DE2231473C3 - Fotografisches Verfahren zum Herstellen eines Bildschirms mit einzelnen Leuchtstoffelementen und einer Schwarzmatrix für eine Farbfernsehbildröhre - Google Patents
Fotografisches Verfahren zum Herstellen eines Bildschirms mit einzelnen Leuchtstoffelementen und einer Schwarzmatrix für eine FarbfernsehbildröhreInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein fotografisches Verfahren zum Beschichten des Schirms einer Farbfernsehbildröhre
gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Es sind Farbfernsehbildröhren mil Schattenmasken bekannt, bei denen Teile der Schirmfläche von einem
lichtabsorbierenden Musler, der sog. Schwarzmatrix, bedeckt sind. Die .Schwarzmatrix hat eine Vielzahl von
Öffnungen, von denen jeweils eine Dreiergruppe mit einer öffnung in der Schattenmaske ausgerichtet ist.
und wobei jedes I.euchtstoffelement eine Öffnung in der Matrix ausfüllt. Im Falle einer sogenannten »Negativtoleranz-Matrix«
definiert jede Maskenöffnung in der fertigen Bildröhre einen Fleck des Elektronenstrahls,
der größer als die jeweilige öffnung in der Matrix ist.
Aus verschiedenen praktischen Erwägungen für die Herstellung ist es wünschenswert, zunächst die Matrix
und dann die Leuchtstoffelemente durch fotografische Verfahren aufzubringen, bei welchen die Schattenmaske
als Belichtungsschablone dient. Ein hierzu brauchbares Verfahren, welches manchmal als »Umkehrdruck«
»(reverse printing) bezeichnet wird, ist in der US-Patentschrift 35 58 310 beschrieben.
Bei diesem bekannten Verfahren wird die innere Bildschirmfläche einer Farbfernsehbildröhre mit einem
Film aus polymerem Material beschichtet, dessen Löslichkeit sich unter dem Einfluß von Licht vermindert
worauf man die Schattenmaske im Abstand zu der beschichteten Fläche anordnet Als nächstes wird der
Film einer Belichtung ausgesetzt, indem die benötigte Lichtmenge von einer kleinflächigen Lichtquelle durch
die Öffnungen der Schattenmaske auf den Film projiziert wird. Nach der Belichtung wird der Film
entwickelt, indem die löslicheren Bereiche des Films entfernt werden. In diesem Stadium des Verfahrens hat
jeder erhalten gebliebene Teil des Films die gleiche Form wie die Maskenöffnung, durch die er belichtet
wurde, jedoch eine andere Abmessung. Der entwickelte Film und die dazwischenliegenden Flächen werden dann
2ü mit einer Schicht aus lichiabsorbierendern Material
überzogen. Die stehengebliebenen Teile des Films und das darüberliegende lichtabsorbierene Material werden
entfernt, während das lichtabsorbierende Material an den dazwischenliegenden Flächen bestehen bleibt, so
daß eine lichtabsorbierende Matrix erhalten wird, die aus einer lichtabsorbierenden Schicht mit einem Muster
von dann enthaltenen Öffnungen besteht, wobei jede Öffnung die gleiche Gestalt, jedoch eine andere
Abmessung als r!>e jeweilige zu seiner Belichtung
herangezogene Maskenöffnung hat. Zum Schluß werden in die Öffnungen der Matrix unterschiedlich
leuchtende Leuchtstoffe eingebracht, was auf fotografische Weise unter Belichtung durch die Schattenmaske
mittels einer kleinflächigen Lichtquelle geschieht.
