DE69516119T2

DE69516119T2 - Mehrschicht-antireflektionsüberzug für eine video-anzeigetafel

Info

Publication number: DE69516119T2
Application number: DE69516119T
Authority: DE
Inventors: Chun-Min Hu; Hua-Sou Tong
Original assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2015-11-07
Also published as: US5523649A; EP0741907A4; EP0741907A1; DE69516119D1; US5582859A; KR960706687A; KR100353203B1; EP0741907B1; WO1996014652A1; JPH09509757A

Description

ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Antireflexbeschichtungen zur Verwendung auf der Außenfläche eines Videodisplayschirms und insbesondere eine mehrschichtige Antireflexbeschichtung für einen Videodisplayschirm, bei der jede Schicht zum Reduzieren der Lichtreflexion von dem Schirm über ein großes Spektrum hinweg einen unterschiedlichen Lichtbrechungsindex aufweist.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Displayschirme, wie beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre (CRT) oder ein Flachbildschirm liefern ein Videobild zur Betrachtung. Der Displayschirm besteht im allgemeinen aus Glas und kann, um Lichtreflexionen zu reduzieren, die das Videobild verschlechtern, eine oder mehrere Schichten einer Antireflexbeschichtung auf seiner Außenfläche enthalten. Jede Schicht beträgt in der Regel ein Viertel (1/4) der Wellenlänge des bei der Reflexion zu unterdrückenden Lichts. Eine gemeinsame Antireflexbeschichtung besteht aus einem Gelmaterial, wie zum Beispiel Kieselgel, und kann Dotierstoffe enthalten, wobei der Vernetzungsgrad des Gelmaterials die Dichte des Materials und somit seinen Lichtbrechungsindex bestimmt. Verstärkte Vernetzung bietet einen niedrigeren Lichtbrechungsindex.
US-Patent Nr. 5,254,904 offenbart eine Anordnung, bei der mehrere Antireflexbeschichtungsschichten, wie beispielsweise für eine CRT, mit einem derartigen Lichtbrechungsindexgradienten verwendet werden, daß der Brechungsindex in der Richtung von der Displayschirmfläche zu der Außenschicht der Beschichtung abnimmt. Die Änderung des Lichtbrechungsindexes zwischen benachbarten Schichten mit der gleichen Ausgangszusammensetzung wird durch Variieren von Temperatur, Säuregrad und Hydrolysegrad des Ausgangsmaterials bewirkt. Dieser Ansatz ist zu kompliziert und erfordert eine präzise Steuerung der Zusammensetzung der Beschichtung und ist deshalb für eine Massenherstellung von Videodisplayschirmen für den Verbraucherbereich unpraktisch.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit den obenerwähnten Einschränkungen des Stands der Technik, indem sie ein wirtschaftlichen Verfahren bereitstellt, das unter Verwendung eines gemeinsamen Ausgangsmaterials leicht implementiert und gesteuert wird, um eine Antireflexbeschichtung mit einem präzise gesteuerten Lichtbrechungsindex zur Verwendung an einem Videodisplayschirm zu liefern.

