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System und Verfahren zur Herstellung von Farb-Leuchtschirmen für
Xathodenbildröhren Die Erfindung betrifft ein System zur Herstellung von Leuchtschirmen
für Kathodenbildröhren mit einer Vielzahl im Abstand parallel nebeneinander verlaufender
langgestreckter Muster aus Leuchtstoffen auf der Frontscheibe wobei zwischen einer
langgestreckten Lichtquelle und der Frontscheibe eine in einem bestimmten Abstand
von der Frontscheibe und der Lichtquelle angeordnete Maske vorgesehen wird, sowie
ein Verfahren zum Aufbringen einer Vielzahl im Abstand parallel nebeneinander angeordneter
langgestreckter Muster aus Leuchtstoffen auf der Frontscheibe einer Farbbildröhre,
wobei eine durch Licht polymerisierbare Schicht auf der Oberfläche der Frontscheibe
angebracht und zur Polymerisierung durch die Öffnungen einer Schlitzmaske belichtet
wird.
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Kommerzielle
Kommerzielle Farbfernseh-Bildröhren verwenden
seit langer Zeit ein Dreipunktraster verschiedener Leuchtstoffe entsprechend der
Primärfarben als Anzeigeelemente auf der Frontscheibe. Auch die Verwendung langgestreckter
Leuchtstoffstreifen für die Primärfarben ist bereits bekannt, wobei diese Bildröhre
als kommerzielle Alternative angesehen wird. Die Schattenmaske zur Herstellung einer
solchen streifenförmigen Leuchtstoffverteilung besteht üblicherweise aus einer Schlitzmaske,
wobei für eine derartige Bildröhre drei gleichgerichtete Elektronenkanonen Verwendung
finden, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Eine solche Bildröhre mit
langgestreckten Leuchtstoffmustern führt zu einer Verbesserung im Betrieb, da die
Auftreffehler für die Elektronenstrahlen auf dem Leuchtstoffmuster in vertikaler
Richtung wesentlich eliminiert werden. Damit läßt sich auch die Bildwiedergabe sowie
die Darstellung weißer Flächen wesentlich verbessern.
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Der Basisprozess zur Herstellung eines Bildschirmes mit langgestreckten
Leuchtstoffstreifen umfaßt die Werarbeitung eines Photoresistmaterials mit Hilfe
einer Schlitzmaske. Die Frontscheibe der Bildröhre wird mit dem Photoresistmaterial
beschichtet und mit Hilfe einer Lichtbestrahlung in einer Lichtkammer polymerisiert.
Die Schlitzmaske ist in der Nähe der beschichteten Frontscheibe angeordnet und dient
zur Abdeckung der nicht zu polymerisierenden Bereiche der Beschichtung mit dem Photoresistmaterial.
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Bei der Herstellung derartiger Streifen aus Leachtstoffen ist es schwierig
den gew'nschten kontinuierlichen Verlauf von Streifen mit weichen Kanten Hilfe einer
Schlitzmaske
Schlitzmaske herzustellen, auf der eine Vielzahl von
Längsschlitzen spaltenartig verteilt angeordnet ist. Durch die Verbindungsstege
zwischen den einzelnen Längsstreifen wird der Lichtfluß von der Lichtquelle zur
Frontplatte zur Erzeugung der gewünschten Streifenmuster unterbrochen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein System zur Herstellung
von kontinuierlich verlaufenden Leuchtstoffstreifen mit im hohen Maße parallelen
Kanten auf einer Frontscheibe einer Kathodenbildröhre zu schaffen, wobei eine Schlitzmaske
Verwendung findet und die auf der Frontscheibe hergestellten Leuchtstoffstreifen
ohne nennenswerte Unregelmäßigkeit im Kantenverlauf sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein eingangs erwähntes System
dadurch gelöst, daß die Maske eine Vielzahl von Reihen nebeneinander angebrachter
und in Spalten in Längsrichtung ausgerichteter Schlitze umfaßt, daß die langgestreckte
Lichtquelle in der Richtung der Schlitze ausgerichtet ist, wobei das durch die Schlitze
tretende Licht auf der Frontscheibe ein Lichtmuster mit Kernbestrahlungsbereichen
von grundsätzlich gleicher und hoher Licht in tensität und darum herum verlaufende
Randbestrahlungsbereiche erzeugt, und daß die Länge der Lichtquelle derart bestimmt
ist, daß sich die Kernstrahlungsbereiche von benachbarten Spalten der Schlitze längs
ihrer Kantenbereiche überdecken und dadurch eine spaltenförmige Lichtverteilung
bilden, bei der die Lichtintensität längs einer Spalte im wesentlichen gleichförmig
ist.
