DE10219595A1

DE10219595A1 - Farbkathodenstrahlröhre mit optischem Filtersystem

Info

Publication number: DE10219595A1
Application number: DE10219595A
Authority: DE
Inventors: Helmut Bechtel; Harald Glaeser; Joachim Opitz
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-20
Also published as: US20050194882A1; CN1650391A; WO2003094191A1; JP2005524933A; TW200307965A; AU2003224350A1; EP1504462A1; KR20040111554A

Abstract

Farbkathodenstrahlröhre, ausgerüstet mit einer Frontschale mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche und mit einer Bildschirmbeschichtung auf der Frontschale, die eine strukturierte Leuchtstoffbeschichtung mit Leuchtstoffrastern für die Farben Rot, Grün und Blau, und ein Filtersystem, das aus einem ersten strukturierten optischen Filter vom Transmissionstyp für die Farbe Blau und einen zweiten unstrukturierten optischen Filter besteht, umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbkathodenstrahlröhre, insbesondere eine Farbbildröhre oder einen Farbmonitor, ausgerüstet mit einer Frontschale mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche und mit einer Bildschirmbeschichtung auf der Frontschale, die eine strukturierte Leuchtstoffbeschichtung mit Leuchtstoffrastern für die Farben Rot, Grün und Blau, und ein optisches Filtersystem umfasst.
Farbbildschirme und Farbmonitore werden häufig in hellem Umgebungslicht benutzt. Um das Schirmbild bei dieser Beleuchtung besser sichtbar zu machen und die Augen weniger zu ermüden, soll ihr Bildschirm blendungsfrei, reflexionsarm und kontrastreich sein. Für die Qualität des Bildschirms ist dabei dessen absolute Helligkeit weniger entscheidend als der Kontrast K. Unter dem Kontrast versteht man den Unterschied zwischen der größten und der kleinsten Helligkeit. Der Kontrast errechnet sich aus dem Verhältnis von der Summe von Fremdlichtintensität und Nutzlichtintensität zur Fremdlichtintensität.

K = (I_fremd + I_nutz)/I_fremd
Das Umgebungslicht mit der Intensität I_aus wird von der Leuchtstoffschicht zurückgestreut und muss dabei den Weg durch das Bildschirmglas zweimal durchlaufen. Es hat dann die Intensität I_fremd R_schirm × I_ans × T². Dabei ist R_schirm der Reflexionsfaktor der Leuchtstoffschicht, T die Transmission des Bildschirmglases.
Das von den Leuchtstoffpunkten ausgestrahlte Licht mit der Intensität I_pix durchläuft das Glas einmal und erzeugt deshalb die Nutzleuchtdichte I_nutz = I_pix × T. Unter Vernachlässigung von Spiegel- und Streulichtverlusten ergibt sich der Kontrast K in der Praxis zu

K = (I_aus × R_schirm × T² + I_pix × T)/I_aus R_schirmT²
Man kann den Kontrast maximieren, indem man den Außenlichteinfluss im Vergleich zur Eigenlichtdichte der Leuchtstoffpunkte vermindert. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten. Man kann dies erreichen, indem man die Transparenz T des Bildschirmglases senkt. Man kann aber auch Farbfilter in Form von anorganischen Pigmentstoffen einsetzen, die so ausgewählt werden, dass sie die vom jeweiligen Leuchtstoff emittierte Farbe möglichst durchlassen und die restlichen Spektralanteile absorbieren, so dass die diffuse Reflexion des Außenlichtes durch Reduktion von R_schirm an dem Leuchtstoffpulver unterdrückt wird.
Die Farbpigmente dürfen somit nicht die emittierte Eigenstrahlung, sondern nur das Fremdlicht absorbieren. Eine Anpassung ist hier nur bedingt möglich, d. h. es entstehen in jedem Fall Helligkeitsverluste.
Ein hoher Kontrast und trotzdem geringe Helligkeitsverluste lassen sich durch eine Sandwichbeschichtung aus einem auf die Frontschale aufgebrachtem Pigmentraster für die optischen Filter und einem daraufliegendem, entsprechenden Leuchtstoffraster erzielen. Diese Art von Bildschirmbeschichtung ist jedoch sehr aufwendig und muss für die drei bei Farbkathodenstrahlröhren verwendeten Farben insgesamt sechsmal durchgeführt werden.