In der US-PS 35 58 310 sind bereits Maßnahmen
angegeben, durch die die Öffnungen der Schwar/rnalrix
gegenüber den Öffnungen der Schattenmaske verkleinert werden können. Insb-sondt f ist der US PS
35 58 310 zu entnehmen, daß eine Verringerung der Belichtungsdauer beim Herstellen der Schwarzmati n
zu einer Verkleinerung der Öffnungen in der Schwär/
matrix gegenüber denen der Schattenmaske beiträgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hi rstellung eines Bildschirms mil einer
Schwarzmatrix fur eine Farbfernsehbildröhre anzugeben,
wobei die Öffnungen der Schwarzmatrix dieses Bildschirms kleiner sein sollen als die Öffnungen der bei
ihrer Herstellung verwendeten Schattenmaske, und wobei beim Durchführen des Verfahrens eine gute
Kontrollmöglichkeit gegeben sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Maßnahmen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Film
des lichtempfindlichen polymeren Materials nicht normalbehchtet oder überbelichtet, sondern unierbe
lichtet. Dies erfordert eine Verminderung der Lichtmenge (Produkt aus mittlerer Helligkeit und Belichtungsdauer),
mit welcher der Film belichtet wird. Mit einer
6ö geringeren als der normalen Belichtung ist ein sogenanntes »print-down« möglich, dl, h<
es lassen sich stehenbleibende Filmbereiche erhalten, deren Form gleich, deren Abmessungen jedoch kleiner als diejenige
der Maskenöffnungen ist, die während der Belichtung zu ihrer Bildung herangezogen werden,
Es hat sich herausgestellt, daß für eine soche »Verkleinerung« (print-down) die Größe der Lichtquelle
auf eineft äquivalenten Kfeisdufchmesser zwischen
etwa 0,152 und 0,33 cm vermindert werden muß, damit
der »Empfindlichkeitsfaktor« des Verfahrens, d. h. das Verhältnis zwischen der relativen Belichtungsänderung
und der dadurch hervorgerufenen relativen Änderung der ÖffnungsgröQe der Mairix, auf einen annehmbaren
Wert von etwa 1,5 oder weniger verkleinert wird. Es wurde ferner gefunden, aaß eine Verminderung der
Stärke des Films auf etwa 0,10 bis OJO Milligramm pro Quadratzentimeter (anstatt 0,40 mg/cm2 und mehr, wie
bei den bisherigen Verfahren) erforderlich ist, weil ι ο
dadurch eine ausreichende Adhäsion der belichteten Filmbereiche während des Entwicklungsvorgangs erreicht
wird. Im Falle einer starken Unterbelichtung ist es ferner wünschenswert, den Film einer Flutbelichtung zu
unterwerfen, die für sich allein noch keine an der Schirmfläche haftenden Filmbereiche zur Folge haben
kann. Die Kombination zweier Belichtungen (Flutbelichtung und Unterbelichtung mit einem Bild) hat nach
Entwicklung stehenbleibende Filmbereiche zur Folge,
die scharf begrenzt sind und an der darunterliegenden
Fläche fest haften.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl die Matrix als auch die Leuchtstoffeiemente
direkt unter Verwendung der endgültigen Schattenmaske aufgebracht, ohne daß nach den fotografischen
Verfahrensschritten die Öffnungen in der Maske vergrößert werden oder die Maske in anderer Weise
verändert wird. Die Matrix und die Leuchtstoffeiemente können in einem Umkehrverfahren »gedruckt« werden,
ohne daß die während des Verfahrens zwischenzeitlich vorhandenen Filmbereiche geändert werden. Das
erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch bei fabrikmäßiger Anwendung gut steuern, so daß man eine
verhältnismäßig hohe Ausbeule an brauchbaren Bildschirmen
erhält. j5
Aus der Zeitschrift »RCA Review« (1954). Heft 20.
Seiten 336 bis 348 ist bekannt, daß Leuchtstoffeiemente gebildet werden, deren Große kleiner ist als die Größe
der Schattenmaskenöffnungen Aus dieser Druckschrift ist eine Abhängigkeit der Größe der I.euchtstoffflecken
von der Fläche der Belcuchtungsquelle bekannt. Die
Wahl des Filmgewichts ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in zweierlei Hinsicht bei der Herstellung
des Bildschirms wichtig Einerseits soll der Film ein
möglichst großes Absorptionsvermögen aufweisen. wofür man ein großes Filmgewicht verwenden müßte.
Andererseits soll die Adhäsion zwischen Film und Bildschirm groß sein, wofür man eine kleinere
Flächenmasse nehmen rniißte. Diese beiden Erfordernisse widersprechen sich jedoch. Es ist daher für die so
Lösung Ger erfindungsgemäßen Aufgabe notwendig, einen Film zu verwenden, dessen Flächenmasse
innerhalb des angegebenen Bereichs liegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
an Hand von Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schema des Ablaufs des Verfahrens in
bevorzugter Ausführungsform;
Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Verkleinerungsmaß und dem
Ertipfindlichkeitsfaktof bei beslimmilen Herstellungsbedingungen;
Fig,3 zeigt in einem Schaubild die Beziehung
zwischen dem Verkleinerungsmaß und dem Empfindlichkeitsfaktor für andere Hersteiüungsbedingungen;
Fig,4 zeigt in einer grafischen Darstellung die
Beziehung zwischen durM Verkleinerungsmaß und dem Empfindlichkeitsfaktöf für eine dritte Auswahl von
Herstellungsbedingungen.
Fig. 1 veranschaulicht verschiedene Schritte einer Ausführungsforrn des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst wird die innere Fläche des Bildschirms einer Kathodenstrahlröhre in der üblichen Weise gereinigt
und mit einem lichtempfindlichen Film versehen, wie bei Fig. la angedeutet Im vorliegenden Beispiel wird der
Film dadurch erhalten, daß man auf die Oberfläche eine Flüssigkeitsmischung aufbringt, bestehend aus etwa 3
Gewichtsprozent Polyvinylalkohol, 0,75 Gewichtsprozent acrylsaurer Emulsion, etwa 0,25 Gewichtsprozent
Titandioxyd, etwa 0,5 Gewichtsprozent Natriumdichromat, etwa 0,012 Gewichtsprozent Netzmittel und dem
Rest Wasser. Die Viskosität der Mischung beträgt etwa 11 bis 14 mPa · s. Der Röhrenschirm wird gedreht und
gekippt, so daß sich die Flüssigkeitsmischung gleichmäßig über die Fläche verteilt und diese bedeckt Später
wird Wärme zugeführt, so daß das in der Schicht enthaltene Wasser verdampft und ein trockener Film
von etwa 0.1 mg/cm2 entsteht.
