Leuchtschirm für Bildanzeigeröhren und Verfahren zu seiner Herstellung

Abstract

 Bei einem Leuchtschirm für insbesondere flache Bildanzeigegeräte wird vorgeschlagen, auf der Schirmglasinnenseite Vertiefungen (2) im Leuchtpunktraster einzuätzen und Leuchtstoff (5) nicht nur auf den Böden der Vertiefungen (2), sondern zur Erhöhung der Lichtausbeute auch auf den Wänden aufzubringen. Eine Kontrastumrandungsschicht (3) dient als Ätzmaske für die Vertiefungen (2) und als Maske für das Aufsprühen des Leuchtstoffes (5).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Leuchtschirm für Bildanzeigeröhren mit einer Schirmglasplatte und darauf Leuchtpunkten, deren Flächen voneinander durch Kontrastumrandung getrennt sind. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leuchtschirms.

[0002] Bei Bildanzeigeröhren, insbesondere bei Bildanzeigegeräten mit flachem Bildschirm, wie sie beispielsweise nach dem Prinzip der Gasentladungsanzeige als Plasma-Panel oder Plasma-Display bekannt und in der DE-OS 24 12 869 beschrieben sind, ist ein ein- oder mehrfarbig fein gerasterter Leuchtschirm mit hoher Lichtausbeute erforderlich. Als eigentliche Kathode dient ein Plasma, aus dem über eine Steuerlochplatte mit Matrixansteuerung für jeden anzuregenden Leuchtpunkt ein Elaktronenstrahl gezogen wird. Im Vergleich zur klassischen Kathodenstrahl-Bildröhre, wo ein einziger Elektrcnenstrahl sämtliche Leuchtpunkte erreichen muß und bei den dadurch erforderlichen Ausmaßen der Bildröhre sehr hohe Beschleunigungen erfahren kann, sind die Elektronenstrahlen bei Gasentladungsanzeigegeräten niederenergetisch, bedingt durch die Gasfüllung und durch die flache Bauweise. Deshalb ist es äußerst wichtig, beim Umsetzen der Elektronenenergie in Lichtenergie oder auch bei einer Lichtsteuerung der Leuchtpunkte etwa durch UV-Licht eine hohe Lichtausbeute zu bekommen.

[0003] Zu diesem Zweck ist es schon bei der klassischen Kathodenstrahlröhre bekannt und beispielsweise in der US-PS 3 858 083 beschrieben, die Leuchtstoffpunkte auf der Innenseite mit einer spiegelnden Metallschicht zu überziehen. Das vom angeregten Leuchtstoff nach hinten abgestrahlte Licht wird an dieser Metallschicht größtenteils reflektiert und dem nach vorn abgestrahlten Licht zugeschlagen. An dieser Metallschicht werden aber auch die anregenden Elektronen geschwächt, was bei den hochenergetischen Kathodenstrahlelektronen keine große Rolle spielt, aber bei den niederenergetischen Elektronen der flachen Gasentladungsanzeigegeräte die Anwendung solcher Metallspiegel erschwert. Eine solche Metallschicht wäre zwar für die Leuchtstoffschicht an den Leuchtpunkten auch als Schutzschicht gegen mechanische Belastungen erwünscht, insbesondere beim Aufbau eines flachen Bildschirms, wo zwischen dem Leuchtschirm und der Steuerlochplatte Abstandshalter notwendig sind. Sie müßte aber aus den obengenannten Gründen so dünn sein, daß sie diese Schutzfunktionen nicht mehr erfüllen könnte.

