EP0170130B1

EP0170130B1 - Leuchtschirm für Bildanzeigegeräte und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: EP0170130B1
Application number: EP85108683A
Authority: EP
Inventors: Rolf Dr. Rer. Nat. Dipl.-Phys. Wengert; Pietro Cicchi
Original assignee: Nokia Unterhaltungselektronik Deutschland GmbH; Nokia Graetz GmbH
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1985-07-11
Publication date: 1989-09-27
Also published as: JPS6142839A; DE3573354D1; US4622272A; EP0170130A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Üblicherweise werden Mehrfarben-Leuchtschirme in bekannter Weise mit Hilfe eines aufwendigen «slurry»-Fototechnik-Verfahrens hergestellt. Für Anwendungen bei flachen Bildanzeigegeräten wurden auch andere Vorschläge gemacht.
Aus der DE-A 2804127 ist es bekannt, Leuchtstoff mit Hilfe von Masken-Siebdruck auf ein Substrat aufzubringen. Für diesen Masken-Siebdruck ist eine Grundmaske und sind mehrere Beschichtungsmasken entsprechend der Anzahl der Leuchtstoffarten notwendig. Aus der Fig. 6 ist ablesbar, dass eine Schwarzumrandung auf dem Substrat vorhanden ist. Es ist nicht beschrieben, um welche Art es sich dabei handelt.
Aus dem englischsprachigen Abstract der japanischen Patentanmeldung Nr. 54-3463 ist ein elektrostatisches Siebdruckverfahren (Screen Printing) zum Aufbringen von Leuchtstoffpulver auf eine Platte (16) bekannt. Das auf besondere Art hergestellte Sieb (screen 7) weist dabei Sperrwände (barrier layer 15) auf, während die zu bedruckende Platte (16) völlig eben ist.
Aus der DE-A 2540 132 geht ein Druckverfahren als bekannt hervor, das über den Aufdruck von Leuchtstoffen hinaus zur genauen Positionierung noch ein Foto-Verfahren zusätzlich benötigt.
Schliesslich sind Verfahren bekannt, deren Grundlage eine Aufstäubung bzw. eine «brushing» auf selektiv durch Belichtung «klebrig» gemachte Haftschichten ist (man vgl. z.B. GB-Patent 2111233A, DE-A 2934929 oder US-Patent 4263385).
Aus der DE-A 1 537483 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschirmes für Farbbildröhren bekannt, bei dem die Raster von in den Grundfarben leuchtenden Leuchtschirmelementen in einem Druckverfahren aufgebracht werden. Dabei wird zur weiteren Vereinfachung des Herstellverfahrens vorgeschlagen, dass die einzelnen Raster auf eine flexible Folie aufgedruckt werden und dann diese Folie in die Röhre eingebracht wird. Es werden verschiedene Druckverfahren angegeben, z.B. auch das Siebdruckverfahren.
Jedes der genannten Verfahren weist allerdings Nachteile auf.
Die vorliegende Erfindung geht von einem aus den DE-A 2806436 und 2855142 bekannten Leuchtschirme für Bildanzeigegeräte aus. Ein derartiger Leuchtschirm weist eine Schirmglasplatte auf, die erhabene Kontrastumrandungen bzw. Vertiefungen für die Leuchtstoffe hat, wobei die Kontrastumrandung auf den Umgrenzungen der Vertiefungen liegen. Der Leuchtstoff ist dabei in den durch die Kontrastumrandungen gebildeten Vertiefungen vorhanden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines hochauflösenden Mehrfarben-Leuchtschirmes zu schaffen, der folgenden Bedingungen genügt: Die Dikke der Leuchtstoffschicht soll möglichst gering bei gleichzeitig hoher Flächenbelegungsdichte (hohe Transparenz) sein. Höchste Farbreinheit soll erzielt und insbesondere eine Fehlfarbenkombination auf der Oberfläche der Schicht der jeweiligen Farbe (Elektronenstrahl-beaufschlagte Seite) vermieden werden. Ausserdem soll eine Trennung der Farbbereiche durch schwarz eingefärbte Bereiche zur Erhöhung des Kontrastes sowie zur scharfen Trennung der Licht erregenden Elektronenstrahlen für die einzelnen Farben (Farbreinheit im Elektronenstrahlbetrieb) erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche 2 bis 5.
Mit dem Aufbringen der Leuchtfarben, vorzugsweise der Farben Rot, Grün und Blau, auf den Leuchtschirm durch Siebdruck werden weitere fototechnische Prozesse bei der Leuchtstoffbeschichtung nicht benötigt und alle genannten Forderungen erfüllt.
