专利名称：利用电子摄影法，制造阴极射线管荧光屏组件的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电子摄影法制造屏组件的方法，特别是使用摩擦带电的干粉状屏结构材料来制造彩色阴极射线管(CRT)屏组件的方法。
普通的荫罩型阴极射线管包括抽成真空的外壳、外壳内有显示屏，该屏有周期排列的、发出三种不同光色的荧光粉单元阵列;产生三束射向屏的会聚电子束的装置;以及精确地设置在屏和电子束产生装置之间的由薄的多孔金属板制成的选色机构或荫罩。此带孔的金属板遮蔽显示屏，会聚角度不同时，使每束电子束的透过部分有选择地撞击所要求光色的荧光粉单元。吸光材料组成的基体包围着荧光粉单元。
为在阴极射线管的显示荧光屏上形成各个荧光粉单元阵列的一种现有技术，是在面板的内表面上涂复感光胶和发射光色的三种荧光粉中的一种混合成的浆料。浆料干燥后形成涂层，来自光源的光场通过荫罩上的孔射到已干燥的涂层上，所以荫罩起着显影模的作用。随后把曝光后的涂层显影，以产生发射第一种光色的荧光粉单元。重复此工艺过程，使用同样的荫罩，在每一次曝光时只要改变光源的位置，就可得到发第二种和第三种光色的荧光粉单元。光源的每个位置近于激发相应光色荧光粉单元的一条电子束的会聚角。对此种现有技术(称为湿式光刻工艺)更进一步的描述，可在1953年1月20日颁发给H.B.Law的2，625，734号美国专利中找到。
上述湿式工艺的缺点是，不能满足新一代娱乐器件较高分辨率的要求，也不能满足监视器、工作台以及要求显示彩色字母数字的应用中更高分辨率的要求。另外，此湿式光刻工艺(包括基体的加工)要求182个主要加工步骤(见
图1和图2，其中方框下的数字表示所要求的工位数字)，需要大量的管道装置，必须使用清洁的水，还要求打捞和回收荧光粉，而且，为了曝光和干燥荧光粉材料，还要耗费大量的电能。
1969年10月28日颁发给H.G.Lange的3，475，169号美国专利公开了一种利用电子摄影法来加工彩色阴极射线管显示屏的工艺。先在阴极射线管荧光屏的内表面上涂复一层易挥发的导电材料，然后再在其上涂复一层易挥发的光敏材料。使此光敏层均匀地带电;用通过荫罩的光，使此光敏层有选择地曝光，以建立一潜在的电荷图象;使高分子量的载流体在悬浮状态下产生大量发射预定色的荧光粉颗粒、沉积在光敏层适当的带电区域上，使该光敏层显影出潜在的图形。重复此带电、曝光、沉积工艺即可在屏上获得发射绿、蓝和红三种光色的荧光粉。在1984年5月15日颁发给H.G.Olieslagers等人的4，448，866号美国专利中讨论了电子摄影制屏的改进。在后一种获得专利的工艺中，据说，荧光粉颗粒的附着力增加了，这是由于在每次沉积步骤之后，用光使位于荧光粉颗粒沉积图形之间的光敏层部分均匀地曝光，以减少或泄放掉任何残存的电荷，并使该光敏层能为随后的沉积而更均匀地再带电。因为后两篇专利中公开的一种电子摄影法制屏工艺，那实质上是湿式工艺，所以美国专利2，625，734湿式光刻工艺中的上述缺陷，在电子摄影工艺中也都存在。
本发明是一干式电子摄影法制屏工艺，它使现有技术存在的许多缺陷完全得到克服或减少到最少。
