Способ изготовления светофильтра для коррекции освещенности при фотоэкспонировании экранов цветных электронно-лучевых трубок Советский патент 1992 года по МПК H01J9/227 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления светофильтров, применяемых при фотоэкспонировании экранов цветных электронно-лучевых трубок (ЦЭЛТ).

Известен способ изготовления корректирующего светофильтра для установки экспонирования. В способе на прозрачную пластину напылением наносят тонкую металлическую пленку с меньшим коэффициентом прозрачности, чем требуется, а затем осуществляют термообработку в атмосфере. содержащей кислород. В процессе окисления измеряют коэффициент прозрачности пленки и при достижении требуемого коэффициента прозрачности термообработку прекращают.

Этот способ, не практичен, так как для его реализации необходимо каким-либо способом получить светофильтр с нужным, но заниженным коэффициентом прозрачности, однако способ получения такого светофильтра в заявке не описан.

Известен способ изготовления светофильтра .для коррекции освещенности при экспонировании экранов ЦЭЛТ, заключающийся в вакуумном напылении пленки хрома через трафарет на промежуточный испаритель и перепылении полученной пленки на кварцевую подложку.

Этот способ позволяет изготавливать асимметричные светофильтры сложной конфигурации, но, ввиду отсутствия оптического контроля за процессом напыления, невозможно обеспечить высокий процент выхода годных светофильтров. Поэтому не во всех светофильтрах обеспечивается заданная минимальная прозрачность, что при экспонировании влияет на ширину люминофорных элементов в центральной части экспонируемого экрана. Это ведет к невысокому качеству экранных покрытий.

Известен также способ изготовления корректирующих светофильтров для экспонирования ЦЭЛТ, в котором осуществляют вакуумное напыление светофильтра через две совмещенные маски с отверстиями, вытянутыми в направлении оси удлиненного испарителя. Причем диаметр отверстия маски, расположенной ближе к источнику, по крайней , в центральной части меньше диаметра отверстий другг)й маски в направлении оси источника напыления.

Недостатком известного способа является то, что любые, даже самые малые по размеру, изменения в масках отражаются на светофильтре в виде полос, параллельных испарителю. Известный способ пригоден для коррекции только таких распределений освещенности, которые не имеют локального роста или спада на фоне общего снижения освещенности.от центра экрана к его краям. Поэтому этот способ не пригоден для получения качественных экранов ЦЭЛТ в случае сложной асимметричной освещенности на установках фотоэкспонирования.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ изготовления корректирующих светофильтров для экспонирования экранов ЦЭЛТ. Этотспособ включает вакуумное испарение сплава мнконеля и конденсацию его паров на прозрачную подложку. На пути испаряемого вещества размещают вращающийся диск (маску) с отверстием сложной формы. После получения на подложке темной пленки со светопропусканием в центральной части 16-20%, над вращающимся диском вводят второй диск (маску) с отверстием, значительно отличным от отверстия вращающегося диска. Затем продолжают процесс напыления через две

маски одновременно: одна - вращающаяся, а вторая - неподвижно зафиксирована в зоне напыления. Процесс напыления продолжают до получения прозрачности

светофильтра в центральной части 10-15%. При этом подложку, маску и испаритель размещают соосно один другому. Контроль прозрачности осуществляют посредством средств оптического контроля.

0 Известным способом возможно изготовление светофильтров, применяемых для фотоэкспонирования только мозаичных экранов, так как таким светофильтром возможна коррекция освещенности только в

5 том случае, когда отклонение освещенности в данной точке от симметричной составляет не более 10%.

При экспонировании штриховых экранов ЦЭЛТ отклонение освещенности дости

0 гается почти 200% по сравнению с освещенностью, создаваемой коническими световодами, применяемыми при фотоэкспонировании мозаичных экранов.

Целью изобретения является улучшение качества экранных покрытий ЦЭЛТ путем обеспечения требуемой коррекции освещенности.