Der nächste Schritt ist die unterbenc'r tung des films,
wobei Licht von einer kleinflächigen Lichtquelle durch die Maskenöffnung projiziert wird, wie es bei Fig. Ib
angedeutet ist. Die Schattenmaske der Röhre wird über dem fi|m angeordnet und die Anordnung in ein
Lichthaus gebracht. Ein Lichthaus ist ein Gerät, in welchem der lichtempfindliche Film auf dem Schirm mit
einem genau ausgerichteten und dimensionierten, den Film aushärtenden Lichtmuster belichtet wird, wie es im
Zusammenhang mit der Farbbildröhrenherstellung bekannt ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Maske mit
im wesentlichen kreisförmigen Löchern oder öffnungen versehen, deren Durchmesser in oer Mitte der Maske
etwa 0.38 mm und an den Eckin der Maske etwa 0J3 mm beträgt. Der Abstand von einer Lochmitte zur
anderen betragt im mittleren Teil der Maske etwa 0.71 mm. Das Licht zur Belichtung des Films wird von
einer 1000-Watt-Quecksilberdampflampe jelieftrt. Das
Licht von der Lampe durchläuft ein Lichtrohr oder einen Kollimator und tritt an einer Spitze aus. welche
die kleinflächige Lichtquelle darstellt und einen äquivalenten Kreisdurchmesser von etwa 2 mm hat.
Während der Belichtung werden Lichtstrahlen von der kleinflächigen Lichtquelle durch die Öffnungen 'n
der Maske auf den lichtempfindlichen Film projiziert. Das auftreffende Licht hat zur Folge, daß bestimmte
Bereiche des Films aushärten (d. h. in Wasser unlöslich werden) wobei diese Bereiche im wesentlichen das
gleiche Muster wie das durch die Maskenöffnungen tretende Licht haben. Die Belichtungsdauer beträgt
etwa 5 Minuten.
Die Belichtung durch die Mask'.- wird dreimal
wiederholt, wobei das auftreftende Licht jeweils einen
anderen Einfallswinke! hat, so daß auf dem Film durch jede Maskenöffnir.g eine Gruppe von drei Punkten
ausgehärtet wird, wie es bei den üblichen Verfahren zur
Herstellung eines Schirmbelags für eine Lochmaskenröhre der Fall ist In diesem Stadium des Verfahrens sind
für jede Maskenö.mung drei ausgehärtete kreisförmige
Punkte vorhanden, deren Durchmesser in der Mitte etwa 0,394 mm beträgt. Am Rand eines jeden kreisförmigen
Punkts ist der Aushärtegrad über eine Breite von etwa 0,05 mm nach innen Und außen abgestuft.
Nach der Belichtung wird die Anordnung aus dem Lichthaus genommen und die Maske vom Schirm
getrennt. Der belichtete Film wird etwa 30 Sekunden lang mit einer stärken Wasserbrause abgespritzt, um die
löslicheren Teile des Films zu entfernen während die weniger löslichen Teile an Ort und Stelle bleiben, wie es
mit Fig. lc angedeutet ist. Nach diesem Abspritzen, durch welches die Schablone für die Matrize herausgearbeitet
wird, wird der Röhrenschirm gewässert Una getrocknet. In diesem Stadium des Verfahrens befindet
sich auf der Schirmoberfläche ein haftendes Muster aus Punkten gehärteten polymeren Filmmaterials,- zwischen
denen die Schifmoberfläche ffeiliegt. Die Punkte haben
in der Schirmmitte einen Durchmesser von etwa 0,343 mm. Diese Verkleinerung des Durchmessers der
ausgehärteten Bereiche gegenüber den Abmessungen der Maskenöffnungen ist die Folge der Unterbelichtung
des Films und der Verwendung einer kleineren als normalen Lichtquelle (Spitze des Kollimators oder des
Lichtrohrs) während der fotografischen Belichtung. Hierdurch wurden die äußeren Ränder der kreisförmigen
Bereiche während der Belichtung nur wenig ausgehärtet, so daß sie aufgelöst wurden.
Die aus dem Punktmuster bestehende Schablone wird nun mit einer Masse aus lichtabsorbierenden Pigmentpartikeln
überzogen, wie es mit Fig. Id angedeutet ist.
Im vorliegenden Beispiel geschieht dies durch Aufbringen eines Schlamms aus 4,0 Gewichtsprozent kolloidalen
Graphits in Wasser und anschließendes Trocknen dieser Schicht. Es ist günstig, eine Spur Netzmittel in den
Schlamm zu geben, damit dieser sich leichter über die Schablone ausbreitet. Der Überzug wird während etwa
1,5 Minuten mit Hilfe von Wärme vollständig getrocknet. Nach dem Trocknen haftet der Überzug sowohl an
den Punkten als auch an den blanken Flächen des Röhrenschirms.
