DE4106640A1

DE4106640A1 - Projektionskathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE4106640A1
Application number: DE4106640A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Iwasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1991-10-02
Also published as: US5126626A; CA2035365A1; JP2650458B2; CA2035365C; JPH03283239A; US5107173A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektions kathodenstrahlröhre zum Projizieren des auf einem Leuchtschirm angezeigten Bildes auf eine Bildwand vor dem Leuchtschirm über eine Projektionslinse als vergrößertes Bild. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Projektions kathodenstrahlröhre, mit der eine Reduzierung der Verschlechterung der Lichtausgangssignale bzw. des Lichtausganges mit der Zeit möglich ist, indem das Phänomen des Bräunens der Glasober fläche des Bildschirmes und der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht unterdrückt wird.

Die US 46 42 695 beschreibt ein Verfahren zur Ver besserung des Defektes einer Projektionsfernseh anordnung, nämlich das schlechte Konvergenzver hältnis, das auftritt, wenn die von der Projektions kathodenstrahlröhre ausgesandten Strahlen der je weiligen monochromatischen Signale von der Projektions linseneinheit empfangen werden.

In einer üblichen Kathodenstrahlröhre läßt sich an nehmen, daß das von der Leuchtfläche ausgesandte Licht einen Zustand aufweist, der als perfektes Diffusionslicht bezeichnet wird, aber in einer Projektionsfernsehanordnung werden unter den von dem Leuchtschirm ausgesandten Strahlen nur die Strahlen von der Projektionslinseneinheit empfangen, die einen Divergenzwinkel nicht mehr als ungefähr ± 30° aufweisen und die anderen Strahlen werden als Fremdlicht behandelt. Das Fremdlicht ist nicht nur notwendig, sondern übt verschiedene schädliche Einflüsse aus. Beispiels weise wird das Fremdlicht durch einen zylindrischen Spiegel der Projektionslinseneinheit oder der gleichen reflektiert und wird Hinterlicht, das den Kontrast des projizierten Bildes verringert. Entsprechend dem in der US 46 42 695 offenbarten Stand der Technik ist das Verfahren sehr effektiv zur Verbesserung der Helligkeit des Bildes auf der Bildwand einer Projektionsfernsehanordnung, da nicht weniger als 30% der gesamten von einem Lichtabstrahlpunkt der Leuchtfläche ausgesandten Lichtströme in das Innere eines konischen Körpers mit einem Divergenzwinkel von ± 30° konvergiert werden.

In der japanischen Offenlegungsschrift 2 57 043/1985 wird eine Projektionskathodenstrahlröhre vorgeschlagen, die mit einer mehrschichtigen optischen Interferenz schicht aus einer Vielzahl von abwechselnd übereinander angeordneten Schichten aus Materialien versehen ist, die einen hohen und einen niedrigen Brechungs index aufweisen und die zwischen der vorderen Fläche des Bildschirmes und der Leuchtfläche angeordnet ist. Als ein Beispiel der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht wird eine Schicht beschrieben, die aus sechs wechselseitig übereinander angeordneten Schichten aus Tantalpentoxid (Ta₂O₅) als Material mit hohem Brechungsindex und Silizium dioxid (SiO₂) als Material mit niedrigem Brechungs index besteht.

In bei einer üblichen mit einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht auf der inneren Fläche der Abschlußscheibe ausgestatteten Projektions kathodenstrahlröhre ist der Grad, bis zu dem das von der Kathodenstrahlröhre ausgesandte Licht mit der Betriebszeit abgesenkt wird, nachteiliger weise größer als in einer Projektionskathodenstrahl röhre, die keine mehrschichtige optische Interferenz schicht aufweist. Fig. 2 zeigt die Änderung der Lichtausbeute abhängig von der Betriebsdauer, die durch einen kontinuierlichen Betrieb der Projektionskathodenstrahlröhre erreicht wird, die grünes Licht (G) bei einer hohen Spannung (Beschleunigungsspannung) von 32 KV und einer Stromdichte auf der Leuchtfläche von 6 µA cm^-2 aussendet (die äußere Fläche der Frontscheibe der Projektionskathodenstrahlröhre wird durch ein Kühlmittel gekühlt). In Fig. 2 zeigt die Kurve (I) die Verschlechterung der Lichtausbeute einer üblichen Projektionskathodenstrahlröhre, die keinen mehrschichtigen optischen Interferenz film aufweist. Es kann beobachtet werden, daß die Lichtausbeute in 7000 Stunden auf 74% der anfänglichen Lichtausbeute abfällt. Diese Ver schlechterung wird der Tatsache zugeschrieben, daß der Nutzeffekt des Leuchtstoffs selbst verringert wird und daß das Phänomen des Bräunens auf der Frontscheibe auftritt. Das Verhältnis der Gewichte dieser Gründe wird als ungefähr 50% im vor liegenden Stand der Technik bezeichnet.