[0004] Aus der genannten US-PS 3 858 083 ist überdies bekannt, die Leuchtpunkte zur Kontrasterhöhung voneinander durch undurchsichtige Umrandungen abzusetzen. Im Zusammenhang mit flachen Bildanzeigegeräten ist dies als "Schwarzumrandung" auch in der älteren Patentanmeldung P 28 06 436 beschrieben. Unter "Kontrastumrandung" soll hier eine solche undurchsichtige Umrandung der einzelnen Leuchtpunktflächen verstanden werden. Sie besteht aus körnigem Glaslot oder aus metallorganischen Verbindungen, die einem Temperprozeß unterzogen sind. Wieder unter dem Aspekt von notwendigen Abstandshaltern sind solche Kontrastumrandungsschichten als Abstützung für die Abstandshalterungen ungünstig. Körnige Unterlagen können den mechanischen Belastungen nicht genügend standhalten.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leuchtschirm so aufzubauen, daß die Leuchtpunkte auch ohne Metallspiegel eine genügend hohe Lichtausbeute haben und daß die Möglichkeit besteht, Abstandshalterungen stabil anzubringen, ohne Kontrastumrandung oder Leuchtstoffschichten zu gefährden.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Leuchtschirm der eingangs genannten Art erfindungsgemäß folgende Merkmale vorgeschlagen:

a) die Schirmglasplatte hat auf ihrer Innenseite für jeden Leuchtpunkt jeweils eine Vertiefung;

b) auf dem Boden und hochgezogen auf den Wänden der Vertiefungen befindet sich eine Leuchtstoffschicht;

c) eine Kontrastumrandungsschicht befindet sich auf der Innenseite der Schirmglasplatte als Umgrenzung der Vertiefungen.

[0007] Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Leuchtschirms läßt sich die aktive Leuchtstofffläche erheblich vergrößern. Der Elektronenstrahl trifft auf mehr Leuchtstoffpartikel. Die nach vorn abgestrahlte Lichtsumme wird pro Leuchtpunkt wesentlich größer, als wenn nur eine dem Leuchtpunkt entsprechende und nur in der Leuchtpunktebene liegende Leuchtstofffläche verwendet wird. Nicht nur primäre Elektronen werden ausgenutzt. Auch Sekundärelektronen, d.h. beispielsweise an der Leuchtpunktebene reflektierte Elektronen können Leuchtstoffpartikel auf den Wänden der Vertiefungen treffen und zur besseren Lichtausbeute beitragen.

[0008] Die Leuchtpunkte sind weitgehend voneinander getrennt. Bei genügend großen Vertiefungen können an einem Leuchtpunkt gestreut reflektierte Elektronen kaum auf einen benachbarten Leuchtpunkt gelangen. Durch diese Entkopplung der Leuchtpunkte werden Kontrast und Farbreinheit gegenüber rein flächigen Schirmanordnungen erheblich verbessert.

[0009] Gegenüber einer Glaslotschicht als Kontrastumrandung ist eine insbesondere aufgedampfte Kontrastumrandungsschicht als Trägerschicht für Abstandshalterungen wesentlich stabiler. Sie ist härter und haftet besser.

[0010] Darüber hinaus bietet eine solche Kontrastumrandungsschicht die Möglichkeit, in mehreren Funktionen beim Schirmaufbau verwendet zu werden. Zu diesem Zweck wert den bei einem Verfahren zur Schirmherstellung erfindungsgemäß folgende.Schritte vorgeschlagen:

1) die Schirmglasplatte wird auf ihrer Innenseite mit einer dunkel, insbesondere schwarz,gefärbten Kontrastumrandungsschicht aus einer Mischung von Metall mit Dielektrikum versehen;

2) in die Kontrastumrandungsschicht werden entsprechend dem Leuchtpunktraster Fenster geätzt;

3) die so gerasterte Kontrastumrandungsschicht dient als Maske für das Ätzen der Vertiefungen in der SchirmT glasplatte;

4) die Kontrastumrandungsschicht dient als Maske für das Einbringen der Leuchtstoffschicht in die Vertiefungen, insbesondere durch Aufsprühen.

[0011] Diese Mehrfachfunktion der Kontrastumrandungsschicht verbilligt die Herstellung erheblich.

[0012] Eine weitere Funktion der Kontrastumrandungsschicht kann noch hinzukommen, wenn sie elektrisch leitend ist und als Träger für das Leuchtschirmpotential dient. Dann erübrigt sich das Vorsehen einer eigenen Anodenschicht.

