用於陰極射線管應用的碳化矽塗層的製作方法
2023-07-09 20:35:51 2
專利名稱：用於陰極射線管應用的碳化矽塗層的製作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及一種彩色陰極射線管(CRT)，更具體地涉及一種包括聚焦蔭罩的彩色CRT。
2.背景技術的介紹彩色陰極射線管(CRT)通常包括電子槍、蔭罩和屏幕。蔭罩插入在電子槍和屏幕之間。屏幕位於CRT管的螢光屏的內表面上。屏幕上形成有三種不同的彩色螢光體(如綠、藍、紅)的陣列。蔭罩用於將在電子槍中產生的電子束引導到CRT管的屏幕上的適當彩色螢光體上。
蔭罩可以是聚焦蔭罩。聚焦蔭罩通常包括兩組設置成彼此正交的導線(或電線)，從而形成了孔的陣列。對這兩組導線施加不同的電壓，使其在蔭罩的各個孔中產生了多極聚焦透鏡。多極聚焦透鏡用於將電子束引導到CRT管的屏幕的彩色螢光體上。
聚焦蔭罩中的一種類型是張力聚焦蔭罩，其中兩組導線中的至少一組處於張緊狀態。通常對於張力聚焦蔭罩來說，垂直的那組導線處於張緊狀態，而水平的那組導線重疊在垂直的張緊導線之上。
在兩組導線相互重疊的情況下，這種導線通常在其交叉點(連接)處通過絕緣材料相連。當在蔭罩的兩組導線之間施加不同的電壓以在蔭罩孔上產生多極聚焦透鏡時，在一個或多個連接處會發生高壓(HV)飛弧。HV飛弧是在將這兩組導線分隔開的絕緣材料上發生的電荷放電。HV飛弧是不希望發生的，這是因為它會在這兩組導線之間導致電短路，從而在此之後引起聚焦蔭罩失效。
當來自電子槍的電子束被引導到屏幕上的彩色螢光體上時，電子束可能會使聚焦蔭罩上的絕緣材料積累電荷。這種電荷積累是不希望發生的，這是因為它會干擾聚焦蔭罩將電子束精確地引導到形成於屏幕上的彩色螢光體上的能力，還會在聚焦蔭罩的導線之間引起HV飛弧。
因此，存在著對可克服上述缺點的適當絕緣材料的需求。
發明概要本發明涉及一種彩色陰極射線管(CRT)，其具有抽空的外殼，外殼內設有用於產生電子束的電子槍。外殼還包括螢光屏面板，其具有內表面上帶螢光線的發光屏幕。在屏幕的有效圖像區域的附近設有聚焦蔭罩，其具有多條間隔開的第一導線。第一導線之間的間距形成了多個基本上平行於屏幕上的螢光線的狹縫。各條第一導線均具有在其一個表面上形成的基本連續的絕緣材料層。多條第二導線基本上垂直於多條第一導線而定位，並通過絕緣材料層與之粘合。在多條第二導線和絕緣材料上形成了覆蓋層。該覆蓋層是半導電層，用於防止絕緣材料層上的電荷積累。
附圖簡介下面將參考附圖來詳細地介紹本發明，在圖中
圖1是包括有本發明的張力聚焦蔭罩-框架組件的彩色陰極射線管(CRT)的部分軸向剖開的平面圖；圖2是圖1所示的張力聚焦蔭罩-框架組件的平面圖；圖3是沿圖2中線3-3看去的蔭罩-框架組件的正視圖；圖4是顯示於圖2中圓4內的張力聚焦蔭罩的放大視圖；圖5是沿圖4中線5-5看去的張力聚焦蔭罩和發光屏幕的視圖；和圖6是顯示於圖5中圓6內的一部分張力聚焦蔭罩的放大視圖。
具體實施例方式
圖1顯示了具有玻殼11的彩色陰極射線管(CRT)10，玻殼11包括通過錐體15而連接起來的螢光屏面板12和管頸14。錐體15具有內導電塗層(未示出)，其從第一陽極按鈕16處延伸至頸部14並與之接觸。位於與第一陽極按鈕16相對的第二陽極按鈕17與導電塗層不接觸。