Es wird angenommen, daß der Nutzeffekt des Leucht stoffs verringert wird, wenn der Leuchtmechanismus des Leuchtstoffs selbst graduell durch die Energie der Stöße der Elektronenstrahlen und der Wärme oder der dabei erzeugten Röntgenstrahlen zerstört wird. Das Phänomen des Bräunens wird eingeteilt in Bräunen durch Elektronenstrahlen und Bräunen durch Röntgenstrahlen. Das Elektronenstrahlbräunen wird durch die Reduktion der die Frontscheibe bildenden alkalischen Metallione, wie Natrium (Na)- Ionen und Kalium (K)-Ionen in Metalle durch die Energie, die produziert wird, wenn die durch die Lücken der Leuchtschicht hindurchgehenden Elektronen strahlen direkt auf die innere Fläche der Front scheibe stoßen, bewirkt. Röntgenstrahlen-Bräunen ist eine Art von Solarisation und wird bewirkt, wenn die Energie der durch die Elektronen erzeugten Röntgenstrahlen, die gegen die Leuchtfläche oder Glasfläche mit hoher Geschwindigkeit prallen, die Bräunungsmitte in dem Gitterdefekt in der Glasfläche der Frontscheibe erzeugen. Wenn ein derartiges Elektronenstrahlbräunen oder Röntgen strahlbräunen bewirkt wird, wird die Glasfläche der Frontscheibe mit Braun getönt und der spektrale Transmissionsgrad wird verringert, wie in der Verteilung (b) des spektralen Transmissionsgrades in Vergleich mit der Verteilung (a) des spektralen Transmissionsgrades vor dem Bräunen in Fig. 3 gezeigt wird. Die Verringerung des Transmissionsgrades wird größer im kurzen Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts.

Die Kurve (II) in Fig. 2 zeigt die Verschlechterung der Lichtausbeute einer üblichen Projektions kathodenstrahlröhre mit einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht, die aus einer Frontscheibe 1, einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht 2 auf der inneren Fläche der Frontscheibe, die aus fünf alternierend übereinander liegenden Schichten aus Titanoxid (TiO₂) als Material mit hohem Brechungsindex und aus Siliziumdioxid (SiO₂) als Material niedrigen Brechungsindexes besteht, einer Leuchtschicht 3 und einer metallischen Rückbeschichtung 4 besteht, die übereinanderliegen, wie im Querschnitt der Frontscheibe und der Leuchtfläche der Projektions kathodenstrahlröhre nach Fig. 4 zu sehen ist. Es wird beobachtet, daß die Lichtausbeute auf 63% der ursprünglichen Lichtausbeute in 7000 Stunden absinkt. Die Verschlechterung der Lichtausbeute ist sehr viel größer als in den üblichen Projektions kathodenstrahlröhren, die keine mehrschichtige optische Interferenzschicht (Kurve (I)) aufweist. Als Ergebnis der Analyse der Gründe der Verschlechte rung wurde gefunden, daß das Bräunen auf der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht 2 zusätzlich zu dem der Glasfläche der Frontscheibe 1 erzeugt wird. Das Bräunen auf der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht 2 wird insbesondere auf der Titanoxid (TiO₂)-Schicht bewirkt, das ein Material mit hohem Brechungsindex ist.

Es wurde gefunden, daß das Bräunen in der Titanoxid schicht durch die Reduktion von TiO₂ in TiO_2-x durch die Energie bewirkt wird, die produziert wird, wenn die durch die Lücken der Leuchtschicht 3 hindurchgehenden Elektronenstrahlen hoher Energie in die Titanoxidschicht eindringen.