Anschließend wird bei noch warmem Röhrenscltirm ein chemisch wirkendes Einweichmittel für die Punkte
des gehärteten polymeren Films auf den Überzug aufgebracht. Im vorliegenden Beispiel ist das Einweichmittel
eine wäßrige Lösung mit etwa 5 Gewichtsprozent Wasserstoffsuperoxyd. Falls gewünscht, kann die
Lösung unter Druck auf den Überzug aufgesprüht werden. Das Wasserstoffsuperoxyd durchdringt den
Überzug und die Punkte und läßt die Punkte des gehärteten polymeren Materials aufquellen und weich
werden die aufgeweichten Punkte mit den unmittelbar darüberliegenden Teilen des Überzugs entfernt, während
diejenigen Teile des Überzugs, die an den offenen Stellen der Schablone direkt an der Oberfläche des
Röhrenschirms haften, stehenbleiben, wie es mit F i g. 1 e angedeutet ist. Das Produkt dieses Verfahrensschritts ist
ein Röhrenschirm mit einer lichtabsorbierenden (schwarzen) Matrix, die eine Vielzahl von kreisförmigen
Löchern aufweist, deren Durchmesser im mittleren Teil der Matrize etwa 0,343 mm beträgt und in den Ecken
der Matrize etwas kleiner ist.
Die lichtabsorbierende (schwarze) Matrix wird nun mit Wasser gespült und etwa 4 Minuten lang mit Hilfe
von Wärme getrocknet Anschließend wird der Röhrenschirm in der gewöhnlichen Weise weiterbehandelt,
um in den Löchern der Matrix auf fotolithografischen Wegen rotleuchtende, grünleuchtende und
blauleuchtende Leuchtstoffpunkte niederzuschlagen, wie es mit Fig. If angedeutet ist Die jeweils ein
bestimmtes Licht emittierenden Punkte werden eingebracht indem die Matrix mit einer lichtempfindlichen
Leuchtstoffmasse überzogen wird, worauf der Überzug von einer kleinflächigen Lichtquelle in der üblichen
fotografischen Weise belichtet wird, wobei man dieselbe
Lochmaske in derselben Stellung als Belichtungsschablone
verwendet Vorzugsweise bedient man sich einer etwas größeren Lichtquelle mit einem Durchmesser von
2,54 mrii. Hierdurch werden die Leuchtstoffpunkte etwas größer als die entsprechenden Matrixlöcher, was
dem Verfahren eine zusätzliche Toleranz gibt, jedoch sind sie nicht so groß, daß sie sich mit den
Leuchtstoffpunkten in den benachbarten Mätfizenlöcherri
überlappen.
Der Leuchtschirm kann nur in der gewöhnlichen Weise weiterbehandelt Werden, um über den Leuchtstoffpunkten
und der Schwarzmatrix eine reflektierende Metallschicht vorzusehen. Der Schirm wird anschließend
ausgeheizt und mit der Lochmaske in der gewöhnlichen Weise in eine Kathodenstrahlröhre
eingesetzt.
Der Ausdruck »Film« wird im vorliegenden Zusammenhang zur Bezeichnung einer Schicht verwendet die im wesentlichen frei von Rissen oder Bruchstellen ist.
Der Ausdruck »Film« wird im vorliegenden Zusammenhang zur Bezeichnung einer Schicht verwendet die im wesentlichen frei von Rissen oder Bruchstellen ist.