Für eine weniger aufwendige Bildschirmbeschichtung wird in US 5,942,848 eine Kombination von roten und blauen Farbfilterrastern vorgeschlagen - auf ein grünes Farbfilterraster wird verzichtet.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Farbbildröhre mit verbesserter Luminanz und erhöhtem Kontrast durch eine einfache Kombination von Leuchtstoffraster und optischen Filtern vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Farbkathodenstrahlröhre ausgerüstet mit einer Frontschale mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche und mit einer Bildschirmbeschichtung auf der Frontschale, die eine strukturierte Leuchtstoffbeschichtung mit Leuchtstoffrastern für die Farben Rot, Grün und Blau, und ein Filtersystem, das aus einem ersten strukturierten optischen Filter vom Transmissionstyp für die Farbe Blau und einem zweiten unstrukturierten optischen Filter besteht, umfasst.

Dieses Filtersystem verbessert die Farbreinheit und den Kontrast des Farbbildschirms. Es ist in der Herstellung unkompliziert und verringert die Herstellungskosten.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist es auch, dass weniger von der Lichtenergie, die außerhalb des gewünschten Lichtwellenbereiches liegt, in Wärmeenergie umgewandelt wird. Das Filtersystem blockt gleichzeitig die Spiegelreflexe an der inneren Oberfläche der Frontglasschale ab.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das zweite optische Filter auf der inneren Oberfläche des Frontschale angeordnet.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das zweite optische Filter auf der äußeren Oberfläche der Frontschale angeordnet.

Es wurde gefunden, dass die Variation der Transmission Tops des zweiten optischen Filters im sichtbaren Wellenlängenbereich kleiner 2 sein sollte.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Transmission T₆₀₀ des zweiten optischen Filters für Licht der Wellenlänge λ = 600 nm größer ist als die Transmission T₅₅₀ für Licht der Wellenlänge λ = 550 nm.

Weiterhin ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der die Transmission T₄₅₀ des zweiten optischen Filters für Licht der Wellenlänge λ = 450 nm d größer ist als die Transmission T₅₂₀ des zweiten optischen Filters für Licht der Wellenlänge λ = 520 nm.

Wenn ein derartiges Filtersystem verwendet wird, ist eine Verbesserung des LCP(Luminance Contrast Performance)-Wertes, der als Quotient von weißer Luminanz L_w und der Wurzel aus der diffusen Reflexion √W_diff, also LCP = L_w/√Wdiff, definiert ist, bis zu 20% erreichbar.

Geeignete Materialien für den ersten optischen Filter enthalten als eine Komponente ein anorganisches Pigment, ausgewählt aus der Gruppe Kobaltaluminat CoAl₂O₄, Ultramarin oder Phtalocyaninblau.

Geeignete Materialien für den zweiten optischen Filter enthalten als eine Komponente ein anorganisches Pigment ausgewählt aus der Gruppe Cersulfid Ce₂S₃, β-Indiumsulfid β-In₂S₃, Hämatit α-Fe₂O₃, Tantaloxidnitrid TaON oder eine organische Farbe ausgewählt aus der Gruppe chloriertes Thioindigo Vat Red 54, Dichlorodiketopyrrolopyrrol PR 254 (Irgazin, Ciba-Geigy), Dichlorochinacridon PR 202(Mikrolith Magenta, Ciba Geigy) und Zapon Violett 506 S. V. 2 (BASF).

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einem Beispiel weiter erläutert.

Eine Farbbildröhre umfasst die sog. Elektronenkanone mit dem Strahlungserzeugungs- und Strahlbündelungssystem für die drei Grundfarben Rot, Blau und Grün, weiterhin ein Strahlablenksystem und den Farbbildschirm in einem evakuierten Glaskolben.

Der Farbbildschirm selbst wird aus einer Frontschale, die Teil des Glaskolbens ist, und der Bildschirmbeschichtung auf der Innenfläche des Farbbildschirms mit einer üblicherweise im wesentlichen rechteckigen effektiven Bildfläche gebildet.

