DE4032720A1

DE4032720A1 - Projektionskathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE4032720A1
Application number: DE4032720A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Okuda; Yasuo Iwasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1991-04-18
Also published as: JPH03133034A; CA2027521C; US5089743A; CA2027521A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionskathoden strahlröhre, in der ein Bild auf einer fluoreszierenden Schicht erzeugt und durch Projektionslinsen mit vergrößertem Maßstab auf einen Schirm projiziert wird.

Das U.S. Patent No. 46 42 695 offenbart eine Kathoden strahlröhre, die den geringen Wirkungsgrad beim Sammeln von Lichtstrahlen von Einfarbenkathodenstrahlröhren in einem Projektor-Fernsehgerät mittels Projektionslinsen verbessert.

Bei einer gewöhnlichen Kathodenstrahlröhre wird der auf der fluoreszierenden Schicht erzeugte Lichtstrahl im wesentlichen vollständig gestreut. Demgegenüber werden in einem Projektor- Fernsehgerät nur Lichtstrahlen mit einem Streuungswinkel von 30° oder weniger genutzt, während die anderen Lichstrahlen nicht genutzt werden. Die vorstehend genannte Veröffentlichung beinhaltet, daß die Helligkeit eines Bildes auf dem Schirm des Projektor-Fernsehgeräts wesentlich verbessert wird, wenn mehr als 30% der von einem bestimmten Leuchtpunkt auf der fluoreszierenden Schicht erzeugten Lichtstrahlen in einem Kegel konvergiert werden, der einen Öffnungswinkel von ±30° hat.

Die Japanische Offenlegungsschrift No. 2 73 837/1986 offenbart eine Kathodenstrahlröhre mit einem mehrschichtigen In terferenzfilter, das aus einem Material mit großem Bre chungsindex und einem Material mit kleinem Brechungsindex gefertigt ist, wobei diese nacheinander zwischen einer In nenseite eines Frontglases und einer fluoreszierenden Schicht übereinanderliegen. Tantalpentaoxid (Ta₂0₅) oder Titanoxid (TiO₂) wird als Material mit großem Brechungsindex verwendet, während Siliziumdioxid (SiO₂) oder Magnesiumfluorid (MgF₂) als Material mit kleinem Brechungsindex verwendet wird. Das Interferenzfilter hat mehr als fünf Schichten aus den Materialien mit dem großen und kleinen Brechungsindex, die nacheinander übereinanderliegen.

Bei den vorstehend beschriebenen Kathodenstrahlröhren beträgt eine optische Weglänge nd, wobei n bzw. d der Brechungsindex bzw. die Dicke des Schichtmaterials ist, in jeder Schicht 0.2 bis 0.3 λf, vorzugsweise 0.23 bis 0.25 λ bei der in der Japanischen Veröffentlichung beschriebenen Kathodenstrahlröhre (wobei Λf = p×λ gilt und λ die Mittelwellenlänge ist, die entsprechend dem Leuchtspektrum des fluoreszierenden Materials bestimmt ist, und p ein Wert zwischen 1.18 und 1.32 ist). Die optische Weglänge sollte vorzugsweise λf/4 betragen.

Normalerweise ist es erforderlich, die Innenfläche des Frontglases vor Aufbringen eines fluoreszierenden Materials auf das Frontglas zu waschen. Zu diesem Zweck wird Fluor wasserstoffsäure (HF) mit einer Konzentration von einigen Prozent benutzt.

Wenn das Frontglas mit einem Mangel wie einem Abschälen des fluoreszierenden Materials, der Aluminiumbeschichtung oder - bedampfung oder einer angerauhten Oberfläche behaftet ist, wird die fluoreszierende Schicht durch ein als Rückgewin nungsauswaschung bezeichnetes Verfahren entfernt, wodurch das Glasmaterial zurückgewonnen wird.