Eine wichtige bei der Herstellung der lichtabsorbierenden Matrize zu erfüllende Bedingung ist die
Unterbelichtung des Films. Je stärker die Unterbeiich· tung ist, desto stärker ist die Verkleinerung und desto
größer die Gefahr einer schlechten Haftung. Im folgenden wird mit »R« der Durchmesser eines
Matrixlochs und mit »A« der Durchmesser der zur Herstellung dieses Lochs herangezogenen Maskenöffnung
bezeichnet und vorausgesetzt, daß die Maskenöffnungen kreisförmig sind. Als »Normalbelichtung« ist
dann eine Belichtung definiert, die das Ergebnis
/?/4 = l,0 liefert. Als »Überbelichtung« gilt eine Belichtung, mit welcher ein Matrixloch größer als die
zugeordnete Maskenöffnung wird. d. h. wenn R/A > 1,0. Als »Unterbelichtung« gilt eine Belichtung, mit welcher
ein Matrixloch kleiner als die zu seiner Belichtung herangezogene Maskenöffnung wird, d. h. wenn
R/A< 1,0. Die Differenz zwischen R und A bei einem
durch Unterbelichtung gebildeten Matrixloch wird als »Verkleinerungsmaß« bezeichnet. Die »Belichtung« ist
die zum Belichten des Films herangezogene Lichtmenge. Im vorliegenden Zusammenhang ist der realtive
Belichtungswert das Produkt aus dem relativen Wert der mittleren Helligkeit der beleuchteten Fläche und der
n-K-u. i_.. c:-- ι—u-
somit eine kürzere Belichtungsdauer. Durch einige Versuche läßt sich die Normalbelichtung für ein
spezielles Belichtungsgerät leicht herausfinden. Durch weitere Versuche mit immer schwächerer Belichtung
wird dann ein immer größeres Verkleinerungsmaß erzielt, bis die Belichtung nicht mehr ausreicht, um die
notwendige Haftung der Matrix an der Oberfläche des Röhrenschirms herbeizuführen. Die Erfahrung hat
gezeigt, daß der Belichtungsbereich zur Herstellung kommerziell verwertbarer Negativtoleranz-Matrizen
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dort liegt, wo der »Empfindlichkeitsfaktor« kleiner als 1,5 ist Der
»Empfindlichkeitsfaktor« gibt die prozentuale Änderung der Lichtdurchlässigkeit der Matrix für eine
einprozentige Belichtungsänderung an. Wenn der Empfindlichkeitsfaktor größer als 1,5 ist, wird die
Qualität der Matrix schlecht d. h. sie wird fleckig und
haftet nicht gut Durch diese Flecken erscheint der gesamte Schirm für einen Betrachter gesprenkelt denn
sie sind die Folge von zufallsverteilten Unterschieden in
der Menge des aufgebrachten lichtabsorbierenden Materials.
Die Dicke des lichtempfindlichen Films ist ein wesentlicher Faktor für die Belichtung und das
Haftungsvermögen. Die Filmdicke läßt sich am besten durch Kontrolle der Viskosität des filmbildenden
Materials regeln. Alle hier angegebenen Viskositätswer-
te bezichen sich auf 250C. Eine zu hohe Viskosität für
ein gewünschtes Verkleinerungsmaß hat eine schiechte Haftung zur Folge, Bei einer zu niedrigen Viskosität
bilden sich Brücken zwischen den Punkten der Matrizerischablöne (Uriel zwischen den Löchern der
Matrize), der Einfluß Von Rauhigkeiten und Unebenheiten <?er Glasunterlage Wird zu groß Und der Abstand
zwischen Maske und Film ungleichmäßig. Wenn die Belichtung ohne Flutbelichtung durchgeführt wird,
sollte die Viskosität des Fotolacks zwischen 9 und 20 mPa ■ s liegen, wobei für ein maximales Verkleinerungsmaß
eine Viskosität von Il bis 12mPa · s am
besten ist. Eine Viskosität von 9 bis 11 mPa ■ s ist ideal zur Herstellung einer Matrix mit einem Verkleinerungsmaß von 0,038 mm in der Mitte und von 0,076 mm in \6
den Ecken. Wenn der Film im Verlauf seiner Belichtung einer Flutbelichtung ausgesetzt wird, ist eine höhere
Viskosität, vorzugsweise von !4 bis !5 :nPa · s, zweckmäßig.
Gebräuchlich ist ein Viskositätabereich von 9 bis 3OmPa · s. Eine Flutbelichtung ist nichts anderes als
eine Belichtung der gesamten Filmfläche in einer Stärke, die zur Erzeugung haftender Filmbereiche nicht
ausreicht. Eine Flutbelichtung kann vor. während oder nach der Unterbelichtung mit dem Bildmuster erfolgen.
Die Flutbelichtung ist nützlich zur Verminderung der Belichtungszeiten oder zur Verbesserung der Haftung,
vorausgesetzt, daß der gesamte Empfindlichkeitsfaktor nicht über 1,5 liegt. Praktische Werte für die
Belichtungszeit liegen zwischen 0,1 und 10 Minuten.
J'ür kleinere Matrixlöcher liefert ein sehr dünner Film
von etwa 0,10 mg/cm2 die beste Haftung, die mit dem Verfahren bei maximalem Verkleinerungsmaß vereinbar
ist. Bei größeren Matrixlöchern, die genau oder annähernd so groß wie die Maskenöffnungen sind, hat
ein solch dünner Film jedoch manchmal eine Brückenbildung zwischen den Löchern und eine Verformung der
Löcher zur Folge. Die Ursache hierfür liegt darin, daß sich die Lichtflecke auf dem Film während der
Belichtung durch die größeren Maskenöffnungen überlappen, wodurch Teile des Films zwischen den
Lichtflecken aushärten können. Brücken entstehen überall dort, wo ausgehärtete Punkte mit ausgehärtetem
Filmmaterial in Verbindung stehen, so daß nachher benachbarte Matrixlöcher miteinander verbunden sind.