按照本发明，这种利用电子摄影方法，在用于阴极射线管内的基底上制造屏组件的方法，按顺序包括下列步骤在基底上涂复一层导电层，然后再在其上涂复一层光敏层;在光敏层上形成静电荷;和用可见光使光敏层的选定区域曝光，以改变其上的电荷。然后，光敏层用带了电的屏结构材料显影。此改进的工艺所使用的干粉屏结构材料至少含有一种表面电荷控制添加剂，以控制屏结构材料的摩擦带电。
图1是普通湿式显色基体加工流程的方框图。
图2是普通湿式荧光屏制屏工艺流程中主要工序的方框图。
图3是按照本发明制成的彩色阴极射线管的部分轴向截面的平面图。
图4是图3所示彩色阴极射线管的屏组件的截面图。
图5a示出其上有导电层和光敏层的阴极射线管荧光屏的一部分。
图5b示出图5a所示阴极射线管荧光屏上光敏层的带电情况。
图5c示出在制屏工艺中随后的曝光期间阴极射线管的荧光屏和部分荫罩的情况。
图5d示出在制屏工艺的显影步骤期间阴极射线管的荧光屏。
图5e示出在制屏工艺随后的固定步骤期间部分完成的阴极射线管荧光屏。
图6是本发明电子摄影干式基体加工流程的方框图。
图7是本发明电子摄影干式制造荧光屏和屏组件加工流程的方框图。
图3示出一彩色阴极射线管10，它有玻璃外壳11，此玻璃外壳11是由矩形荧光屏12和与矩形漏斗15相连接的管颈14组成的。漏斗15内表面有导电涂层(未绘出)，此导电涂层与阳极钮16相连接并延伸到管颈14内。屏12是由显示荧光屏或基底18以及用玻璃熔接料21封接到漏斗15上的周边凸缘或边壁20组成的。有发三种光色的荧光粉的屏22加工在荧光屏18的内表面上。图4中所示的屏22最好是包含许多屏单元的直线屏，屏单元是由分别发红、绿和蓝色的荧光粉条R、G和B组成的，它们按周期顺序排列成三条或三个一组，组成彩色组或象素，并且沿着与所产生电子束垂直的方向延伸。在本实施例的正常观看位置上，荧光粉条在垂直方向上延伸。正如在现有技术中已知的那样，荧光粉条之间最好用吸光基体材料23相互分隔开。另外，屏可能是一种点屏。最好是由铝组成的薄的导电层24覆盖在屏22上，导电层24提供了一种向屏施加均匀电位和对从荧光体单元发射的、通过荧光屏18的光进行反射的手段。屏22和覆盖其上的铝层24构成屏组件。
再参看图3，一多孔选色电极或荫罩25，用通常的方法，以予先确定的间距关系可拆卸地安装到屏组件上。在图3中用虚线示意性示出的电子枪26对中地安装到管颈14内，以产生和引导三个电子束28沿会聚路径通过荫罩25上的孔射到屏22上。例如，电子枪26可以是在1986年10月28日颁发给Morrell等人的4，620，133号美国专利中所描述的那种双电位电子枪或其他适当的电子枪。
设计阴极射线管10与外部磁偏转线圈一起使用，偏转线圈例如是设置于漏斗到管颈的联接区域上的偏转线圈30。启动后，偏转线圈30使三个电子束28受到磁场作用，导致电子束在屏22上作水平和垂直扫描，扫出一矩形光栅。偏转的起始平面(零偏转)在图3中用线P-P示出，大约在偏转线圈30的中部。为简便起见，在偏转区域中，偏转电子束路径的实际弯曲部分没有绘出。
