专利名称：利用干粉状镀膜材料制造荧光屏组件的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造荧光屏组件的方法，尤其涉及采用经过摩擦起电的、干粉状的、已表面处理的屏结构和镀膜材料通过电子照相为彩色显像管(CRT)来制造屏组件的方法。
传统的荫罩式显像管包括抽成真空的外壳，外壳具有观看屏，观看屏包括以循环顺序排列的、一系列发射三种不同颜色的荧光粉单元;用来产生投向荧光屏的三条会聚电子束的装置;以及颜色选择结构或荫罩，这种颜色选择结构或荫罩是一块精确地配置在屏与电子束产生装置之间的多孔薄金属板。这块多孔薄金属板遮蔽着屏，不同的会聚角使所发射的每一条电子束有选择地激励那些发射所需颜色的荧光粉单元。吸光材料作成的基体包围着这些荧光粉单元。
1969年10月28日颁发给H.G.Lange(兰格)序号为3475169号的美国专利公开了一种对彩色显像管进行电子照相制屏的工艺。在显像管视屏板(faceplate)的内表面上涂复一层可挥发的导电材料，接着，涂一层可挥发的光敏材料。接着，使光敏层均匀带电，利用通过荫罩的光使光敏层有选择地曝光、以建立潜在的电荷图像，并且，利用原子量大的载体液体使光敏层显影。在这种载体液体中，悬浮着大量能发射给定颜色的荧光粉颗粒，它们有选择地沉积到光敏层上适当的带电区域上，显出潜在的图像。对于屏所发射的三种颜色荧光粉中的每一种荧光粉，都执行起电、曝光和沉积过程。在1984年5月15日颁发给H.G.Olieslagers(奥利奇拉)等人的序号为448866号的美国专利中，描述了对于电子照相制屏的一种改进。据说，在那篇专利中，由于在每一个沉积步骤以后，利用光使位于荧光粉颗粒沉积图形之间的光敏层部分均匀曝光，减少或释放剩余电荷，使光敏层为后继的沉积更均匀地重新起电，从而提高了荧光粉颗粒的粘结力。
上面引用的那两篇专利公开的基本上是湿式工艺的电子照相过程。湿式工艺的一个缺点是，它可能满足不了下一代娱乐器件高分辨率的要求，也满足不了监视器、工作台和在需要彩色字母-数字报文的应用中较高分辨率的要求。另外，湿式工艺(包括基体处理)要求大量的主要处理步骤，需要大量的管道，并且要使用净水，需要萤光粉的打捞和回收，为了使萤光材料爆光和干燥，还要使用大量的电能。
1990年5月1日领发给P.Datta(戴塔)等人序号为4921727号的美国专利，以及1988年12月21日提交序号为287356和287358号的美国专利申请书，都描述了一种利用经过摩擦起电的、干粉状的屏结构材料和作了表面处理的萤光粉颗粒，来制造显像管屏组件的改进工艺，在上述作了表面处理的萤光粉颗粒上具有耦合剂，来控制萤光粉颗粒摩擦起电的特性。在制造过程中，已表面处理的屏结构材料被静电吸引到视屏板上的光敏层上，其吸引力是屏结构材料上摩擦电荷数量的函数。虽然热焊接有时会在光敏层中产生裂纹，这种裂纹在制造过程中、后继的镀膜步骤期间内会裂开，但是，为了把结合较松的、作了表面处理的材料固定到光敏层上，还是采用了热焊接。另外，希望消除与上面指出的某些摩擦起电过程一起使用的、可熔的热塑性萤光粉涂层，因为这种涂层会增加对于萤光粉发射效率有不良影响的、附加的有机物质。因而确定为了提高萤光粉的效率、屏的均匀性和粘结力，同时，为了防止在制造过程中由于光敏层有裂纹或者已经裂开而使屏组件成为废品，希望有另一种干镀膜的方法。