AUFGABEN UND KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines verbesserten Videobilds bei Betrachtung auf einem Displayschirm, wie beispielsweise einer CRT oder einem Flachbildschirm, durch Reduzieren der Lichtreflexion von dem Schirm.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung für einen Videodisplayschirm, bei dem der Lichtbrechungsindex für jede Schicht in Richtung von der Displayschirmfläche zu der äußeren Schicht der Beschichtung abnimmt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer wirtschaftlichen mehrschichtigen Antireflexbeschichtung für einen Videodisplayschirm unter Verwendung von ohne weiteres verfügbaren, bekannten Materialien, wobei jede Schicht die gleiche Ausgangszusammensetzung aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Gelbeschichtung mit einem ausgewählten Lichtbrechungsindex, der über über einen großen Wertebereich durch die Art und Weise festgelegt werden kann, wie die Gelbeschichtung verarbeitet wird.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Festlegung des Ausmaßes der Vernetzung in einem Gel und somit des Lichtbrechungsindexes des Gels durch Steuern der Alterung des Gels.
Der beschichtete Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch Anspruch 6 definiert. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 und 7 bis 10 dargelegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die beigefügten Ansprüche legen diejenigen neuartigen Merkmale dar, die die Erfindung kennzeichnen. Die Erfindung selbst sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung lassen sich jedoch am besten unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen, bei denen in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer CRT mit einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils eines Flachbildschirms mit einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf seiner Außenfläche;
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Ansicht, die die Art und Weise veranschaulicht, wie die Außenfläche eines Videodisplayschirms mit einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Schnittansicht einer Farb-CRT 10 mit einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung 32 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die CRT 10 enthält einen abgedichteten Glaskolben 12 mit einer vorderen Frontscheibe bzw. einem vorderen Bildschirm 14, einem hinteren Halsteil 18 und einem dazwischenliegenden Trichterteil 16. Auf der Innenfläche der Glasfrontscheibe 14 ist ein Leuchtstoffschirm 24 angeordnet, der mehrere diskrete Leuchstoffabscheidungen bzw. -elemente enthält, die, wenn auf sie ein Elektronenstrahl trifft, Licht emittieren, um auf der Frontscheibe ein Videobild zu erzeugen. Die Farb-CRT 10 enthält drei Elektronenstrahlen, die auf die Glasfrontscheibe 14 der CRT gelenkt und fokussiert werden. In dem Halsteil 18 des CRT-Glaskolbens 12 sind mehrere Elektronenkanonen 20 angeordnet, die in der Regel in einem Inline-Array angeordnet sind, um die Elektronenstrahlen 22 auf den Leuchtstoffschirm 24 zu lenken. Die Elektronenstrahlen 22 werden durch ein Magnetablenkjoch, das der Einfachheit halber in der Figur nicht gezeigt ist, zusammen vertikal und horizontal über den Leuchtstoffschirm 24 abgelenkt. Räumlich vom Leuchtstoffschirm 24 beabstandet ist eine Lochmaske 26 mit mehreren beabstandeten Elektronenstrahldurchtrittsaperturen 26a und einem um ihre Peripherie herum angeordneten Kragenteil 28. Der Kragenteil 28 der Lochmaske ist fest an einem um die Peripherie der Lochmaske herum befindlichen Lochmaskenbefestigungskörper 30 angebracht. Der Lochmaskenbefestigungskörper 30 ist an einer Innenfläche des CRT-Glaskolbens 12 angebracht und kann herkömmliche Anbringungs- und Positionierungsstrukturen, wie zum Beispiel einen Maskenbefestigungsrahmen und eine Montagefeder, enthalten, die ebenfalls der Einfachheit halber in der Figur nicht gezeigt sind. Der Lochmaskenbefestigungskörper 30 kann an der Innenfläche des CRT- Glaskolbens 12 angebracht sein, und die Lochmaske 26 kann durch herkömmliche Mittel, wie zum Beispiel Schweißstellen oder eine auf Glas basierende Fritte, an dem Befestigungskörper angebracht sein.
Eine Schnittansicht einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung 44 gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf der Außenfläche eines Flachbildschirms 40 angeordnet ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Der Flachbild schirm 44 besteht aus Glas, und auf seiner Innenfläche ist eine Leuchtstoffschicht 42 angeordnet, um als Reaktion auf die darauf auftreffenden Elektronenstrahlen die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau zu emittieren. Die Antireflexbeschichtung 44 enthält eine erste innere Schicht 44a, eine zweite Schicht 44b, eine dritte Schicht 44c und eine vierte Schicht 44d. Zu geeigneten Gelmaterialien zur Verwendung in Antireflexbeschichtungen zählen wasserlösliche Gelmaterialien einschließlich Alkoxide wie zum Beispiel Methoxy- und Ethoxyverbindungen von Silizium, Titan und Aluminium als das Ausgangsmaterial mit der allgemeinen Zusammensetzung der Art M(OR)X, wobei M ein Metallatom wie beispielsweise Si, Al, Ti ist, wobei R eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen und wobei x die Wertigkeit des Metallatoms ist. Bei der offenbarten Ausführungsform besteht jede der Schichten aus Kiselgel mit der allgemeinen Zusammensetzung von Tetraethoxysilan (TES), Wasser und einer Säure, wie beispielsweise Salzsäure (HCl). TES weist die Zusammensetzung Si-O-Si auf.