[0013] Zu dieser erweiterten Funktion der Kontrastumrandungsschicht wird als Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens vorgeschlagen, daß sich die Zusammensetzung aus Metall und Dielektrikum im Verlauf der Schichtdicke ändert, wobei zunächst reines Dielektrikum aufgebracht wird, dann immer mehr Metall zugesetzt wird mit abnehmendem Dielektrikumanteil und schließlich eine reine metallische Abschlußschicht auf- .gebracht wird.

[0014] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, wobei sich die Zusammensetzung aus Metall und Dielektrikum im Verlauf der Schichtdicke ändert, daß Schichten aus Dielektrikum und Schichten aus Metall abwechselnd mit vorzugsweise variierenden Schichtdicken aufgebracht werden und die letzte Schicht metallisch ist.

[0015] Die metallischen Bestandteile sorgen für die elektrische Leitfähigkeit. Durch die feine Verteilung dieser metallischen Bestandteile, deren Dichte mit zunehmender Dicke vom Leuchtschirmbetrachter her gesehen zunimmt, absorbiert die Kontrastumrandungsschicht Licht von der Betrachterseite sehr stark, ohne metallisch zu reflektieren. Der letzte, rein metallische, Schichtteil macht die Schicht zusätzlich undurchsichtig und erhöht noch die Absorption, so daß schon sehr dünne Schichten dunkel bzw. schwarz erscheinen.

[0016] Für die beim Herstellungsverfahren anschließende Funktion der Kontrastumrandungsschicht als Maske für das Ätzen des Schirmglases ist vorteilhaft, wenn die Metallkomponente aus Nickel, Kupfer, Platin oder Gold besteht.

[0017] Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, die Kontrastumrandungsschichten und die Vertiefungen unter der Leuchtstoffschicht mit einer durchgehenden elektrisch leitenden Potentialschicht zu überziehen, die dann als Anodenschicht dient. Die Belastbarkeit über der Kontrastumrandungsschicht für aufgebrachte Abstandshalterungen ist dadurch nicht beeinträchtigt.

[0018] Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

[0019] Mit 1 ist eine Schirmglasplatte bezeichnet, die beispielsweise die Frontscheibe einer Gasentladungsanzeige in der Ausführung als Flacher Bildschirm ist. Die Schirmglasplatte 1 ist dabei von der Seite gesehen geschnitten dargestellt. Unten ist die Betrachterseite, oben die Innenseite des Gasentladungsanzeigegeräts. Weggelassen sind die dann oben aufgesetzten Abstandshalterungen, die darauf abgestützte Steuerlochscheibe und der ganze vom Betrachter aus gesehene hintere Teil des Gasentladungsanzeigegeräts.

[0020] Auf der Innenseite der Schirmglasplatte 1 befinden sich Vertiefungen 2 mit annähernd rechteckigem Querschnitt. Die Böden dieser Vertiefungen sind die Leuchtpunktflächen des Leuchtschirms und sind dementsprechend in demselben'Raster angebracht. Auf den verbleibenden Stegen befindet sich eine Kontrastumrandungsschicht 3. Die Böden und Wände der Vertiefungen 2 und die Kontrastunrandungsschicht 3 sind von einer Potentialschicht 4 überzogen. In den Vertiefungen 2 auf dem Boden und hochgezogen auf den Wänden liegt über der Potentialschicht 4 eine Leuchtstoffschicht 5. Mit Pfeilen sind die in Richtung des Leuchtschirms beschleunigten Elektronen angedeutet.

[0021] Hergestellt wird dieser dargestellte Leuchtschirm bei-- spielsweise folgendermaßen:

[0022] Auf die Schirmglasplatte 1, in der sich die Vertiefungen 2 noch nicht befinden, wird ein Gemisch aus einem Dielektrikum, wie Ceroxid (Ce0₂) oder Aluminiumoxid (A1₂0₃) oder Siliciumoxid (SiO) und aus einem Metall, wie Nickel (Ni), aufgedampft. Dabei wird der Nickelanteil während der Aufdampfung von 0 auf 100% vergrößert. Die Aufdampfraten können durch einen über zwei mit den entsprechenden Verdampfungsmaterialien gefüllten Tiegeln oszillierenden Elektronenstrahl mit gesteuerter Verweil- zeit oder durch zwei gesteuerte Elektronenstrahlen oder auch durch temperatur- und druckgesteuerte Verdampfung des Dielektrikums in Verbindung mit einer aufdampfratengesteuerten Elektronenstrahlkanone für das Metall eingestellt werden. Auf diese Weise entsteht dann eine vom Betrachter her schwarz erscheinende und auf der Innenseite des Gasentladungsanzeigegeräts spiegelnde Kontrastumrandungsschicht 3 mit einer Dicke von beispielsweise 300 nm.