Durch Erhöhung der Filmstärke auf etwa 0,20 bis 0,30 mg/cm2 wird die Gefahr einer solchen Brückenbildung
und Verformung der Löcher stark vermindert. Durch Verwendung einer konzentrierten Abstimmung
für das Filmmalerial (Zusammensetzung II siehe unten) mit einer Viskosität von beispielsweise 2OmPa-S und
darüber lassen sich Matrixlöcher von 0,394 mm Durchmesser in einem einzigen Film von 0,381 mm
großen Maskenöffnungen erzielen, bevor die Brückenbildung und Gestaltsveränderung der Löcher zu einem
Problem wird. Andererseits werden bei Verwendung der unten angegebenen Zusammensetzung I mit einer
Viskosität von lOmPa-s und einer Filmstärke von
0,1 mg/cm2 die Brückenbildung und die damit verbundenen
Schwierigkeiten bei Matrizenlochgrößen von etwa 0356 mm zu groß. Der Mechanismus, der bei Verwendung
dickerer Filme zu verminderter Brückenbildung führt, ist zwar nicht genau geklärt, es scheint jedoch, daß
bei dickeren Filmen die Brücken während der Entwicklung des Films unterschnitten und dadurch
entfernt werden.
Die zu wählende Filmstärke wird von dem geforderten Verkleinerungsmaß bestimmt Wenn beispielsweise
die kleinstmöglichen Matrixlöcher (stärkstes Verkleine-
40
45
50 fürigsmaß) bei gegebener Größe der Lichtquelle
geschaffen werden sollen( wählt man den dünnsten Film,
um die beste Haftung zu erzielen. Wenn allerdings der Film zu dünn ist, lassen sich die stehengebliebenen
Filmpunkte während der Umkehrung durch Wassersloffsupeiöxydbehandlüng
schwer herausätzen. Das optimale Filmgewicht für ein maximales Verkletnerungsmaß
beträgt etwa 0,10 mg/cm2. Wenn Matrixlöcher
mit den Maskenöffnungen nahe kommender Größe gewünscht werden (geringstes Verkleinerungsmaß), dann wird der dickste Film gewählt, der eine gute
Haftung und Ausbreitung zuläßt und keine Flecken bringt. Dieses Filmgewicht liegt etwa bei 0.30 mg/cmJ
und ist hinsichtlich der Brückenbildung und Lichtüberlappung am wenigsten problematisch. Wenn irgendwelche
Zwischenwerte des Verkleinerungsmaßes gewünscht sind, dann wird eine dazwischenliegende
FilmttärliP (7nsnmmensetzung III siehe unten) verwendet,
so daß man sowohl eine gute Haftung als auch eine minimale Brückenbildung erhält. Die angegebenen
Filmslärken (Filmgewichte) sind natürlich nur Beispiele und hängen im gewissen Grad von dem zur Bildung der
Matrixlöcher verwendeten Fotolack ab. Das Prinzip der Auswahl der optimalen Filmstärke für ein gewünschtes
Verkleinerungsmaß bleibt jedoch dasselbe, gleichgültig welche Filmzusammensetzung man zur Bildung der
Matrixlöcher heranzieht.
Mit den nachfolgend angegebenen Zusammensetzungen für das Filmmaterial wurden bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren gute Negativtoleranz-Matrizen erhalten. Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozente. Die
Zusammensetzung II wird für minimales Verkleinerungsmaß und die Zusammensetzung I für maximales
Verkleinerungsmaß verwendet, während die Zusammensetzung III dann verwendet wird, wenn ein
zwischen diesen Extremwerten liegendes Verkleinerungsmaß gewünscht ist.
Zusammensetzung I entspricht der Zusammensetzung II. jedoch mit dem Unterschied, daß 2961 g Wasser
anstatt 1461 g zugegeben ist. Die Zusammensetzung i hat eine Viskosität von etwa lOmPa-s bei 250C und
iietert ein t-iimtrockengewichi von eiwaO.i mg/cm1.
Zusammensetzung II: einer I0%igen Suspension von
Titandioxyd TiC>2. die etwa 0,05% Natriumpyrophosphat Na4P2O7-10 H2O und den Rest Wasser enthält,
werden unter Rühren die folgenden Zutaten in der angegebenen Reihenfolge beigegeben:
20,5 g 5%ige wäßrige Lösung eines Netzmittels; 1461 g Wasser: 1013 g 10%iger Polyvinylalkohol; 223 g
22,5%iger Acrylharz; 152 g 10%iges Natriumdichromat Na2Cr1-O7-2 H2O.
Die Zusammensetzung II hat eine Viskosität von etwa 3OmPa-S bei 25° C und liefert ein Filmtrockengewicht
von etwa 0ß mg/cm2 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Die Zusammensetzung III entspricht der Zusammensetzung II mit dem Unterschied, daß 1680 g Wasser
anstatt 1461 g zugegeben sind. Diese Zusammensetzung
III hat eine Viskosität von etwa 20 mPa-s bei 25° C und
liefert ein Filmtrockengewicht von etwa 0,2 mg/cm2.