Als Material mit hohem Brechungsindex wird üblicher weise ein Metalloxid verwendet. Als Ergebnis der Untersuchungen von verschiedenen Metallen, die optisch verwendbar sind, wurde bestätigt, daß ein ähnliches Bräunungsphänomen mehr oder weniger bei jedem Material auftrat.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen im Stand der Technik auf tretenden Probleme zu eliminieren und eine Projektionskathodenstrahlröhre mit einer mehr schichtigen optischen Interferenzschicht vorzusehen, bei der die Verschlechterung der Lichtausbeute in Abhängigkeit von der Zeit reduziert wird, indem das Bräunungsphänomen der Frontscheibe und der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht unterdrückt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Ver bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird bei einer Projektions kathodenstrahlröhre nach der vorliegenden Erfindung die äußerste Fläche einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht, die aus optisch dünnen Film schichten aus alternierend angeordneten Materialien hohen und niedrigen Brechungsindexes besteht und zwischen der Leuchtschicht und der Frontscheibe angeordnet ist, mit einem transparenten Film eines anorganischen Materials, wie Siliziumdioxid, beschichtet, das optisch transparent und stabil in bezug auf die Stöße eines Elektronenstrahls ist. Die Dicke des transparenten Films beträgt nicht weniger als 1 µm.

Da bei einer Projektionskathodenstrahlröhre entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Schutzschicht aus einem anorganischen Material, das optisch transparent und stabil ist, auf der äußersten Fläche der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht gebildet wird, so daß die mehrschichtige optische Interferenzschicht gegen die Stöße eines Elektronenstrahls geschützt ist, verliert selbst ein Elektronenstrahl hoher Energie, der durch die Lücken der Leuchtschicht hindurchgegangen ist, die Energie in der Schutzschicht. Es ist daher möglich, das Bräunen auf der mehr schichtigen optischen Interferenzschicht und der Glasfläche der Frontscheibe zu verringern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Ausführungs beispiels einer Projektionskathoden strahlröhre mit einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht ent sprechend der vorliegenden Er findung,

Fig. 2 die Verschlechterung der Lichtausbeute einer Projektionskathodenstrahlröhre über die Zeit,

Fig. 3 die Änderung des spektralen Trans missionsgrades aufgrund des Bräunens auf der Glasfläche der Frontscheibe, und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Projektionskathodenstrahlröhre nach dem Stand der Technik mit einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden erläutert.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch die Frontscheibe und die Leuchtfläche eines Ausführungsbeispiels einer Projektionskathodenstrahlröhre mit einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht entsprechend der Erfindung dargestellt. Auf der inneren Fläche der Frontscheibe 1 ist eine mehrschichtige optische Interferenzschicht 2 vorgesehen, die aus fünf alternierend übereinander liegenden Schichten aus Titanoxid (TiO₂) als Material mit hohem Brechungsindex und aus Siliziumdioxid (SiO₂) als Material mit niedrigem Brechungsindex in der gleichen Weise wie im Stand der Technik besteht. In der vorliegenden Erfindung ist die äußerste Schicht der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht 2 mit einem transparenten Film 5 oder einer transparenten Schicht aus einem anorganischen Material beschichtet. Eine Leuchtstoffschicht 3 und eine metallische Rück seitenbeschichtung 4 sind auf der transparenten Schicht 5 in der gleichen Weise wie im Stand der Technik vorgesehen. Es ist nötig, daß die transpa rente Schicht 5 aus einem anorganischen Material nicht nur die Energie eines Elektronenstrahls hoher Energie so weit wie möglich absorbiert, der durch die Lücken der Leuchtstoffschicht 3 hindurchgegangen ist, sondern auch das von der Leuchtstoffschicht 3 ausgesandte Licht mit so wenig Verlusten wie möglich transmittiert. Es ist ebenfalls nötig, daß die transparente Schicht aus anorganischem Material in bezug auf die mehrschichtige optische Interferenz schicht 2 darunter optisch transparent ist, so daß die Möglichkeit der Begrenzung des Brechungsindexes oder der Schichtdicke des transparenten Films 5 aus anorganischem Material besteht. Selbstverständlich muß die transparente Schicht 5 aus anorganischem Material stabil gegen die Stöße eines Elektronenstrahls sein. Eine Projektionskathodenstrahlröhre mit einer mehrschichtigen optischen Interferenzschicht unter Verwendung einer Siliziumdioxid (SiO₂)- Schicht von 5 µm Dicke als transparente Schicht 5 aus anorganischem Material wurde auf experimenteller Basis hergestellt. Die Projektionskathodenstrahl röhre wurde kontinuierlich bei hoher Spannung (Beschleunigungsspannung) von 32 KV und einer Stromdichte auf der Leuchtfläche von 6 µA×cm^-2 in der gleichen Weise wie im Stand der Technik betrieben. Die Änderung der Lichtausbeute über die Betriebszeit wird für diesen Fall in der Kurve (III) in Fig. 2 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde aufgrund der die Elektronenstrahlenergie absorbierenden Wirkung des transparenten Films 5 aus anorganischem Material das Bräunungsphänomen der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht 2 und der Glasfläche der Frontscheibe 1 unterdrückt. Die Verschlechterung der Lichtausbeute betrug 81% der ursprünglichen Lichtausbeute nach 7000 Stunden. Dies ist sehr viel weniger als die Ver schlechterung (74% der ursprünglichen Lichtausbeute) der Lichtausbeute einer konventionellen Projektions kathodenstrahlröhre ohne mehrschichtige optische Interferenzschicht. Als anorganisches Material für die transparente Schicht 5 können unter schiedliche Materialien neben dem SiO₂ verwendet werden, wie Oxide, Fluoride und Sulfide aus anorganischen Elementen. Die notwendige Schicht dicke des transparenten Films 5 aus anorganischem Material variiert in Abhängigkeit von der Eigen schaft des verwendeten Materials.