根据本发明，一种在显像管衬底上制造萤光屏组件的方法包括下列步骤在衬底上，以预定的图形来提供非萤光的屏结构材料的涂层;在衬底上，沉积几种发射不同颜色的屏结构材料。发射颜色的屏结构材料被非萤光材料所包围。把带静电的、干粉状的树脂沉积在发射颜色的和非萤光的屏结构材料上，并且使树脂熔化，以形成基本上连续的薄膜。
图中，
图1为根据本发明制造的彩色显像管局部轴向剖面的平面图;
图2为图1所示显像管屏组件的剖面图;
图3a-3g示出制造图1所示显像管时所选择的步骤。
图1示出具有玻璃外壳11的彩色显像管10，11包括矩形罩屏(panel)12和通过矩形玻锥15连接的管颈14。玻锥15具有内部导电涂层(未示出)，该涂层连接到阳极钮16上，并且，伸展进管颈14。罩屏12包括视屏板或衬底18，和外围缘或侧壁20，利用玻璃焊料21把20密封到玻锥15上。发射三种颜色的萤光屏22设置于视屏板18的内表面上。图2所示的屏22最好是包括多个屏单元的线状屏，这种屏单元包括分别发射红、绿、蓝色的萤光粉条R、G、B，这些萤光粉条以顺序循环、排列成三条或三个为一组的彩色组或像素，并且，沿着垂直于电子束平面的方向伸展开来。在本实施例的正常观看位置上，这种萤光粉条是沿着垂直方向伸展开来的。如在先有技术中所已知的，这些萤光粉条彼此之间最好是以吸光基体材料23分隔开来。另一种方法是，屏可以是点式屏。最好是铅质的薄导电层24复盖于屏22上，24用来把均匀电位加到屏上，并且，用来把从萤光粉单元发射出来的光反射回去、穿出面板18。屏22和铝复盖层24组成屏组件。
再讨论图1，用传统的方式，相对于屏组件按预定的间隔，把多孔的颜色选择电极或荫罩25可装卸地装配上去。图1中以虚线示意地示出的电子枪26对中地装配在管颈14内，以产生三条电子束28，并将它们沿着会聚路径，通过荫罩25上的孔，射到萤光屏22。电子枪26可以是在1986年10月28日颁发给A.Morrel(莫雷尔)等人的序号为4620133号的美国专利中所描述的那种双电位电子枪，或者是其它任何适当的电子枪。
把显像管10设计得与外部磁偏转线圈(例如，设置于玻锥到管颈连接部位的偏转线圈30)一起使用。当偏转线圈30被激励时，三条电子束28受到其磁场作用，在萤光屏22的矩形光栅范围内作水平和垂直扫描。偏转的起始面(零偏转时)以图1中位于偏转线圈30中部附近的直线P-P示出。为了简单起见，并未示出在偏转区域内电子束转路径的实际弯曲。
利用新颖的、示意地表示于图3a到图3g的电子照相过程来制造萤光屏22。如在先有技术中所已知的，起始时，罩屏12用苛性碱溶液清洗，再用水洗净，用缓冲的氢氟酸腐蚀，再一次用水洗净。接着，在观看视屏板18的内表面涂复一层导电材料32，32作为复盖着的光敏层34的电极。光敏层34由可挥发的有机聚合材料、对可见光敏感的适当的光敏染料、以及溶剂组成。导电层32和光敏层34的组成和形成方法，在上面指出的序号为287356号共同未决的美国专利申请书中作了描述。
利用传统的正电晕放电装置36在黑暗的环境中使复盖在导电层32上的光敏层34带电，如图3b中示意地示出的那样，放电装置36在光敏层34上移动，并且，使34带电在+200到+700伏的范围内，最好是在+200到+400伏的范围内。把荫罩25插入到罩屏12中，使带正电荷的光敏层通过荫罩而曝光于氙闪光灯38的光线下，38设置于传统的三合一曝光台(以图3c的透镜40来表示)内。在每一次曝光以后，把灯移动到不同的位置上，模拟电子枪发出的各电子束的入射角。需要从灯的三个不同位置上曝光三次，以使光敏层的那些将要沉积发射光的荧光粉以形成屏的区域放电。在曝光步骤以后，从罩屏12上取下荫罩25，把罩屏移动到第一显影器42上(图3d)。第一显影器盛有适当制备的吸光黑色基体屏结构材料的干粉状颗粒，和作了表面处理的绝缘载体球(未示出)，其直径为100到300微米，它们把摩擦电荷授与黑色基体材料的颗粒，正如这里所描述的那样。