Eine weitere wichtige Bedingung ist, daß die Lichtquelle eine kleinere Fläche als normal hat Der
Ausdruck »äquivalenter Kreisdurchmesser« wird im vorliegenden Zusammenhang zur Definition einer
Lichtquelle verwendet, welche im wesentlichen die gleiche Wirkung wie eine kreisförmige Lichtquelle des
angegebenen Durchmessers hat Für die zur Herstellung der Matrix herangezogenen Belichtungswerte ist der
optimale äquivalente Kreisdurchmesser etwa 2 mm (1,52 bis 3,3 mm). Eine zu kleine Lichtquelle erlaubt ein
geringeres Verkleinerungsmaß und liefert eine zu kleine Lichtausbeute, so daß die Belichtungsdauer übermäßig
lang wird. Außerdem begrenzen Beligungserscheinungen
das Verkleinerungsmaß, welches sich mit sehr kleinflächigen Lichtquellen erzielen läßt. Eine zu große
Lichtquelle erlaubt ein höheres Verkleinerurigsmaß, jedoch ist die Polge darin ein fleckiger und ungleichmäßiger
Schirm, weil das Verfahren in diesem Fall Übermäßig empfindlich gegenüber ungleichmäßigen
Verfahrens- und Lichthausbedingungen ist.
Die grafischen Darstellungen gemäß den Fig. 2, 3 und 4 zeigen einige typische Beziehungen zwischen dem
»Empfindlichkeitsfaktor« und dem Vcrkleinerungsmaß für verschiedene Belichtungsbedingungen bei der
Herstellung von Ncgaiivloicranz-Matrizcn nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Röhren haben eine Lochmaske, deren Löcher in der Maskenmitte
einen Durchmesser von etwa 0,38 mm und in den Ecken der Maske einen Durchmesser von etwa 0,33 mm haben,
wobei der gegenseitige Lochabstand im mittleren Maskenteil etwa 0,71 mm von Lochmitte zu Lochmitte
beträgt.
Die F i g. 2, 3 und 4 wurden von der gleichen Bildschirm-Maskenanordnung aufgenommen. Jeder
Bildschirm war in Quadranten aufgeteilt, deren jeder eine verschiedene Belichtungsdauer durch dasselbe
Intensitätskontrollfilter erfuhr. Für Fi g. 2 betrugen die Belichtungszeiten 2,75; 3,00; 3,25 und 3,50 Minuten, für
die Fig. 3 wurden Belichtungszeiten von 3,25; 3,50; 3.75
und 4,00 Minuten und für die F i g. 4 Belichtungszeiten von 13; 15; 17 und 19 Minuten gewählt. Die relative
Belichtung ist das Produkt aus der Belichtungsdauer in Minuten und dem Strom in Mikroampere, der zum
Betrieb der Lampe im Lichthaus herangezogen wurde. Dieses Produkt liefert einen relativen Wert für die
Belichtung. Nach Fertigstellung des Bildschirms wurden die Größen der Matrixlöcher gemessen und die relative
Lochfläche der Matrix in iedem Ouadranten ausgerechnet.
Dann wurden in einer grafischen Darstellung (nicht gezeigt) die Größe der Matrixlöcher als Ordinate und
die Belichtung als Abszisse für die ausgerechnete Kollimatorgröße eingetragen, was ein geeigneter Weg
zur Erhaltung von Durchschnittswerten der Lochgröße gegenüber der Belichtung ist. In einer weiteren
grafischen Darstellung (wie sie in den F i g. 2. 3 und 4 zu sehen ist) wurde der »Empfindlichkeitsfaktor« gegenüber
dem Verkleinerungsmaß eingetragen. Der »Empfindlichkeitsfaktor« ist definiert als prozentuale Änderung
der Matrixlochfläche für jeweils eine l°/oige Belichtungsänderung (= ο/οΔΑ/°/οΔΈ). Das Verkleinerungsmaß
ist definiert als Differenz zwischen dem Durchmesser einer Maskenöffnung und dem Durchmesser
eines Matrizenlochs.
F i g. 2 gibt die Verhältnisse für ein Verfahren wieder, bei welchem der äquivalente Durchmesser der Lichtquelle
2,54 mm betrug und ein Filmgewicht von etwa 0,20 mg/cm2 verwendet wurde. Der Filfri wurde hierbei
aus einer Masse hergestellt, deren Viskosität etwa 20cps betrug und die etwa 6,6 Gewichtsprozent eines
Natriumdichromat-Sensibilisators, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Polyvinylalkohol, enthielt.
Fig. 3 bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem eine Lichtquelle mit einem äquivalenten Durchmesser
von 2,54 mm und ein Filmgewicht von etwa 0,10 mg/cm2 verwendet wurde. Der Film wurde aus einer Masse
hergestellt, deren Viskosität etwa 12 mPa-s betrug unH
die etwa 6.6 Gewichtsprozent Natriumchromat, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen PolyvinylalkoFig.4
bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem eine Lichtquelle mit einem äquivalenten Durchmesser
von 2,03 mm und ein Filmgewicht von etwa 0,10 mg/cm2 verwendet wurde. Der Film wurde aus einer Masse
hergestellt, deren Viskosität etwa 12 mPa-s betrug und die etwa 13,2 Gewichtsprozent Natriumdichromat.
bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Polyvinylalkohols, enthielt.