Для достижения поставленной цели в известном способе, включающем предварительный замер на установке экспонирования распределения освещенности экспонируемого экрана без применения светофильтра, определение освещенности при изготовлении эталонного экрана,.определение распределения прозрачности расчетного с-ветофильтра, послойное вакуумное напыление на прозрачную подложку слоев светопоглощающего материала через набор масок с различным размером

0 отверстий, с предварительным совмещением центров масок и подложки, и оптический контроль прозрачности напыленных слоев в процессе напыления, согласно изобретению, напыление слоев ведут со скоростью

5 0,005-0,5 нм/с до получения прозрачности каждого слоя Р , где п - число используемых масок, Рмин - минимальная величина матрицы прозрачности PIJ расчетного светофильтра, а число N применяемых

0 для напыления масок определяют, как целую часть выражений: N logo.s Рмин+1 (для линейчатых люминофорных покрытий); N fogo,95 Рмин+1 (для мозаичных люминофорных покрытий); I - строки матрицы; j - столбцы матрицы.

5 Указанные пределы скорости напыления определяют соответствие прозрачности напыленного покрытия расчетной прозрачности слоя, а также эксплуатационные свойства (стабильность коэффициента

прозрачности) светофильтра как пленочной системы.

Светофильтры, напыленные со скоростью меньше 0,005 нм/с, нестабильны в процессе эксплуатации, так как медленное н ыление сопровождается замуровыванием в состав тонкопленочного покрытия остаточных газов. В итоге повышается прозрачность светофильтра в процессе эксплуатации.

Увеличение скорости напыления выше 0,5 нм/с снижает точность напыления покрытия заданной прозрачности ввиду инерционности системы напыления и контроля,

Предлагае10|ые выражения для определения требуемого количества масок для изготовления конкретного светофильтра обеспечивают формирование ступенчатой структуры светофильтра, причем высота ступенек (минимальная прозрачность слоя) такова, что эта ступенчатая структура не отображается на экспонируемых экрёнах. Т.е. в освещенности экрана, скорректированной полученным светофильтром, ступеньки не проявляются.

В выражениях для расчета количества масок основания логарифмов (0,8 и 0,95) задают минимально допустимую прозрачность каждого слоя светофильтра соответственно для штриховых и мозаичных люминофорных покрытий. Снижение прозрачности ниже указанных пределов сопровождается проявлением ступенчатого изменения размеров элементов люминофорного покрытия на экранах ЦЭЛТ.

Максимальная прозрачность светофильтра не может превышать единицу (наличие любого светофильтра обеспечивает поглощение большее нуля).

Следовательно, про;зрачность одного из слоев светофильтра (каждого слоя) лежит в пределах 0, 1,0 для линейчатых экранов и в пределах 0,,0 для мозаичных эк-ранов.

Предлагаемые формулы для определения числа масок, используемых для изготовления конкретного светофильтра, и определения пррзрачности каждого слоя выведены эмпирфески с учетом обеспечения требуемого качества светофильтра. Режимы напыления также определены, экспериментальным путем.

Предлагаемый способ изготовления светофильтра с послойнь1м напылением слоев светофильтра заданной прозрачности обеспечивает возможность получения светофильтров с параметрами, соответствующими расчетным. Применение таких светофильтров при изготовлении экранов

ЦЭЛТ обеспечивается повышение качества люминофорных покрытий.

Напыление слоев светопоглощающего материала обычно начинают с маски с наибольшим размером отверстия, так как это обеспечивает оптимальные условия формирования тонкопленочной структуры светофильтра. Но, в зависимости -от конструктивного выполнения механизма 0 подачи масок в зону напыления, возможно вести напыление через маски с любым порядком расположения отверстий. Возникающие при этом краевые искажения (образование малозаметных тканей) на светофильтре практически не влияют на его качество.

На фиг.1 схематически изображен набор масок с совмещенным центром для напыления одного светофильтра; на фиг.2 -0 график прозрачности светофильтра, полученного с помощью четырех масок, показанных на фиг.1: на фиг.З - схема замера освещенности на установке фотоэкспонирования; на фиг.4 - принцип построения

5 контуров отверстий четырех масок, необходимых для напыления светофильтра по результатам замера освещенности в двадцати пяти точках (пять горизонтальных и пять вертикальных направлений).