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist jede der Antireflexschichten 44a-44d eine Dicke in der Größenordnung von 1/4 λ auf, wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist, dessen Reflexionen unterdrückt werden sollen. Für gelb-grünes Licht mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von 550 nm liegt die Dicke einer Antireflexschicht zum Unterdrücken von Reflexionen mit dieser Wellenlänge deshalb in der Größenordnung von 550/4 bzw. 137,5 nm. Diese Dicke der Antireflexschicht entspricht den 1/4-Wellenlängen- Antireflex-Moduskriterien. Jede der ersten bis vierten Schicht 44a-44d wird nacheinander durch physikalisches Dampfabscheidung (PVD physical vapour deposition), wie unten beschrieben, auf die Außenfläche des Displayschirms 40 aufgetragen. Die vorliegende Erfindung wird zwar so beschrieben, daß sie vier (4) Antireflexschichten enthält, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifische Anzahl beschränkt und kann so gut wie jede Anzahl von Antireflexbeschichtungsschichten enthalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß der Lichtbrechungsindex n jeder der Schichten 44a-44d der mehrschichtigen Antireflexbeschichtung 44 durch die "Alterung" der Schicht präzise gesteuert werden kann. Unter "Alterung" wird der Zeitraum verstanden, der mit der Herstellung der Schicht aus dem obenerwähnten Gemisch aus TES, Wasser und Säure beginnt und mit dem Auftrag des Gemischs auf die Außenfläche des Glasdisplayschirms in Form einer dünnen Schicht endet. Durch Variieren der Alterung der Antireflexbeschichtungsschicht in der Größenordnung zwischen einer Woche und zwei Wochen kann der Lichtbrechungsindex der Antireflexbeschichtungsschicht zwischen den Werten 1,5 (kürzere Alterung) und 1,00 (längere Alterung) variiert werden, wobei 1,5 der Lichtbrechungsindex von Glas und 1,0 der Lichtbrechungsindex von Luft ist. Während des Alterungsprozesses wird das Gemisch aus TES, Wasser und Säure in einem Behälter, wie beispielsweise einem Becherglas, zur vorübergehenden Aufbewahrung vor seinem Auftrag auf die Außenfläche des Displayschirms in der Form einer dünnen Schicht gehalten.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt der Lichtbrechungsindex jeder der Schichten 44a- 44d von der innersten Schicht zu der äußersten Schicht ab. Bei einer Ausführungsform weist die erste innerste Schicht 44a deshalb einen Lichtbrechungsindex in der Größenordnung von 1,45 auf, die äußerste Schicht 44d weist einen Lichtbrechungsindex in der Größenordnung von 1,18 auf, während die dazwischenliegenden Schichten 44b und 44c von dem Displayschirm 40 aus nach außen abnehmende Lichtbrechungsindexwerte zwischen 1,45 und 1,18 aufweisen.
In die mehrschichtigen Antireflexbeschichtung 44 kann eine Antistatikfähigkeit eingearbeitet werden, indem zu dem Displayschirm 40 vor dem Auftrag der innersten Schicht 44a eine leitende Schicht 46 (in Form einer gestrichelten Linie gezeigt) hinzugefügt wird. Indem auf den Displayschirm 40 zuerst eine leitende Schicht 46, wie beispielsweise Zinnoxid, Tantaloxid, Titanoxid oder mit Antimon oder Arsen dotiertes Zinnoxid, aufgetragen wird, wird der Displayschirm 40 mit einem Antistatikschutz versehen. Wegen des hohen Lichtbrechungsindexes dieser leitenden Beschichtungen (n > 1,8) wird der Gesamtantireflexeffekt weiter verbessert. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die leitende Schicht 46 mittels eines Leiters 48 an neutrales Massepotential angekoppelt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird in Form eines vereinfachten Schemadiagramms eine Antireflexbeschichtungsauftragsvorrichtung 50 zum Auftragen einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung 54 auf den Glasdisplayschirm 52a einer CRT 52 gezeigt. Die Beschichtungsauftragsvorrichtung 50 enthält mehrere Stützblöcke, von denen zwei als Elemente 56 und 58 zur Ineingriffnahme und Stützung der CRT gezeigt sind. Eine Sprühvorrichtung 62 enthält eine Sprühdüse 66, und ein Stützarm 64 ist über der CRT 52 angeordnet. Die Sprühvorrichtung 62 lenkt das die Antireflexschichten bildende Gelmaterial in Form eines feinen Nebels auf den CRT-Glasdisplayschirm 52a. Die Sprühvorrichtung 62 kann zum Auftragen von Schichten gleichförmiger Dicke in Richtung des Pfeils 70 angehoben bzw. abgesenkt werden, während die Beschichtungsauftragsvorrichtung 50 ausgelegt ist, die CRT 52 in Richtung von Pfeils 68 mit einer Geschwindigkeit von 150-250 U/min zu drehen. Für jede Schicht der Antireflexbeschichtung werden in der Regel 20 ml auf den CRT-Displayschirm 52a aufgetragen.
Es ist somit eine auf die Außenfläche eines Videodisplayschirms aufgetragene mehrschichtige Antireflexbeschichtung gezeigt worden, die die Lichtreflexion von dort wesentlich reduziert. Jede Schicht der Antireflexbeschichtung weist einen ausgewählten Lichtbrechungsindexwert auf, wobei bei einer Ausführungsform der Lichtbrechungsindex von dem CRT- Glasdisplayschirm zu der äußersten Schicht abnimmt, während bei einer anderen Ausführungsform die Lichtbrechungsindizes zwischen benachbarten Schichten zwischen hohen und niedrigen Werten abwechseln. Jede Schicht ist aus den gleichen Gelmaterialien gebildet, wobei der Vernetzungsgrad und somit der Lichtbrechungsindex jeder Gelschicht durch Steuern der Alterung des Gels variiert wird, wobei längere Alterung eine verstäkte Vernetzung und größere Molekulargewichte liefert, was zu einem niedrigeren Lichtbrechungsindex führt. Die Alterungszeiträume reichen von dem anfänglichen Mischen der Gelkomponenten bis zum Auftrag des Gelmaterials in Form einer dünnen Schicht auf den CRT-Displayschirm. Bei einer anderen Ausführungsform kann eine Antistatikschicht vor dem Auftrag der ersten bzw. innersten Schicht Antireflexschicht direkt auf den Displayschirm aufgetragen werden, um einen Antistatikschutz zu bilden.

