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffensterfläche für den mittleren Bereich des Leuchtschirms (20) größer als die Fläche der im Verhältnis dazu ausgerichteten Öffnungen (26) der Schattenmaske (24) und annähernd gleich der Fläche des den mittleren Bereich des Leuchtschirms beaufschlagenden Elektronenstrahls ist, die Fläche des Leuchtstoffensters des Umfangsbereichs des Leuchtschirms dagegen geringer als die Fläche der im Verhältnis dazu ausgerichteten Öffnungen der Schattenmaske ist.
2. Farbbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffensterfläche für den mittleren Bereich des Leuchtschirms die Fläche der im Verhältnis dazu ausgerichteten Masken-Öffnungen um etwa 10% übersteigt.
3. Farbbildröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffensterfläche im Umfangsbereich des Leuchtschirms um 10 bis 15% kleiner als die Fläche der im Verhältnis dazu ausgerichteten Masken-Öffnungen ist.
4. Farbbildröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich des Leuchtschirms 10 bis 20% der gesamten Leuchtschirmfläche ausmacht.

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5. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschirms einer Farbbildröhre nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche einer Frontplatte mit einem Film aus Sensibilisatormaterial und durch Bestrahlung unlöslich werdendem polymerem Material beschichtet; zwischen einer Bestrahlungsquelle und der beschichteten Frontplatte eine Schattenmaske, die einen mittleren Bereich hat, in dem die Fläche der Öffnungen etwas größer als .die Fläche der Öffnungen im verbleibenden Umfangsbereich der Schattenmaske ist, ausgerichtet; und zwischen der Strahlungsquelle und der Schattenmaske eine ßeschattungsplatte angeordnet wird, die einen den mittleren Bereichen der Schattenmaske und der Frontplatte entsprechenden mittleren Bereich hat, dessen Durchlässigkeit gegenüber dem Umfangsbereich im Verhältnis 0,5 bis 0,6 verringert ist, so daß sich ein Mittelbereich-/ Kantenbereich-Lichtverhältnis auf der Frontplatte von etwa 1/0,75 ergibt und somit eine Matrix unlöslicher Gebiete ge-· bildet wird, die im mittleren Bereich des Leu^chtschirms eine größere, im Umfangsbereich des Leuchtschirms dagegen eine kleinere Fläche als die im Verhältnis dazu ausgerichteten Masken-Öffnungen haben; und daß die löslichen Gebiete der Beschichtung entfernt und durch inertes, opakes Material ersetzt, ferner die unlöslichen Gebiete chemisch entfernt werden und zur Bildung der Leuchtstoffenster Leuchtstoffmaterial auf das freigelegte Material aufgebracht wird.

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