Um den nacheinander erfolgenden Siebdruck der verschiedenen Farben zu ermöglichen, ohne den vorherigen Druck durch den nachfolgenden zu beschädigen, ist vorgesehen, die Farbbereiche durch eine mechanisch stabile erhabene (Schwarz-)umrandung zu schützen. Dennoch war es nicht naheliegend, bei vorhandener erhabener Schwarzumrandung die Leuchtstoffbereiche mit Siebdruck aufzubringen, da normalerweise Siebdruck nur bei direktem Kontakt auf einer Fläche funktioniert. Durch eine Abwandlung der Drucktechnik mit wesentlich kleineren Druckflächen auf dem Sieb (Schablone) als auf dem Substrat, hohem Rakeldruck und spezieller Fliesseigenschaften der Leuchtstoffpaste wurde das Siebdrucken ermöglicht.
Im Gegensatz zu den bekannten Beschirmungsverfahren weist die Erfindung wesentliche Vorteile auf, die nur mit dem neuen Siebdruckverfahren alle zusammen erreichbar sind.
Speziell für niederenergetische Kathodenstrahlanregung von Leuchtstoffen (<10 keV), aber auch für andere Anwendungen denkbar, ist eine Leuchtstoffschichtbeschaffenheit gefordert, die bei sehr hoher Flächenbelegungsdichte mit Leuchtstoff-«Körpern» optimal eingestellter Grösse und Lichtausbeute (Korn 0,1 !J.m bis 30 !J.m) je nach Typ gleichzeitig möglichst geringe Schichtstärke, das heisst hohe Licht-Transparenz aufweist. Dies wird durch das erfindungsgemässe Verfahren über die Einstellung der Fliesseigenschaften der Leuchtstoff-Paste sowie über eine genaue Dosierung der Menge pro Fläche beim Druck erreicht. Zum Beispiel ist eine derartige Schichtherstellung mit der bekannten «slur- ry»-Fototechnik offensichtlich nicht machbar.
Gleichzeitig ist eine sehr hohe Farbreinheit, gerade auf der Oberfläche der aufgebrachten Leuchtstoffschicht, gefordert, und zwar umso zwingender, je niedriger die Kathodenstrahlanregungs-Energie, also die Eindringtiefe von Elektronen in die Leuchtstoffschicht ist. Deshalb sind Verfahren, bei denen nach Aufbringung einer ersten Farbe die folgenden Farben übereinander geschichtet, belichtet und partiell wieder entfernt werden, wenig geeignet, die geforderte farbreine Schichtoberfläche herzustellen.
Ist durch eine gegebene Elektronenstrahlgeometrie eine scharfe Trennung von Farbpunkten nicht gewährleistet, oder sind durch Justierungenauigkeiten verschiedener Display-Bauteile «Sicherheitszonen» für den beaufschlagenden Elektronenstrahl zur Vermeidung von Fehlfarben notwendig, oder ist eine Erhöhung des Kontrastes notwendig, so ist eine Trennung der Farbbereiche durch schwarz eingefärbte Bereiche (Schwarzumrandung, «black matrix») erforderlich. Für die Anwendung von Leuchtschirmen nach dem Prinzip des flachen Plasmabildschirmes sind diese Bedingungen gestellt und werden durch den vorgeschlagenen Siebdruck erfüllt. Im Gegensatz zur DE-OS 2806436, bei der mit Hilfe fototechnischer Massnahmen eine Scharzumrandung mit guter Haftung aufgebaut wird, ist es Teil des hier vorgeschlagenen Beschirmungskonzeptes, auch die Schwarzumrandung aus schwarz eingefärbter bzw. beim Sintern sich schwarz färbender Glaslotpaste mittels Siebdruck positoniergenau aufzubringen.
Als wesentlicher Punkt - speziell bei der Anwendung des erfindungsgemässen Leuchtschirmes in Displaysystemen mit Einwirken hoher elektrischer Feldstärken - ist eine gute Haftung auf dem Substrat, insbesondere auch für die Schwarzumrandung gefordert. Dafür bestens geeignet sind die beiden Schwarzumrandungsvarianten mit aufgedampften und geätzten Strukturen und nach dem hier vorgeschlagenen Konzept mit Siebdruck.
Hergestellt wird dieser Leuchtschirm beispielsweise folgendermassen: Auf eine Glasplatte (Schirmplatte) beliebiger Grösse und Dicke (plan oder zylindrisch gekrümmt) wird eine Schicht aufgedampft, vorzugsweise in einer Schichtfolge Al₂O₃-Ni-Al₂O₃-Ni (ca. eine bis zwanzig Folgen verschiedener Dicken zwischen 2 nm und 100 nm sowie einer Ni-Endschicht zwischen 20 nm und 1000 nm).
Nach Beladung mit Fotoresist, Belichtung mit einer festgelegten Struktur der Schwarzumrandung einschliesslich festgelegter Justiermarken und Entwicklung in üblicher Weise wird die aufgedampfte Struktur dort abgeätzt, wo die Belegung mit Leuchtstoff vorgesehen ist (Erzeugung von «Fenstern» beliebiger Struktur).
Vor dem Aufdruck der Leuchtstoffe wird an der Beschichtungsoberfläche in an sich bekannter Weise das Glas angeätzt und zwar so, dass Vertiefungen zwischen 1 µm und 50 µm entstehen und gleichzeitig eine möglichst glatte Ätzung erreicht wird, wie z. B. mit einer Ätzlösung folgender Zusammensetzung:

H₂0: 20 Vol.-% bis 90 Vol-%
konz. H_zS0₄: 5 Vol.-% bis 40 Vol.-%
konz. HF: 5 Vol.-% bis 30 Vol.-%

Vorteilhaft ist die durch die Ätzung erreichte gute Entspiegelung der mit Phosphor belegten Seite sowie die erhöhte Haftung des später aufzubringenden Leuchtstoffes auf der aufgerauhten Oberfläche und dessen mechanischer Schutz durch die vorgegebene Vertiefung; vorzugsweise wird die Vertiefung so eingestellt, dass sie in etwa der später angezielten Leuchtstoffschichtdicke entspricht, so dass als Grundlage für die später aufzubringende Aluminisierung des Leuchtschirmes eine möglichst glatte (Feldstärke-Belastung) Oberfläche vorliegt.
Die Leuchtstoff-Struktur (vorzugsweise drei Farben: Rot, Grün, Blau und bei sehr feinem Raster (<0,3 mm Schritt) vorzugsweise Linienanordnung (inline) wird durch nacheinander erfolgendem Druck der Einzelfarben, justiert an den dafür innerhalb der Schwarzumrandung vorgesehenen Positionen, erzeugt. Dabei ist wichtig, dass der Durchlass der Leuchtstoffmenge in einem genauen Verhältnis zur angezielten Schichtstärke, zur Druckschablonenfläche und zur Fliesseigenschaft der Leuchtstoffpaste steht. Ein wesentlicher Bestandteil der Leuchtstoffpaste ist ein Haftvermittler, der im getemperten Zustand (nach «Austreiben» der Binderanteile) verbleibt. Zum Beispiel verwendbar ist eine SiO_z-Beschichtungsflüssigkeit. Als Binder sind alle Systeme grundsätzlich geeignet, solange sie weder die Leuchtstoffe chemisch schädigen noch störende «Reste» nach dem Tempern der Schichten hinterlassen, wobei darauf zu achten ist, dass leuchtstoffspezifisch Maximaltemperaturen (im Bereich 380°C bis 500°C) eingehalten werden müssen. Vorzugsweise Verwendung finden Binder auf Acrylat- oder Nitrozellulose-Basis. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist zum Beispiel:

Leuchtstoff: 40 Vol-% bis 90 Vol-% (z. B. 71 Vol.-%)
Haftvermittler: 0,1 Vol.-% bis 5 Vol.-% (z. B. 0,4 Vol.-%)
Binder: 0 vol.-% bis 20 Vol.-% (z. B. 7 Vol.-%)
Verdünner: 10 Vol.-% bis 50 Vol.-% (z.B. 21,6 Vol.-%, z. B. Terpinöl).

Zum Leuchtstoff:

z. B. Grüner Leuchtstoff: ZnS:Cu, Al, Au
Grüner Leuchtstoff: Y₂O₂S: Tb
Roter Leuchtstoff: Y₂O₃: Eu
Roter Leuchtstoff: Y₂O₂S: Eu
Blauer Leuchtstoff: ZnS: Ag