Eine Schicht des Interferenzfilters einer bekannten projek tionskathodenstrahlröhre ist jedoch sehr dünn, beispielsweise zwischen 100 bis 200 nm dick. Wenn das Frontglas mit Fluorwasserstoffsäure gewaschen würde, würden sich Schichten des Interferenzfilters abschälen. Deshalb wird so ein Frontglas nur mit Wasser oder einem Waschmittel gewaschen. Das Frontglas, das nicht mit Fluorwasserstoffsäure gewaschen wurde, ist dahingehend problematisch, daß es mit dem Mangel des Abschälens von fluoreszierenden Materialien oder Staubteilchen behaftet ist. Es ist ebenso nachteilig, daß das Glasmaterial nicht zurückgewonnen werden kann, da es nicht der Rückgewinnungsauswaschung unterzogen werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Projektions kathodenstrahlröhre mit einem mehrschichtigen Interferenz filter zu schaffen, das sich während des Auswaschverfahrens mit Fluorwasserstoffsäure nicht abschält, so daß fehlerhafte fluoreszierende Schichten verringert werden, und das der Rückgewinnungsauswaschung einschließlich des Auswasch verfahrens mit Fluorwasserstoffsäure standhält, so daß das Frontglasmaterial zurückgewonnen werden kann.

Daher wird erfindungsgemäß eine Kathodenstrahlröhre ge schaffen, die ein Frontglas und ein Interferenzfilter bein haltet, das zwischen dem Frontglas und einer fluoreszierenden Schicht auf einer Innenfläche des Frontglases angebracht ist. Das Interferenzfilter hat einen mehrschichtigen Aufbau, der sich aus abwechselnd übereinanderliegenden Schichten mit großem und kleinem Brechungsindex zusammensetzt. Die innerste Schicht des Interferenzfilters ist aus einem Material mit einem großen Brechungsindex gefertigt, das die fluoreszierende Schicht berührt, und hat eine optische Weglänge nd, die durch die nachstehenden Gleichungen ausgedrückt wird:
nd = (2m + 1)×λ_h/4,
λ_h = λ_p + λ,
wobei n für den Brechungsindex einer Schicht, d für die Dicke der Schicht, m für eine ganze Zahl größer als Null, λ für eine gewünschte Mittelwellenlänge steht, die entsprechend einem Leuchtspektrum ausgewählt wird, und λ_p zwischen 20 und 100 nm liegt. Die innerste Schicht, die die fluoreszierende Schicht berührt, ist die dickste aller Schichten des Interferenzfilters und besteht aus einem Material mit einem großen Brechungsindex wie Tantaloxid, Titanoxid, Niobpentaoxid oder Zinksulfid. Das vorstehend beschriebene Interferenzfilter ist beständig gegen Fluorwasserstoffsäure.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Projektionskathodenstrahlröhre,

Fig. 2 einen Flußplan, der ein Verfahren zur Herstellung der Projektionskathodenstrahlröhre darstellt, und

Fig. 3 ein Diagramm, das die spektrale Durchlässigkeit des mehrschichtigen Interferenzfilters darstellt, wobei λh eine Grenzwellenlänge ist, bei der die Duchlässigkeit 50% beträgt.