适当的黑色基体材料一般包括能在显像管处理温度为450℃时保持稳定的黑色颜料。适用于制造基体材料的黑色颜料包括铁锰氧化物、铁钴氧化物、锌铁硫化物和绝缘碳黑。黑色基体材料是用颜料、聚合物和适当的控制授与基体材料摩擦电荷数量的电荷控制剂熔化掺合而制备出来的。这种基体材料被研磨成平均颗粒尺寸为5微米左右。
在显影器42中，以黑色基体材料在重量上占1-2%的比例，把黑色基体材料与作了表面处理的载体球混合起来。基体材料与载体球的混合，应使得均匀分布的基体颗粒接触已表面处理的载体球，并被带电，例如带负电荷。带有负电荷的基体颗粒从显影器42中被排出，并且，被吸引到光敏层34上带正电的未曝光区域，使该区域直接显影。
对于三种经过摩擦起电的、干粉状的、彩色荧光粉屏结构材料中的第一种材料，把带有基体23的光敏层34重新均匀起电到200到400伏左右的正电位上。虽然未作表面处理的荧光粉材料具有较高的发射效率，但是，在上面指出的序号为4921727号和序号为287358号的美国专利申请书中所描述的、作了表面处理的荧光粉材料还是可以采用的。把荫罩25重新插入到罩屏12中，把光敏层34上所选择的区域(相应于发射绿色的荧光粉材料将要沉积的位置)曝光于来自曝光台上第一位置的可见光线下，有选择地使曝光区域放电。该第一光照位置近似于照射绿色荧光粉的电子束的会聚角。把荫罩25从罩屏12上卸下来，把罩屏移动到第二显影器42上。第二显影器盛有发射绿色的荧光粉屏结构材料的经过摩擦起电的干粉状颗粒，和已表面处理的载体球。在第二显影器42中，把1000克作了表面处理的载体球与15到25克左右的荧光粉颗粒组合起来。用氟基硅烷耦合剂来处理载体球，可把例如正电荷授与荧光粉颗粒。要使荧光粉颗粒带负电荷，对载体球采用氨基硅烷耦合剂。在称为反向显影的过程中，带正电荷的、发射绿色的荧光粉颗粒从显影器中被排出，受到光敏层34和基体23上带正电荷区域的排斥，并且，沉积到光敏层上已放电的曝光区域上。
对于屏结构材料的干粉状的、发射蓝色和红色的荧光粉颗粒重复上述起电、曝光和显影过程。为使光敏层34上带正电荷的区域有选择地放电，在可见光下的曝光，是在曝光台上、分别以近似于照射蓝色荧光粉和红色荧光粉的电子束的会聚角的第二位置以及接着是第三位置上进行的。把经过摩擦带正电荷的、干粉状荧光粉颗粒按上述比例与已表面处理的载体球混合起来，荧光粉颗粒分别从第三显影器42以及接着是从第四显影器42中排出，受到先沉积的屏结构材料上带正电荷区域的排斥，并且，沉积到光敏层34上已放电的区域上，分别提供发射蓝色和红色的荧光粉单元。
包括已表面处理的黑色基体材料以及发射绿色、蓝色、红色的荧光粉颗粒的屏结构材料被静电附着(或粘结)到光敏层34上。在第五显影器42中(图3f)，把带静电荷的、干粉状的镀膜树脂直接沉积到屏结构材料上，提高屏结构材料的粘结力。在这种树脂的沉积期间，导电层32是接地的。镀膜步骤开始以前，利用放电装置36(图3e)，把200到400伏左右基本上均匀的正电位加到光敏层和复盖着的屏结构材料上，以便提供吸引电位并保证这种树脂的均匀沉积，在这种情况下，树脂将带负电荷。显影器例如可以是Rans-burg(兰斯勃格)枪，这种枪通过电晕放电使树脂颗粒带电。