In jeder der Fig. 2, 3 und 4 sind vier Punkte eingetragen, welche das Ergebnis des jeweiligen
Verfahrens für einen etwa in der Mitte des Bildschirms liegenden Ort wiedergeben. Die grafischen Darstellungen
zeigen, daß in der Mitte des Bildschirms unter den vier verschiedenen Belichtungsbedingungen Verkleinerungsmaße
bis etwa 65 μίτι erhalten werden können.
Da die Leuchtstoffpunkte eingebracht werden, nachdem die Matrize bereits gebildet ist, ist hierfür eine
Verkleinerung als solche nicht nötig. Die Größe der Leuchtstoffpunkte muß jedoch kontrolliert werden, um
ihre Überlappung in benachbarte Matrixlöcher zu vermeiden. Für die Leuchtstoffpunkte kann die Lichtfeldabstufung
im Lichthaus zwischen 0,P' und ' 2 (Randhelligkeit durch Mittenhelligkeit) variieren. Für
das Einbringen der Leuchtstoffelemente in die Matrixlöcher muß die Abmessung der Lichtquelle ebenfalls
sorgfältig ausgesucht werden, damit die von den großen Maskenöffnungen gebildeten Leuchtstoffpunkte gut
haften, ohne sich mit den Leuchtstoffpunkten in den benachbarten Matrixlöchern zu überlappen. Eine
kleinere Lichtquelle hat eine zu geringe Lichtleistung und erfordert lange Belichtungszeiten. Bei einer zu
großen Lichtquelle ist zwar die Haftung der Leuchtstoffpunkte gut, jedoch werden sie, wenn sie mittels der
großen Maskenöffnungen gebildet werden, zu groß, so daß sie sich mit benachbarten Matrixlöchern überlappen.
Brauchbarer sind Lichtquellen mit einem äquivalenten Durchmesser von etwa 2 bis 3,3 mm.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Fotografisches Verfahren zum Herstellen eines Bildschirms mit einzelnen Leuchtstoffelementen und
einer Schwarzmatrix für eine Farbfernsehbildröhre, die eine von dem Bildschirm beabstandete Schattenmaske
aufweist, wobei jedes Leuchtstoffelement einer bestimmten Öffnung in der Maske zugeordnet
ist und kleiner als diese Öffnung ist, bei dem nacheinander folgende Verfahrensschritte durchgeführt
werden:
Auftragen eines Films aus einem polymeren Material, dessen Löslichkeit in einem bestimmten
Lösungsmittel sich bei Belichtung vermindert;
Belichten des Films durch die Öffnungen der Maske; Entwickeln, wobei die nichtbelichteten Bereiche des Films durch das Lösungsmittel entfernt werden;
Auftragen eines Überzugs, welcher an der Schirm-Piäche haftet und lichtabsorbierende Partikel enthält, auf die stehengebliebenen Bereiche des Films und die freien Teile der Schirmfläche;
Entfernen mindestens eines Teils der stehengebliebenen Bereiche des Füms zusammen mit dem darüberliegenden Überzug, wobei der an der Schirmfläche haftende Überzug stehenbleibt:
Erzeugen von Leuchtstoffelementen an den freien Stellen der so erzeugten Schwarzmatrix;
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenmasse des rilms aus polymerem Material zwischen 0.1 und 0,3 mg/cm2 liegt,
Belichten des Films durch die Öffnungen der Maske; Entwickeln, wobei die nichtbelichteten Bereiche des Films durch das Lösungsmittel entfernt werden;
Auftragen eines Überzugs, welcher an der Schirm-Piäche haftet und lichtabsorbierende Partikel enthält, auf die stehengebliebenen Bereiche des Films und die freien Teile der Schirmfläche;
Entfernen mindestens eines Teils der stehengebliebenen Bereiche des Füms zusammen mit dem darüberliegenden Überzug, wobei der an der Schirmfläche haftende Überzug stehenbleibt:
Erzeugen von Leuchtstoffelementen an den freien Stellen der so erzeugten Schwarzmatrix;
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenmasse des rilms aus polymerem Material zwischen 0.1 und 0,3 mg/cm2 liegt,
daß die Belichtung des Films durch Projektion von Licht aus einer kleinfiäc'ngep Lichtquelle erfolgt,
deren äquivalenter Kreisdurchuiesser 1.5 bis 3.3 mm
beträgt, und
daß der Film weniger stark belichtet wird, als es zur Erzeugung von solchen Filmbereichen verminderter
Löslichkeit notwendig ist. deren Größe gleich ist der Größe der jeweils zugeordneten Öffnungen der
Maske.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Bildung des Films auf die Schirmfläche aufgetragene Masse eine Viskosität
von 9 bis 30 mPa ■ shat.
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