DE3783450T2

DE3783450T2 - Kathodenstrahlroehre mit antireflektionsschicht.

Info

Publication number: DE3783450T2
Application number: DE8787119056T
Authority: DE
Inventors: Takeo C O Patent Division Itou; Hidemi C O Patent Divi Matsuda; Shigeo C O Patent Div Takenaka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2007-12-23
Also published as: CN87101222A; JPS63160139A; EP0272689A2; JPH0782822B2; EP0272689B1; EP0272689A3; DE3783450D1; KR880008400A; KR900009083B1; US4831307A; CN1010628B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre und insbesondere eine Kathodenstrahlröhre mit einem auf der Frontplatte aufgebrachten, die Reflexion verhindernden Film.
Die Kathodenstrahlröhre hat normalerweise eine glatte Glasfläche als Außenfläche. Aus diesem Grund werden die aus der Ümgebung auf die als Spiegelfläche wirkende Außenfläche einfallenden Lichtstrahlen reflektiert, so daß das Bild auf der Frontplatte nicht deutlich sichtbar ist.
Zur Lösung eines derartigen Problems stehen zwei allgemein bekannte Verfahren zur Verfügung. Bei einem dieser Verfahren wird die Außenfläche der Frontplatte mit feinen Unregelmäßigkeiten ausgebildet, so daß die Lichtstrahlen des Umgebungslichtes an diesen Unregelmäßigkeiten gestreut werden, wie dies in der JP-OS 61-29051 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren werden Lichtstrahlen zufällig, d.h. unkontrolliert, vom gesamten Bildschirm reflektiert. Dadurch erscheint der Bildschirm insgesamt eher weißlich, und der Kontrast scheint sich zu verschlechtern. Des weiteren besteht die Wahrscheinlichkeit, daß sich die Auflösung des Bildes verschlechtert. Bei dem zweiten Verfahren wird ein Reflexionsschutzfilm mit Einschicht- oder Mehrschichtstruktur zur Verhinderung der Reflexion auf der Außenfläche der Frontplatte aufgebracht, wie in der JP-OS 61-91838 beschrieben ist. Der Reflexionsschutzfilm besteht im allgemeinen aus einem Material, dessen Brechungsindex kleiner ist als der des Glasmaterials der Frontplatte. Die optimale Filmdicke beträgt λ/4n, wobei λ die Wellenlänge der Lichtstrahlen, deren Reflexion zu verhindern ist, und n der Brechungsindex des Films ist. Wenn beispielsweise ein Film aus Magnesiumfluorid auf der Frontplatte ausgebildet ist, um die Reflexion von Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 0,55 um zu verhindern, so wird die Dicke dieses Films auf 0,1 um eingestellt, da der Brechungsindex von Magnesiumfluorid im wesentlichen 1,38 beträgt. Bei der mit einer solchen Reflexionsschutzschicht versehenen Frontplatte ist die die Reflexion verhindernde Wirkung zwischen den zentralen und den Umfangsbereichen verschieden ausgeprägt. Das heißt, daß die auf die Frontplatte einfallenden Lichtstrahlen an den zentralen und den Umfangsbereichen der Frontplatte in verschiedenen Farben wahrgenommen werden, z.B Purpur im zentralen Bereich und Blau in den Umfangsbereichen der Frontplatte. Unter dem Gesichtspunkt der Farbwiedergabe ist dieses Phänomen bei der Kathodenstrahlröhre unerwünscht.
In der zum Stand der Technik gehörenden Veröffentlichung IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 25, Nr. 7A, Dezember 1982, Seite 3303, wird ein Antireflexionsüberzug mit einheitlichem Aussehen für eine Kathodenstrahlröhre beschrieben. Dieses einheitliche Aussehen wird durch Variieren der Dicken einzelner Filmschichten über das Blickfeld erreicht.
Des weiteren beschreibt die frühere (oben angeführte) Veröffentlichung JP-A-61 91 838 eine Kathodenstrahlröhre mit einem dünnen Film, dessen Dicke so geregelt ist, daß ein reflexionsverhindernder Effekt erzielt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kathodenstrahlröhre bereitzustellen, die im wesentlichen über den gesamten Bereich der Frontplatte einen einheitlichen reflexionsverhindernden Effekt aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1 vor.