这种树脂是一种玻璃态化温度。熔体流动指数较低(低于120℃左右)、热分解温度低于400℃左右的有机材料。这种树脂不溶于水;其颗粒形状最好是不规则的，以使电荷分布得较好;颗粒的大小要小于50微米左右。虽然优选的材料是n-下基丙烯酸酯;但是，其它丙烯酸树脂、甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯蜡均已成功地使用了。把大约1到10克(典型值为2克左右)的粉状镀膜树脂沉积到视屏板18的荧光屏22上。接着，利用例如加热器44(图3g)这样的热源把视屏板加热到100℃到120℃的某一温度下，持续1到5分钟左右，使树脂熔融，并且，形成基本上连续的薄膜46，46把屏结构材料粘结到视屏板18上。举例来说，利用多个沿纵向排列的辐射加热器，例如，可从纽约科宁(Corning)科宁玻璃厂买到的CH-40型加热器，熔化2克树脂需要3分钟。如果要提供附加的薄膜厚度或均匀性而要求后继的湿式镀膜步骤的话，因薄膜46不溶于水，可用作保护性阻挡层。如干镀膜树脂足够，则后继的湿镀膜步骤就不需要了。把在按重量计占2-4%的硼酸或草酸铵水溶液过喷涂到薄膜46上，以便形成利于通风的涂层(未示出)。接着，正如在先有技术中所已知的那样，在屏上镀铝，并且，在425℃的温度下烘干约30到60分钟，或者烘干到把可挥发的有机组成成分从屏组件中驱出。利于通风的涂层在185℃左右开始退火，并且，在铝层中产生小针孔，这些小针孔利于除去有机成分而不会使铝层产生砂眼。
把静电沉积的树脂曝光到适当的溶剂，例如丙酮(这是优选的)、氯苯、甲苯、甲基乙基酮(MEK)、或甲基异丁酮(MIBK)中，可以形成除了聚乙烯蜡以外的干粉状树脂，或者可以把这些干粉状树脂熔入薄膜46中，通过烟尘、蒸汽沉积，或者通过直接喷雾的方法来实现溶剂曝光(未示出)。虽然溶剂方法比上述加热方法提供更均匀的薄膜层46，但是，如果利用薄膜的溶剂熔化方法，就需要进行特殊的控制和通风。在这三种用来熔化薄膜的溶剂曝光方法中，蒸汽沉积方法最慢，但是，最平稳、对镀膜树脂和下面屏结构材料的干扰可能性最小。溶剂曝光的直接喷雾方法是最快的方法，也不需要复杂的装置;但是，它有可能取代下面屏结构材料。烟尘沉积是优选的溶剂曝光方法，因为它通过把喷雾方法的速度与蒸汽沉积的平稳性组合起来而使过程最佳化。
虽然本发明是通过利用干粉状屏结构材料对于已制成的观看屏进行镀膜来描述的，但是，本发明的干粉状镀膜树脂可以与传统的湿式光刻制屏工艺联合使用。
在湿式工艺中，利用在1971年1月26日颁发给E.Mayaud(梅奥德)序号为3558310号的美国专利中描述的、并且在1977年9月20日颁发给E.Mayaud Nekut(梅奥德 内库特)序号为4049452号的美国专利中进一步改进的方法，在视屏板的内表面上形成了由单体碳组成的适用的黑色颜料的吸光基体。简短地说，在视屏板的内表面上，涂复纯净聚合材料的薄膜，当曝光到辐射能下时，这种聚合材料的溶解度就发生变化。把荫罩定位于视屏板内，薄膜的上方，曝光台把光投射过荫罩。使薄膜上被照射区域硬化，即，使这些区域变成为不溶于水的。正如在先有技术中所已知的，通过荫罩的曝光要进行三次，每次曝光时，光线的入射角稍有不同，所以，光线以三个一组来硬化该薄膜。曝光以后，把荫罩从视屏板上除下，用水来冲洗已曝光的涂层，以便把薄膜上可溶解的、未曝光的部分去掉，露出赤裸的视屏板，而不溶解的区域保留在原有位置上。接着，在已显影的薄膜上涂复一层由屏结构材料颗粒(例如，上面提到的、适当混合物中的单体碳)组成的涂层。使这一涂层干燥并冷却。冷却以后，该涂层很好地粘结到聚合物区域和赤裸的视屏板表面上。最后，把已保留的聚合物区域与涂复的涂层一起去掉，只保留粘结到赤裸视屏板表面上的那一部分由基体组成的涂层。