Das Erfindungsprinzip ist besonders im Zusammenhang mit einer in Fig. 1 gezeigten Kathodenstrahlröhre vorteilhaft, wobei die Fig. 1 eine Querschnittsansicht des Frontglases der mit einem Interferenzfilter mit Mehrschichtaufbau versehenen Kathodenstrahlröhre ist. In der Fig. 1 sind mit 1 ein Frontglas und mit 2 ein Interferenzfilter bezeichnet, welches eine optische Weglänge λh/4 hat (wobei λh = λ_p + λ ist und λ eine gewünschte Mittelwellenlänge ist, die entsprechend dem Leuchtspektrum eines fluoreszierenden Materials ausgewählt ist, und λ_p im Bereich von 20 bis 100 nm liegt). H bzw. L bezeichnen jeweils Schichten aus einem Material mit einem großen bzw. einem kleinen Brechungsindex. Mit 3 ist eine Schicht mit einem großen Brechungsindex mit einer optischen Weglänge von 3×λh/4, mit 4 eine fluoreszierende Schicht und mit 5 eine Aluminiumbeschichtung zum Reflektieren des auf die andere Seite des Frontglases eingestreuten Lichtes bezeichnet.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Katho denstrahlröhre wurde wie nachstehend beschrieben hergestellt. Erst wurde eine fluoreszierende Schicht mit Terbium aktiviert. Ein mehrschichtiges Interferenzfilter beinhaltete insgesamt dreizehn Schichten aus Tantalpentaoxid (Ta₂0₅) und Siliziumdioxid (SiO₂) mit 600 nm λh. Die optische Weglänge der innersten Schicht des Interferenzfilters betrug 3×λh/4. Das mehrschichtige Interferenzfilter kann einer Auswaschung mit Fluorwasserstoffsäure (bei einer HF-Konzentration von 5% für 30 Sekunden) widerstehen, die zur Auswaschung von Kathodenstrahlröhren ohne Interferenzfilter benutzt wird. Zusätzlich war das Beispiel-Interferenzfilter ohne Risse und Abschälungen, sogar nachdem es einer Rückge winnungsauswaschung, wie in Fig. 2 gezeigt, ausgesetzt wurde (beispielsweise wurde der Filter in 5%-tigem Natriumhydroxid NaOH für 5 Sekunden ausgewaschen und dann mit Wasser ausgespült in 7%-tigem Natriumhydroxid für 60 Sekunden ausgewaschen und dann mit Wasser gespült). Im Vergleich zu einer Kathodenstrahlröhre ohne Interferenzfilter konnte die Beispiel-Kathodenstrahlröhre die Helligkeit in der Richtung senkrecht zum Frontglas um 160 bis 180% verbessern. Zusätzlich wurden durch den Gebrauch des Interferenzfilters die Gradation und der Kontrast wesentlich verbessert.

Die Dicken aller das Interferenzfilter bildenden Schichten wurden übliches eise so ausgelegt, daß sie im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge der hindurchtretenden Lichtstrahlen sind, wie es in der Japanischen Offenlegungs schrift 2 73 837/1986 beschrieben ist.

In so einem Fall hat jede Schicht des Interferenzfilters eine Dicke von 100 bis 200 nm. Weil das sehr dünn ist, ist jede Schicht mikroskopisch porös (mit sehr fein ausgeformten Poren). Deshalb kann selbst dann, wenn die äußerste Schicht aus einem Material gefertigt wurde, das eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber Fluorwasserstoffsäure hat, Fluorwasserstoffsäure über diese sehr feinen Poren in eine der äußersten Schicht benachbarte Schicht eindringen und ein Abschälen von Filterschichten verursachen.

Magnesiumfluorid (MgF₂) ist neben dem vorstehend genannten Siliziumdioxid als ein Material mit einem kleinen Bre chungsindex bekannt. Weil aber eine Schicht aus Magnesium fluorid während einer thermischen Bearbeitung bricht, hat sich praktisch für Kathodenstrahlröhren die ausschließliche Verwendung von Siliziumdioxid durchgesetzt.

Das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ka thodenstrahlröhre beinhaltet ein mehrschichtiges Interfe renzfilter, dessen innerste Schicht eine optische Weglänge von 3×λh/4 hat, damit bei dieser die sehr feinen Poren vermieden werden und diese sehr beständig gegen Fluorwasserstoffsäure ist.

Es hat sich gezeigt, daß die optische Weglänge von 3×λ/4 der innersten Schicht sehr wirkungsvoll zum Steigern der spektralen Durchlässigkeit der von der fluoreszierenden Schicht erzeugten Lichtstrahlen ist und der Kathodenstrahl röhre eine sehr gute Leuchtkraftverteilung ermöglicht.