利用新的电子摄影法工艺来制造屏22，此电子摄影工艺示意地表示在图5a～5e、图6和图7的方框图中。正如在现有技术中所已知的那样，首先用腐蚀液清洗屏12，用水冲洗，然后用缓冲氢氟酸浸蚀，再一次用水冲洗。然后在显示荧光屏18的内表面涂复导电材料层32，此导电层为复盖其上的光敏层34提供一电极。导电层32可以是无机导体，例如氧化锡或氧化铟，或者是氧化铟和氧化锡的混合物，或者最好是由市场上称为Polybrene (1，5-dimethy-1，5-diaza-undecamethylene Polymethobromide，hexadimethrine bromide)的高分子电解质组成的易挥发有机导电材料，或其他的季铵盐。可从美国威斯康星州密尔沃基(Milwaukee，WI)的Aldrich Chemical公司购得的Polybrene，以水溶液形式适当地涂敷到显示荧光屏18的内表面上，此水溶液中按重量计含有约10%的丙醇，约10%可溶于水的用以促进粘合的聚合物，诸如聚乙烯醇、聚丙烯酸、某些酰胺，等等。例如通过旋转涂敷，在荧光屏18上涂复通常的导电层，并使该导电层干燥以提供厚度为1～2μm，表面电阻率小于103Ω/每平方单位的导电层。
用由易挥发的有机聚合材料、适当的光敏染料和溶剂组成的光敏层34，复盖于导电层32上。此聚合材料最好是有机聚合物，例如聚乙烯咔唑;或有机单体，例如N-乙基咔唑、N-乙烯基咔唑;或溶解在聚合粘合剂，例如聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯咔唑中的四苯基丁三烯。
染料部分可以是具有下列性能的光敏染料能溶于所用的溶剂，在本文所述的工艺条件下保持稳定，并且最好对光谱约为400～700nm的可见光敏感。适当的染料包括龙胆紫、氯基蓝、盐基桃红EG等等。本发明典型的光敏混合物中按重量计大约加有0.1～0.4%的染料。光敏混合物的溶剂是有机物，诸如氯苯或环戊酮，等等，它们将使涂层32和34之间的交叉混杂最小。通常是用旋转涂敷的方法将光敏混合物涂复到导电层32上，然后使光敏混合物干燥，形成一厚度约2～6微米的涂层。
按照本发明，在暗的环境里，使普通的正电电晕放电装置36跨越涂层34而移动，使复盖在导电层32上的光敏层34带电，如图5b示意性示出的那样，充电范围为+200～+700伏但其最佳范围为+200～+400伏。荫罩25插到屏12上，用置于普通三合一曝光台(图5c中用透镜40表示)中的氙闪光灯，通过荫罩使带有正电的光敏层曝光。每次曝光后，将灯移到不同位置以重复来自电子枪的三束电子束的入射角。需要使灯处于三个不同的位置进行三次曝光，以使光敏层的不同区域放电，发不同光的荧光粉依次沉积在该区域上，以形成屏。曝光步骤以后，将荫罩25从屏12上取下，并把屏放到第一显影器42(图5d)上，显影器42中装有由吸光的黑色基体屏结构材料构成的经适当处理过的干粉颗粒和表面处理过的绝缘载体珠粒，此载体珠粒的直径约100～300微米，它把摩擦产生的电荷转移给黑色基体材料的颗粒。
载体珠粒的表面处理，P.Datta等人在其1988年12月21日提交的287，357号美国专利申请中作了描述。
适当的黑色基体材料一般含有在450℃的电子管处理温度下保持稳定的黑色颜料。制造基体材料适用的黑色颜料包括铁锰氧化物(BayferroBlack303T，可从美国宾夕法尼亚州匹兹堡(Pittsburg，PA)的Mobaychemical公司购得)、铁钴氧化物、锌铁硫化物和绝缘碳黑。黑色基体材料是通过把颜料、聚合物和适当的控制电荷的添加剂融熔混合来制备的，该添加剂控制交给基体材料的摩擦电荷的数量。该材料经研磨后，其平均颗粒尺寸约5微米。