专利名称：具有内部中灰滤光片的阴级射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色阴极射线管(CRT)尤其涉及包含内部中灰滤光片(neutral density filter)的荧光屏组件。
技术领域彩色阴极射线管(CRT)通常包括电子枪、多孔障板(aperture mask)和屏幕。在电子枪和屏幕之间插入多孔障板。所述屏幕位于CRT管面板(faceplate)的内表面上。所述多孔障板的作用在于将电子枪中生成的电子束指向CRT管屏幕上发彩色光的适当磷光体上。
所述屏幕可以是荧光屏。荧光屏通常具有形成于其上的由三种不同的彩色发光磷光体(例如，绿、蓝、红)组成的阵列。通过矩阵线将所有的彩色发光磷光体彼此隔离。所述矩阵线通常由黑色光吸收的惰性材料组成。
CRT管的面板通常包括具有低透射系数的玻璃屏面。但是，采用具有低透射系数的屏板会导致CRT管产生光环(Halo)效应，可以由屏板周围到中心的反射率梯度(gradient)表明所述光环效应。由于这一反射斜率梯度的存在，在关闭CRT管时，CRT面板的周围看起来比中央更黑，这是不可取的。
因此，对于荧光屏而言，存在着客服上述缺陷的需求。
发明内容
本发明涉及一种形成位于阴极射线管(CRT)的荧光屏组件上的中灰滤光片的成分和方法。所述荧光屏组件形成于CRT管的玻璃面板屏的内表面上。所述荧光屏组件包括经构图的光吸收矩阵，其界定对应于蓝色区域、绿色区域和红色区域之一的三组域(field)。之后，在所述中灰滤光片上对应于光吸收矩阵中所界定的蓝色区域，绿色区域和红色区域中的每一个形成蓝、绿、红色磷光体。
内部中灰滤光片所具有的组分包括红色素、蓝色素和至少一种不具有色素的氧化物颗粒。内部中灰滤光片的作用在于减少整个屏面范围内屏幕的反射，与此同时消除CRT管的光环效应。
现在将参照附图对本发明予以更加详细的说明，其中图1是根据本发明的实施例制作的彩色阴极射线管(CRT)的侧面图，其中部分处于轴向剖面当中；图2是图1中的CRT的面板屏面的剖面图，其示出了包括内部中灰滤光片的荧光屏组件；图3是图2中的屏幕组件的制造过程的方框图；图4A到图4C是在内部中灰滤光片的形成过程中，荧光屏组件的面板屏面荧光屏组件的内部表面的示意图；以及图5是高透射率玻璃屏面，覆盖有内部中灰滤光片的高透射率玻璃屏面和低透射率玻璃屏面的透射率随波长变化的曲线图。
具体实施例方式
图1示出了传统的彩色阴极射线管(CRT)10，其具有包括面板屏面12和通过漏斗15连接的管状颈14的玻璃壳11。漏斗15具有与阳极端头(button)16接触，并由其延伸至颈部14的内部导电涂层(未示出)。
面板屏面12包括观看表面18和外围凸缘或侧壁20，其通过玻璃粉21与漏斗15密封。在面板屏面12的内表面上承载有三色发光磷光体屏幕22。在图2的横截面图中所示的屏幕22为线屏幕，其包括多个屏幕元件，所述屏幕元件分别由按三个一组排列的红色发光磷光体带R，绿色发光磷光体带G和蓝发光磷光体带B构成，其中每个三元组均包括由三种颜色中的每一个构成的磷光体线。R、G、B磷光体带沿基本垂直于产生电子束的平面的方向延伸。所述R、G、B磷光体带形成于中灰滤光片40上。所述中灰滤光片40包括红色素、蓝色素和至少一种无色素氧化物颗粒的混合。
在中灰滤光片40之下形成的光吸收矩阵23将所述每条磷光体线分隔开。优选由铝构成的导电薄层24(图1所示)覆盖屏幕22，并提供向屏幕22施加均匀的第一阳极电位，以及反射由磷光体元件发出的光使其穿过观看表面18的装置。屏幕22和覆盖的铝层24构成了屏幕组件。
在面板屏面12内，与屏面22保持预定距离的位置处，以可拆卸的方式安装多孔色彩选择电极或阴罩25(图1所示)。