螢光屏面板12包括觀看屏18以及周邊凸緣或側壁20，其通過玻璃粉21密封在錐體15上。螢光屏18的內表面上帶有三色的發光螢光屏22。如圖5中的詳細顯示，屏幕22是條形屏幕，其包括分別由紅色、綠色、藍色螢光線R、G、B組成的多個屏幕元素，三條螢光線設成一組，每個三色螢光組都包括三種顏色的螢光線各一條。最好採用光吸收基體23來隔開螢光線。最好由鋁形成的薄導電層24覆蓋在屏幕22上，並提供了用於在屏幕上施加均勻的第一陽極電位以及反射由螢光體發出的通過螢光屏18的光線的元件。
在螢光屏面板12內通過傳統方式可拆卸地安裝了圓柱形多孔色彩選擇電極或張力聚焦蔭罩25，其相對於屏幕22形成預定的間隔。如圖1中的虛線示意性表示的電子槍26安裝在管頸14的中心，產生並引導三條成直線的電子束28，電子束28包括一條中心束和兩條側束或外束，其沿會聚路徑通過張力聚焦蔭罩25到達屏幕22。中心束28的直線方向近似垂直於圖紙平面。
圖1所示的CRT與顯示於錐體-管頸連接處附近的外部磁偏轉線圈如偏轉線圈30一起使用。當受到激勵時，偏轉線圈30使三條電子束受到磁場作用，使得電子束在屏幕22上掃描出水平和垂直的矩形光柵。
張力聚焦蔭罩25最好由約0.05毫米(2密耳)厚的低碳鋼(約0.005％重量的碳)矩形薄板形成。用於張力聚焦蔭罩25的合適材料包括熱膨脹係數(COE)在約120-160×10-7/攝氏度範圍內的高膨脹低碳鋼；中等膨脹合金，例如熱膨脹係數在約40-60×10-7/攝氏度範圍內的鐵鈷鎳合金(如KOVARTM)；以及低膨脹合金，例如熱膨脹係數在約9-30×10-7/攝氏度範圍內的鐵鎳合金(如INVARTM)。
如圖2所示，張力聚焦蔭罩25包括兩個長邊32，34和兩個短邊36，38。張力聚焦蔭罩25的兩個長邊32，34平行於CRT的中心長軸X，而兩個短邊36，38平行於CRT的中心短軸Y。
張力聚焦蔭罩25(圖2中由虛線示意性地示出)包括多孔部分，其靠近並重疊在屏幕22的有效圖像區域上。參考圖4，張力聚焦蔭罩25包括多條第一金屬線40(導線)，各金屬線的橫向尺寸或寬度為約0.3毫米到約0.5毫米(12-20密耳)，其由基本上等距隔開的狹縫42間隔開，各狹縫42的寬度為約0.27毫米到約0.43毫米(11-16密耳)，並平行於CRT的短軸Y和屏幕22的螢光線。對於對角線尺寸為68釐米的彩色CRT來說，第一金屬線的寬度在約0.3毫米到約0.38毫米(12-14.5密耳)的範圍內，狹縫42的寬度為約0.27毫米到約0.33毫米(11-13.3密耳)。在對角線尺寸為68釐米(27V)的彩色CRT中，約有760條第一金屬線40。各狹縫42從蔭罩的一個長邊32延伸到其另一長邊34上(圖4中未示出)。
圖1-3中顯示了用於張力聚焦蔭罩25的框架44，其包括四個主要部件，二個扭管或曲形件46，48和兩個張力臂或伸直件50，52。兩個曲形件46，48平行於長軸X並相互平行。
如圖3所示，各伸直件50，52包括兩個部分地重疊的部件或部分54，56，各部分均具有L形截面。重疊部分54，56在重疊處焊接在一起。各重疊部分54，56的一端與曲形件46，48中的一個的一端相連。曲形件46，48的曲率與張力聚焦蔭罩25的圓柱曲率相匹配。張力聚焦蔭罩25的長邊32，34在兩個曲形件46，48之間焊接，為蔭罩提供了必要的張力。在將張力聚焦蔭罩25的長邊32，34焊接到框架44上之前，必須對蔭罩材料施加預應力並使其變黑，這可通過在氮氣和氧氣的受控環境中以約500攝氏度的溫度對蔭罩材料加熱約120分鐘並同時張緊蔭罩材料來實現。框架44和蔭罩材料在焊接在一起時構成了張力蔭罩組件。