Die Dicke der Leuchtstoffschichten wird zwischen 1 µm und 70 µm eingestellt, vorzugsweise bei obigen Leuchtstoffbeispielen bei ca. 20 µm. Hierzu ist von wesentlicher Bedeutung, dass die Druckfläche auf der Schablone (Sieb) etwa nur 20% bis 70%, vorzugsweise 40% Flächenöffnung gegenüber der zu bedruckenden Fläche aufweist. Die zum Druck geeigneten Siebe liegen zwischen 165 und 600, vorzugsweise 400 Anzahl Drähte pro cm (165 und 600, vorzugsweise 400 mesh), je nach geforderter Auflösung des Rasters.
Zum Abschluss der Schichterzeugung wird durch Tempern sichergestellt, dass alle Binderanteile verflüchtigt werden, wobei ein wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Siebdruckverfahrens ist, einen sehr geringen Binderanteil anwenden zu können, um damit eine hohe Flächendichte der Phosphorbelegung zu erreichen.
Der Leuchtschirm kann aber auch auf folgende Weise hergestellt werden: Auf eine Glasplatte beliebiger Grösse und Dicke (plan oder zylindrisch gekrümmt) wird eine Glaslotschicht in der gewünschten Struktur der Schwarzumrandung aufgedruckt. Es ist aus Gründen der Entspiegelung der Bildschirm-Innenseite (auf die die Phosphorschicht aufgebracht wird) angebracht, mit der im ersten Beispiel aufgeführten Glasätze eine relativ glatte Entspiegelungsschicht zu erzeugen, nachdem vorher das Glas mechanisch durch Läppen mit Siliziumkarbid feiner Körnung (vorzugsweise P500-P1000 nach DIN 69176) sehr gleichmässig mattiert wurde. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine Entspiegelung der mit Phosphor belegten Glasseite, verbunden mit einer Haftfestigkeitserhöhung für aufgebrachte Schichten durchgeführt wird.
Die nach dem Sintern des Glaslotaufdruckes angestrebte Dicke der Schwarzumrandung liegt zwischen 2 µm und 60 µm. Um eine Schwarzfärbung der Glaslotpaste zu erreichen, ist jeder «black dye»-Zusatz erlaubt, der die Konstanz der thermischen Ausdehnung und die Festigkeit des Glaslotauftrages nach dem Sintern sicherstellt. Als Bindersysteme eignen sich alle Typen grundsätzlich dann, wenn ein vollständiges Ausbrennen bei der für einen bestimmten Glaslottyp erforderlichen bzw. maximal zulässigen Temperatur gewährleistet wird; hierzu eine zweckmässige Glaslot-Mischung:

Glaslot, vorzugsweise bei 430 °C
kristallisierend aufschmelzbar:
50 Gew.-% bis 95 Gew.-% (z. B. 65 Gew.-%)
«black dye» (z. B. Gemisch aus Chromoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Bleioxid):
0 Gew.-% bis 40 Gew.-% (z. B. 15 Gew.-%) Binder auf Acrylatbasis:
0,1 Gew.-% bis 25 Gew.-% (z. B. 1,2 Gew.-%) Verdünner, (z.B. Terpinöl):
0,5 Gew.-% bis 40 Gew.-% (z. B. 18,8 Gew.-%).

Eine Schwarzfärbung kann auch durch reduzierende Temperung unterstützt bzw. allein (ohne «black dyey,) erzeugt werden.
Nach der Fertigstellung der Schwarzumrandungsstruktur wird analog zum ersten Ausführungsbeispiel weiter verfahren.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen

Fig. den erfindungsgemässen Leuchtschirm schematisch im Schnitt und
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Leuchtschirmes schematisch im Schnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte Leuchtschirmglas 1 weist Vertiefungen 4 auf. Die Vertiefungen 4 sind ca. 10 µm bis 20 µm in das Leuchtschirmglas 1 eingeätzt und als Leuchtstoffschicht 6 vorzugsweise mit den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) versehen, die durch Siebdruck durch den Film 2, der mit Sieböffnungen 3 versehen ist, aufgebracht. Die Schwarzumrandung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Fototechnik (Dünnschicht) aufgebracht.
Bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwarzumrandung 5 in Siebdruck als schwarzes Glaslot durch die Sieböffnungen 3 im Film 2 auf das Leuchtschirmglas 1 aufgebracht, so dass Vertiefungen 4 gebildet sind, die je nach Glaslotdicke ca. 20 µm betragen und zur Aufnahme der Leuchtstoffschicht 6 (Leuchtschirmfarben) dienen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirmes für Bildanzeigegeräte mit einer Schirmglasplatte und einer darauf befindlichen Kontrastumrandungsschicht, die Vertiefungen für eine Leuchtstoffschicht umgibt, die aus den Leuchtfarben Rot, Grün und Blau in einer raster- oder linienförmigen systematischen Anordnung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtfarben (R, G, B) nacheinander durch Siebdrucken mit einem hohen Rakeldruck und einer Druckfläche im Sieb von 20% bis 70% Flächenöffnung in bezug auf die zu bedruckende Fläche aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Leuchtstoffschicht (6) zwischen 1 Mikrometer und 70 Mikrometer beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Kontrastumrandungsschicht auf die Schirmglasplatte (1) eine metallische Mehrschichtenfolge aufgedampft wird und dass die aufgedampfte Struktur dort abgeätzt wird, wo die Belegung mit der Leuchtstoffschicht (6) in zuvor in die Schirmglasplatte (1) eingeätzte Vertiefungen (4) vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4) der Schichtdicke der anschliessend aufzubringenden Leuchtstoffschicht (6) nahezu entsprechen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schirmglasplatte (1) eine schwarz eingefärbte oder beim Sintern sich schwarz färbende Glaslotpaste in der Struktur der Kontrastumrandungsschicht (5) mittels Siebdruck positoniergenau aufgebracht wird.