Claims

1. Beschichteter Gegenstand, der folgendes umfaßt: ein Substrat (40) und eine Antireflexbeschichtung (44) auf dem Substrat (40) mit mehreren diskreten Schichten (44a-d) aus Kieselgelmaterial, wobei die Schichten vor dem Auftrag über verschieden lange Zeiträume gealtert worden sind, wobei jeder Alterungszeitraum mit dem Mischen der Komponenten des Gelmaterials beginnt und mit dem Auftrag der Schicht auf das Substrat (40) oder auf eine nächstinnere Schicht des Gelmaterials endet und die Schichten einen Brechungsindex aufweisen, der von einer innersten Schicht (44a), die dem Substrat (40) an nächsten liegt, zu einer äußersten Schicht (44d) abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Vernetzung durch chemische Reaktion in jeder der Schichten des Gelmaterials von der innersten zu der äußersten Schicht zunimmt.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungsgrad jeder Schicht des Gelmaterials durch einen zugehörigen Lichtbrechungsindex gekennzeichnet ist und daß der Lichtbrechungsindex der Schichten von etwa 1,45 für die innerste Schicht (44a) bis etwa 1,18 für die äußerste Schicht (44d) reicht.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antistatikschicht (46) direkt auf das Substrat und unter der innersten Schicht aufgetragen wird, um der Antireflexbeschichtung (44) eine antistatische Eigenschaft zum Erden einer elektrostatischen Ladung auf dem Substrat (40) zu geben.

4. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antistatikschicht (46) aus Zinnoxid, Tantaloxid oder Titanoxid besteht.

5. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antistatikschicht (46) aus mit Antimon dotiertem oder mit Arsen dotiertem Zinnoxid besteht.

6. Verfahren zum Bereitstellen einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung (44) auf einem Substrat (40) zum Unterdrücken von Lichtreflexionen und mit einem Lichtbrechungsindex, der von einer innersten Schicht, die dem Substrat (40) am nächsten liegt, zu einer äußersten Schicht abnimmt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Formen von Gelmaterial zu mehreren diskreten Ablagerungen, Versehen jeder der diskreten Ablagerungen des Gelmaterials mit einem jeweiligen Alterungszeitraum, wobei der Alterungszeitraum einer Ablagerung des Gelmaterials mit der Bildung der Ablagerung beginnt und mit dem Auftrag der Ablagerung auf das Substrat endet, und nacheinander Auftragen jeder Ablagerung des Gelmaterials auf das Substrat (40) in Form einer jeweiligen dünnen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß jede auf das Substrat aufgetragene Ablagerung über einen Alterungszeitraum mit einer von der innersten Schicht (44a) zu der äußersten Schicht (44d) steigenden Länge gealtert wird, wobei der Grad der Vernetzung durch chemische Reaktion in jeder der Schichten des Gelmaterials mit dem Alterungszeitraum der Schicht zunimmt und der Lichtbrechungsindex jeder Schicht mit zunehmender Alterung der Ablagerung des die Schicht bildenden Gelmaterials abnimmt, und daß der Alterungszeitraum jeder Schicht ein bis zwei Wochen beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt des Versehens der innersten Schicht (44a) mit einem elektrisch leitenden Material umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material aus Zinnoxid, Tantaloxid oder Titanoxid besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material aus mit Antimon dotiertem oder mit Arsen dotiertem Zinnoxid besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auftragens jeder Ablagerung aus Gelmaterial auf das Substrat enthält, jede Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von einem Viertel (1/4) der Wellenlänge desjenigen Lichts zu versehen, dessen Reflexion durch die Schicht aus Gelmaterial unterdrückt werden soll.