图1中以虚线示意性地表示的电子枪26通常安装在颈部14之内，从而生成三束同轴的电子束28，即一个中央电子束两个侧部或外部电子束，所述电子束穿过阴罩25沿汇聚路径传输至屏幕22。电子束的同轴方向近似垂直于纸面。
所设计的图1中的CRT与外部磁偏转线圈一同使用，例如在图中与漏斗和颈部之间的接合处相邻的偏转线圈30。在受到激励之后，偏转线圈30使三个电子束28受磁场的作用，使得电子束扫描整个屏幕22内的水平和垂直矩形光栅(raster)。
根据图3中示意性地表示出的处理步骤制作屏幕22。最开始，如附图标记300所示，优选采用苛性碱溶液清洗面板屏面，并用水冲洗，之后，采用稀释的氢氟酸对其进行蚀刻，并再次用水冲洗，从而达到清洁面板屏面的目的，这是本领域公知的。优选由具有高透射率(在450nm到650nm的波长范围内，透射率大于80％左右)的玻璃形成面板屏面12。高透射率玻璃与中灰滤光片的结合提供了预期的透射率和从低透射率玻璃观察到的反射率，与此同时避免了光环效应。
之后，如附图标记302所示，为面板屏面12的内表面提供光吸收矩阵23，优选以1971年1月26日授予Mayaud的美国专利No.3558310，2000年1月11日授予LaPeruta等人的美国专利No.6013400，或2000年3月14日授予Gorog等人的美国专利No.6037086中描述的方式采用湿矩阵处理。
在面板屏面12的整个内观看表面上均匀地提供光吸收矩阵23。对于对角线尺寸大约为68cm(27英寸)的面板屏面12而言，在光吸收矩阵23所在的层中形成的开口具有大约0.075mm到0.25mm的宽度范围，不透明矩阵线可以具有大约0.075mm到0.30mm的宽度范围。参照图4A，光吸收矩阵23界定了三组域红域R、绿域G和蓝域B。
参照图3中的附图标记304和图4B，在位于面板屏面12的内表面上的光吸收矩阵23之上涂覆内部中灰滤光片40。可以由可以包括蓝色素、红色素和至少一种无色素氧化物颗粒的水悬浮液涂覆中灰滤光片40。
内部中灰滤光片的作用在于减少整个屏面范围内屏幕的反射，从而使CRT管的光环效应最小化或消除这一效应。构成中灰滤光片的颗粒应当具有100nm(纳米)的平均尺寸，从而降低从CRT屏幕对磷光体发光的过度散射。所述颗粒尺寸还有助于形成无间断的均匀滤光片层，滤光片层的间断将造成CRT性能的降低。
内部中灰滤光片所包括的蓝色素和红色素的总色素重量百分比应当为5％到12％左右。总色素重量百分比应当包括4.5％到11.6％左右范围内的蓝色素重量百分比，以及大约0.15％到1.2％左右范围内的红色素重量百分比。在结合使用具有适当透射率的玻璃时，总色素含量的上述范围将面板屏面对环境光的反射降至了所期望的水平。改变蓝色素与红色素之间的比例可以提供所期望的滤光片光学响应。我们发现，蓝色素与红色素之间的有效比例范围大约为9∶1到约32∶1。中灰滤光片的厚度应当在大约1-2微米的范围内。
例如，蓝色素可以是能够从NJ(新泽西州)Patterson的Daicolor-Pope公司购买到的CoO.Al2O3daipyroxide蓝色素TM-3490E。在其他色素中，另外一种适当的蓝色素可以包括，例如，可以从俄亥俄州(Ohio)的辛辛那提(Cincinnati)的Shepherd Color公司购买到的EX1041蓝色素。
可以采用球磨研磨工艺对蓝色素进行研磨，在这一工艺当中，蓝色素与一种或多种表面活性剂一起散布在水悬浮液中。例如，可以采用1/16英寸ZrO2球对蓝色素进行球磨研磨，所持续的时间至少为约19到约72小时。优选对蓝色素进行大约66小时的球磨研磨。在研磨之后，蓝色素的平均颗粒尺寸大约为120nm(纳米)。