聚合物从包括丁基丙烯酸酯、苯乙烯-丁基丙烯酸酯共聚物、异丁烯酸甲酯-异丁烯酸丁酯共聚物、聚乙烯醇、聚酯(聚〔聚乙烯1，4-二羧基环己烷-对苯二酸酯-1，4羧基苯甲酸酯〕)和酰胺(UnionCmap公司的Unirez2205、2209、2218、1548)的一组中进行选择。用来控制基体颗粒上负荷的适当添加剂由诸如萘磺酸、二苯氨磺酰或P-甲苯磺酸等有机酸，以及诸如1-苯偶氮基-2-苯酚的铬的络合物等染料和颜料组成。
涂复有电荷控制添加剂薄膜的黑色基体材料和表面处理过的载体珠粒在使用按重量计约1～2%黑色基体材料的显影器42中混合。把材料混合起来，使得细分了的基体颗粒接触，并通过表面处理过的载体珠粒而带负电。带有负电的基体材料颗粒被从显影器42中逐出并被吸引到光敏层34上充有正电的未曝光区域，以直接使该区域显影。然后，利用红外辐射通过熔化或热熔接基体材料的聚合物部分，使基体材料固定到光敏层上，以形成基体23。见图4和图5e。
将包含有基体23的光敏层34再均匀地带电约200～400伏的正电位，以便涂敷三种发不同光色的干粉状荧光屏结构材料中的第一种。将荫罩25再次插到屏12上，把光敏涂层34上与绿荧光粉材料将被沉积上去的位置相对应的区域，利用来自曝光台第一位置的可见光曝光，以便有选择地使以曝光区域放电。第一光位置接近撞击绿荧光粉的电子束的会聚角。将荫罩25从屏12上取下，并将屏移到装有适当制备发绿色的荧光粉屏结构材料干粉颗粒的第二显影器42上。荧光粉颗粒用适当的电荷控制材料进行表面处理，正如在1988年12月21日P.Datta等人提交的，申请号为287，355和287，358的美国专利申请中所描述的。
一种优选的涂敷材料是明胶或用上述最后一个专利申请中所描述的方法形成的类似的聚合物涂层。当同进行过有机氟硅烷处理过的载体珠粒混合时，明胶包封荧光粉颗粒并提供一摩擦能带正电的酰胺官能团。将1000克表面处理过的载体珠粒同15～25克表面处理过的荧光粉颗粒在第二显影器42中混合。在称为逆显影的工艺中，带有正电的发绿色的荧光粉颗粒被从显影器中逐出并受到光敏层34和基体23中带有正电区域的排斥，而沉积到光敏层上已放电和曝光的区域上。下面将叙述已沉积发绿色的荧光粉颗粒如何固定到光敏层上。
光敏层34、基体23和绿荧光粉层再次均匀充电到200～400伏正电位，用以涂复发蓝色的荧光粉屏结构材料。将荫罩再次插到屏12上，用来自曝光台第二位置的可见光对光敏层34的选定区域曝光，以便有选择地使此曝光区域放电。第二位置接近撞击蓝荧光粉的电子束的会聚角。将荫罩25从屏12上取下，并将屏移到装有适当制备发蓝色的荧光粉屏结构材料干粉颗粒的第三显影器42上。如上所述，用适当的电荷控制材料例如明胶对荧光粉颗粒进行表面处理;如上所述，当同适当制备的表面处理过的载体珠粒混合时，该电荷控制材料向荧光粉颗粒提供正电荷。因摩擦带正电的干粉状发蓝色的荧光粉颗粒被从第三显影器42中逐出，并受到光敏层34、基体23和绿荧光粉材料层的带有正电的区域的排斥，而沉积到光敏层上已放电和曝光的区域上。已沉积的蓝荧光粉颗粒按下述方法固定到光敏层上。
