EP0170130B1 - Leuchtschirm für Bildanzeigegeräte und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a fluorescent screen according to the preamble of claim 1.
- Multi-color fluorescent screens are usually produced in a known manner with the aid of an elaborate “slurry” photo technology process.
- Other proposals have also been made for applications with flat image display devices.
- An electrostatic screen printing method for applying phosphor powder to a plate (16) is known from the English-language abstract of Japanese Patent Application No. 54-3463.
- the screen 7 produced in a special way has barrier walls 15, while the plate 16 to be printed is completely flat.
- the present invention is based on a fluorescent screen for image display devices known from DE-A 2806436 and 2855142.
- a fluorescent screen has a screen glass plate which has raised contrast borders or depressions for the phosphors, the contrast borders lying on the boundaries of the depressions.
- the phosphor is present in the depressions formed by the contrasting borders.
- the invention is therefore based on the object of creating a method for producing a high-resolution multicolor fluorescent screen which satisfies the following conditions:
- the thickness of the phosphor layer should be as small as possible while at the same time having a high surface coverage density (high transparency).
- the highest color purity is to be achieved and in particular a combination of false colors on the surface of the layer of the respective color (side exposed to the electron beam) is to be avoided.
- the color areas should be separated by areas colored black to increase the contrast and to sharply separate the light-exciting electron beams for the individual colors (color purity in electron beam mode).
- the fluorescent colors preferably the colors red, green and blue
- further photo-technical processes are not required for the phosphor coating and all of the requirements mentioned are met.
- the invention has significant advantages that can only be achieved together with the new screen printing method.
- a phosphor layer texture is required which, with a very high surface coverage density with phosphor «bodies», optimally set size and light efficiency (grain 0.1! Jm to 30! Jm) depending on the type, the lowest possible layer thickness, i.e. high light transparency.
- This is achieved by the method according to the invention by adjusting the flow properties of the phosphor paste and by precisely metering the amount per area during printing. For example, such a layer production with the known “slurry” photo technology is obviously not feasible.
- This fluorescent screen is manufactured, for example, as follows: A layer is vapor-deposited onto a glass plate (screen plate) of any size and thickness (flat or cylindrically curved), preferably in a layer sequence Al 2 O 3 -Ni-Al 2 O 3 -Ni (approx. One to twenty sequences of different thicknesses between 2 nm and 100 nm and a Ni final layer between 20 nm and 1000 nm).
- the vapor-deposited structure is etched off where the coating with fluorescent material is intended (creation of “windows” of any structure).
- the depression is preferably set such that it approximately corresponds to the phosphor layer thickness which is subsequently targeted, so that the surface which is as smooth as possible (field strength load) is present as the basis for the aluminization of the phosphor screen to be applied later.
- the thickness of the phosphor layers is set between 1 ⁇ m and 70 ⁇ m, preferably about 20 ⁇ m in the above phosphor examples. It is essential for this that the printing area on the stencil (screen) has only about 20% to 70%, preferably 40%, area opening compared to the area to be printed.
- the screens suitable for printing are between 165 and 600, preferably 400, number of wires per cm (165 and 600, preferably 400 mesh), depending on the required resolution of the grid.
- annealing ensures that all binder components are volatilized, whereby a major advantage of the proposed screen printing process is that a very low binder component can be used in order to achieve a high surface density of the phosphor coating.
- the fluorescent screen can also be produced in the following way: A glass solder layer with the desired structure of the black border is printed on a glass plate of any size and thickness (flat or cylindrically curved). For reasons of anti-reflective coating on the inside of the screen (to which the phosphor layer is applied), it is appropriate to use the glass sets listed in the first example to produce a relatively smooth anti-reflective layer after the glass has been mechanically lapped with fine-grained silicon carbide (preferably P500-P1000 according to DIN 69176) was matted very evenly. This method has the advantage that an antireflection coating of the glass side covered with phosphorus, combined with an increase in adhesive strength for applied layers, is carried out.
- a blackening can also be supported by reducing tempering or generated alone (without «black dyey,).
- the fluorescent screen glass 1 shown in FIG. 1 has depressions 4.
- the depressions 4 are approximately 10 ⁇ m to 20 ⁇ m etched into the fluorescent screen glass 1 and are preferably provided as the phosphor layer 6 with the colors red (R), green (G) and blue (B), which are screen-printed by the film 2, which has Screen openings 3 is provided, applied.
- the black border 5 is applied using photo technology (thin layer).
- the black border 5 is applied in screen printing as black glass solder through the screen openings 3 in the film 2 onto the fluorescent screen glass 1, so that depressions 4 are formed which, depending on the glass solder thickness, are approximately 20 ⁇ m and for receiving the Fluorescent layer 6 (fluorescent screen colors) serve.
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- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
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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. HzS04: 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 SiOz-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.
gesättigte Ammoniumfluorid-Lsg.: 0 Vol.-% bis 12 Vol.-%.
Claims (5)
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