例如，红色素可以是能够从NJ(新泽西州)Patterson的Daicolor-Pope公司购买到的Fe2O3daipyroxide红色素TM-3875。在其他红色素中，另一种适合的红色素可以包括，例如，能够从伊利诺斯州(Illinois)Fairview Heights的Elementis Pigments公司购买到的R2899红色素。
可以采用球磨研磨工艺对所述红色素进行研磨，在这一工艺中，色素与一种或多种表面活性剂一起散布在水悬浮液中。例如，可以采用1/16英寸的ZrO2球磨对所述红色素进行至少约15到约90小时的研磨。优选对所述红色素研磨19个小时左右。在研磨之后，红色速的平均颗粒尺寸大约为85nm。
所述的至少一种无色素氧化物颗粒可以包括例如二氧化硅、氧化铝或二者混合构成的材料。所述的至少一种无色素氧化物颗粒应当具有与色素尺寸可比拟的尺寸。所述的至少一种无色素的氧化物颗粒的平均尺寸优选小于约30nm。我们认为，所述的至少一种无色素的氧化物颗粒可以增强滤光片层与面板屏面之间的附着。相对于总色素质量而言，所述的至少一种无色素的氧化物颗粒所占的重量百分比约为5％到10％。
中灰滤光片还可以包括一种或多种表面活化剂，例如，可以在水溶液中可选地接纳电荷的有机化合物和聚合物。表面活化剂可以包括阴离子材料、非离子型材料、阳离子型材料和/或两性材料。可以采用表面活化剂实现各种功能，例如改善色素在色素水悬浮液中的均匀性，纳米颗粒的稳定性，改善面板屏面的浸润等。适当的表面活化剂的离子包括各种聚合物分散剂，例如，DISPEX N-40V和A-40聚合物分散剂(可以从北卡罗来纳州海因波特的CibaSpecialty Chemicals公司购买到)，以及诸如能够从新罕布什尔州(NewHampshire)纳舒厄曼(Nashua)的Hampshire Chemical公司购买到的PluronicSeires(乙氧基丙氧基共聚物，ethoxypropoxy co-polymers)L-62和能够从中国宜兴Tongda Chemical公司购买到的羧甲基纤维素(CMC)。
例如，可以通过旋涂的方法将水悬浮液涂覆到面板屏面上，从而在位于面板屏面12的内表面上的光吸收矩阵23上形成内部中灰滤光片。可以将经过旋涂的内部中灰滤光片40加热至大约60℃到90℃的温度范围，从而使中灰滤光片与面板屏面之间的附着增强。
参照图3中的附图标记306和图4C，优选采用本领域已知的遮蔽(screening)方法，利用绿磷光体42、蓝磷光体44和红磷光体46遮蔽面板屏面12。
可以通过改变传统工艺参数增强磷光体与内部中灰滤光片的附着，从而在曝光台中获得增大的曝光能量和/或改变显影参数。例如，在将磷光体涂覆到面板屏面上时，与标准的无涂层面板屏面相比，经内部中灰滤光片覆盖的面板屏面可以采用更高的浆液干燥温度，更长的曝光时间，更低的显影器压力和/或更短的显影时间。
或者，在采用磷光体进行遮蔽之前，在内部中灰滤光片上涂覆预涂覆层。预涂覆层将在内部中灰滤光片上形成一个磷光体层可以附着的界面。例如，预涂覆层可以包括聚乙烯醇(PVA)，以及功能化硅烷、硅醇和硅氧烷。
举例来说，制备好用于内部中灰滤光片的水溶色素混合物。所述色素混合物包括蓝色素悬浮液、红色素悬浮液和二氧化硅悬浮液。
在球磨机中添加190克水，8克聚合分散剂DISPEX N-40(可以从北卡罗来纳州海波因特的Ciba Specialty Chemicals公司购买到)和50克TM-3480Daipyroxide蓝色素(可以从新泽西州Patterson的Daicolor-Pope公司购买到)。采用1/16英寸的锆氧化物球对所述蓝色素悬浮液进行66个小时的球磨研磨，以形成蓝色素浓缩液。经过球磨研磨之后，悬浮液中的蓝色素平均颗粒尺寸为120nm。重新获得的蓝色素悬浮液具有大约20％重量百分比的固体含量，采用去离子水将其稀释至大约14％重量百分比。
