DE69105826T2 - Apparat zur Anzeige oder Projektion von Bildern oder ähnlichem. - Google Patents
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige oder Projektion von Bildern oder ähnlichem mit einer äußeren Ausgangsseite, die mit einer transparenten und abriebfesten Beschichtung bedeckt ist.
- Anzeigevorrichtungen wie z.B. Kathodenstrahlröhren und Flüssigkristallsichtfelder enthalten eine transparente Vorderwand, die meist aus Glas ist. Das Bild wird auf einer Seite dieser Wand gebildet und von der anderen Seite her betrachtet.
- Die Qualität des betrachteten Bilds hängt von den physikalischen Eigenschaften des Materials der Wand und seinem Zustand ab, insbesondere dem Zustand der Außenseite.
- In gleicher Weise enthält eine Projektionsvorrichtung üblicherweise ein Ausgangsobjektiv, und die Qualität des projizierten Bilds kann durch einen schlechten Oberflächenzustand der Außenseite des Projektionsobjektivs beeinträchtigt werden.
- Die Erfindung kann die Abhängigkeit vom Zustand der Außenoberfläche der transparenten Vorderwand der Vorrichtung oder vom Zustand der Außenseite des Projektionsobjektivs vermindern.
- Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die abriebfeste Schicht mindestens eines der folgenden Materialien enthält: Adamantinkohlenstoff, Y&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3;, Zinn- und Indiumoxid mit Sauerstoffimplantierung.
- Die transparente Stirnwand der Anzeige- oder Projektionsvorrichtung ist mit einer transparenten Schicht eines abriebfesten Materials einer deutlich größeren Härte bedeckt als die des Materials der Stirnwand oder des Objektivs und/oder mit einem transparenten leitenden Material.
- Eine abriebfeste Schicht verringert die Gefahr einer Veränderung der Außenseite der Stirnwand oder des Objektivs, insbesondere durch Kratzer. Eine leitende Schicht verhindert, daß die Außenseite Staub durch Ansammlung elektrostatischer Ladungen anzieht.
- Diese Maßnahmen sind besonders nützlich, wenn man hochaufgelöste Bilder sichtbar macht oder projiziert, insbesondere beim hochauflösenden Fernsehen. In diesem letzteren Fall, bei dem die Gesamtzahl der Zeilen bei etwa 1000 und die Anzahl der Punkte je Zeile bei etwa 1000 liegt, sowie die Gesamtanzahl der Bildpunkte etwa 10&sup6; beträgt, sind die Bildpunkte sehr klein, so daß Veränderungen, insbesondere Kratzer oder Staubablagerungen auf der äußeren Beobachtungsseite oder Projektionsseite das angezeigte oder projizierte Bild erheblich beeinträchtigen können.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist die abriebfeste Schicht und/oder die leitende Schicht mit einer Antireflexschicht verbunden, die den Reflexionskoeffizienten für das Umgebungslicht auf der äußeren Sicht- oder Projektionsfläche verringert.
- Im Fall von mehreren Schichten ist die abriebfeste Schicht vorzugsweise die äußerste.
- In einer Ausführungsform ist nur eine Schicht vorgesehen, die sowohl abriebfest als auch leitend ist. Diese Schicht besteht beispielsweise aus einem leitenden Zinn- und Indiumoxid, dessen Abriebschutzaufgabe durch eine oberflächliche Verdichtung durch Sauerstoffionenimplantierung gewährleistet ist.
- Man hat festgestellt, daß man gute Ergebnisse durch Verwendung von Adamantinkohlenstoff als abriebfestes Material erzielt. Dieses Material ist wenig rauh, hat eine Härte zwischen 1500 und 4000 kg/mm² und ist chemisch inert. Vorzugsweise wählt man eine geringe Dicke, unter 100 Å, um die Transparenz der transparenten Wand oder des zu schützenden Objektivs nicht zu verändern.
- Die mechanischen und optischen Eigenschaften von Adamantinkohlenstoff können verändert werden, indem man diesen Stoff mit bestimmten Mengen von Wasserstoff mischt. Insbesondere kann der Brechungsindex frei zwischen 1,9 und 2,1 mit einer Wasserstoffatomrate zwischen 35 und 55% gewählt werden.
- Durch die freie Wahl des Brechungsindex kann man leicht mit der Adamantinkohlenstoffschicht eine Antireflexschicht kombinieren.
- Der Adamantinkohlenstoff bildet auch ein Filter, das den Durchlaß von ultravioletter Strahlung behindert.
- Auf eine Glaswand, die im allgemeinen vorher mit leitenden und/oder Antireflexschichten durch eine Methode der chemischen Abscheidung aus der Gasphase mit Hilfe eines Plasmas versehen wurde, kann der Adamantinkohlenstoff aufgebracht werden, indem von einem Kohlenwasserstoff wie z.B. Methan CH&sub4; ausgegangen wird. Natürlich können andere Methoden zur Abscheidung von Adamantinkohlenstoff in Betracht gezogen werden, wie z.B. die Bombardierung eines Graphitziels, das gegenüber der zu bedeckenden Wand angeordnet wird, Verbrennung von Azetylen und Wasserstoff in Gegenwart von Sauerstoff usw.
- Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren hervor.
- Figur 1 zeigt schematisch eine Anlage zum Abscheiden von Adamantinkohlenstoff auf der Wand einer Fernsehröhre gemäß der Erfindung.
- Figur 2 zeigt schematisch eine andere Anlage zum Abscheiden von Adamantinkohlenstoff auf der Stirnseite einer Fernsehröhre.
- Figur 3 zeigt schematisch einen Teil der Stirnseite einer Fernsehbildröhre gemäß der Erfindung.
- Figur 4 zeigt eine Kurve mit bestimmten Eigenschaften der Röhre aus Figur 3.
- Ganz allgemein besteht die Erfindung darin, auf der äußeren Stirnseite einer Anzeigevorrichtung oder Projektionsvorrichtung für Bilder eine Schicht aus einem Material aufzubringen, das abriebfest und/oder ein elektrischer Leiter ist. Natürlich ist die aufgebrachte Schicht transparent.
- Außerdem ist es günstig, wenn die abriebfeste und/oder leitende Schicht mit einer Antireflexschicht kombiniert ist.
- Nachfolgend wird allein auf eine Kathodenstrahlröhre für das hochauflösende Fernsehen Bezug genommen. Eine solche Röhre besitzt eine Glashülle, die vorne in einen Bildschirm mit einer Stirnseite zur Betrachtung endet.
- Es ist günstig, nur eine Schicht vorzusehen, die sowohl abriebfest als auch elektrisch leitend ist. Hierzu verwendet man ein Zinn- und Indiumoxid (ITO), dessen Oberflächendichte aufgrund einer durch Ionenbombardierung erzeugten Sauerstoffimplantierung einen großen Wert besitzt.
- Diese Behandlung verringert die Gefahren von Kratzern. Für eine Antireflexwirkung wäre es günstig, wenn dieses Oxid so behandelt würde, daß es einen Brechungsindex gleich der Quadratwurzel aus dem Brechungsindex des den Bildschirm bildenden Glases hätte.
- Natürlich ist die Dicke der ITO-Schicht so gering, daß sie transparent ist, in der Größenordnung von 10&supmin;&sup6; bis 2 10&supmin;&sup6; cm (100 bis 200 Å). Diese Schicht bleibt jedoch transparent bis zu einer Dicke in der Größenordnung von 5 10&supmin;&sup5; cm (5000 Å) oder mehr.
- Für die Funktion der Abriebfestigkeit verwendet man vorzugsweise einen Adamantinkohlenstoff mit einer ähnlichen Struktur wie ein Diamant. In diesem Fall bildet der in einer Dicke zwischen 4 10&supmin;&sup8; und 10&supmin;&sup6; cm (4 Å und 100 Å) aufgebracht Adamantinkohlenstoff die letzte Schicht, die auf eine leitende und/oder reflexmindernde ITO-Schicht aufgebracht ist.
- Der Adamantinkohlenstoff hat eine amorphe Struktur, ist chemisch inert und hat eine Härte zwischen 1500 und 4000 kg/mm². Er kann auf mehrere verschiedene Arten aufgebracht werden. Vorzugsweise verwendet man die sogenannte PCVD-Technik, die darin besteht, den Bildschirm der Röhre 10 in ein Gefäß 11 (siehe Figur 1) einzubringen, in das Methan CH&sub4; oder ein anderer Kohlenwasserstoff eingespeist wird. Dann bildet man ein Hochfrequenzplasma 12, das die Kohlenwasserstoffmoleküle aufspaltet. So wird der Wasserstoff vom Kohlenstoff getrennt und letzterer schlägt sich auf dem Ziel 10a nieder, das die Außenseite des Bildschirms der Röhre bildet.
- Eine Schicht aus Adamantinkohlenstoff einer Dicke von 2 10&supmin;&sup7; bis 5 10&supmin;&sup7; cm (20 bis 50 Å) ergibt sich in einigen zehn Sekunden.
- Es kann vorteilhaft sein, wenn die aufgebrachte Schicht 13 Wasserstoff enthält. Hierzu kann die Wasserstoffmenge eingestellt werden, indem der Anteil der aufgespalteten Kohlenwasserstoffmoleküle begrenzt wird.
- Der Brechungsindex des Adamantinkohlenstoffs liegt zwischen 1,9 und 2,1, wenn der Anteil von Wasserstoffatomen zwischen 35 und 55% liegt.
- Die mechanischen Eigenschaften hängen auch von der Menge Wasserstoff ab. Sie hängen weiter von der Geschwindigkeit des Aufwachsens der Schicht aus Adamantinkohlenstoff ab. So ergibt sich die Härte nach Knoop HK für eine Schicht, deren Wachstumsgeschwindigkeit bei 6 10&supmin;&sup7; cm/min (60 Å/m) liegt, durch folgende Formel:
- HK (kg/mm²) = 50 Hat (%) - 250
- Hierbei ist Hat der Anteil von Wasserstoffatomen in Prozent.
- In einer Variante (Figur 2) wird der Bildschirm 10' in ein Gefäß 11' gebracht, in dem ein Hochvakuum in der Größenordnung von 1,33 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr) erzeugt wird. Vor dem Bildschirm 10' befindet sich ein Ziel 14 aus Graphit. Die Seite dieses Ziels, die der Außenseite des Bildschirms 10' gegenüberliegt, wird mit Ionen bombardiert, die Kohlenstoffionen losreißen, welche sich auf dem Substrat absetzen.
- In beiden Fällen wird das Substrat 10, 10' auf eine Temperatur zwischen 200 und 300ºC erwärmt.
- Man kann auch Adamantinkohlenstoff durch Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs mit Wasserstoff in Sauerstoff bilden, wobei der Bildschirm dann auf eine Temperatur in der Größenordnung von 800ºC erwärmt wird. Man kann auch eine klassische Technik des Diamantwachstums in Betracht ziehen, die darin besteht, den Bildschirm auf eine Temperatur zwischen 600 und 1100ºC in einem Gefäß zu erwärmen, in das eine auf 2000ºC mittels Stromdurchgang erwärmte Wolfram-Heizwicklung gebracht ist. Dieses Gefäß enthält eine Mischung von 98,5% Wasserstoff, 1% Methan CH&sub4; und 0,5% Sauerstoff.
- In Figur 3 wurde schematisch eine Beschichtung der Außenoberfläche 15 des Bildschirms 10 der Fernsehröhre dargestellt. Auf dem Substrat 10 aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,54 werden eine Schicht 16 aus Titanoxid TiO&sub2; mit einem Brechungsindex von 2,4 und in einer Dicke von 7 10&supmin;&sup7; cm (70,1 Å), dann eine Schicht 17 aus Siliziumoxid einer Dicke von 5,37 10&supmin;&sup6; cm (537 Å) mit einem Brechungsindex von 1,45, dann eine weitere Schicht 18 aus Titanoxid TiO&sub2; einer Dicke von 6,093 10&supmin;¹&sup5; cm (6093 Å), dann eine weitere Schicht 19 aus Siliziumoxid einer Dicke von 6,8 10&supmin;&sup6; cm (680 Å) und schließlich die Adamantinschicht 13 mit einer Dicke von 10&supmin;&sup6; cm (100 Å) aufgebracht.
- Natürlich kann die Adamantinschicht mit dem Index 1,9 durch eine ITO-Schicht ersetzt werden.
- Die Schichten 16 bis 19 haben die Aufgabe, den Brechungsindex anzupassen und damit die Antireflexfunktion zu erfüllen.
- Mit einer Struktur gemäß Figur 3 wurde festgestellt, daß die Verluste durch Reflexion zwischen 0,5 und 2% für das sichtbare Licht liegen. Diese Verluste sind im Diagramm der Figur 4 dargestellt, in der als Abszisse die Lichtwellenlänge (in Å oder 10&supmin;&sup8; cm) und als Ordinate die Verluste R durch Reflexion aufgetragen sind.
- Diese Verluste durch Reflexion gelten für einen Lichteinfall unterhalb von 45º. Die Verluste nehmen erheblich zu für größere Einfallswinkel.
- Bezüglich der Abriebfestigkeit kann der Adamantinkohlenstoff durch transparenten amorphen Kohlenstoff oder ein anderes hartes Oxid wie z.B. Y&sub2;O&sub3; oder Al&sub2;O&sub3; (Aluminiumoxid) ersetzt werden.
- Schließlich sei bemerkt, daß sowohl Adamantinkohlenstoff als auch ITO verwendet werden kann, was keine besonderen Probleme aufgrund der Gleichheit der Brechungsindices der beiden Materialien ergibt. In einer Ausführungsform besteht die abriebfeste Schicht aus Adamantinkohlenstoff und wird von einer feinen Haut eines harten und elektrisch leitenden ITO- Materials bedeckt.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Anzeige oder Projektion von Bildern mit
einer äußeren Ausgangsseite (15), die mit einer transparenten
und abriebfesten Beschichtung (13) bedeckt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die abriebfeste Schicht mindestens eines der
folgenden Materialien enthält: Adamantinkohlenstoff, Y&sub2;O&sub3;,
Al&sub2;O&sub3;, Zinn- und Indiumoxid mit Sauerstoffimplantierung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die abriebfeste Schicht
Adamantinkohlenstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht Wasserstoff enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die abriebfeste Schicht Adamantinkohlenstoff enthält und
die Dicke dieser Schicht zwischen 4 x 10&supmin;&sup8; und 10&supmin;&sup6; cm (4 bzw.
100 Å) liegt.
4. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Ausgangsseite
mit einer leitenden transparenten Beschichtung bedeckt ist.
5. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite außerdem
eine Antireflexbeschichtung besitzt.
6. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abriebfeste Schicht
die äußerste Schicht ist.
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