对于屏结构材料的干粉状的表面处理过的发红色的荧光粉颗粒，再一次重复充电、曝光、显影和固定等工艺。用来自曝光台第三位置的可见光曝光，以使光敏层34的带有正电的区域有选择地放电。第三位置接近撞击红荧光粉的电子束的会聚角。摩擦充有正电的干粉状发红色的荧光粉颗粒同表面处理过的载体珠粒以上述比例混合，并被从第四显影器42中逐出，受到予先沉积有屏结构材料的带有正电的区域的排斥，而沉积到光敏层34的已放电的区域上。
通过将逐次沉积的荧光粉材料用红外辐射曝光使聚合物部分融熔或热熔接到光敏层上，从而使荧光粉固定。在固定发红色的荧光粉材料后，在屏结构材料上用普通的方法喷涂一层漆膜，然后再在此漆膜上蒸上一层薄的铝膜，正如在现有技术中所已知的那样。
将荧光屏12用425℃温度在空气中焙烧约30分钟，以便从包括有导电层32和光敏层34的屏中析出易挥发成分，以及存在于两种屏结构材料和漆膜中的溶剂。这样制成的屏组件具有高分辨率(用分辨率测试卡测得行宽能达0.1mm)，比用普通湿式法加工的屏有更高的光输出，而且因为荧光粉材料的交叉混杂较少，所以有较高的色纯度。
干式电子摄影法制屏所需的时间比普通湿式制屏所需的时间短。干式工艺不需干燥工序，其光敏层对光的灵敏度比用于湿工艺中的材料高几个数量级，因此用氙闪光灯只需几毫秒即可完成曝光步骤。此外，因为曝光时间很短，无须对暴光台再进行冷却，从而消除了温度劣化和不对中的问题。因此，此新工艺容许采用更清洁更有效的工艺，能提高产量，从而使成本显著降低。
熟悉本领域的人都清楚，在本发明的范围内可以改变本发明的工艺。例如，可使光敏层带负电，在用三种色场曝光以后，带有负电的图形可用带有正电的干粉状黑色基体材料来显影。荧光粉颗粒也可以根据载体珠粒和荧光粉颗粒所用的材料而带负电，以控制摩擦带电的电荷。另外，可以用普通的湿式沉积工艺去形成吸光的黑色基体，然后再用电子摄影新工艺来沉积已摩擦带电的干粉状荧光粉材料。
权利要求
1.一种用电子摄影法在阴极射线管(10)的基底(18)上制造荧光屏组件(22)的方法，它包括如下步骤a)在所述基底上涂复导电层(32)，b)在所述导电层上复盖一层光敏层(34)，c)在所述光敏层上建立起静电荷，d)将所述光敏层的选定区域用可见光曝光以改变其上的电荷，以及e)用带电的屏结构材料来显影所述光敏层，这种方法的特征在于，所述屏结构材料是由干粉状颗粒组成的，这种颗粒具有控制表面电荷的添加剂，以控制其摩擦带电。
2.一种用电子摄影法在彩色阴极射管(10)的荧光屏(12)的内表面上制造荧光屏组件(22)的方法，由如下步骤组成a)在所述屏的内表面上涂复易挥发的导电层(32)，b)在所述导电层上复盖一层含有对可见光敏感的染料的易挥发的光敏层(34)，c)在所述光敏层上建立起大体上均匀的静电荷，d)将所述光敏层的选定区域用可见光曝光，以改变其上的电荷，e)将已带电的发第一种光色的荧光粉沉积到所述光敏层的已曝光的选定区域上，f)将所述发第一种光色的荧光粉固定到所述光敏层上，g)对于已带电的发第二种和第三种色的荧光粉，按顺序重复步骤c、d、e和f，以便形成由每三个发不同色荧光粉为一组的象素组成的荧光屏，h)将所述荧光屏镀铝，以及i)焙烧所述荧光屏，从所述荧光屏中除去易挥发成分，以形成所述荧光屏组件;这种方法的特征在于，所述荧光粉材料是由干粉状颗粒组成的，这种颗粒至少含有一种控制表面电荷的添加剂，以控制其摩擦带电。