在球磨机中添加190克水，8克聚合分散剂DISPEX A-40(可以从北卡罗来纳州海波因特的Ciba Specialty Chemicals公司购买到)和50克TM-3875Daipyroxide红色素(可以从新泽西州Patterson的Daicolor-Pope公司购买到)。采用1/16英寸的锆氧化物球对所述红色素悬浮液进行大约19小时的研磨，以形成红色素浓缩液。经过球磨研磨后，悬浮液中红色素的平均颗粒尺寸为85nm。重新获得的红色速悬浮液具有大约20％重量百分比的固体含量，采用去离子水将其稀释至大约10％重量百分比。
所采用的二氧化硅悬浮液为SNOWTEX S(可以从日本东京的NissanChemical Industries公司购买到)。所述二氧化硅悬浮液具有大约30％重量百分比的固体含量，平均颗粒尺寸为7-9nm。
所制备的每1000克的色素混合物包含611克重量百分比为14％的蓝色素悬浮液，45克重量百分比为10％的红色素悬浮液和20.6克的二氧化硅悬浮液，其余质量为去离子水。
色素混合物混合大约10分钟，之后，涂覆到高透射率的面板屏面上(在450nm到650nm的波长范围内，透射率大于80％左右)，例如上文中参照图4B予以说明的面板屏面12。所述屏面具有与上文中参照图4A予以说明的光吸收矩阵23类似的光吸收矩阵层。在大约30℃的温度下，将所述色素混合物涂覆到面板屏面上，之后在95°角下，以大约80rpm的速度旋转经过涂覆的屏面大约20秒钟。之后，将所述面板屏面加热至65℃，并冷却至34℃。
对按照上述方法制备的面板屏面的透射性能进行测量，并将其与未经涂覆的高透射率屏面(在450nm到650nm的波长范围内高于80％的透射率)和低透射率玻璃屏面(在450nm到650nm的波长范围内约为50％)进行比较。参照图5，涂覆了内部中灰滤光片的高透射率玻璃屏面105在约550nm到约650nm的波长范围内具有比未经涂覆的高透射率玻璃屏面100低的透射率。覆盖了内部中灰滤光片的高透射率玻璃屏面105在550nm的波长上具有与低透射率玻璃屏面102相当的透射率。这一波长代表光谱区的中点，我们对它感兴趣的原因在于，它是绿磷光体发射的高点(high point)和光学视觉(photo-optic)响应的高点。
或者，可以通过调整涂覆参数涂覆色素混合物，这些参数例如在旋转过程中的旋转速度和倾斜角度。举例来说，可以在大约30℃的温度下涂覆色素混合物，并在10°的角度下，以8rmp的速度旋转大约10秒钟。在大约20秒的时间段内将屏面倾斜至25°角，在大约30秒钟的时间段内以8rmp的速度旋转大约30秒钟。在大约3秒的时间段内将所述屏面倾斜至95°角，并以80rpm的速度旋转大约20秒钟。之后，将面板屏面加热至至少65℃，并在95℃的角度下，以15rmp的速度旋转大约380秒钟。
权利要求
1.在阴极射线管(10)的荧光屏(22)组件上作为中灰滤光片(40)使用的水悬浮液，包括至少两种色素，其中所述的至少两种色素的浓度处于大约5％到12％重量百分比的范围内；以及至少一种无色素氧化物颗粒。
2.如权利要求1所述的水悬浮液，其中，所述的至少两种色素包括蓝色素和红色素。
3.如权利要求2所述的水悬浮液，其中，所述蓝色素与红色素的比例处于大约9∶1到大约32∶1的范围内。
4.如权利要求2所述的水悬浮液，其中，所述蓝色素包括CoO.Al2O3daipyroxide blue。
5.如权利要求2所述的水悬浮液，其中，所述红色素包括Fe3O3daipyroxide red。
