-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre (CRT)
und insbesondere ihre Frontplatte mit einer Licht absorbierenden
Filterschicht mit einem bestimmten Absorptionspeak/-peaks.
-
1 zeigt
einen Teilquerschnitt der Frontplatte mit einer aufgetragenen Leuchtstoffschicht
einer herkömmlichen
CRT. Es gibt zwei Quellen für sichtbares
Licht, das aus der Frontplatte austritt. Eines ist Licht 1,
das aus Leuchtstoffen emittiert wird, wenn Elektronenstrahlen darauf
auftreffen. Das andere ist ein externes Umgebungslicht, das von
der Frontplatte reflektiert wird. Das reflektierte Licht weist wiederum
zwei Komponenten auf, die davon abhängen, wo das einfallende externe
Licht reflektiert wird. Die erste Komponente (2) ist die,
die auf der Oberfläche
der Frontplatte reflektiert wird. Die andere (3) ist die,
die die gesamte Dicke der Frontplatte durchläuft, aber an der Leuchtstoffoberfläche reflektiert
wird. Das von der Frontplatte reflektierte Umgebungslicht weist
ein gleichförmiges
Spektrum auf, was den Kontrast einer CRT vermindert, da die CRT
dazu ausgelegt ist, Licht nur bei bestimmten Wellenlängen zu emittieren
und ein Farbbild durch eine selektive Kombination dieser bestimmten
Wellenlängen
anzuzeigen.
-
2 zeigt
eine spektrale Lumineszenz von P22-Leuchtstoffmaterialien, die im
Fachbereich allgemein verwendet werden. Blauer Leuchtstoff ZnS:Ag,
grüner
Leuchtstoff ZnS:Au,Cu,Al und roter Leuchtstoff Y2O2S:Eu weisen ihre
Wellenlängenpeaks
bei 450 nm (21), 540 nm (22) bzw. 630 nm (23) auf.
Reflektierte Lichtkomponenten 2, 3 weisen relativ
höhere
Leuchtkraft zwischen diesen Peaks auf, da ihre Spektralverteilung über alle
sichtbaren Wellenlängen
flach ist. Das Spektrum des aus dem blauen und grünen Leuchtstoff
emittierten Lichts weist relativ weite Bandbreiten auf und daher
werden einige Wellenlängen,
von 450–550
nm, sowohl vom blauen wie vom grünen
Leuchtstoff emittiert. Das Spektrum des roten Leuchtstoffs weist
unerwünschte
Seitenbänder um
580 nm auf, bei welcher Wellenlänge
die Leuchteffizienz hoch ist. Deshalb kann selektive Absorption
von Licht bei den Wellenlängen
450–550
nm und um 580 nm den Kontrast einer CRT stark verbessern, ohne die
Lumineszenz der Leuchtstoffe zu mindern. Weil die Absorption von
Licht um 580 nm die Gesamtfarbe einer CRT bläulich erscheinen lässt, wird
im übrigen
dafür gesorgt,
dass externes Umgebungslicht um 410 nm bevorzugt absorbiert wird,
um das bläuliche
Aussehen zu kompensieren.
-
Es
wurden Anstrengungen unternommen, einen Weg zum selektiven Absorbieren
von Licht um 580 nm, 500 nm und 410 nm zu finden. Zum Beispiel offenbaren
die
US-Patente 5200667 ,
5315209 und
5218268 alle ein Ausbilden eines Films
auf einer Oberfläche
der Frontplatte, der Farbstoff oder Pigmente enthält, die
selektiv Licht absorbieren. Alternativ wurden eine Mehrzahl von
transparenten Oxidschichten mit unterschiedlichem Brechungsvermögen und
unterschiedlicher Dicke auf die Außenseite einer Frontplatte
aufgetragen, um ihre Lichtinterferenz zum Zwecke der Verringerung
der Umgebungslichtreflexion zu nutzen. Diese Patente können jedoch
an der Leuchtstoffschicht reflektiertes Licht nicht reduzieren.
Daher wurde in den
US-Patenten 4019905 ,
4132919 und
5627429 eine Zwischenschicht vorgeschlagen,
die zwischen die Innenseite der Frontplatte und die Leuchtstoffschicht
aufgetragen wird und bestimmte Wellenlängen absorbiert. Ferner offenbaren
die
US-Patente 5068568 und
5179318 eine Zwischenschicht,
die abwechselnd aus Schichten mit hohem Brechungsvermögen und
niedrigem Brechungsvermögen
gebildet sind.
-
Das
US-Patent 5756197 und J.