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Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von weiteren Ansprüchen.
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Mit Hilfe des Systems und des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es
möglich, auf der Frontscheibe einer Kathodenbildröhre eine
eine
Vielzahl im Abstand voneinander parallel verlaufender Streifen aus den für die Verwendung
der Röhre vorgesehenen Leuchtstoffen zu schaffen, die eine sehr gleichförmige Breite
über ihre gesamte Länge aufweisen.
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Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen
und der Zeichnung.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtkammer
zur Durchführung der Erfindung; Fig. 2A und 2B in Teilansicht schematisierte Ausschnitte
der Beschichtung eines Bildschirmes in Form kontinuierlich verlaufender Streifen
mit nicht parallelen Kanten' Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer
Schlitzmaske und eines vergrößert dargestellten Teils des Bildschirmes mit einer
Beschichtung wie sie durch die Erfindung erzielbar ist; Fig. 4 eine schematische
Darstell ung des Str-ahlenverlaufes, wie er bei der Durchführung der Erfindung entsteht.
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In Fig. 1 ist eine Lichtkammer mit den wesentlichen für die Herstellung
einer Leuchtschirmfläche einer Fernseh-Bilröhre erforderlichen Einrichtungen schematisch
dargestellt. Die Lichtkammer 10 umfaßt ein lichtdichtes Gehäuse 12, in welchem am
einen Ende eine Frontscheibe 14 angeordnet ist.
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Eine Schlltzmaske 1 befIndet sich vor der FrontscheIbe 14 in einem
bestimmten vorgegebenen Abstand, der dem Abstand zwischen
zwischen
der Schattenmaske und der Frontscheibe in der zusammengebauten Bildröhre entspricht.
Eine Lichtquelle 18, welche typischerweise ultraviolettes Licht abstrahlt, ist innerhalb
des Gehäuses 12 angeordnet. Die effektive Lichtquelle 20 besteht aus einem Lichtleiter,
der verschiebbar innerhalb der Lichtkammer zwischen der Lichtquelle 18 und der Schlitzmaske
16 angeordnet ist. Ein zwischen der Lichtquelle 18 und der Schlitzmaske 16 angeordneter
Schirm 22 hat eine Öffnung 24, durch welche der Lichtleiter 20 mit seinem vorderen
Ende 26 gesteckt ist, wobei dieses vorstehende Ende 26 die effektive Lichtquelle
für die auf die Planscheibe durch die Öffnungen in der Schlitzmaske geschickte Strahlung
ist. Das als effektive Lichtquelle dienende vordere Ende 26 des Lichtleiters 20
hat in der Regel eine langgestreckte Konfiguration und entspricht in seiner langgestreckten
Form sowie in seiner Ausrichtung der Schlitzkonfiguration der Schlitzmaske 16. Die
Länge des vorderen Endes 26 ist für die Durchführung der Erfindung kritisch, wie
sich aus der nachfolgenden Erläuterung ergeben wird. Ein Kollimator bzw. eine Korrekturlinse
28 kann innerhalb der Lichtkammer zwischen der effektiven Lichtquelle und der Schlitzmaske
angeordnet sein. Das Belichtungsverfahren für das Photoresistmaterial zur Herstellung
der Farbfernseh-Leuchtschirmfläche ist im US-PS 3 712 815 beschrieben, wobei dieses
Verfahren bei der Durchführung der Erfindung mit Verwendung findet, um die polymerisierbare,
lichtempfindliche Beschichtung vorzubereiten, die vor dem Einsetzen der Frontscheibe
in die Lichtkammer auf dieser angebracht wird. Die effektive Lichtquelle 26 wird
in drei Positionen entsprechend den Elektronenstrahlpositionen einer arbeitenden
Farb-Bildröhre verschoben. Bei einer gleichgerichteten Anordnung der Elektronenstrahlkanonen
sind diese Positionen verhältnismäßig nahe beieinander in einer Remeinsamen
gemeinsamen
horizontalen Ebene angeordnet, wobei der jeweilige Mittelabstand zwischen den Elektronenkanonen
etwa 5 mm betragen kann. Der Belichtungsprozess erfolgt in drei Schritten, wobei
die Lichtquelle jeweils in der für eine der drei Elektronenkanonen entsprechenden
Position angeordnet ist um drei durchlaufende Streifen auf der Frontscheibenbeschichtung
zu belichten und zu polymerisieren unter Verwendung von jeweils einer Spalte der
aufeinander ausgerichteten schlitzförmigen Öffnungen.