Die Bildschirmbeschichtung setzt sich im allgemeinen aus mehreren Schichten zusammen. Neben der Leuchtstoffbeschichtung mit den R-, G-, und B-Leuchtstoffen umfasst der Beschichtungsaufbau üblicherweise noch eine Schwarz-Matrix zur Vermeidung von Farbüberlagerungen zwischen den Leuchtstoffen und eine rückseitige Metallisierung, welche die Helligkeit auf das Doppelte erhöht, indem sie eine Reflexionsfläche auf dem Leuchtstoffraster bildet.

Die Schicht, welche die Leuchtstoffe enthält, besteht üblicherweise aus einem regelmäßigen Raster von Farbpunkten oder Farbstreifen, getrennt in drei Sub-Raster für die drei Grundfarben, die bei Anregung durch einen Elektronenstrahl in den Grundfarben Rot, Grün und Blau aufleuchten.

Die erfindungsgemäße Bildschirmbeschichtung unterscheidet sich von den Bildschirmbeschichtungen nach dem Stand der Technik durch ein Filtersystem, das aus einem ersten optischen Filter und einem zweiten optischen Filter besteht.

Das erste optische Filter stellt ein strukturiertes optisches Transmissionsfilter für Blau dar. Um das Licht, das von dem blauen Leuchtstoffraster emittiert wird, spektral zu reinigen, wird ein strukturiertes Filter verwendet, das alle Anteile mit Ausnahme der gewünschten Emissionswellenlängen absorbiert. Es ist als Raster strukturiert und ist jeweils unter dem blauen Subraster der Leuchtstoffschicht angeordnet.

Dieses erste optische Filter ist hochselektiv. Es hat eine spektrale Transmissionscharakteristik, die mit dem Leuchtstoff für Blau korrespondiert, d. h. es hat eine selektive Transmission mit einer spektralen Transmissionsverteilung, die ein Absorptionsminimum im Bereich von 450 nm hat. In dem Wellenlängenbereich von +/-70 nm von der maximalen Emission des blauen Leuchtstoffes ist die Transmission höher als in dem restlichen Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes zwischen 400 und 650 nm.

Um diese optische Transmissionscharakteristik zu erreichen, kann man als Material für die erste Filterschicht ein geeignetes organisches oder anorganisches Pigment oder eine Farbe verwenden, man kann auch zwei oder mehr geeignete organische oder anorganische Pigmente oder Farben für diese Filterschicht mischen.

Geeignete Pigmente für den blauen Filter sind beispielsweise Kobaltaluminat CoAl₂O₄ (Kobaltblau), Ultramarin und Phtalocyaninblau. Diese Pigmente für den Blaufilter haben eine Transmission von etwa 70% und mehr für Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von +/-70 nm der maximalen Emission des blauen Leuchtstoffes. Andererseits liegt ihre Transmission in den anderen Bereichen des sichtbaren Spektrums bei etwa 40%. Das bedeutet, dass rotes und grünes Licht intensiv absorbiert werden. Transmissionsfenster.

Bevorzugt hat das Pigment für den ersten optischen Filter eine Partikelgröße im Bereich von einigen 100 Nanometern oder weniger, um die optische Transparenz zu verbessern. Wichtig ist auch eine gleichmäßige Verteilung der Pigmente in der Filterschicht ohne Agglomeration.

Weiterhin ist auf der inneren oder äußeren Oberfläche der Frontschale ein zweites optisches Filter angeordnet, das die gesamte effektive Bildfläche bedeckt.

Das zweite optische Filter ist als reflexminderndes, breitbandig absorbierendes, nicht selektiver Filter ausgelegt.

Das zweite optische Filter hat die Funktion, die Bereiche der elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge oberhalb und unterhalb des sichtbaren Bereiches zu transmittieren bzw. zu reflektieren und den dazwischen liegenden Bereich auszufiltern.

Die Transmission des zweiten optischen Filters ist dergestalt, dass sie einen hohen Transmissionsfaktor im sichtbaren Wellenlängenbereich hat und einen niedrigen Transmissionsfaktor in den anderen Wellenlängenbereichen. Dadurch wird die Energie der unerwünschten Wellenlängenkomponenten im sichtbaren roten, grünen und blauen Wellenlängenbereich kontrolliert und abgeschwächt.