Das Britische Patent No. 13 06 335 offenbart ein Interfe renzfilter mit zwölf Schichten, wobei drei davon aus einem Material mit einem kleinen Brechnungsindex, dessen optische Weglänge 1.5 mal so lang wie die Wellenlänge der hindurch tretenden Lichtstrahlen ist, und die übrigen Schichten aus abwechselnd übereinanderliegenden Materialien mit einem großen und einem kleinen Brechnungsindex zusammengesetzt sind. Allerdings legt die Japanische Offenlegungsschrift No. 39 349/1986 dar, daß das mehrschichtige Interferenzfilter gemäß dem Britischen Patent No. 13 06 335 ein ungünstig breites Durchlässigkeitsband für Lichstrahlen aufweist, die bezüglich einer zu dem mehrschichtigen Interferenzfilter Senkrechten einen großen Winkel haben.

Das erste Ausführungsbeispiel der Kathodenstrahlröhre ist mit dem Interferenzfilter versehen, wobei dessen innerste Schicht aus einem Material mit einem großen Brechnungsindex gefertigt ist und eine optische Weglänge von 3×λh/4 hat. Es hat sich erwiesen, daß die Kathodenstrahlröhre eine sehr gute Leuchtkraftverteilung zeigt.

Nun wird nachstehend ein zweites Ausführungsbeispiel der Kathodenstrahlröhre beschrieben.

Eine fluoreszierende Schicht wurde analog zu der ersten Beispiel-Kathodenstrahlröhre mit Terbium aktiviert. Für ein grün fluoreszierendes Material mit λ von 544 bis 545 nm hat ein Interferenzfilter insgesamt sieben Schichten aus Titanoxid (TiO₂) und Siliziumdioxid (SiO₂). Diese Schichten haben ein ah von 640 bis 645 nm. Die innerste Schicht des Interferenzfilters besteht aus Titanoxid (TiO₂) und hat eine optische Weglänge von 3×λh/4.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Kathodenstrahlröhre wurde ebenso wie vorstehend beschrieben hergestellt. Ein mehrschichtiges Interferenzfilter hat insgesamt 21 Schichten aus Tantalpentaoxid (Ta₂0₅) und Siliziumdioxid (SiO₂) mit λh von 565 bis 570nm. Die innerste Schicht des Interferenzfilters besteht aus Tantalpentaoxid (Ta₂0₅) und hat die optische Weglänge 3×λh/4.

Bei jedem der vorstehenden Beispiele ist λ_p im Bereich von 20 bis 100 nm, was unter Bezug auf die Anzahl der Schichten des Interferenzfilters bestimmt werden sollte, und zwar deswegen, weil sich die Eigenschaft des scharfbegrenzten Filters mit der Anzahl der Schichten ändert. Je mehr Schichten, um so schärfer schneidet das Filter Lichtstrahlen ab. Weil die spektrale Durchlässigkeit allmählich abfällt, liegt beispielsweise bei dem Interferenzfilter mit den sieben Schichten gemäß dem zweiten Beispiel die durch das fluoreszierende Material erzeugte Hauptwellenlänge weiter von λh ab und je kleiner λ_p ist, umso wahrscheinlicher würde die durch das fluoreszierende Material erzeugten Hauptwellenlänge abgeschnitten.

Es hat sich gezeigt, daß im Vergleich zu Kathodenstrahlröhren ohne Interferenzfilter die Kathodenstrahlröhren gemäß dem zweiten und dem dritten Auführungsbeispiel die Helligkeit in der Richtung senkrecht zum Frontglas um 160 bis 180% erhöhen. Zusätzlich zeigen die Kathodenstrahlröhren dieser Beispiele eine verbesserte Gradation und einen verbesserten Kontrast. Das mehrschichtige Interferenzfilter ist sehr beständig gegen Fluorwasserstoffsäure.