Die Erfinder haben festgestellt, daß das Phänomen, wonach der mittlere Bereich und der Umfangsbereich der Frontplatte in verschiedenen Farben wahrgenommen werden, auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die im mittleren Bereich auf die Frontplatte im wesentlichen senkrecht einfallenden Lichtstrahlen von der Frontplatte im wesentlichen senkrecht von der Frontplatte zum Auge des Betrachters reflektiert werden, während die im Umfangsbereich der Frontplatte einfallenden Lichtstrahlen geneigt auf die Frontplatte auftreffen und geneigt zum Auge des Betrachters reflektiert werden. Dies bedeutet, daß der Pfad der Lichtstrahlen durch den reflexionsverhindernden Film im mittleren Bereich der Frontplatte und der Pfad der Lichtstrahlen durch den reflexionsverhindernden Film im Umfangsbereich verschieden sind. Dies führt im wesentlichen dazu, daß die Dicke des reflexionsverhindernden Films im Umfangsbereich gegenüber dem mittleren Bereich größer wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Kathodenstrahlröhre mit einer Frontplatte vorgesehen, auf der ein Bild zur Anzeige gebracht ist, und die eine Schicht zur Verhinderung der Reflexion von Lichtstrahlen umfaßt, wobei diese Schicht auf der Frontplatte ausgebildet ist und sich die Schichtdicke kontinuierlich vom mittleren Bereich zu den Umfangsbereichen der Frontplatte hin kontinuierlich ändert.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht als Teilschnitt mit einer Ausführungsform der Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung;
Fig. 2 und 3 Ansichten der optischen Pfade der auf die Frontplatte gemäß Fig. 1 einfallenden und von dieser zu einem Betrachter reflektierten Lichtstrahlen;
Fig. 4 eine Ansicht eines optischen Pfades der durch den reflexionsverhindernden Film gemäß Fig. 1 gebrochenen Lichtstrahlen;
Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Funktion der Dicke des reflexionsverhindernden Films, d.h. der Änderungen des Verhältnisses d(X)/dmax der Filmdicke d(X) mit dem Abstand X vom Mittelpunkt der Frontplatte als eine Variable; und
Fig. 6 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Parameter des Änderungsverhältnisses der Filmdicke und einem Reflexionsverhinderungsfaktor.
Die Fig. 1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre mit einem Außenmantel 7. Auf der Innenfläche einer Frontplatte 9 des Außenmantels 7 ist eine Phosphörschicht 10 ausgebildet. Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, werden beim Auftreffen von Elektronenstrahlen aus einer (nicht dargestellten) Elektronenspritze auf die Phosphorschicht 10 Lichtstrahlen von der Phosphorschicht 10 ausgestrahlt, wodurch ein Bild auf der Phosphorschicht 10 wiedergegeben wird. Dies Bild wird von einem Betrachter durch die Frontplatte gesehen.
Wie die Fig. 1 zeigt, ist ein reflexionsverhindernder Film 8 auf der gekrümmten Außenfläche der Frontplatte 9 ausgebildet. Der reflexionsverhindernde Film 8 besteht aus einem Material, dessen Brechungsindex kleiner als 1,52 bis 1,54 ist, während der Brechungsindex der Frontplatte 9, die z.B. aus Magnesiumfluorid besteht, ca. 1,38 ist. Der reflexionsverhindernde Film 8 ist mit einer solchen Dicke aufgetragen, daß der Mittelbereich der Frontplatte 9 eine größere Dicke aufweist als die Umfangsbereiche. So ändert sich beispielsweise die Dicke des auf der Frontplatte 9 ausgebildeten reflexionsverhindernden Films 8 kontinuierlich in der Weise, daß die Frontplatte 9 eine Dicke von 0,22/n um im mittleren Bereich und eine Dicke von 0,04/n um in den Umfangsbereichen hat.