Opt. Soc. Am. B Band 3, Nr. 12/Dez. 1986, S. 1647–1655 offenbaren,
dass kleine Metallpartikel, die in einem dielektrischen Medium dispergiert
sind, zum Abschirmen von Strahlung einer spezifischen Wellenlänge verwendet
werden können.
-
Gemäß der Erfindung
wird eine Kathodenstrahlröhre
(CRT) zur Verfügung
gestellt, die umfasst:
eine Glasplatte;
mindestens eine
Filterschicht, die auf eine Oberfläche der Glasplatte auftragen
ist, mit einem Absorptionspeak bei einer Wellenlänge von ungefähr 580 nm; und
eine
Leuchtstoffschicht ausgebildet über
der Innenfläche
der Glasplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht eine
dielektrische Matrix mit darin dispergierten Metallpartikeln umfasst,
die Durchmesser zwischen 1 nm und 1 μm aufweisen, wobei die Metallpartikel
aus einem Metall ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Gold, Silber, Kupfer, Platin und Palladium
sind.
-
Die
Erfindung ermöglicht,
dass Umgebungslichtreflexion minimiert wird, vermeidet aber die
Notwendigkeit einer Farbstoffdispersionsschicht oder einer Mehrzahl
von transparenten Schichten mit unterschiedlichem Brechungsvermögen.
-
Die
Filterschicht kann auf einer Seite der Glasplatte vorgesehen sein
oder es kann eine Filterschicht auf beiden Seiten vorgesehen sein.
-
Nun
werden Beispiele der Erfindung ausführlich mit Bezug zu den begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 ein
Teilquerschnitt einer herkömmlichen
CRT-Frontplatte ist.
-
2 spektrale
Lumineszenzverteilungen von herkömmlichen
Leuchtstoffen, die auf einer herkömmlichen CRT-Frontplatte verwendet
sind, darstellt.
-
3a ein
Teilquerschnitt einer CRT-Frontplatte gemäß der vorliegenden Erfindung
ist.
-
3b ein
Teilquerschnitt einer CRT-Frontplatte gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
-
4 ein
Teilquerschnitt einer CRT-Frontplatte gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
-
5 ein
Teilquerschnitt einer CRT-Frontplatte gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
-
6 ein
Teilquerschnitt einer CRT-Frontplatte gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
-
7 ein
Teilquerschnitt einer CRT-Frontplatte gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
-
8 eine
spektrale Transmissionsverteilung eines Filters gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
-
3a ist
ein Teilquerschnitt einer CRT-Frontplatte gemäß der vorliegenden Erfindung. Die
Frontplatte umfasst eine Glasplatte 10, eine Leuchtstoffschicht 12 und
eine dazwischen angeordnete Filterschicht 11. Hier wird
eine Schwarzmatrix 13 zwischen den Leuchtstoffen ausgebildet,
nachdem der Filter 11 auf die Glasplatte 10 aufgetragen ist.
Die Filterschicht ist ein Film aus dielektrischer Matrix, in der
winzige Metallpartikel dispergiert sind, im Gegensatz zu Pigmenten,
die im Stand der Technik verwendet sind, was die Oberflächenplasmaresonanz
(SPR) der Metallpartikel in einer dielektrischen Matrix nutzt. Die
Filterschicht weist einen Lichtabsorptionspeak bei ungefähr 580 nm
auf.
-
SPR
ist ein Phänomen,
bei dem Elektronen auf der Oberfläche von Metallpartikeln mit
Nanoabmessungen in einer dielektrischen Matrix, wie Siliciumoxid,
Titanoxid, Zirconiumoxid, in Abhängigkeit von
einem elektrischen Feld in Resonanz kommen und Licht einer speziellen
Bandbreite absorbieren, siehe J. Opt. Soc. Am. B., Band 3, Nr. 12/Dez.
1986, S. 1647–1655
mit Details. Hierbei ist "Nanoabmessung" definiert als von
einigen Nanometern bis hunderten von Nanometern. Mit anderen Worten,
ein "Partikel mit
Nanoabmessungen" ist
ein Partikel von mehr als 1 Nanometer, aber weniger als 1 Mikrometer
im Durchmesser. Zum Beispiel wird bei einer dielektrischen Matrix
aus Siliciumoxid mit Gold- (Au), Silber- (Ag) und Kupferpartikeln
(Cu) von weniger als 100 nm Durchmesser Licht um die Wellenlänge von 530
nm, 410 nm bzw. 580 nm absorbiert. Mit Platin (Pt) oder Palladium
(Pd) ist das Lichtabsorptionsspektrum in Abhängigkeit von der Art der Matrix
von 380 nm bis 800 nm ziemlich breit. Eine spezielle absorbierte
Wellenlänge
hängt von
der Art der dielektrischen Matrix, d. h. ihrem Brechungsvermögen, der Art
des Metalls und der Größe solcher
Metallpartikel ab. Es ist bekannt, dass Brechungsverhältnisse
von Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid und Titanoxid 1,52,
1,76, 2,2 bzw. 2,5–2,7
betragen.