利用在1953年1月20日颁发给H.B.Law(劳)序号为2625734号的美国专利中所描述的湿式光刻制屏工艺，在先前被所涂复的不溶解聚合物所占据的、现在是视屏板上赤裸的区域内，形成荧光粉单元。
在利用在序号为2625734号的美国专利中所描述的传统工艺形成了基体和荧光粉单元以后，利用新的干粉状树脂过程进行镀膜。把由石墨(导电材料)组成的基体接地，并且，带负的静电的、干粉状镀膜树脂沉积在屏结构材料上。把基体接地是为了防止负电荷的累积，继而排斥干粉状镀膜树脂，不然的话，这些现象将会发生。把像上述那样沉积下来的镀膜树脂熔融，以形成与上述薄膜46相同的、基本上连续的、光滑的薄膜。正如在先有技术中所已知的那样，把这层薄膜与上述利于通风的涂层一起过喷涂、镀铝，并且烘干，以形成屏组件。
权利要求
1.一种在彩色显像管的衬底上制造荧光屏组件的方法，这种方法包括下列步骤a.在所述衬底上，以预定的图形来形成非荧光的屏结构材料的涂层；以及b.在所述衬底上，沉积多种发射不同颜色的屏结构材料，所述发射颜色的材料被所述非荧光材料所包围；这种方法以下列步骤为特征c.把带静电的、干粉状的树脂沉积在所述非荧光的(23)和所述发射颜色(G、B、R)的屏结构材料上；以及d.使所述树脂熔化，以形成基本上连续的薄膜层(46)。
2.一种在彩色显像管的衬底上，通过电子照相来制造荧光屏组件的方法，这种方法包括下列步骤a.在所述衬底的表面上，涂复可挥发的导电层;b.在所述导电层上，涂复包括对于可见光敏感的染料的可挥发的光敏层;c.在所述光敏层上，建立基本上均匀的静电荷;d.使所述光敏层上所选择的区域曝光于可见光下，使这种区域上的电荷感光;e.利用经过摩擦起电的、干粉状的、发射第一颜色的荧光粉材料，使所述光敏层上所选择的区域显影;以及f.对于经过摩擦起电的、干粉状的、发射第二和第三颜色的荧光粉材料，按顺序重复步骤c、d和e，以形成荧光屏，该荧光屏包括发射颜色的荧光材料的、三个为一组的像素;这种方面以下列步骤为特征g.在所述光敏层(34)和复盖的荧光粉材料(G、B、R)上，建立静电荷;h.在所述荧光粉材料上，沉积带静电的、干粉状的树脂;以及i.使所述树脂熔化，以形成基本上连续的薄膜层(46)。
3.根据权利要求2的那种方法，其特征在于所述干粉状丙烯酸树脂选自包括n-丁基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯蜡的组。
4.根据权利要求3的那种方法，其特征在于通过把所述树脂加热到低于120℃左右的温度，使所述树脂熔化。
5.根据权利要求3的那种方法，其特征在于通过使所述树脂与适当的溶剂接触，使所述n-丁基丙烯酸树脂和所述甲基丙烯酸甲酯熔化。
6.根据权利要求5的那种方法，其特征在于使所述树脂与所述溶剂接触的方法包括对所述树脂进行烟尘、蒸汽浸湿和喷雾。
7.根据权利要求6的那种方法，其特征在于所述溶剂选自包括丙酮、氯苯、甲苯、甲基乙基酮(MEK)和甲基异丁酮(MIBK)的一组。
8.根据权利要求2的那种方法，还以下列步骤为特征j.对所述连续的薄膜层(46)提供利于通风的涂层;k.在所述荧光屏(22)上，镀铝;以及l.在高温下，烘干所述荧光屏，把可挥发的组成成分从所述屏中去掉，以形成所述荧光屏组件(22、24)。