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Die Schwierigkeit bei der Herstellung kontinuierlicher Leuchtstoffstreifen
besteht in der Sicherstellung einer gleichförmigen Streifenbreite, wobei die Kanten
zueinander gleichmäßig parallel verlaufen. Dies ist notwendig, um einen genauen
und richtigen Auftreffbereich für den Elektronenstrahl auf der Leuchtschirmfläche
sowie eine richtige Farbmischung und das richtige Farbgleichgewicht zu gewährleisten.
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In Fig. 3 ist in vergrößerter perspektivischer Darstellung; ein Ausschnitt
der Schlitzmaske in Verbindung mit dem Leuchtstoffstreifen auf der Leuchtschirmfläche
gezeigt, wie sie bei der Durchführung der Erfindung Verwendung findet. In Fig. 3
ist die Schlitzimaske mit 30 bezeichnet und besteht aus einem sphärisch gekrümmten
Metallblech mit einer Vielzahl von Längsschlitzen in Reihen und Spalten. Die Hauptausdehnung
der Längsschlitze verläuft In vertikaler Richtung, jedoch kann auch eine horizontale
Anordnung bei einer entsprechenden Konfiguratlon der S:lektronenanonen vorgesehen
sein Die Längsschlitze 32 für eine 19 Volt Bildröhre haben eine Längsabmessung C
in der Größenordnung von etwa 0,65 mm, wobei der Verbindungssteg B zwischen den
Längsschlitzen etwa 0,11 mm breit ist. Der Mittelabstand benachbarter Spalten der
Längsschlitze beträgt typischerweise etwa 0,7 mm. Benachbarte Spalten der Längsschlitze
sind gegeneinander derart versetzt, daß
daß die Längsschlitze jeweils
auf Lücke stehen. Die Längsschlitze sind etwa gleich lang in ihrer gesamten Verteilung
über die Schlitzmaske, wobei jedoch die Breite im Mittelbereich der Schlitzmaske
am größten ist und gegen die Kanten zu hin abnimmt. Die Breite im Mittelbereich
der Schlitzmaske beträgt etwa 0,8 mm, wogegen die Breite an den Seitenkanten etwa
0,16 mm für eine 19 Volt Bildröhre beträgt. Die drei in Fig. 3 dargestellten Leuchtstoffstreifen
werden dadurch erzeugt, daß Licht durch eine Spalte von Längsschlitzen auf die Leuchtschirmfläche
gerichtet wird, wobei die effektive Lichtquelle an drei verschiedenen Stellen verschoben
wird, um die drei parallel zueinander verlaufenden Leuchtstoffstreifen herzustellen.
Zwischen den parallel ausgerichteten Leuchtstoffstreifen ist ein undurchsichtiges
Material 36 angebracht. Die Leuchtstoffstreifen bzw. das Muster der Leuchtstoffstreifen
kann gemäß einem Verfahren hergestellt werden, wie es in der U.S.-PS 3 712 815 beschrieben
ist, wobei eine Vielzahl polymerisierter paralleler Streifen auf einem Leuchtschirm
durch Belichten gebildet und die Scheibe hernach gewaschen wird, um die nicht belichteten
Teile der sensibilisierten Schicht auszuwaschen.
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Das nicht ausgewaschene Muster sowie die Zwischenräume auf der Frontscheibe
werden anschließend mit dem undurchsichtigen Material beschichtet. Die nicht ausgewaschenen
Streifen werden anschließend chemisch entwickelt und entfernt, um zwischen den undurchsichtigen
Streifen die Leuchtstoffe anzubringen.
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Ein wesentliches Problem bei der Herstellung gleichförmig breiter
Leuchtstoffstreifen besteht in der Belichtung der Frontscheibe hinter den Verbindungsstegen
der Schlitzmaske.