0 Как видно из фиг.1, для напыления светофильтра используют маски, контуры отверстий которых не пересекаются и не совпадают. Позициями 1-4 обозначены контуры отверстий разл ичных четырех масок, 5

5 - совмещенная часть всех четырех масок.

Из фиг.2 видно, что прозрачность полученного светофильтра имеет ступенчатую форму, Р - прозрачность светофильтра, L. расстояние от центра подложки к ее краю.

0 На фиг.З позицией 6 обозначен экспонируемый экран, О - центр экрана 6, A,B,C,D и Е - пять горизонтальных направлений замера освещенности, M,N,K,S и Т - пять вертика/1ьных направлений замера

5 освещенности.

На фиг.4 приведены следующие обозначения: 7 - графики прозрачности расчетного светофильтра вдоль осевой (СС)и двух боковых горизонтальных (AA,DD) линий: 8 - гра0 фики прозрачности расчетного светофильтра для вертикального направления (KK,SS,MM): 9 - линии одинаковой по зрачности расчетного светофильтра: 10 -. координатная сетка расчетного светофильт5 ра, соответствующая координатам точек за| мера освещенности на установке фотоэкспонирования (в соответствии со схемой, приведенной на фиг.З): Р, Р, Р , Р уровни одинаковой прозрачности, рассчитанные для четырех последовательных напылений; А-А, В-В. С-С, D-D, Е-Е, М-М, N-N, К-К, S-S, Т-Т- направления, по которым велись измерения; F-Fo - обозначение одной из множества приведенных на фиг.4 линий проектирования; (Рз + Р) 2 - вспомогательный уровень прозрачности. (Графики прозрачности .по линиям В-В, Е-Е, N-N, Т-Т на фиг.4 не приведены в целях упрощения рисунка).

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе подготовки к напылению светофильтра с помощью люксметра определяют освещенность (Eiij) экспонируемого экрана, например, з двадцати пяти точках, размещенных по пять в ряд (фиг.З). Таким образом формируют матрицу освещенности II Eijll , где i - строки, j - столбцы. Затем определяют освещенность (Eaij), необходимую для получения эталонного (идеального) люм.инофорного покрытия. Для этого несколько (например, три) экранов с люминофорным покрытием экспонируют при различных экспозициях с целью получения люминофорных элементов (штрихов или точек) требуемых размеров. Таким образом, определяют идеальное распределение освещенности для всех двадцати пяти точек экрана.

Разделив значение освещенности (E2ij), необходимой для получения идеального экрана, на значение реальной освещенности. (Eiij), замеренной на установке фотоэкспонирования, и умножив результат на нормирующий коэффициент К 1 , где Е 1мин

- минимальный по величине элемент матрицы р аспределения реальной освещенности; Еа - элемент матрицы распреде)ения идеальной освещенности той же точки, получают значение прозрачности для каждой из двадцати пяти точек светофильтра. Нормирующий коэффициент обеспечивает получение светофильтра с максимально возможным светопропусканием, т.е. хотя бы в одной точке светофильтра обеспечивается 100% прозрачность.

Экспонируя без светофильтра несколько экранов с люминофорным покрытием при различных экспозициях, анализируют зависимость люминофорных линий (или диаметра точек) от экспозиции, определяют распределения освещенности II Eaij И , необходимой для получения идеального люминофорного покрытия, затем проводят замер реальной освещенности II Eiij II на конкретной установке фотоэкспонирования. Освещекность определяют в точках, экрана, равномерно размещенных по экрану (например, в пяти рядах по пять точек в каждом). На основе реального и идеального распределения освещенности рассчитывают распределение прозрачности II Pij II изготавливаемого светофильтра по формуле

II PIJ II -.X i|i51 l. Из матрицы II Ру II

выбирают минимальный элемент Рмик.

Вычисляя целую часть выражения N

logo.a Рмин+1 (для линейчатых экранов), рассчитывают число N масок, необходимых для напыления светофильтра. Затем графическим способом в соответствии с фиг.4 вычерчивают контуры отверстий масок и

изготавливают их, вырезая (например, ножницами) отверстия требуемой формь в тонких металлических пластинах.