Wenn es gewünscht wird, kann das Anteilsverhältnis der Komponenten des Neutralfilters so eingestellt werden, dass blaues Licht etwas stärker absorbiert wird als grünes Licht und rotes Licht kaum geschwächt wird. Für ein derartiges zweites optisches Filter ergibt sich folgende Relation für die spektrale Transmissionscharakteristik:
T₆₀₀ > T₅₅₀ > T₄₂₅.

Damit hat das zweite optische Filter seine maximale Absorption in dem Wellenlängenbereich, in dem die Augenempfindlichkeit am stärksten ist und eine schwächere Absorption dort, wo die Augenempfindlichkeit geringer ist.

Bevorzugt hat das zweite optische Filter seine maximale Absorption in einem Wellenlängenbereich von 500 bis 600 nm, insbesondere bei 575 +/+20 nm, schwächt das Licht im Bereich zwischen 530 und 600 nm und lässt Licht anderer Wellenlängen mehr oder weniger ungehindert passieren. Insbesondere wird das Licht mit der maximalen Wellenlänge des roten und grünen Leuchtstoffes nur wenig abgeschwächt. Dadurch wird die Farbreinheit verbessert und die natürlichen Farben sind besser reproduzierbar. Dies wird durch eine materialinhärente Absorption von Filterpigmenten oder Lacken realisiert, deren Absorptionsfenster in dem abzublockenden Spektralbereich liegt.

Als Materialien mit geeigneter materialinhärenter Breitbandabsorption eignen sich die anorganischen Filterpigmente Cersulfid Ce₂S₃, β-Indiumsulfid β-In₂S₃, Hämatit α- Fe₂O₃, Tantaloxidnitrid TaON und organische Farben wie chloriertes Thioindigo Vat Red 54, Dichlorodiketopyrrolopyrrol PR 254 (Irgazin, Ciba-Geigy), Dichlorochinacridon PR 202(Mikrolith Magenta, Ciba Geigy) und Zapon Violett 506 S.V. 2 (BASF).

Nachdem es schwierig ist die gewünschte optische Charakteristik durch ein einzelnes Pigment oder einen Farbstoff zu erreichen, ist es bevorzugt, eine Mischung von zwei oder mehr organischen oder anorganischen Pigmenten oder Farben zu verwenden. Durch das Anteilsverhältnis in der Mischung kann die spektrale Lage der Breitbandabsorption eingestellt werden.

Das zweite optische Filter wird als einlagige Dünnschichtbeschichtung realisiert mit einem entsprechend selektionierten und zusammengesetzten Material. Durch die Wahl des Materials ist die Transmission einstellbar. Die Restreflexion lässt sich optimieren, so dass nur noch eine geringe neutrale Reflexion verbleibt.

Bevorzugt werden die Pigmente und Farbstoffe für den zweiten optischen Filter in einem an sich aus US 5717282 bekannten Sol-Gel-Verfahren unter Verwendung von Alkoyxsilanen aufgebracht. Dazu wird beispielsweise eine Lösung von Tetraethylorthosilikat in Alkohol mit dem entsprechenden organischen oder anorganischen Pigment oder Farbstoff gemischt und mittels Spin-Coating auf die Frontglasschale aufgetragen. Anschließend wird die Schicht getrocknet, wobei durch Hydrolyse der Alkoxysilanverbindungen SiO₂ als festes Bindemittel für das Pigment oder den Farblack entsteht.