-
Die
Arten von Metall, die verwendet werden können, beinhalten Übergangsmetalle,
Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. Darunter sind Gold, Silber, Kupfer,
Platin und Palladium bevorzugt, da sie sichtbares Licht absorbieren.
Allgemein nimmt der Absorptionsfaktor mit zunehmender Größe der Metallpartikel
zu, bis sie 100 nm erreicht. Oberhalb von 100 nm verschiebt sich
der Absorptionspeak mit zunehmender Größe zu langen Wellenlängen. Dementsprechend
beeinflusst die Größe der Metallpartikel sowohl
den Absorptionsfaktor als auch die Absorptionspeakwellenlänge.
-
Die
bevorzugte Menge an Metallpartikeln beträgt 1–20 mol-% in Bezug auf die
Gesamtmolzahl der dielektrischen Matrix. Innerhalb dieses Bereichs können ein
gewünschter
Lichtabsorptionsfaktor und Absorptionspeak ausgewählt werden.
-
Ein
Filter unter Verwendung einer Siliciumoxidmatrix und von Goldpartikeln
mit einem Absorptionspeak bei 530 nm kann nach den folgenden Verfahren
so ausgebildet werden, dass er Licht um 580 nm absorbiert. Eines
ist das Hinzufügen
eines zweiten dielektrischen Materials wie Titanoxid, Aluminiumoxid
oder Zirconiumoxid mit einem höheren
Brechungsvermögen,
so dass sich der Absorptionspeak zu längeren Wellenlängen verschiebt.
Eine zugesetzte Menge bestimmt den Absorpti onsfaktor. Der Absorptionsfaktor
eines Absorptionspeaks sollte unter Berücksichtigung der Transmissionseffizienz
einer Glasplatte und der Dichte des Filters festgesetzt werden.
Allgemein sind Absorptionspeak und -faktor vorzugsweise hoch. Ein
zweites Verfahren ist eine Erhöhung
der Größe der Goldpartikel
ohne Zusatz eines zweiten dielektrischen Materials. Weil die Metallpartikel
in einem Film unter Verwendung von Sol-Gel auf einer Oberfläche der
Glasplatte aufgetragen sind, kann die Größe der Metallpartikel verändert werden, indem
die Menge an Wasser, Art und Menge an Katalysator und Rate einer
Temperaturveränderung
bei einer Wärmebehandlung
variiert werden. Beispielsweise werden die Partikel umso größer, je
mehr Wasser zugegeben wird oder je länger die Wärmebehandlung erfolgt. Wenn
außerdem
Licht um 580 nm Wellenlänge
absorbiert wird, wird das Licht bevorzugt auch um 410 nm absorbiert,
damit die Platte nicht bläulich
erscheint.
-
Als
dielektrische Matrix dient mindestens eines der Gruppe bestehend
aus Siliciumoxid SiO2, Titanoxid TiO2, Zirconiumoxid ZrO2 und
Aluminiumoxid Al2O3.
Bevorzugt ist eine Kombination von Siliciumoxid und Titanoxid, wobei
jedes mit 50 Gewichts-% vorhanden ist. Es kann eine andere Kombination
von Zirconiumoxid und Aluminiumoxid mit einem Molverhältnis von
8:2 verwendet werden.
-
3b zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der die Schwarzmatrix 13 vor
dem Auftragen des Filters ausgebildet ist, die die gleichen Eigenschaften
aufweist wie eine von 3a. Mit anderen Worten, die
Schwarzmatrix ist auf der Innenfläche einer Glasfrontplatte strukturiert. Eine
SPR-Filterschicht ist oben auf die Schwarzmatrix aufgetragen, wie
bei 3a beschrieben, so dass die Innenfläche vollständig bedeckt
ist. Schließlich
wird eine Leuchtstoffschicht auf der Filterschicht ausgebildet,
die der Schwarzmatrix unten entspricht. Diese Ausführungsform
stellt dar, dass es bei der vorliegenden Erfindung nicht kritisch
ist, wo die Schwarzmatrix platziert ist.