9.一种在彩色晶体管视屏板的内表面上，通过电子照相来制造荧光屏组件的方法，这种方法包括下列步骤a、在所述视屏板的所述表面上，涂复可挥发的导电层;b、在所述导电层上，涂复包括对于可见光敏感的染料的、可挥发的光敏层;c、在所述光敏层上，建立基本上均匀的静电荷;d、使所述光敏层上所选择的区域，通过荫罩曝光于氙灯的可见光下，使所述光敏层上的电荷感光;e、利用经过摩擦起电的、干粉状的、已表面处理的吸光屏结构材料，使光敏层上未曝光的区域直接显影;所述屏结构材料上电荷的极性与光敏层未曝光区域上电荷的极性相反;f、在所述光敏层和所述屏结构材料上，重新建立基本上均匀的静电荷;g、使所述光敏层上所述所选择区域的第一部分，通过所述荫罩曝光于所述氙灯的可见光下，使所述光敏层上的电荷感光;h、利用经过摩擦起电的、干粉状的、发射第一颜色的荧光粉屏结构材料，使所述光敏层上所述所选择区域的第一部分反向显影，第一部分上电荷的极性与所述光敏层未曝光区域上电荷的极性，所述吸光屏结构材料上电荷的极性相同，以便从第一部分排斥所述发射第一颜色的荧光粉;以及i、对于所述光敏层上所述所选择区域的第二和第三部分，利用经过摩擦起电的、干粉状的、发射第二和第三颜色的荧光粉屏结构材料按顺序重复步骤f、g和h，以形成荧光屏，该荧光屏包括发射颜色的荧光粉的、三个为一组的象素;这种方法以下列步骤为特征j、通过在所述光敏层和复盖着的屏结构材料上建立基本上均匀的静电荷，来增大所述已表面处理的屏结构材料(23，G、B、R)对于所述光敏层(34)的粘结力;k、在所述屏结构材料上，沉积带静电的、干粉状的树脂;以及l、使所述树脂熔化，以形成基本上连续的、不溶于水的薄膜层(46)。
10.根据权利要求9的那种方法，其特征在于所述干粉状丙烯酸树脂选自包括n-丁基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯蜡的组。
11.根据权利要求10的那种方法，其特征在于通过把所述树脂加热到低于120℃左右的温度，使所述树脂熔化。
12.根据权利要求10的那种方法，其特征在于通过使所述树脂与适当的溶剂接触，使所述n-丁基丙烯酸树脂和所述甲基丙烯酸甲酯熔化。
13.根据权利要求12的那种方法，其特征在于使所述树脂与所述溶剂接触的方法包括对所述树脂进行烟尘、蒸汽浸湿和喷雾。
14.根据权利要求13的那种方法，其特征在于所述溶剂选自包括丙酮、氯苯、甲苯、甲基乙基酮(MEK)和甲基异丁酮(MIBK)的组。
15.根据权利要求9的那种方法，还以下列步骤为特征m.对所述连续的薄膜层(46)提供利于通风的涂层;n.在所述荧光屏(22)上，镀铝;以及o.在高温下，烘干所述屏(22)，把可挥发的组成成分从所述屏中去掉，以形成所述荧光屏组件(22、24)。
全文摘要
一种在显像管(10)的衬底(18)上制造荧光屏组件(22、24)的方法包括下列步骤在衬底上，以预定的图形来提供非荧光的屏结构材料(23)的涂层；以及在衬底上，沉积多种发射颜色的屏结构材料(G、B、R)。发射颜色的屏结构材料被非荧光材料所包围。把带静电的、干粉状的树脂沉积在发射颜色的和非荧光的屏结构材料上，并且，使之熔化，以形成基本上连续的薄膜。
文档编号H01J9/22GK1062429SQ9010435
公开日1992年7月1日 申请日期1990年6月13日 优先权日1989年6月14日
发明者彼得·迈克尔·里特, 哈里·罗伯特·史托克 申请人:汤姆森消费电子有限公司