[0023] Anschließend wird Fotolack aufgebrachte der dann im Leuchtpunktraster entfernt wird, d.h. an den Stellen, an denen die Vertiefungen 2 entstehen sollen. Durch die dabei entstehenden Fotolackfenster wird zunächst die oberste Nickelschicht mit einem geeigneten Ätzmittel, beispielsweise mit einer Mischung aus Salpetersäure und Salzsäure oder Kupfersulfat, entfernt.

[0024] Dan,n erfolgt die Ausätzung der-Vertiefungen 2 zunächst durch die restliche Kontrastumrandungsschicht 2 in den Fenstern und dann in die Schirmglasplatte 1 beispielsweise mit Flußsäure oder mit einem Gemisch aus Flußsäure und Schwefelsäure. Nach diesem Ätzvorgang werden der Fotolack abgelöst und die nun mit den Vertiefungen 2 versehene Schirmglasplatte 1 mit Hilfe eines wäßrigen Ultraschallbades gereinigt.

[0025] Im nächsten Schritt wird die Potentialschicht 4 aus Indiumoxid (In₂0₃) aufgesputtert. Danach erfolgt beispielsweise durch Aufsprühen das Belegen der Böden und Wände der Vertiefungen 2 mit der Leuchtstoffschicht 5.

Ansprüche

1. Leuchtschirm für Bildanzeigeröhren mit einer Schirmglasplatte und darauf Leuchtpunkten, deren Flächen voneinander durch Kontrastumrandung getrennt sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Schirmglasplatte (1) hat auf ihrer Innenseite für jeden Leuchtpunkt jeweils eine Vertiefung (2);

b) auf dem Boden und hochgezogen auf den Wänden der Vertiefungen (2) befindet sich eine Leuchtstoffschicht (5);

c) eineKontrastumrandungsschicht (3) befindet sich auf der Innenseite der Schirmglasplatte (1) als Umgrenzung der Vertiefungen (2).

2. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirms nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1) die Schirmglasplatte (1) wird auf ihrer Innenseite mit einer dunkel, insbesondere schwarz, gefärbten Kontrastumrandungsschicht (3) aus einer Mischung von Metall mit Dielektrikum versehen;

2) in die Kontrastumrandungsschicht (3) werden entsprechend dem Leuchtpunktraster Fenster geätzt;

3) die so gerasterte Kontrastumrandungsschicht (3) dient als Maske für das Ätzen der Vertiefungen (2) in der Schirmglasplatte (1);

4) die Kontrastumrandungsschicht (3) dient als Maske für das Einbringen der Leuchtstoffschicht (5) in die Vertiefungen (2), insbesondere durch Aufsprühen.

3. Leuchtschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontrastumrandungsschicht (3) elektrisch leitend ist und als Träger des Leuchtschirmpotentials dient.

4. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirms nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zusammensetzung aus Metall und Dielektrikums im Verlauf der Schichtdicke ändert, wobei zunächst reines Dielektrikum aufgebracht wird, dann immehr mehr Metall zugesetzt wird mit abnehmendem Dielektrikumsanteil und schließlich eine rein metallische Abschlußschicht aufgebracht wird,

5. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirms nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Zusammensetzung aus Metall und Dielektrikum im Verlaufe der Schichtdicke ändert, wobei Schichten aus Dielektrikum und Schichten aus Metall abwechselnd mit vorzugsweise variierenden Schichtdicken aufgebracht werden und die letzte Schicht metallisch ist.

6. Leuchtschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontrastumrandungsschicht (3) und die Vertiefungen (2) unter der Leuchtstoffschicht (5) mit einer durchgehenden elektrisch leitenden Potentialschicht (4) überzogen sind.

Zeichnung