Durch die Kombination von blauem Transmissionsfilter und Neutralfilter wird der Farbpunkt des grünen Leuchtstoffes in den gelben Bereich verschoben. Um dies auszugleichen, kann statt des üblichen grünen Leuchtstoffes ZnS : Cu, Ag der billigere grüne Leuchtstoff ZNS : Cu verwendet werden - ein durchaus erwünschter Nebeneffekt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bildschirmbeschichtung für die erfindungsgemäße Farbkathodenröhre mit einem Filtersystem aus einem strukturierten Transmissionsfilter für Blau und einem unstrukturierten Neutralfilter durch die folgenden Verfahrensschritte hergestellt werden:

- Reinigung der Oberfläche der Frontglasplatte
- Aufbringen einer unstrukturierten Neutralfilter-Schicht nach dem Sol- Gel-Verfahren
- Aufbringen einer strukturierten Black-Matrix-Schicht nach dem Lift-Off- Verfahren
- Aufbringen der strukturierten Filterschicht für den Transmissionsfilter für Blau nach dem negativen lithographischen Verfahren
- Herstellung einer oder mehrerer Leuchtstoffschichten durch ein nasschemisches photolithographisches Verfahren wie Blade-Coating-Verfahren, Flowcoating- Verfahren oder ähnliche Verfahren
- Aufbringen der Rückseitenmetallisierung,
- Einbrennen der Bildschirmbeschichtung bei 400°C mit Ausbrennen des organischen Polymeren.

Das Herstellungsverfahren für die Bildschirmbeschichtung beginnt üblicherweise mit der Reinigung und Trocknung der Frontglasschale.

Für die Beschichtung mit dem zweiten filter wird zunächst wird eine geeignete Dispersion der Pigmente oder eine Lösung der Farbenpartikel in einem Lösungsmittel hergestellt. Die Dispersion kann neben dem Lösungsmittel und einem Bindemittel noch verschiedene Zusätze zur Beeinflussung der Stabilität der Dispersion oder Lösung enthalten.

Anschließend wird die Frontschale gegebenenfalls zunächst mittels eines photolithographischen Verfahrens mit dem Muster einer Black-Matrix überzogen. Die Schwarz-Matrix ist auf der inneren Oberfläche der Frontglasschale angeordnet. Sie ist derartig strukturiert, dass sie die Flächen bedeckt die nicht von dem Leuchtstoffraster eingenommen werden.

Das anschließende Herstellungsverfahren für die Blaufilter richtet sich im allgemeinen nach dem photolithographischen Herstellungsverfahren für die später darüber angeordneten Leuchtstoffschichten.

Zur Herstellung einer Farbfilterschicht für den Blaufilter wird ein geeignetes Pigment in Wasser unter Zusatz von Dispergierhilfsmitteln mit einem Rührwerk oder einer Mühle dispergiert. Es wird eine Suspension von Primärpartikeln mit einem mittleren Durchmesser kleiner 200 nm erhalten. Diese Suspension wird filtriert, um Verunreinigungen wie Staub, Abrieb von Mahlwerkzeugen oder harte Agglomerate des eingesetzten Pigments abzutrennen. Durch geeignete Wahl der Porengröße des Filters werden alle Verunreinigungen aus der Suspension entfernt, die größer als die spätere Schichtdicke des Farbfilters sind. Sind der Suspension weitere Additive wie beispielsweise organische Binder oder ein Antischaummittel zugesetzt, ist es vorteilhaft die entsprechenden Additiv-Lösungen vorher zu filtrieren.

Das Aufbringen und das Strukturieren der Farbfilterschicht können mittels unterschiedlicher Verfahren erfolgen.

Eine Möglichkeit ist, die erhaltene Suspension mit einem photosensitiven Zusatz, der beispielsweise Polyvinylalkohol und Natriumdichromat enthalten kann, zu versehen. Anschließend wird die Suspension mittels Sprühen, Tauchen oder Spincoaten homogen auf der Innenseite des Bildschirmglases aufgebracht. Der "nasse" Film wird beispielsweise durch Erwärmen, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung getrocknet. Die erhaltene Farbfilterschicht wird durch eine Maske belichtet und die belichteten Flächen härten aus. Durch Absprühen mit Wasser werden die nicht belichteten Bereiche abgespült und entfernt.