-
4 ist
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der eine Mehrzahl von Filterschichten 11a, 11b verwendet
werden. Jede der Filterschichten kann bezüglich der Größe der Metallpartikel
und der Art der dielektrischen Matrix unterschiedlich sein, so dass
Umgebungslicht von zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen, zum Beispiel um
580 nm und unter 410 nm, absorbiert werden können. Einer der Filter kann
einen Absorptionspeak bei 580 nm aufweisen, während der andere einen bei 410
nm aufweisen kann. Die Reihenfolge, in der die Mehrzahl an unterschiedlichen
Filtern aufgeschichtet sind, ist nicht wesentlich, so dass sie umgestellt
werden kann. Die Figur zeigt nur zwei Schichten von Filtern, aber
es können
mehr als zwei Filterschichten eingesetzt sein, um eine zusätzliche
Wellenlänge
zu absorbieren. Darüber
hinaus kann eine einzige Matrixschicht mit mehr als zwei unterschiedlichen
Metallpartikeln verwendet werden, die jeweils einen anderen Absorptionspeak
aufweisen.
-
5 stellt
eine Filterschicht mit darin dispergierten winzigen Metallpartikeln
auf der Außenfläche der
Glasplatte dar, damit Lichtreflexion von der Außenfläche vermindert wird. Obwohl
es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, kann mehr als eine Filterschicht
auf der Außenfläche aufgetragen
sein, die Absorptionspeaks bei unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen.
-
6 zeigt
eine Glasplatte mit einem leitfähigen
Film 17 zur Verhinderung von Statik und einer Schutzschicht 11c sowohl
zum Schutz der Platte vor Kratzern und zum Vermindern der Lichtreflexion.
Allgemein beinhaltet der leitfähige
Film 17 Indiumzinnoxide (ITO) und die Schutzschicht ist
aus Siliciumoxid gebildet. Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind dem Siliciumoxidsol vor dem Ausbilden der Siliciumoxidschutzschicht
winzige Metallpartikel zugesetzt. Daher dient die Schutzschicht
als zusätzliche
Funktion zur selektiven Lichtabsorption.
-
7 zeigt
eine Glasplatte, bei der beide Seiten mit einem dielektrischen Matrixfilm überzogen sind,
in dem winzige Metallpartikel dispergiert sind. Beispielsweise kann
ein erster Film 11a auf der Außenseite so ausgelegt sein,
dass er Licht um 580 nm absorbiert, und ein zweiter Film 11b auf
der Innenseite kann so ausgelegt sein, dass er Licht um 500 nm oder
410 nm absorbiert. Die beiden Filme mit unterschiedlicher Wellenlängenabsorption
können
selbstverständlich
vertauscht sein.
-
Beispiele
-
Beispiel 1
-
4,5
g Tetraethylorthosilicat (TEOS) wird in einem Lösungsmittel dispergiert, das
aus 30 g Methanol, 30 g Ethanol, 12 g n-Butanol und 4 g deionisiertem
Wasser besteht. 5 g HAuCl4 4H2O
wird zum so dispergierten Lösungsmittel
hinzugegeben und bei Raumtemperatur 24 Stunden lang gerührt, so
dass eine Lösung
A erhalten wird.
-
36
g Ethanol, 1,8 g reines Wasser, 2,5 g Säure (35 % Dichte) werden zu
25 g Titanisopropoxid (TIP) zugegeben und die Mischung bei Raumtemperatur
24 Stunden lang gerührt,
so dass eine Lösung B
erhalten wird.
-
Ein
Beschichtungsmaterial wird durch Vermischen von 12 g Lösung A,
3 g Lösung
B und 12 g Ethanol derart hergestellt, dass der Gehalt an Gold 12
mol-% und das Molverhältnis
von Titanoxid zu Siliciumoxid 1:1 beträgt.
-
Eine
Schwarzmatrix wird auf einer CRT-Frontplatte von 17 Zoll (43,2 cm)
ausgebildet und 50 ml des Beschichtungsmaterials werden durch Spinbeschichten
auf die Platte aufgetragen, die sich bei 150 Upm dreht. Die beschichtete
Platte wird 30 Minuten lang bei 450 °C erwärmt. Da nach wird in herkömmlicher
Weise eine Leuchtstoffschicht auf der Platte ausgebildet.
-
Die
so hergestellte Platte weist einen Absorptionspeak bei 580 nm auf,
wie es in 8 gezeigt ist. Kontrast, Helligkeit
und Haltbarkeit sind im Test zufriedenstellend.
-
Beispiel 2
-
HAuCl4 wird durch NaAuCl3 ersetzt,
wobei die anderen Angaben gleich wie in Beispiel 1 sind.