Bei den vorstehenden Beispielen wurde das grün fluoreszierende Material mittels Terbium aktiviert. Auf gleiche Weise werden blau und rot fluoreszierende Materialien benutzt, indem λh entsprechend der durch das fluoreszierende Material erzeugten Hauptwellenlänge bestimmt wird. Wird die innerste Schicht des Interferenzfilters aus einem Material mit einem großen Brechungsindex gefertigt und hat sie eine optische Weglänge von 3×λh/4, so kann die Kathodenstrahlröhre solche Eigenschaften wie die der Kathodenstrahlröhren gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 zeigen.

Die optische Weglänge der innersten Schicht des Filters ist als 3×λh/4 beschrieben, kann aber auch (2m + 1)×4lh/4 sein (wobei m eine ganze Zahl größer als Null ist), was optisch gleich dem vorigen ist. Im Hinblick auf die Widerstandsfä higkeit gegenüber Fluorwasserstoffsäure sollte die innerste Schicht vorzugsweise dick sein.

Eine Projektionskathodenstrahlröhre zum Erzeugen von Bildern in Rot, Grün oder Blau wird für ein Projektor-Fernsehgerät benutzt. Ein mehrschichtiges Interferenzfilter ist derart zwischen einem Frontglas und einer fluoreszierenden Schicht angeordnet, daß es Lichtstrahlen von der fluoreszierenden Schicht sammelt. Die innerste Schicht der Inter ferenzfilterschichten ist aue einem Material mit einem großen Brechungsindex wie Tantalpentaoxid gefertigt, das gegen Fluor asserstoffsäure beständig ist, so daß ein fluo reszierendes Material so wirksam wie möglich aufgebracht werden kann. Die innerste Schicht des Interferenzfilters hat eine durch die nachstehende Gleichung ausgedrückte optische Weglänge:
nd = (2m + 1)1h/4,
λ_h = λ_p + λ,
wobei n der Brechungsindex der Schicht ist, d die Dicke der Schicht ist, m eine ganze Zahl größer als Null ist und λ_p zwischen 20 und 100 nm liegt. Die innerste Schicht ist so dick, daß sie gegen Fluorwasserstoffsäure beständig ist.

Claims

1. Projektionskathodenstrahlröhre mit einem Frontglas und einem zwischen dem Frontglas und einer fluoreszierenden Schicht auf der Innenfläche des Frontglases angebrachten Interferenzfilter, dadurch gekennzeichnet, daß
daß das Interferenzfilter einen mehrschichtigen Aufbau hat, der sich aus abwechselnd übereinanderliegenden Schichten mit einem großen und einem kleinen Brechungsindex zusammen setzt, und die innerste Schicht des Interferenzfilters aus einem die fluoreszierenden Schicht berührenden Material mit einem großen Brechungsindex gefertigt ist und eine optische Weglänge nd hat, die durch die nachstehende Gleichung aus gedrückt ist:
nd = (2m + 1)×λh/4,
λh = λ_p + λ,
wobei n der Brechungsindex der Schicht ist, d die Dicke der Schicht ist, m eine ganze Zahl größer als Null ist, λ eine gewünschte Mittelwellenlänge ist, die entsprechend einem Leuchtspektrum gewählt wird, und λ_p zwischen 20 und 100 nm liegt.

2. Projektionskathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die innerste Schicht des Interferenzfilters verwendete Material mit dem großen Brechungeindex Tantalpentaoxid ist.

3. Projektionskathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die innerste Schicht des Interferenzfilters verwendete Material mit dem großen Brechungsindex Titanoxid ist.

4. Projektionskathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die innerste Schicht des Interferenzfilters verwendete Material mit dem großen Brechungsindex Niobpentaoxid ist.

5. Projektionskathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die innerste Schicht des Interferenzfilters verwendete Material mit dem großen Brechungsindex Zinksulfid ist.