Eine andere Möglichkeit stellt das sogenannte "Lift-off-Verfahren" dar. Hierbei wird zuerst eine photosensitive Polymerschicht auf dem Bildschirmglas aufgebracht und anschließend durch eine Maske belichtet. Die belichteten Flächen vernetzen und die unbelichteten Flächen werden durch einen Entwicklungsschritt entfernt. Auf das verbleibende Polymermuster wird mittels Sprühen, Tauchen oder Spincoaten die Pigmentsuspension auf der Innenseite des Bildschirms abgeschieden und diese anschließend getrocknet. Durch eine reaktive Lösung, wie zum Beispiel eine starke Säure, wird das vernetzte Polymer in eine lösliche Form überführt. Durch Absprühen mit einer Entwicklerflüssigkeit wird das Polymer samt darauf befindlichen Teilen der Farbfilterschicht abgelöst, während die direkt auf dem Bildschirmglas haftende Farbfilterschicht nicht abgelöst wird.

Mit Hilfe dieser Verfahren werden eine Farbfilterschicht im Bereich des blauen Leuchtstoffes aufgebracht, die eine größere Schichtdicke aufweist als die rote bzw. blaue Farbfilterschicht im Bereich der blauen bzw. der roten Leuchtstoffe. Dies kann einerseits erreicht werden, indem die Farbfilterschicht im Bereich des grünen Leuchtstoffes in einem separaten Verfahrensschritt hergestellt wird oder der Suspension des Farbfilterpigments ein nicht-lineares photosensitives System zugesetzt wird. Durch unterschiedlich lange Belichtungszeiten der entsprechenden Bereiche wird eine Farbfilterschicht mit verschiedenen Schichtdicken erreicht. Solch ein nicht-lineares photosensitives System kann beispielsweise ein wasserlösliches Polymer wie Polyvinylalkohol (PVA) oder Polyvinylpyrrolidon (PVP) enthalten, welche durch wasserlösliche Bisazid-Derivate wie zum Beispiel Natriumsalze von Diazostilben, Diazodibenzolacton oder Bisazidosulfobenzylidencyclopentanon sensibilisiert werden.

Danach werden die Raster der drei Primärfarben Blau, Rot und Grün unter Benutzung von Suspensionen pigmentierter Leuchtstoffe in drei aufeinanderfolgenden photolithographischen Schritten nach den bekannten Verfahren aufgebracht. Alternativ können die Leuchtstoffe auch in einem Druckverfahren aufgebracht werden.

Die thermische Nachbehandlung der Bildschirmbeschichtung dient im wesentlichen dazu, die Additive aus den verschiedenen Schichten zu entfernen. Die verwendeten Additive d. h. Elektrolyte, Dispergiermittel und polymere Bindemittel können rückstandsfrei durch Erhitzen auf 400 bis 450°C entfernt werden.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Bildschirm zunächst ohne die unstrukturierte Filterschicht hergestellt und fertig montiert. Anschließend wird die zweite Filterschicht außen auf der Frontglasschale aufgebracht. Nach einer anderen Ausführungsform wird die Filterschicht auf eine Folie als Folienbeschichtung aufgebracht und nachträglich außen auf die Frontschale aufgeklebt.