3.按照权利要求2的这种方法，其特征在于，在首先重复完成步骤d)之后，插入下述步骤用含有聚合物和电荷控制添加剂的已摩擦带电的干粉状的吸光的屏结构材料来显影所述光敏层(34)的未曝光区域，固定所述吸光的屏结构材料，以及在所述光敏层上和所述吸光的屏结构材料上，再次建立起大体上均匀的静电荷。
4.按照权利要求3的这种方法，其特征在于，所述固定工序包括把所述吸光屏结构材料用红外线曝光，以便将所述材料熔接到所述光敏层(34)上。
5.按照权利要求2的这种方法，其特征在于，在步骤a)之前，插入在所述荧光屏(12)的所述内表面上形成普通的吸光的基体图形的准备步骤。
6.按照权利要求2的这种方法，其特征在于，固定步骤f)包括将所述荧光粉热熔接到所述光敏层(34)上。
7.按照权利要求6的这种方法，其特征在于，热熔接步骤通过用红外线照射所述荧光粉来实现。
8.一种用电子摄影法在彩色阴极射线管(10)的荧光屏(12)的内表面上制造荧光屏组件(22)的方法，其特征在于包括如下步骤a)在所述屏的所述表面上涂复易挥发的导电层(32);b)在所述导电层上复盖一层含有对可见光敏感的染料的易挥发的光敏层(34)，所述染料从包括龙胆紫、氯基蓝和盐基桃红EG的一组中进行选择;c)在所述光敏层上建立起大体上均匀的静电荷，d)通过荫罩(25)，将所述光敏层的选定区域用来自氙灯(38)的可见光曝光，以改变所述光敏层上的电荷;e)用含有聚合物和电荷控制添加剂的已摩擦带电的干粉状的吸光的屏结构材料直接显影光敏屏的未暴光区域，在所述屏结构材料上的电荷与光敏层未曝光区域上的电荷的极性相反;f)通过把所述屏结构材料热熔接到所述光敏层上来固定所述屏结构材料;g)在所述光敏层上和所述屏结构材料上再现建立起大体上均匀的静电荷;h)通过所述荫罩，将所述光敏层的所述选定区域的第一部分用来自所述灯的可见光暴光，以改变在所述光敏层上的电荷;i)用已摩擦带电的、干粉状的、发第一种色的荧光粉屏结材料使所述光敏层的所述选定区域的第一部分逆显影，所述发第一种色的荧光粉至少含有一种控制表面电荷的添加剂，用来提供极性与所述光敏层未曝光区域上的电荷以及与所述吸光的屏结构材料上的电荷极性相同的电荷，以使从该区域和材料上排斥所述发第一种光色的荧光粉;j)将所述发第一种光色的荧光粉固定到所述光敏层的所述选定区域的第一部分上，k)对于已摩擦带电的、发第二种和第三种光色的、干粉状的屏结构材料，(每一种结构材料至少含有一种控制表面电荷的添加剂)，按顺序重复步骤g)、h)、i)和j)，以便形成由每三种发不同色荧光粉为一组的象素组成的荧光屏;l)将所述荧光屏镀铝;以及m)焙烧所述荧光屏，从所述荧光屏中除去易挥发成分，以形成所述荧光屏组件。
全文摘要
按照本发明，在阴极射线管(10)的基底(18)上用电子摄影法制造屏组件(22)的方法依次包括如下步骤在基底上涂覆导电层(32)，再覆盖上光敏层(34)，在光敏层上建立起静电荷，用可见光使光敏层上选定的区域曝光，以改变其上的电荷。然后用带电的屏结构材料使光敏层显影。改进后的工艺使用其中至少含有一种控制表面电荷的添加剂的干粉状屏结构材料，以控制屏结构材料的摩擦带电。
文档编号C09K11/00GK1043824SQ8910940
公开日1990年7月11日 申请日期1989年12月20日 优先权日1988年12月21日
发明者帕比特拉·达塔, 罗纳德·诺曼·弗里埃尔 申请人:Rca许可公司