Im folgenden wird erläutert, warum die Dicke des reflexionsverhindernden Films in der Weise kontinuierlich geändert wird, daß der Mittelbereich der Frontplatte 9 eine größere Dicke aufweist als die Umfangsbereiche.
Wie in der Fig. 2 dargestellt, blickt der Betrachter auf das Bild auf der Frontplatte im allgemeinen in Richtung ihrer Achse 13. Die Außenfläche der Frontplatte 9 hat einen bestimmten Krümmungsradius und in etwa die Form einer konvexen Spiegelfläche, was dem Fachmann hinreichend bekannt ist. Aus diesem Grund ist der Einfallswinkel α der Lichtstrahlen von einer Lichtquelle 15, die im Umfangsbereich der Frontplatte reflektiert werden, größer als der Einfallswinkel β der Lichtstrahlen aus einer Lichtquelle 14, die vom Mittelbereich reflektiert werden. Der Einfallswinkel α ändert sich in Abhängigkeit vom Krümmungsradius der Frontplatte 9. Der Einfallswinkel α wird jedoch mit kleiner werdendem Krümmungsradius der Frontplatte 9 größer. Der Abstand 1 zwischen der Frontplatte 9 und einem Betrachter 11 ändert sich je nach Verwendung der Kathödenstrahlröhre. Bei einem normalen Fernsehgerät beträgt der Abstand 1 etwa 3,3 m, während er im Falle eines Computerdisplays oder dergl. etwa 0,4 in beträgt. Eine solche durch die verschiedenen Verwendungen bedingte Abstandsdifferenz wie oben angegeben ist ein Einflußfaktor für die Änderung des Einfallswinkels α. Dies bedeutet im einzelnen, daß für die sich in der Fig. 3 an verschiedenen Positionen befindenden Betrachter 13-1 und 13-2 die Abstände zwischen ihnen und der Frontplatte 9 verschieden sind, so daß die Einfallswinkel α und α' der Lichtstrahlen aus den verschiedenen Lichtquelle 15-1 und 15-2 verschieden sind. Grundsätzlich nehmen die Einfallswinkel α und α' mit zunehmendem Abstand 1 ab.
Die Dicke d des reflexionsverhindernden Films 8 errechnet sich aus nd = λ/4, wobei n der Brechungsindex des Filmmaterials und λ die Wellenlänge der Lichtstrahlen ist, deren Einfall verhindert werden soll. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn der Einfallswinkel 0 ist, d.h., wenn Lichtstrahlen senkrecht auf die Frontplatte auftreffen. Bei einem Einfallswinkel α treffen die Lichtstrahlen, wie in der Fig. 4 gezeigt, auf den reflexionsverhindernden Film unter dem Einfallswinkel α auf und werden an der Oberfläche unter einem Brechungswinkel αn gebrochen. Die wesentliche Filmdicke hinsichtlich der Lichtstrahlen mit einem Einfallswinkel α ergibt sich damit als d/cos αn.
Unter der Annahme, daß der Betrachter 11 sich auf der Achse 13 der Frontplatte 9 befindet, wird gemäß der Erfindung die Dicke des reflexionsverhindernden Films gemäß des Einfallswinkels α der Lichtstrahlen bestimmt. Der Idealwert von d beträgt λ/4n cos αn (wobei n = sin α/sin αn). Der Einfallswinkel α der Lichtstrahlen aus der Umgebung nimmt vom Mittelbereich zum Umfangsbereich der Frontplatte hin zu. Aus diesem Grund nimmt die Dicke des reflexionsverhindernden Films in Richtung des Umfangsbereichs ab. Der Dickenunterschied des reflexionsverhindernden Films zwischen dem Mitten- und dem Umfangsbereich muß jedoch unter Berücksichtigung der Verwendung und der Art der Kathodenstrahlröhre bestimmt werden, da sich der Einfallswinkel α mit dem Krümmungsradius der Frontplatte und dem Abstand zwischen der Frontplatte und dem Betrachter, wie oben beschrieben, ändert. Wenn die Reflexion von Lichtstrahlen mit einer maximalen Wellenlänge von 0,7 um im sichtbaren Bereich bei einem Einfallswinkel 0 des Umgebungslichtes verhindert werden soll, so sollte die Dicke des reflexionsverhindernden Films zwischen 0,17/n und 0,22/n um liegen. Wenn die Reflexion von Lichtstrahlen mit einer minimalen Wellenlänge von 0,35 um im sichtbaren Bereich bei einem Einfallswinkel von 60º des Umgebungslichtes verhindert werden soll, so sollte die Dicke etwa 0,04/n um betragen. Damit sollte die Dicke des reflexionsverhindernden Films im Bereich zwischen 0,04/n und 0,22/n um liegen.