Die Tiefe d, bis zu der ein Elektronenstrahl in das Material eindringt, wird durch folgende Gleichung gegeben:

d = 2,5×10^-12 ^ρ ^-1V²(cm),

wobei ρ die Dichte der Substanz oder des Materials ist und V die Beschleunigungsspannung des Elektronen strahls ist.

Im Falle von Siliziumdioxid (SiO₂) beträgt die Hochspannung (Beschleunigungsspannung) 32 KV und die Tiefe, bis zu der der Elektronenstrahl in das Siliziumdixid (SiO₂) eindringt, ist ungefähr 10 µm, aber da die Energie des Elektronenstrahls im Vergleich mit der Tiefe, bis zu der der Elektronen strahl eindringt, schnell verloren wird, ist eine Schichtdicke von 10 µm nicht notwendig. Wenn die Schichtdicke nicht weniger als 1,0 µm beträgt, wurde die Wirkung der Verringerung des Bräunens beobachtet und wenn die Schichtdicke 5,0 µm beträgt, wird ein ungefähr ausreichender Effekt erzielt. Mit den anderen Materialien wurde ungefähr die gleiche Wirkung erreicht.

Da, wie oben beschrieben, die äußere Schicht der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht einer Projektionskathodenstrahlröhre nach der vorliegenden Erfindung mit einer transparenten Schicht aus einem anorganischen Material, das stabil gegen Stöße eines Elektronenstrahls ist, beschichtet ist, wird die Energie des Elektronen strahls in dieser Schutzschicht absorbiert und das Bräunen der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht und der Glasfläche auf der Frontscheibe verringert. Somit kann eine Projektions kathodenstrahlröhre hoher Qualität zur Ver fügung gestellt werden, die in der Lage ist, die Verschlechterung der Lichtausbeute über die Zeit zu verringern.

Claims

1. Projektionskathodenstrahlröhre mit einer leuchtenden Fläche, die aus einer Leuchtstoffschicht auf der inneren Fläche einer Frontscheibe und einer zwischen der Leuchtstoffschicht und der Frontscheibe liegenden mehrschichtigen optischen Interferenzschicht aus einer Mehrzahl von optisch dünnen Schichten aus alternierend übereinanderliegenden Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente Schicht (5) aus einem anorganischen Material als Beschichtung auf der äußersten, der Leuchtstoffschicht (3) zugewandten Fläche der mehrschichtigen optischen Interferenzschicht (2) vorgesehen ist, deren Dicke nicht weniger als 1,0 µm beträgt.

2. Projektionskathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Material der transparenten Schicht (5) zur Beschichtung der äußersten Fläche der mehr schichtigen optischen Interferenzschicht Silikondioxid (SiO₂) ist.