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Überdies sollte die auf diese Teile der Frontscheibe auftreffende
Strahlung in ihrer Intensität etwa gleich der Strahlungsintensität sein, welche
durch die schlitzförmigen Öffnungen
Öffnungen hindurchtritt. Änderungen
im Strahlungsfluß produzieren ungleichförmige Polymerisationsbereiche, wodurch Leuchtstoffstreifen
mit Ausbeulungen gemäß Fig. 2A entstehen, wenn der Strahlungsfluß im Bereich dieser
Ausbeulungen größer als an den übrigen Teilen ist. In Fig. 2B ist ein Verlauf der
Leuchtstoffstreifen dargestellt, bei denen der Strahlungsfluß in dem durch die Verbindungsstege
abgeschatteten Bereich kleiner als an den übrigen Stellen des Streifens ist, wodurch
ein Streifenmuster mit Einkerbungen entsteht. Das Belichten der Frontscheibe wird
anhand der Fig. 3 und 4 erläutert, wobei insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, wie
mit Hilfe der Belichtung durch die Öffnungen ein Kernbestrahlungsbereich und Randbestrahlungsbereich
musterförmig gegliedert entsteht. Die Verwendung einer Lichtquelle mit endlicher
ausdehnung bewirkt ein Schattenmuster hinter jeder Öffnung, das einen zentralen
Kernbestrahlungsbereich und einen umgebenden Randbestrahlungsbereich aufweist.
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Das Verhältnis zwischen dem Kernbestrahlungsbereich und dem Rasdbestrahlungsbereich
sowie die Überlappung dieser Muster aufgrund benachbarter Schlitze ergibt sich aus
der Größe der Lichtquelle,der Schlitzgröße und der Schlitzabstände.
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Ferner spielt der Abstand der Lichtquelle von der Schlitzmaske und
die Auftreffebene eine Rolle, in welcher die Schattenintensität und die t3berlappung
betrachtet wird.
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Um eine in hohem Maße gleichförmige Streifenbreite für die Leuchtstoffe
über die gesamte Länge der Leuchtstoffstreifen zu erzielen, wurde festgestellt,
daß die Lange der effektiven T.inhtquelle' doho das vordere Ende 26 des Lichtleiters
20 gemäß Fig--. 4 in einem bestimmten Verhältnis zu den anderen Parametern der Lichtkammer
und der Schlitzmaske stehen muß. Bei einem Abstand Z der effektiven Lichtquelle
26 von der Frontscheibe 14 von etwa 290 mm sowie einem Abstand der Frontscheibe
Frontscheibe
von der Schlitzmaske von etwa 16 mm und einer Schlitzlänge von etwa 0,65 mm, wobei
der Verbindungssteg zwischen zwei Schlitzen einer Spalte etwa 0,11 mm breit ist.
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Die Länge der Lichtquelle sollte dabei etwa 25,4 mm betragen. Eine
Breite der effektiven Lichtquelle von etwa 1 mm bis 1,8 mm hat sich als besonders
effektiv herausgestellt.
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Der Leuchtschirm, welcher mit Hilfe einer solchen Schlitzmaske und
des zugeordneten Verfahrens hergestellt wird, hat Leuchtstoffstreifen mit einer
Breite von etwa 0,19 mm, wobei etwa 0,063 mm breite undurchsichtige Streifen zwischen
den Leuchtstoffstreifen im Mittelbereich der Röhre verlaufen.
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In den Eckbereichen der Röhre sind die Leuchtstoffstreifen etwa 0,127
mm breit, wobei zwischen den Leuchtstoffstreifen undurchsichtige Streifen von ebenfalls
etwa 0,127 mm Breite verlaufen. Um einen Abdruck zu erreichen, wobei die Streifenbreite
des Leuchtstoffes kleiner als die Schlitzbreite der Schlitzmaske ist, sollte der
Photoresistüberzug auf der Frontscheibe etwa 20 bis etwa 300 Gewichtsprozent eines
selektiv die Ionenwanderung verstärkenden polarisierten Materials enthalten. Die
Belichtungszeit und damit die gesamte Strahlungsmenge bzw. der gesamte Strahlungsfluß
läßt sich dadurch kontrollieren und wesentlich verringern gegenüber der bei konventionellen
Verfahren üblichen Belichtungszeit. Das polarisierte Material unterstützt eine chromhaltige
Ionenabstimmung, und dies wiederum fördert die Polymerisation und die Haftung des
polymerisierten Teils der Beschichtung an der Frontscheibe. Geeignete polarisierte
Materialien mit einem Siedepunkt zwischen etwa 1000C und 3000C und einer debyeschen
Konstante größer als etwa 2 enthalten Formamid, 1-Methyl-2-Pyrollidon.
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Die Abdrucktechnologie wurde als solche bereits vorgeschlagen.