Die Dicke des reflexionsverhindernden Films 8 kann in geeigneter Weise durch eine Formel definiert werden, die das Dickenänderungsverhältnis gemäß Fig. 5 ausdrückt.
wobei X einen Abstand vom Mittelpunkt der Frontplatte (Scheibe) zu einem gegebenen Punkt der Scheibe angibt; d(X) ist eine Funktion der Filmdicke, die sich mit dem Abstand X ändert; dmax ist die maximale Filmdicke, d.h. die Dicke d(0) bei X = 0 (der Mittelpunkt der Scheibe); k ist der Wert von d/dmax, wenn X = Xmax; und η ist ein Wert, der die Änderungsrate der Filmdicke angibt, wobei η kleiner 1/(k-1)². Der Parameter k hängt von Typ und Verwendung der Kathodenstrahlröhre sowie vom Material des Dünnfilms ab. Bei einem kleinen Krümmungsradius der Kathodenstrahlröhre oder bei einem relativ kleinen Abstand des Betrachters zur Frontplatte der Kathodenstrahlröhre, wird ein kleiner Wert von k eingestellt. Im umgekehrten Fall wird ein großer k-Wert eingestellt. Der Wert von k muß kleiner sein als der Brechungsindex des Materials des reflexionsverhindernden Films. Des weiteren wird eine Lösung der Gleichung 1 so gewählt, daß d(X)/dmax mit zunehmendem X abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt kann durch Einstellen der Dicke im Mittelbereich der Frontplatte auf λ/4n die ideale Filmdicke über die gesamte Oberfläche der Frontplatte erreicht werden.
Die Gleichung 1 beruht auf den obigen Überlegungen. Dies bedeutet im einzelnen, daß die Frontplatte 9 eine nichtsphärisch gekrümmte Außenfläche mit veränderlichem Krümmungsradius hat. Der Einfachheit halber sei jedoch angenommen, daß die Außenfläche der Frontplatte 9 Teil einer sphärischen Oberfläche mit Radius R ist. Wird der Abstand vom Auge 11 des Betrachters zur Frontplatte 9 gemäß Fig. 2 mit 1 und der Einfallswinkel der auf einen Bereich im Abstand X zum Mittelpunkt der Frontplatte 9 auftreffenden und zum Auge 11 des Betrachters gerichteten Lichtstrahlen mit α angegeben, so errechnet sich dieser Einfallswinkel α zu:
Damit ergibt sich aufgrund des Snellschen Gesetzes der Brechungswinkel αn zu:
Wird also die Filmdicke mit d bezeichnet, so errechnet sich die Länge des Lichtpfades von der Einfallsfläche des Films bis zur Oberfläche der Frontplatte 9 als d cos αn. Da die Länge des Lichtpfades gleich dem Idealwert λ/4n des reflexionsverhindernden Films 8 gemacht werden kann, ergibt sich die Idealdicke des reflexionsverhindernden Films im Umfangsbereich der Frontplatte 9 als eine Funktion von X zu:
Aus der Gleichung (4) leitet sich die Gleichung (1) ab, in der der Krümmungsradius R und der Abstand 1 durch die Parameter η, k und x ausgedrückt werden. Die Gleichung (1) kann auf den auf der Frontplatte ausgebildeten reflexionsverhindernden Film auch dann angewandt werden, wenn diese nicht nur eine sphärisch gekrümmte Außenfläche, sondern auch eine nichtsphärisch gekrümmte Außenfläche aufweist. Bei der Frontplatte mit einer nichtsphärisch gekrümmten Außenfläche ändert sich der Krümmungsradius R in Abhängigkeit vom Abstand X und wird als eine Funktion von X ausgedrückt. Die nichtsphärisch gekrümmte Außenfläche kann durch einen einzelnen Krümmungsradius oder durch einen zusammengesetzten Krümmungsradius definiert werden.