Ausführungsbeispiel

Die Herstellung des Bildschirms geht von einer 17"-Frontglasplatte aus, die aus einer 2 cm dicken Glasplatte besteht. Sie wird gereinigt und getrocknet
Für den Neutralfilter stellt man eine Lösung aus 7 g Tetraethylsilikat 86,3 g Isopropylalkohol, 3 g Salzsäure 2 g Wasser und 1 g Hämatit her. Die Lösung wird 3 h bei 25°C vorpolymerisiert. 50 ml dieser Beschichtungslösung werden im Spin-On-Verfahren mit 200 rpm auf die Frontschale aufgetragen. Nach der Kalzinierung bei 120°C erhält man eine 50 nm dicken Schicht aus Fe2O3-Pigmenten.
Zur Herstellung der Schwarz-Matrix wird die vorbehandelte Frontschale anschließend mit einem positiv photoempfindlichen Photolack beschichtet und entsprechend den Positionen der rot-, blau und grün emittierenden Leuchtstoffsubpixel belichtet. Durch Entwickeln wird der Photolack an den nicht belichteten Stellen entfernt. Danach wird eine schwarze Schicht mit Graphitpigmenten und Bindemittel aufgebracht und bei 60°C getrocknet. Durch Verwendung von Säuren wird der Photolack mit der darauf befindlichen schwarzen Schicht auf den Positionen der Subpixel entfernt.
Diese Frontglasplatte mit der Black-Matrix-Schicht wird eine Stunde mit deionisiertem Wasser gewaschen.
Zur Herstellung einer blauen Farbfilterschicht wurden 60 g CoO-Al₂O₃ in eine Dispergiermittel-Lösung von 3.0 g eines Natriumsalzes einer Polyacrylsäure in 400 ml Wasser eingerührt. Die erhaltene Suspension wurde in einer Kugelmühle mit Glaskugeln gemahlen. Die Kugelmühle war zu 50% gefüllt und die Drehzahl wurde auf 60% der kritischen Drehzahl eingestellt. Es wurde eine stabile Suspension der Pigmentpartikel mit einer mittleren Teilchengröße von 85 nm erhalten.
Nach dem Mahlen wurde die Suspension mit Wasser auf eine Pigmentkonzentration von 9 Gew.% verdünnt und über ein Siebgewebe von den Glasperlen abgetrennt. Die CoO-Al₂O₃-haltige Suspension war über einen Zeitraum von mehreren Wochen stabil.
Die Suspension wurde mit einer 10%igen Polyvinylalkohol-Lösung gemischt, und die Viskosität auf ca. 30 mPa.s durch Zugabe von Wasser reduziert. Außerdem wurde Natriumdichromat zu der Suspension hinzugefügt. Das Verhältnis Polyvinylalkohol zu Natriumdichromat betrug 10 : 1.
Die Suspension wurde mittels Spincoaten auf einem Bildschirmglas aufgetragen und nach dem Trocknen wurde eine transparente blaue Farbfilterschicht von 1.0 m Schichtdicke und einer Pigmentkonzentration von 3.2 Gew.-% erhalten. Die Schicht wurde durch eine Maske mit UV-Licht bestrahlt und so das Polymer an den belichteten Stellen vernetzt. Anschließend wurden durch Sprühen mit warmem Wasser die nicht vernetzten Farbfilterflächen abgewaschen.
Die Schichtdicke und die Pigmentkonzentration einer blauen Farbfilterschicht konnten über die Viskosität der Suspension eingestellt werden. Nach dem Aufbringen und Trocknen der Suspension betrug die Schichtdicke zwischen 3 µm und 0.15 µm und die Pigmentkonzentration betrug 7.5 Gew.-% und 3.5 Gew.-%.
Ein blauer Farbfilter mit CoO-Al₂O₃ mit einer Schichtdicke von 4 m wurde hergestellt, indem die Viskosität der CoO-Al₂O₃-haltigen Suspension vor dem Aufbringen auf das Bildschirmglas nicht unter 50 mPa.s reduziert und die Pigmentkonzentration auf 6 Gew.-% gehalten wurde.
Anschließend wird der Bildschirm nach dem "Flowcoating" Verfahren mit der Leuchtstoffzubereitung beschichtet werden. Die Leuchtstoffzubereitung mit einem Leuchtstoff einer Emissionsfarbe wird dabei in einer mittels Ammoniumdichromat (ADC) photoaktivierten Binderlösung suspendiert. Die einzelnen Komponenten der Leuchtstoffsuspension, d. h. Leuchtstoffpulver, Wasser, Binder, Dispergiermittel, Stabilisator und lichtempfindliche Komponente werden abhängig von dem jeweiligen Leuchtstoff und den Verarbeitungsbedingungen in vorgegebener Reihenfolge und Konzentration nach einer definierten Rezeptur gemischt. Die Suspension der Leuchtstoffzubereitung wird auf die Innenseite der in der "Flowcoat"-Maschine rotierenden vorbereiteten Bildschirmglasplatte aufgebracht. Durch die Rotation des Bildschirmes erteilt sich die Leuchtstoffsuspension gleichmäßig auf dem Bildschirm. Überschüssige Suspension wird abgeschleudert. Die gebildete feuchte Leuchtstoffschicht wird getrocknet. Auf der Innenseite der Bildschirmglasplatte wird eine Schattenmaske in einigem Abstand von der Leuchtstoffschicht angebracht. Durch diese Schattenmaske wird die Leuchtstoffschicht mit ultraviolettem Licht bestrahlt, wodurch die bestrahlten Bereiche der Leuchtstoffschicht aushärten. Mit warmem Wasser wird die Leuchtstoffschicht entwickelt, d. h. es werden die nicht ausgehärteten Teile der Leuchtstoffschicht entfernt. Die strukturierte Leuchtstoffschicht wird getrocknet.
Diese Prozessschritte werden nacheinander mit drei Leuchtstoffzubereitungen mit Leuchtstoffen in den Emissionsfarben Grün, Blau und Rot durchgeführt. Anschließend wird der Bildschirm mit einer dünnen Acrylatschicht lackiert und dann mit einer Aluminiumschicht von 200 nm Dicke bedampft. Dann wird der Bildschirm bei circa 440°C ausgeheizt, um die in der Bildschirmbeschichtung verbliebenen organischen Komponenten zu entfernen.
Eine so hergestellte Farbkathodenröhre weist eine erhöhte Effizienz und einen verbesserten LCP-Faktor auf.