В установку вакуумного напыления помещают прозрачную подложку, на которую

будет напыляться светофильтр, набор масок

и напыляемый материал. После достижения необходимого вакуума подложку нагревают для обеспечения достаточной адгезии конденсата и производят совмещение центра

первой маски с центром подложки. Напыление через эту маску проводят со скоростью 0,005-0,5 нм/с до получения покрытия прозрачностью Р РМИН , после чего эту маску удаляют. Таким же образом проводят

напыление через остальные маски. Прозрачность всех напыляемых слоев должна быть одинаковой и всегда равной Р VPijMHH , так как в этом случае обеспечивается минимальная высота ступенек напыляемого светофильтра при использованном количестве масок. Минимальная прозрачность светофильтра при этом равна Ру мин Р , где Р - прозрачность каждого слоя, N - число используемых масок (что соответствует количеству напыляемых слоев). Форма контуров отверстий масок может быть самой различной и в каждом конкретном случае форма отверстий рассчитывается на основе индивидуальной освещенности установки

фотоэкспонирования. Кроме того, разные типы ЦЭЛТ требуют разнбтипных светофильтров, т.е. отверстия в масках для каж дого типа приборов имеют отличную (другую) форму.

Пример. На установке фотоэкспонирования экранов ЦЭЛТ Уран, используемой для печати штриховых экранов кинескопов 51ЛК2Ц, замеряли в двадцати пяти точках распределение освещенности.

Данные замера приведены в таблице (гр. I), . Предварительно на той же или однотипной установке фотоэкспонирования без применений Светофильтра экспонирования три экрана кинескопа 51ЛК2П при времени

экспонирования: 5,15 и 45 с, На каждом экране во всех двадцати пяти точках замеряли ширину люминофорного покрытия. Ширина линий составляла от 0,12 до 0,45 мм. Для каждой из указанных точек определяли экспозицию, как произведение освещенности в данной точке на время экспонирования (Емин 5 х 58 290 отн. ед.; Емакс 15 X 116 1740 отн.ед.). Далее для каждой из двадцати пяти точек строили график зависимости размера люминофорных элементов (ширины линий) от экспозиции. На тех же графиках определяли экспозицию, необходимую для получения заданного размера люминофорного элемента. Например, для ширины линии 0,26 мм в углу экрана нужна экспозиция 1140 оти. ед. Проделав такую операцию для всех двадцати пяти точек экрана, определяют распределение экспозиций, необходимых для получения идеального экрана. Так как распределение экспозиций выполнено в отн. ед., а сама экспозиция отличается от освещенности постоянным множителем (время экспонирования).то распределение экспозиций эквивалентно распределению освещенности для получения идеального экрана. Определение идеальной освещенности для каждой установки Уран выполняют только один раз. Результаты приведены также в таблице.

Расчетная прозрачность светофильтра в каждой из двадцати пяти конкретных точек определялась по формуле

II E2IJ II ElMHH

II PIJ II

Е2 где l,j 1-5:

11 E2IJ II- матрица распределения идеальной освещенности;

II EIIJ II - матрица распределения реальной освещенности:

EiMHH. Е2 - минимальные по величине элементы матриц II Enj И и I E2ij It.

В приведенном примере Етмин 58 отн.ед., Е2 290 отн.ед.

Результаты расчета прозрачности светофильтра также внесены в таблицу.

Необходимое для напыления светофильтра число масок определяют как целую часть выражения N Iogo,8 Рмин+1. Так как минимальная прозрачность PIJMHH 0,22 (см. таблицу), то, подставляя Румин 0,22 в выражение, получим N logo.8 х 0,22 + 1 7,97. Таким образом, необходимое число масок равно 7.

Подставив значение Рцмин и N в формулу Р VPjjMHH V0,28 0.804, определяют прозрачность отдельного слоя светофильтра, напыленного через одну маску, Далее определяют минимальную прозрачность светофильтра как результат последовательного напыления через каждую из семи масок: одна маска - Р 0,804: две 5 Р 0,65; три - Р 0,52; четыре - Р 0,42пять - Р 0,36; шесть - Р 0,28; семь - Р 0,22.

В соответствии с фиг.4 графически определяют контуры отверстий масок построения графиков зависимости прозрачности светофильтров вдоль направлений АА, ВВ, СС, DD, ЕЕ и в перпендикулярных направлениях ММ, NN, КК, SS и ТТ.

Как видно из фиг.4 на графиках построены также уровни прозрачности Р, P, Р ,

РЗ + Р „4

Р , Точки пересечения соответствующего уровня, например Р, с графиками прозрачности 7 и 8 определяют координаты

0 точек, принадлежащих линии равной прозрачности, в данном случае - Р .

Проектируя упомянутые точки на одноименные линии координатной сетки 10 (фиг.4), получают совокупность точек контура отверстий одной из масок. Такую последовательность операций проводят для каждого уровня прозрачности Р , Р ,...,Р . Исключением является уровень Р : отверстия маски этого уровня, как видно из фиг.4,

вырождаются в точку. Поэтому вместо уровpN pN -1

ня Р используют .уровень

Экспериментальная проверка показала, что

искажения, вносимые таким произвольным шагом, не влияют на качество светофильтра. Соединив между собой точки, принадлежащие одному уровню прозрачности, получают контур выреза одной маски. Контуры

остальных масок получают аналогичным образом.

На алюминиевые пластины размером 122 X 82 X 0,5 (мм переносят полученные линии одинаковой плотности, ограниченные прямоугольничком 120 х 80 (мм ) (рабочая часть светофильтра), и по ним изготавливают отверстия масок. Изготовленные семь масок, корректирующая Линза ПГУ 7,558.003, служившая подложкой светофильтра, распыляемый материал (300 мг хрома) монтируют в камеру установки вакуумного напыления типа УРМ 3.279.011 на устройство для напыления светофильтров. Устройство для напыления светофильтров

состоит из плиты с отверстием, над которым размещают прозрачную подложку. На нижней стороне плиты смонтировав маскодержатель с отверстиями, обеспечивающий поочередную подачу масок в зону напыления. В отверстиях маскодержателя размещают маски. Установка вакуумного напыления содержит испаритель, устройство для нагрева подложки (на которую напыляют светофильтр) и устройство оптического контроля за про.цессом напыления. Установку откачивают до вакуума 10 Па, прогревают подложку до температуры Т 603 К. затем последовательно через каждую маску в отдельности производят напыление тонкопленочных покрытий прозрачностью Р 0,804 каждое со скоростью 0,05 нм/с. На плиту диаметром 448 мм и толщиной 5 мм с отверстием (диаметр 150 мм) устанавливают над отверстием подложку- корректирующую линзу - кварцевый диск диаметром 227 мм, одна сторона которого плоская. Маски (7 шт) монтируют на маскодержателе, выполненном в виде вращающегося диска диаметром 330 мм, толщиной 5 мм с четырьмя отверстиями 80 х 120 мм. Расстояние от испарителя до подложки 320 мм.

По окончании напыления линзу с нанесенным светофильтром охлаждают до комнатной температуры, вынимают из установки вакуумного напыления и монтируют в установку фотозкспонирования и производят замер освещенности со светофильтром, результаты замера освещенности приведены в таблице (гр. IV). Из таблицы видно, что полученная с использованием светофильтра освещенность близка к расчетной..

Предлагаемый способ изготовления светофильтров за счет учета реального распределения освещенности на каждой из установок фотоэкспонирования экранов ЦЭЛТ и распределения освещенности, необходимой для получения размеров люминофорных элементов (полос или мозаики), в пределах, установленных для каждого типа кинескопов, позволяет получить скорректированную освещенность с минимальным отклонением от заданной не более Т 4% (при допустимых Т 5%). Использование таких светофильтров обеспечивает улучшение качества люминофорного покрытия экранов ЦЭЛТ.

Светофильтры, полученные предлагаемым способом, за счет большой минимальной прозрачности по сравнению со светофильтрами, полученными известным способом, позволяют, кроме улучшения качества экранных покрытий, или сократить время

экспонирования экранов ЦЭЛТ, или эксплуатировать установки фотоэкспонирования на пониженной мощности, экономя электроэнергию.

По предлагаемому способу были изготовлены светофильтры для установок фотоэкспонирования зкранов ЦЭЛТ 61ЛК5Ц, 51ЛК2Ц, 25ЛК2Ц и 63ЛКЦ.

Формула изобретения Способ изготовления светофильтра для

коррекции освещенности при фотоэкспонировании экранов цветных электронно-лучевых трубок, включающий предварительный замер на установке фотоэкспонированйя распределения освещенности экспонируемого экрана без применения светофильтра, определения освещенности при изготовлении эталонного экрана, определений распределения прозрачности расчетного светофильтра, послойное вакуумное напы-,

ление на прозрачную подложку слоев светопоглощающего материала через набор масок с различным размером отверстий, с предварительным совмещением масок и подложки, и оптический контроль прозрачности напыляемых слоев в процессе напыления, отличаю щи йс я тем. что. с целью улучшения качества люминофорных покрытий экранов цветных электронно-лучевых трубок путем обеспечения требуемой коррекции освещенности, направление слоев осуществляют со скоростью 0,005-0.5 нм/с до получения прозрачности каждого слоя УРмин , где N - число используемых масок;

РМИН минимальная величина матрицы II PIJ Ппрозрачности расчетного светофильтра, а число N применяемых для напыления масок определяют как целую часть выражений N logo.e Рмин+1 для линейчать1х люминофорных покрытий и выражения N logo.OG Рмин+1 для мозаичных люминофорных покрытий, где 1 - строки матрицы, а j - столбцы.

со см со rsj оо

-А Л .JT U4 1Л

г -а- -3 ил - ил гл го m ил

1Л см v) ГА гЛ

Г1 ГО-3гч чО -3- -л- -

ил рл са гл ил

г -;Г чО ел оо ил ил -3- ил ил

г гм ил гл ол г ил Г-- о

о о о о -

ГЛ ЧО г- ГЛ ил Г гл гл - Г

о о о о о

I рл сзл см сэ .ил м j гл ил

о о CD о СЭ

CVJ ил о ел см

Г-. гл ел ГГ1 г

о о сз о о

со гч| г гОЛ чО ил vD ОЛ о о СЭ о о

о СЭо СЭ

чО - о Г vD .- о -cf о гг- ОЛ гСЭCD

j- СЭ СЭ сз -аО СЭ со СЭ СЭ

.- Г. VD . t-

о СЭ о о сз со -3- см - с

ОО чО иЛчО СХЭ

о

0

I га Ч СЭ 1

л

{3

СЭ

О

о

-

X X 0) г-

а ш о о

о

ил

о ил I

«- со о ол)

, ОЛ т- «

олчо со гл о - о - оо - т г- со

«- РЛ Г. Csl СЭ г- СЭ М

Г. г- т- Г

чо о г-.-а- I

( ОЛ I

/7 5

jLI-I1-I- a--- -J-4 -3 -2 -/0/2 34

-L

Фиг.1

Фиг. 2

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления светофильтров, применяемых при изготовленииэкрановцветных электронно-лучевых трубок. Изобретение позволяет улучшить качество линейчатых экранных покрытий за счет обеспечения требуемой коррекции освещенности прифотоэкспонировании. Способ включает предварительный замер освещенности экспонируемого экрана без применения светофильтра, определение освещенности при изготовлении эталонного экрана., определение распределения прозрачности расчетного светофильтра, послойное вакуумное напыление на прозрачную подложку слоев светопоглощанэщего материала через набор масок с различным размером отверстий, при этом в процессе напыления центры маски и подложки совмещены. Напыление слоев осуществляют со скоростью 0.005-0,5 нм/с до получения прозрачности каждого слоя Р = '^VP мин . где N - число используемых для напыления одного светофильтра масок; Рмин - минимальная величина матрицы II PIJ II прозрачности расчетного светофильтра. Число N определяют как целую часть выражений N = logo.8 Рмин + 1 (для линейчатых экранов); N = 1одо,95 Рмин + 1 (для мозаичных экранов) i-строки матрицы; j - столбцы матрицы. 4 ил.сл

D

в f М N К Ю 99 99 Фиг.