Beispiel 1

Ein Abscheidungsfilm aus Magnesiumfluorid wurde als reflexionsverhindernder Film auf die Frontplatte 9 einer 14 Zoll-Farbbild-Kathodenstrahlröhre aufgebracht. Um die Reflexion von Lichtstrahlen im Bereich von λ= 550 nm zu verhindern, wurde der reflexionsverhindernde Film so ausgebildet, daß die Dicke in seinem Mittelpunkt 0,1 um und in seinem äußersten Bereich X (im Falle der 14 Zoll-Farbbild- Kathodenstrahlröhre) 0,08 um betrug, d.h. das 0,8fache der Dicke im Mittelpunkt. Das Dickenänderungsverhältnis im Umfangsbereich wurde zu diesem Zeitpunkt geändert, um die Dicke der Frontplatte 9 zu bestimmen.
Die Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Konstanten η bezüglich des Dickenänderungsverhältnisses in Punkten im Abstand X von 50, 100 und 150 mm zum Mittelpunkt der Frontplatte und dem Reflexionsverhinderungsfaktor im Bereich von 550 nm bei einem Abstand l = 30 cm zwischen dem Betrachter und der Frontplatte. Bei Betrachtung der Farbbild-Kathodenstrahlröhre dieses Beispiels aus einem auf der Achse der Frontplatte im Abstand von 0,4 m zur Frontplattenoberfläche liegenden Punkt, wurden die Weißlichtstrahlen über den gesamten Bereich der Frontplatte purpur reflektiert. Bei Betrachtung der Kathodenstrahlröhre aus einem auf der Achse der Frontplatte im Abstand von 1 m oder mehr zur Frontplatte liegenden Punkt, wurden die Weißlichtstrahlen im Umfangsbereich in einer gegenüber Purpur eher rötlichen Farbe reflektiert. Bei einer gleichmäßigen Einstellung des reflexionsverhindernden Films auf 0,1 um ergab die Betrachtung der Kathodenstrahlröhre aus einem Abstand zur Frontplatte von 4 m oder darüber, daß die reflektierten Lichtstrahlen insgesamt purpur gefärbt waren, wobei bei Annäherung an die Frontplattenoberfläche der Umfangsbereich rötlich wird. In einem Abstand von etwa 0,4 m wurden rostbraune Lichtstrahlen festgestellt.

Beispiel 2

Ein SiO&sub2;-Film wurde als reflexionsverhindernder Film auf die Oberfläche der Frontplatte einer 26 Zoll-Farbbild-Kathodenstrahlröhre gemäß Fig. 1 aufgebracht. Der SiO&sub2;-Film wurde durch Beschichten und Sintern eines Lösungsgemischs aus Siliziumalkolat, Wasser, Alkohol und Säure hergestellt. Der SiO&sub2;-Film wurde so ausgebildet, daß er im mittleren Bereich eine Dicke von 0,1 um und in den Umfangsbereichen eine Dicke zwischen 0,08 und 0,07 um aufwies. In diesem Fall konnten die gleichen Effekte wie in Beispiel 1 erzielt werden. Durch die Ausbildung des Films in der beschriebenen Weise konnte über die gesamte Bildschirmoberfläche die Reflexion einwandfrei verhindert werden.
Entsprechend der obigen Erläuterung ist es gemäß der Erfindung möglich, das Phänomen zu verhindern, wonach sich der Reflexionsverhinderungseffekt über die Frontplatte in Abhängigkeit von der Differenz des Einfallswinkels des Umgebungslichtes ändert, und problemlos eine Kathodenstrahlröhre mit einheitlichem Reflexionsverhinderungseffekt zu verwirklichen.

Claims

1. Kathodenstrahlröhre mit einer Frontplatte, auf der ein Bild zur Ausgabe gebracht ist, die folgendes umfaßt: eine Schicht (8), die die Reflexion von Lichtstrahlen verhindert, wobei die Schicht (8) auf der Frontplatte (9) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Dicke der Schicht (8) vom mittleren Bereich aus in Richtung der peripheren Bereiche der Frontplatte (9) kontinuierlich abnimmt und daß

das Dickenänderungsverhältnis d(X)/dmax der Schicht (8) sich wie wie folgt errechnet:

wobei X den Abstand vom Mittelpunkt der Frontplatte zu einem gegebenen Punkt der Frontplatte angibt; d(X) ist eine Funktion der Filmdicke, die sich mit dem Abstand X ändert; dmax ist die maximale Filmdicke, d.h. die Dicke d(0) bei X = 0, d.h. im Mittelpunkt der Frontplatte; k ist der Wert von D(X)/dmax, wenn X = Xmax; und η ist derjenige Wert, der die Änderungsrate der Filmdicke angibt, wobei η kleiner 1/(k-1)2.

2. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) aus einem Material mit einem Brechungsindex (n) besteht, der kleiner ist als der Brechungsindex der Frontplatte (8), und daß die Dicke der Schicht (8) zwischen 0,22/n und 0,04/n um liegt.

3. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (0) eine nichtsphärisch gekrümmte Oberfläche aufweist.

4. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtsphärisch gekrümmte Oberfläche durch einen zusammengesetzten Krümmungsradius definiert ist.

5. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) aus Magnesiumfluorid besteht.

6. Kathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) eine einschichtig aufgebaute Struktur aufweist.