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Es wurde festgestellt, daß die für eine bestimmte Länge der Schlitze
und eine bestimmte Breite des Verbindungssteges notwendige
wendige
Länge der effektiven Lichtquelle für verschiedene Schlitzmasken und sich änderndem
Auf bau der Lichtkammer näherungsweise durch die nachfolgende Formel beschrieben
wird: [(Z-Q) x (B+C) + ZxC] Q Dabei ist Z der Abstand zwischen der Lichtquelle und
der Frontscheibe Q der Abstand der Schlitzmaske von der Frontscheibe C die Länge
der schlitzförmigen Öffnungen und B die Breite des Verbindungssteges zwischen jeweils
zwei schlitzförmigen Öffnungen einer in Längsrichtung der Schlitze verlaufenden
Spalte.
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Es wurde auch festgestellt, daß die Lichtquelle sowohl zu kurz als
auch zu lang sein kann, und daß die Länge der Lichtquelle vorzugsweise t 10% des
durch die oben gegebene Funktion ermittelten Wertes ist.
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Der Grund dafür, daß die effektive Lichtlänge kritisch ist, ergibt
sich aus der Darstellung gemäß Fig. 4, in der die langgestreckte effektive Lichtquelle
26 links von der Schlitzmaske 30 dargestellt ist. Der Strahlenverlauf durch die
Längsschlitze der Schlitzmaske 30 ist durch Linien dargestellt. Die Abstandswerte
zwischen der Lichtquelle, der Schlitzmaske und der Frontscheibe bestimmen wie das
Licht durch die einzelnen Längsschlitze hindurch verläuft und den Bereich für die
Kernbestrahlug und die Randbestrahlung bei der Belichtung bestimmt. Die Kernbestrahlung
hat eine verlialtnismäBig hohe Lichtintensität1 wogegen die Randbestrahlung eine
stark abfallende Lichtintensität in radialer Richtung hat. Durch den Anmelder wurde
festgestellt, daß der Bereich der Kernbestrahlung durch nebeneinander liegende Längsschlitze
derart angeordnet sein solle, daß ihre benachberten
barten Umfangsbereiche
sich decken auf der belichteten Frontscheibe, wie dies in Fig. 4 auf der rechten
Seite dargestellt ist. Durch diesen Effekt des sich Berührens oder Übereinanderliegens
der Umfangslinien der Bereiche U1 und U2 der Kernbestrahlung, wie aus Fig. 4 hervorgeht,
wird bewirkt, daß über die gesamte Länge des Belichtungsmusters eine etwa gleiche
Lichtmenge auftrifft. Wenn dies nicht der Fall wäre, würden die von den Verbindungsstegen
beschatteten Bereiche nicht bestrahlt werden. Durch diesen Effekt der Überlagerung
der Grenzbereiche der Kernbestrahlung werden polymerisierte Bereiche von gleichförmiger
Breite über die gesamte Länge der polarisierten Fläche gebildet.
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Die Leuchtstoffstreifen auf einer Bildröhre, welche nach den Maßnahmen
der Erfindung aufgebracht werden, können kleiner oder größer als die Breite der
Längsschlitze der Schlitzmaske sein. Die Breite der Lichtquelle und ebenso die Steuerung
des Belichtungsprozesses bestimmt die Charakteristik. Die bevorzugte Äusführungsform
führt zu einer Matrixröhre mit lichtundurchlässigem Material zwischen nebeneinander
verlaufenden Leuchtstoffstreifen, wobei diese Streifen eine Breite haben, die kleiner
als die Schlitzbreite der Schlitzmaske ist. Dies wird als negatives Führungsband
oder als Bildschirm mit negativer Toleranz bezeichnet, bei welchem der Elektronenstrahl
beim ttberqueren des Bildschirmes unter einem Winkel zu den Leuchtstoffstreifen
einen größeren Strahldurchmesser hat, als der Breite des jeweiligen Leuchtstoffstreifens
entspricht.
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Ein Teil des Elektronenstrahls trifft auf die undurchlässige Materialschicht
auf, jedoch gelangt der Elektronenstrahl nicht bis zu den benachbarten Leuchtstoffstreifen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist es wünschenswert einen Leuchtstoffbereich
zu drucken, welcher in der einen Richtung schmaler als die Schlitzbreite der Schlitzmaske
ist, wogegen die gedruckten
druckten Bereiche in der anderen Richtung
größer als die Schlitzbreite sein sollen.
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Bei der Herstellung eines positiven Führungsbandes mit einem Bildschirm
ohne undurchsichtiges Material kann die Breite der effektiven Lichtquelle die Größe
von 1 mm bis 1,78 mm überschreiten, wie sie vorausstehend für eine spezielle Schlitzmaske
und die zugehörigen Schirmparameter angegeben wurden.
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Patentansprüche: