EP0170130A1 - Leuchtschirm für Bildanzeigegeräte und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Leuchtschirm für Bildanzeigegeräte und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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EP0170130A1
EP0170130A1 EP85108683A EP85108683A EP0170130A1 EP 0170130 A1 EP0170130 A1 EP 0170130A1 EP 85108683 A EP85108683 A EP 85108683A EP 85108683 A EP85108683 A EP 85108683A EP 0170130 A1 EP0170130 A1 EP 0170130A1
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EP
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screen
fluorescent
layer
glass plate
black
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Pietro Cicchi
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Nokia Deutschland GmbH
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Nokia Unterhaltungselektronik Deutschland GmbH
Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01J29/32—Luminescent screens with luminescent material discontinuously arranged, e.g. in dots, in lines with adjacent dots or lines of different luminescent material, e.g. for colour television
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    • Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10S428/917—Electroluminescent

Definitions

  • the invention relates to a fluorescent screen according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing such a fluorescent screen.
  • Multi-color fluorescent screens are usually produced in a known manner with the aid of an elaborate “slurry” photo technology process.
  • Other proposals have also been made for applications with flat image display devices.
  • a spraying method is known from DE-OS 28 04 127, which, however, can only be used up to certain resolution limits with regard to detent roughness.
  • DE-OS 23 06 436 and DE-OS 25 55 172 describe processes for the production of conductive, mechanically stable, in particular black, color point borders, which have proven themselves and which are assumed here.
  • the invention is therefore based on the object of creating a high-resolution multi-color fluorescent screen, the Rb 1 Lk / 30.7.1984 the following conditions are sufficient: the thickness of the phosphor layer should be as small as possible while at the same time having a high surface coverage density (high transparency). The highest color purity is to be achieved and in particular a combination of false colors on the surface of the layer of the respective color (electron beam - exposed side) is to be avoided. In addition, the color areas are to be separated by areas colored black to increase the contrast and to sharply separate the light-exciting electron beams for the individual colors (color purity in electron beam mode).
  • the fluorescent colors preferably the colors red, green and blue
  • further phototechnical processes in the phosphor coating are not required and all the requirements mentioned are met.
  • the invention has significant advantages that can only be achieved together with the new screen printing method.
  • a phosphor layer texture is required which, with a very high surface coverage density with phosphor "bodies”, optimally set size and light efficiency (grain 0.1 ⁇ m to 30 ⁇ m) depending on the type at the same time, the lowest possible layer thickness, that is, high light transparency.
  • This is achieved by the method according to the invention by adjusting the flow properties of the phosphor paste and by precisely metering the amount per area during printing. For example, such a layer production is obviously not feasible with the known “slurry” photo technology.
  • This fluorescent screen is manufactured, for example, as follows: A layer is vapor-deposited on a glass plate (screen plate) of any size and thickness (flat or cylindrically curved), preferably in a layer sequence Al203-Ni-Al203-Ni (approx. One to twenty sequences of different thicknesses between 2 nm and 100nm and a Ni final layer between 20nm and 1000nm).
  • the vapor-deposited structure is etched off where the coating with fluorescent material is intended (creation of "windows" of any structure).
  • the glass is etched onto the coating surface in a manner known per se, in such a way that depressions of between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m are formed and at the same time an etching which is as smooth as possible is achieved, for example with an etching solution of the following
  • the depression sc is set so that it approximately corresponds to the later targeted luminous layer thickness, so that the surface that is as smooth as possible (field strength load) is present as the basis for the aluminization of the fluorescent screen to be applied later.
  • the fluorescent structure (preferably three colors: red, green, blue and, in the case of a very fine grid ( ⁇ 0.3 mm step), preferably a line arrangement (inline) is produced by printing the individual colors in succession, adjusted at the positions provided for this within the black border It is important that the passage of the amount of phosphor is in a precise relationship to the targeted layer thickness, the stencil area and the flow properties of the phosphor paste.
  • An essential component of the phosphor paste is an adhesion promoter which remains in the tempered state (after the binder components have been "driven out”).
  • An SiO 2 coating liquid can be used, for example ..
  • the thickness of the phosphor layers is set between 1 ⁇ m and 70 ⁇ m, preferably about 20 ⁇ m in the above phosphor examples. It is essential for this that the printing area on the stencil (screen) has only about 20% to 70%, preferably 40%, area opening compared to the area to be printed.
  • the screens suitable for printing are between 165mesh and 600mesh (preferably 400mesh), depending on the resolution of the grid required.
  • annealing ensures that all binder fractions are evaporated, a major advantage of the proposed screen printing process being that a very low binder fraction can be used in order to achieve a high areal density of the phosphor coating.
  • the desired thickness of the black border after sintering the glass solder print is between 2 ⁇ m and 60 ⁇ m.
  • any "black dye” addition is permitted which ensures the constancy of the thermal expansion and the strength of the glass solder application after sintering. All types are generally suitable as binder systems if a complete burn-out is guaranteed at the temperature required or maximum permissible for a particular type of glass solder; a suitable glass solder mixture:
  • the fluorescent screen glass 1 shown in FIG. 1 has depressions 4.
  • the depressions 4 are approximately 10 ⁇ m to 20 ⁇ m etched into the fluorescent screen glass 1 and are preferably provided with the colors red (R), green (G) and blue (B) as the phosphor layer 6, which are screen-printed through the film 2, which has screen openings 3 is provided, applied.
  • the black border 5 is applied using photo technology (thin layer).
  • the black border 5 is applied in screen printing as black glass solder through the screen openings 3 in the film 2 onto the fluorescent screen glass 1, so that depressions 4 are formed which, depending on the glass solder thickness, are approximately 20 ⁇ m and for receiving the phosphor layer 6 (fluorescent screen colors).

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  • Formation Of Various Coating Films On Cathode Ray Tubes And Lamps (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtschirm für Bildanzeigegeräte mit einer Schirmglasplatte (1) und einer darauf befindlichen Leuchtstoffschicht (6), die in Vertiefungen (4) eingebracht ist, die von einer insbesondere schwarz gefärbten Kontrastumrandungsschicht (5) umgeben sind. Bei diesem Leuchtschirm soll eine höchste Farbreinheit erzielt und insbesondere eine Fehlfarbenkombination auf der Oberfläche der Schicht der jeweiligen Farbe vermieden werden. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß die Leuchtfarben der Leuchtstoffschicht (6), vorzugsweise die Leuchtfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B), in einer raster- oder linienförmigen systematischen Anordnung durch ein Siebdruckverfahren auf die Schirmglasplatte (1) aufgebracht sind. Ein erfindungsgemäßer Leuchtschirm findet als flacher Plasmabildschirm Verwendung.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Leuchtschirm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines sclchen Leuchtschirms.
  • Üblicherweise werden Mehrfarben-Leuchtschirme in bekannter Weise mit Hilfe eines aufwendigen "slurry"-Fototechnik-Verfahrens hergestellt. Für Anwendungen bei flachen Bildanzeigegeräten wurden auch andere Vorschläge gemacht. So ist aus der DE-OS 28 04 127 ein Sprühverfahren bekannt, das sich allerdings nur bis zu gewissen Auflösungsgrenzen hinsichtlich Rastsrfeinheit anwenden läßt.
  • In der DE-OS 23 06 436 und in der DE-OS 25 55 172 sind Verfahren zur Herstellung leitfähiger mechanisch stabiler, insbesondere schwarzer Farbpunkt-Umrandungen beschrieben, die sich gut bewährt haben und von denen hier ausgegangen wird.
  • Aus der DE-AS 25 40 132 geht ein Druckverfahren als bekannt hervor, das über den Aufdruck von Leuchtstoffen hinaus zur genauen Positionierung noch ein Foto-Verfahren zusätzlich benötigt.
  • Schließlich sind Verfahren bekannte deren Grundlage eine Aufstäubung bzw. ein "brushing" auf selektiv durch Belichtung "Klebrig" gemachte Haftschichten ist (man vgl. z. B. GB-PS 2 111 233A, DE-PS 29 34 929 oder US-PS 4 263 385).
  • Jedes der genannten Verfahren weist allerdings Nachteile auf.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hochauflösenden Mehrfarben-Leuchtschirm zu schaffen, der Rb 1 Lk/30.7.1984 folgenden Bedingungen genügt: Die Dicke der Leuchtstoffschicht soll möglichst gering bei gleichzeitig hoher Flächenbelegungsdichte (hohe Transparenz) sein. Höchste Farbreinheit soll erzielt und insbesondere eine Fehlfarbenkombination auf der Oberfläche der Schicht der jeweiligen Farbe (Elektronenstrahl - beaufschlagte Seite) vermieden werden. Außerdem soll eine Trennung der Farbbereiche durch schwarz eingefärbte Bereiche zur Erhöhung des Kontrastes sowie zur scharfen Trennung der Licht erregenden Elektronenstrahlen für die einzelnen Farben (Farbreinheit im Elektronenstrahlbetrieb) erreicht werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leuchtschirm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche 2 bis 6.
  • Mit dem Aufbringen der Leuchtfarben, vorzugsweise der Farben Rot, Grün und Blau, auf den Leuchtschirm durch Siebdruck werden weitere fotctechnische Prozesse bei der Leuchtstoffbeschichtung nicht benötigt und alle genannten Forderungen erfüllt.
  • Um den nacheinander erfolgenden Siebdruck der verschiedenen Farben zu ermöglichen, ohne den vorherigen Druck durch den nachfolgenden zu beschädigen, ist vorgesehen, die Farbbereiche durch eine mechanisch stabile erhabene (Schwarz-)umrandung zu schützen. Dennoch war es nicht naheliegend, bei vorhandener erhabener Schwarzumrandung die Leuchtstoffbereiche mit Siebdruck aufzubringen, da normalerweise Siebdruck nur bei direktem Kontakt auf einer Fläche funktioniert. Durch eine Abwandlung der Drucktechnik mit wesentlich kleineren Druckflächen auf dem Sieb (Schablone) als auf dem Substrat, hohem Rakeldruck und spezieller Fließeigenschaften der Leuchtstoff- paste wurde das Siebdrucken ermöglicht.
  • Im Gegensatz zu den bekannten Beschirmungsverfahren weist die Erfindung wesentliche Vorteile auf, die nur mit dem neuen Siebdruckverfahren alle zusammen erreichbar sind.
  • Speziell für niederenergetische Kathodenstrahlanregung von Leuchtstoffen (<10keV), aber auch für andere Anwendungen denkbar, ist eine Leuchtstoffschichtbeschaffenheit gefordert, die bei sehr hoher Flächenbelegungsdichte mit Leuchtstoff-"Körpern" optimal eingestellter Größe und Lichtausbeute (Korn 0,1µm bis 30µm) je nach Typ gleichzeitig möglichst geringe Schichtstärke, das heißt hohe Licht-Transparenz aufweist. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren über die Einstellung der Fließeigenschaften der Leuchtstoff-Paste sowie über eine genaue Dosierung der Menge pro Fläche beim Druck erreicht, Zum Beispiel ist eine derartige Schichtherstellung mit der bekannten "slurry"-Fototechnik offensichtlich nicht machbar.
  • Gleichzeitig ist eine sehr hohe Farbreinheit, gerade auf der Oberfläche der aufgebrachten Leuchtstoffschicht, gefordert, und zwar umso zwingender, je niedriger die Kathodenstrahlanregungs-Energie, also die Eindringtiefe von Elektronen in die Leuchtstoffschicht ist. Deshalb sind Verfahren, bei denen nach Aufbringung einer ersten Farbe die folgenden Farben übereinander geschichtet, belichtet und partiell wieder entfernt werden, wenig geeignet, die geforderte farbreine Schichtoberfläche herzustellen.
  • Ist durch eine gegebene Elektronenstrahlgeometrie eine scharfe Trennung von Farbpunkten nicht gewährleistet, oder sind durch Justierungeneuigkeiten verschiedener Display-Bauteile "Sicherheitszonen" für den beaufschlagenden Elektronenstrahl zur Vermeidung von Fehlfarben notwendig, oder ist eine Erhöhung des Kontrastes notwendig, so ist eine Trennung der Farbbereiche durch schwarz eingefärbte Bereiche (Schwarzumrandung, "black matrix") erforderlich. Für die Anwendung von Leuchtschirmen nach dem Prinzip des flachen Plasmabildschirmes sind diese Bedingungen gestellt und werden durch den vorgeschlagenen Siebdruck erfüllt. Im Gegensatz zur DE-OS 28 06 436, bei der mit Hilfe fototechnischer Maßnahmen eine Schwarzumrandung mit guter Haftung aufgebaut wird, ist es Teil des hier vorgeschlagenen Beschirmungskonzeptes, auch die Schwarzumrandung aus schwarz eingefärbter bzw. beim Sintern sich schwarz färbender Glaslotpaste mittels Siebdruck positioniergenau aufzubringen.
  • Als wesentlicher Punkt - speziell bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Leuchtschirmes in Displaysystemen mit Einwirken hoher elektrischer Feldstärken - ist eine gute Haftung auf dem Substrat, insbesondere auch für die Schwarzumrandung gefordert. Dafür bestens geeignet sind die beiden Schwarzumrandungsvarianten mit aufgedampften und geätzten Strukturen und nach dem hier vorgeschlagenen Konzept mit Siebdruck.
  • Hergestellt wird dieser Leuchtschirm beispielsweise folgendermaßen: Auf eine Glasplatte(Schirmplatte) beliebiger Größe und Dicke (plan oder zylindrisch gekrümmt) wird eine Schicht aufgedampft, vorzugsweise in einer Schichtfolge Al203-Ni-Al203-Ni (ca. eine bis zwanzig Folgen verschiedener Dicken zwischen 2nm und 100nm sowie einer Ni-Endschicht zwischen 20nm und 1000nm).
  • Nach Beladung mit Fotoresist, Belichtung mit einer festgelegten Struktur der Schwarzumrandung einschließlich festgelegter Justiermarken und Entwicklung in üblicher Weise wird die aufgedampfte Struktur dort abgeätzt, wo die Belegung mit Leuchtstoff vorgesehen ist (Erzeugung von "Fenstern" beliebiger Struktur).
  • Vor dem Aufdruck der Leuchtstoffe wird an der Beschichtungsoberfläche in an sich bekannter Weise das Glas ange- ätzt und zwar so, daß Vertiefungen zwischen 1µm und 50µm entstehen und gleichzeitig eine möglichst glatte Ätzung erreicht wird, wie z.B. mit einer Ätzlösung folgender
    Figure imgb0001
  • Vorteilhaft ist die durch die Ätzung erreichte gute Entspiegelung der mit Phosphor belegten Seite sowie die erhöhte Haftung des später aufzubringenden Leuchtstoffes auf der aufgerauhten Oberfläche und dessen mechanischer Schutz durch die vorgegebene Vertiefung; vorzugsweise wird die Vertiefung sc eingestellt, daß sie in etwa der später angezielten Leuchtstcffschichtdicke entspricht, so daß als Grundlage für die später aufzubringende Aluminisierung des Leuchtschirmes eine möglichst glatte (Feldstärke-Belastung) Oberfläche vorliegt.
  • Die Leuchtstoff-Struktur (vorzugsweise drei Farben: Rot, Grün, Blau und bei sehr feinem Raster (<0,3mm Schritt) vorzugsweise Linienanordnung (inline) wird durch nacheinander erfolgenden Druck der Einzelfarben, justiert an den dafür innerhalb der Schwarzumrandung vorgesehenen Positionen, erzeugt. Dabei ist wichtig, daß der Durchlaß der Leuchtstoffmenge in einem genauen Verhältnis zur angezielten Schichtstärke, zur Druckschablonenfläche und zur Fließeigenschaft der Leuchtstoffpaste steht. Ein wesentlicher Bestandteil der Leuchtstoffpaste ist ein Haftvermittler, der im getemperten Zustand (nach "Austreiben" der Binderanteile) verbleibt. Zum Beispiel verwendbar ist eine SiO2-Beschichtungsflüssigkeit. Als Binder sind alle Systeme grundsätzlich geeignet, solange sie weder die Leuchtstoffe chemisch schädigen noch störende "Reste" nach dem Tempern der Schichten hinterlassen, wobei darauf zu achten ist, daß leuchtstoffspezifisch Maximaltemperaturen (im Bereich 380°C bis 500°C) eingehalten werden müssen. Vorzugsweise Verwendung finden Binder auf Acrylat- oder Nitrozellulose-Basis. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist zum Beispiel:
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
  • Die Dicke der Leuchtstoffschichten wird zwischen 1µm und 70µm eingestellt, vorzugsweise bei obigen Leuchtstoffbeispielen bei ca. 20µm. Hierzu ist von wesentlicher Bedeutung, daß die Druckfläche auf der Schablone (Sieb) etwa nur 20% bis 70%, vorzugsweise 40% Flächenöffnung gegenüber der zu bedruckenden Fläche aufweist. Die zum Druck geeigneten Siebe liegen zwischen 165mesh und 600mesh (vcrzugsweise 400mesh), je nach gefcrderter Auflösung des Rasters.
  • Zum Abschluß der Schichterzeugung wird durch Tempern sichergestellt, daß alle Binderanteile verflüchtigt werden, wobei ein wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Siebdruckverfahrens ist, einen sehr geringen Binderanteil anwenden zu können, um damit eine hohe Flächendichte der Phosphorbelegung zu erreichen.
  • Der Leuchtschirm kann aber auch auf folgende Weise hergestellt werden: Auf eine Glasplatte beliebiger Größe und Dicke (plan oder zylindrisch gekrümmt) wird eine Glaslotschicht in der gewünschten Struktur der Schwarzumrandung aufgedruckt. Es ist aus Gründen der Entspiegelung der Bildschirm-Innenseite (auf die die Phosphorschicht aufgebracht wird) angebracht, mit der im ersten Beispiel aufgeführten Glasätze eine relativ glatte Entspiegelungsschicht zu erzeugen, nachdem vcrher das Glas mechanisch durch Läppen mit Siliziumkarbid feiner Körnung (vorzugsweise 500 - 1000) sehr gleichmäßig mattiert wurde. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß eine Entspiegelung der mit Phosphor belegten Glasseite, verbunden mit einer Haftfestigkeitserhöhung für aufgebrachte Schichten durchgeführt wird.
  • Die nach dem Sintern des Glaslotaufdruckes angestrebte Dicke der Schwarzumrandung liegt zwischen 2µm und 60µm. Um eine Schwarzfärbung der Glaslotpaste zu erreichen, ist jeder "black dye"-Zusatz erlaubt, der die Konstanz der thermischen Ausdehnung und die Festigkeit des Glaslotauftrages nach dem Sintern sicherstellt. Als Bindersysteme eignen sich alle Typen grundsätzlich dann, wenn ein vollständiges Ausbrennen bei der für einen bestimmten Glaslottyp erforderlichen bzw. maximal zulässigen Temperatur gewährleistet wird; hierzu eine zweckmäßige Glaslot-Mischung:
    Figure imgb0004
  • Eine Schwarzfärbung kann auch durch reduzierende Temperung unterstützt bzw. allein (ohne "black dye") erzeugt werden.
  • Nach der Fertigstellung der Schwarzumrandungsstruktur wird analog zum ersten Ausführungsbeispiel weiter verfahren.
  • Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 den erfindungsgemäßen Leuchtschirm schematisch im Schnitt und
    • Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtschirmes schematisch im Schnitt.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Leuchtschirmglas 1 weist Vertiefungen 4 auf. Die Vertiefungen 4 sind ca. 10µm bis 20µm in das Leuchtschirmglas 1 eingeätzt und als Leuchtstoffschicht 6 vorzugsweise mit den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) versehen, die durch Siebdruck durch den Film 2, der mit Sieböffnungen 3 versehen ist, aufgebracht. Die Schwarzumrandung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Fototechnik (Dünnschicht) aufgebracht.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwarzumrandung 5 in Siebdruck als schwarzes Glaslot durch die Sieböffnungen 3 im Film 2 auf das Leuchtschirmglas 1 aufgebracht, so daß Vertiefungen 4 gebildet sind, die je nach Glaslotdicke ca. 20µm betragen und zur Aufnahme der Leuchtstoffschicht 6 (Leuchtschirmfarben) dienen.

Claims (6)

1. Leuchtschirm für Bildanzeigegeräte mit einer Schirmglasplatte und einer darauf befindlichen Leuchtstoffschicht, die in Vertiefungen eingebracht ist, die von einer insbesondere schwarz gefärbten Kontrastumrandungsschicht umgeben sind,dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtfarben der Leuchtstoffschicht (6), vorzugsweise die Leuchtfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B), in einer raster- oder linienförmigen systematischen Anordnung durch ein Siebdruckverfahren auf die Schirmglasplatte (1) aufgebracht sind.
2. Leuchtschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastumrandungsschicht (5) aus schwarz eingefärbter oder beim Sintern sich schwarz färbender Glaslotpaste mittels Siebdruck positioniergenau auf die Schirmglasplatte (1) aufgebracht ist.
3. Leuchtschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Leuchtstoffschicht (6) zwischen 1µm und 70µm beträgt.
4. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirmes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß auf die Schirmglasplatte (1) eine metallische Mehrschichtenfolge aufgedampft wird, und daß die aufgedampfte Struktur dort abgeätzt wird, wo die Belegung mit der Leuchtstoffschicht (6) mittels eines Siebdruckverfahrens in zuvor in die Schirmglasplatte (1) eingeätzte Vertiefungen (4) vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (4) der Schichtdicke der anschließend aufzubringenden Leuchtstoffschicht (6) nahezu entsprechen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schirmglasplatte (1) eine Glaslotschicht in der Struktur der Kontrastumrandungsschicht (5) aufgedruckt wird.
EP85108683A 1984-07-31 1985-07-11 Leuchtschirm für Bildanzeigegeräte und Verfahren zu seiner Herstellung Expired EP0170130B1 (de)

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DE3428244 1984-07-31
DE3428244 1984-07-31

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