-
Beispiel 3
-
HAuCl4 wird durch AuCl3 ersetzt,
wobei die anderen Angaben gleich wie in Beispiel 1 sind.
-
Beispiel 4
-
Tetraethylorthosilicat
(TEOS) und Titanisopropoxid (TIP) wurden entsprechend durch Zirconiumethoxid
Zr(OC2H5)4 und Aluminium-sec-butoxid Al(OC4H9)4 ersetzt
und das Molverhältnis
von Zirconiumoxid zu Aluminiumoxid beträgt 4:1, wobei die anderen Angaben
gleich wie in Beispiel 1 sind.
-
Beispiel 5
-
Das
Beschichtungsmaterial wird auf die Außenfläche einer Frontplatte aufgetragen
und die beschichtete Platte auf eine Temperatur von 200–250 °C erwärmt, während der übrige Herstellungsprozess gleich
wie in Beispiel 1 ist.
-
Beispiel 6
-
Die
beschichtete Platte von Beispiel 5 wird auf 100 °C vorgewärmt und reines Wasser und Hydrazin
mit einem Gewichtsverhältnis
von 9:1 zusätzlich
aufgetragen und bei 200 °C
erwärmt.
-
Beispiel 7
-
HAuCl4 wird durch NaAuCl3 ersetzt,
wobei die anderen Angaben gleich wie in Beispiel 5 sind.
-
Beispiel 8
-
HAuCl4 wird durch NaAuCl3 ersetzt,
wobei die anderen Angaben gleich wie in Beispiel 6 sind.
-
Beispiel 9
-
2,5
g Indiumzinnoxid (ITO) mit einem mittleren Partikeldurchmesser von
80 nm werden in einem Lösungsmittel
dispergiert, das aus 20 g Methanol, 67,5 g Ethanol und 10 g n-Butanol
besteht, so dass ein Beschichtungsmaterial gebildet wird.
-
50
ml des Beschichtungsmaterials werden auf die gleiche Weise wie in
Beispiel 1 durch Spinbeschichten aufgetragen und das Beschichtungsmaterial
von Beispiel 1 wird zusätzlich
durch Spinbeschichten aufgetragen, um die vorliegende Erfindung wie
in 6 gezeigt auszuführen.
-
Beispiel 10
-
Die
doppelt beschichtete Platte von Beispiel 9 wird auf 100 °C vorgewärmt und
deionisiertes Wasser und Hydrazin mit einem Gewichtsverhältnis von 9:1
zusätzlich
aufgetragen und bei 200 °C
erwärmt.
-
Beispiel 11
-
HAuCl4 wird durch NaAuCl4 ersetzt,
wobei die anderen Angaben gleich wie in Beispiel 9 sind.
-
Beispiel 12
-
HAuCl4 wird durch NaAuCl4 ersetzt,
wobei die anderen Angaben gleich wie in Beispiel 10 sind.
-
CRT-Frontplatten
der Beispiele 2–12
zeigen alle einen Absorptionspeak bei 580 nm, während Kontrast, Helligkeit
und Haltbarkeit im Test zufriedenstellend sind.
-
Beispiel 13
-
Es
wird ein neues Beschichtungsmaterial gleich wie das in Beispiel
1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass HAuCl4 durch
AgNO3 ersetzt ist und der Silbergehalt 5
mol-% beträgt.
Zum Zwecke der Bereitstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
wie sie in 4 gezeigt ist, wird das Beschichtungsmaterial
von Beispiel 1 durch Spinbeschichten auf eine Oberfläche einer
CRT-Frontplatte aufgetragen und das neue Beschichtungsmaterial durch
Spinbeschichten aufgetragen, während
der übrige
Herstellungsprozess gleich wie der von Beispiel 1 ist.
-
Beispiel 14
-
Zum
Zwecke der Bereitstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, wie in 7 gezeigt, wird das neue Beschichtungsmaterial von
Beispiel 13 auf die Innenfläche
einer in Beispiel 9 ausgebildeten CRT-Frontplatte aufgetragen.
-
Beispiel 15
-
Es
wird ein neues Beschichtungsmaterial gleich wie das in Beispiel
1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass AgNO3 mit
HAuCl4 verwendet wird und der Silber- und
Goldgehalt 5 bzw. 12 mol-%, bezogen auf die Gesamtmolzahl der dielektrischen
Matrix beträgt.
Der übrige
Herstellungsprozess ist gleich wie in Beispiel 1.
-
CRT-Frontplatten
der Beispiele 13–15
zeigen alle Hauptabsorptionspeaks bei 410 nm und 580 nm, wobei Kontrast,
Helligkeit und Haltbarkeit zufriedenstellend sind.