6.如权利要求1所述的水悬浮液，其中，所述的至少两种色素具有大约100nm的平均颗粒尺寸。
7.一种制造具有荧光屏(22)组件的阴极射线管(10)的方法，其包括提供其上具有经过构图的光吸收矩阵(23)的面板屏面(12)；以及在面板屏面上涂覆用作中灰滤光片(40)的水悬浮液，其中，所述水悬浮液包括至少两种色素和至少一种无色素氧化物颗粒，并且所述的至少两种色素的浓度处于大约5％到12％的重量百分比。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述的至少两种色素包括一种蓝色素和一种红色素。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述蓝色素与红色素的比例处于大约9∶1到32∶1的范围。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述蓝色素包括CoO.Al2O3daipyroxide blue。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述红色素包括Fe3O3daipyroxidered。
12.如权利要求7所述的方法，其中，所述的至少两种色素具有大约100纳米的平均颗粒尺寸。
13.如权利要求7所述的方法，其中，在内部中灰滤光片上形成预涂覆层。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述的预涂覆层包括从聚乙烯醇、功能化硅烷、硅醇和硅氧烷组成的集合中选出的材料。
15.一种具有荧光屏(22)组件的阴极射线管(10)，其包括其上具有经过构图的光吸收矩阵(23)的面板屏面(12)；以及内部中灰滤光片(40)，其中，所述内部中灰滤光片包括至少两种色素和至少一种无色素氧化物颗粒，且其中所述的至少两种色素的浓度处于大约5％到12％重量百分比的范围内。
16.如权利要求15所述的阴极射线管，其中，所述的至少两种色素包括蓝色素和红色素。
17.如权利要求16所述的阴极射线管，其中，所述蓝色素与红色素的比例处于大约9∶1到32∶1的范围内。
18.如权利要求16所述的阴极射线管，其中，所述蓝色素包括CoO.Al2O3daipyroxide blue。
19.如权利要求16所述的阴极射线管，其中，所述红色素包括Fe3O3daipyroxide red。
20.如权利要求15所述的阴极射线管，其中，所述的至少两种色素具有大约100纳米的平均颗粒尺寸。
21.如权利要求15所述的阴极射线管，其进一步包括形成于内部中灰滤光片上的预涂覆层。
22.如权利要求21所述的阴极射线管，其中，所述预涂覆层包括从聚乙烯醇、功能化硅烷、硅醇和硅氧烷组成的集合中选出的材料。
全文摘要
公开了在阴极射线管(CRT)(10)的荧光屏(22)组件上形成内部中灰滤光片(40)的组分和方法。在CRT管的玻璃面板屏面的内表面上形成荧光屏组件。所述荧光屏组件包括界定了与蓝色区域、绿色区域和红色区域之一对应的三组域的经过构图的光吸收矩阵。对应于在光吸收矩阵中界定的蓝色区域、绿色区域和红色区域之一的内部中灰滤光片上形成蓝色磷光体、绿色磷光体和红色磷光体(42、44、46)的阵列。内部中灰滤光片的组分包括红色素、蓝色素和至少一种无色素氧化物颗粒。
文档编号H01J9/18GK1757088SQ200380110042
公开日2006年4月5日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年2月27日
发明者法扎德·帕萨波尔, 巴纽默西·V·S·冈图里, 史蒂文·A·科尔伯特, 布赖恩·T·科林斯 申请人:汤姆森特许公司