Messergebnisse

In Tabelle 1 sind die verbesserten LCP_gain-Werte für eine Kathodenstrahlröhre mit einem blauen strukturierten Farbfilter aus CoAl₂O₄ mit einer Schichtdicke von 2,5 µm und der blau emittierenden Leuchtstoffschicht in Kombination zweiten optischen Filtern aus verschiedenen Materialien angegeben.

LCP_gain errechnet sich aus LCP_gain = [LCP_mitFilter/LCP ohne Filter] × 100.
D bezeichnet die Filterdicke, x_phosphor und y_phosphor beziehen sich auf den Farbpunkt des grünen Leuchtstoffes, x_body und y_body beziehen sich auf den Farbpunkt des reflektierten weißen Standlichtes D₆₅(6,500 K). I_red, I_green und I_blue beziehen sich auf die Stromanteile, welche die entsprechen Leuchtstoffe zur Erzeugung von weißem Standlicht D₆₅ benötigen.

Claims

1. Farbkathodenstrahlröhre ausgerüstet mit einer Frontschale mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche und mit einer Bildschirmbeschichtung auf der Frontschale, die eine strukturierte Leuchtstoffbeschichtung mit Leuchtstoffrastern für die Farben Rot, Grün und Blau, und ein Filtersystem, das aus einem ersten strukturierten optischen Filter vom Transmissionstyp für die Farbe Blau und einen zweiten unstrukturierten optischen Filter besteht, umfasst.

2. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Filter auf der inneren Oberfläche des Frontschale angeordnet ist.

3. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Filter auf der äußeren Oberfläche des Frontschale angeordnet ist.

4. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Transmission Tops des zweiten optischen Filters im sichtbaren Wellenlängenbereich kleiner 2 ist.

5. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission T₆₀₀ des zweiten optischen Filters für Licht der Wellenlänge λ = 600 nm größer ist als die Transmission T₅₅₀ für Licht der Wellenlänge λ = 550 nm.

6. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission T₄₅₀ des zweiten optischen Filters für Licht der Wellenlänge λ = 450 nm d größer ist als die Transmission T₅₂₀ des zweiten optischen Filters für Licht der Wellenlänge λ = 520 nm.

7. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien für den ersten optischen Filter als eine Komponente ein Pigment, ausgewählt aus der Gruppe Kobaltaluminat, Ultramarin und Phtalocyaninblau enthalten

8. Farbkathodenstrahlröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien für den zweiten optischen Filter als eine Komponente ein Pigment, ausgewählt aus der Gruppe Cersulfid Ce₂S₃, β-Indiumsulfid β-In₂S₃, Hämatit α-Fe₂O₃, Tantaloxidnitrid TaON oder eine organische Farbe ausgewählt aus der Gruppe chloriertes Thioindigo Vat Red 54, Dichlorodiketopyrrolopyrrol PR 254 (Irgazin, Ciba- Geigy), Dichlorochinacridon PR 202(Mikrolith Magenta, Ciba Geigy) und Zapon Violett 506 S.V. 2 (BASF) enthalten.