參考圖4和5，設置了多條第二金屬線(導線)60，其均具有約0.025毫米(1密耳)的直徑，它們基本上垂直於第一金屬線40，並通過形成在各第一金屬線40的朝向屏幕的一側上的絕緣體62與之隔開。第二金屬線60形成了交叉件，其便於將第二陽極電位或聚焦電位施加給張力聚焦蔭罩25。第二金屬線的合適材料包括鐵鎳合金如INVARTM，和/或不鏽鋼如HyMu80導線(可以從美國賓夕法尼亞州Reading的Carpenter Technology公司買到)。
對於對角線尺寸為68釐米(27V)的彩色CRT來說，相鄰第二金屬線60之間的垂直距離或間距約為0.33毫米(13密耳)。相對較細的第二金屬線60(與第一金屬線40相比而言)提供了張力聚焦蔭罩25必要的聚焦功能，而不會對電子束的傳輸產生負面影響。這裡介紹的張力聚焦蔭罩25在屏幕22的中央提供了約40-45％的蔭罩穿透率，對於約為30千伏的第一陽極電壓來說，施加給第二金屬線60的第二陽極電壓或聚焦電壓ΔV與施加給第一金屬線40的第一陽極電壓的電壓差小於約1千伏。
圖4所示的絕緣體62基本上連續地設置在各第一金屬線40的朝向屏幕側。第二金屬線60與絕緣體62粘合，從而將第二金屬線60與第一金屬線40電絕緣。
絕緣體62由適當的材料形成，該材料具有與張力聚焦蔭罩25的材料相匹配的熱膨脹係數。絕緣體的材料最好應具有相對較低的熔化溫度，使其在約450攝氏度到約500攝氏度的溫度範圍內可流動、固化並粘附在第一和第二金屬線40，60上。絕緣體材料也應最好具有約40000伏/毫米(1000伏/密耳)的介質擊穿強度，其體積和表面電阻率分別為約1011歐姆-釐米以及1012歐姆/平方。另外，絕緣體材料在用於將CRT螢光屏面板12密封在錐體15上的溫度(約450攝氏度到約500攝氏度的溫度)下必須是穩定的，而且應具有足夠的機械強度和彈性模量，並且在長時間的電子束轟擊下的處理和操作過程中具有很低的脫氣性。
合適的絕緣體材料包括矽酸鹽玻璃，如硼矽酸鉛鋅玻璃，摻雜有過渡金屬氧化物的硼矽酸鉛鋅玻璃，以及有機矽酸鹽材料。
在多條第二金屬線60和絕緣體62之上形成了覆蓋層65。該覆蓋層65是半導電層其用於防止絕緣材料層上的電荷積累。半導電覆蓋層65最好具有在約1011歐姆/平方到約1014歐姆/平方的範圍內的表面電阻。該覆蓋層65最好具有在約100埃到約500埃的範圍內的厚度。
合適的半導電材料層為碳化矽。碳化矽可以是摻雜的碳化矽層。摻雜物提高了半導電材料中的自由載流子的數目，從而控制了其傳導率。適合的摻雜物包括第III族元素和第V族的元素，例如磷(P)、硼(B)、鋁(Al)和砷(As)等。
可以通過在例如等離子增強的化學氣相沉積(PECVD)系統中對包括有矽源和碳源的氣體混合物施加電場(如射頻(RF)功率和直流功率)，從而形成碳化矽層。適合的矽源和/或碳源包括選自甲烷(CH4)、矽烷(SiH4)、乙烷(C2H6)、乙矽烷(Si2H6)、氟代甲烷(CH3F)、二氟甲烷(CH2F2)、三氟甲烷(CHF3)和四氟化碳(CF4)中的一種或多種化合物。或者，矽源和碳源也可採用有機矽烷化合物，例如甲基矽烷、二甲基矽烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷、三甲矽烷基甲烷((CH(SiH3)3)、二甲矽烷基甲烷((CH2(SiH3)2)以及甲矽烷基甲烷((CH3(SiH3))等。
合適的摻雜氣體包括磷雜環戊二烯(PH3)、乙硼烷(B2H6)和三甲基硼烷(B(CH3))等。
通常來說，可利用PECVD系統並採用以下的沉積工藝參數來形成碳化矽層。這些工藝參數的範圍是約150攝氏度到約300攝氏度的溫度、約0.1託到約5託的壓力、約1％到約30％的碳源/矽源氣體流量比、約0.2％到約5％的摻雜物/矽源氣體流量比，以及約10毫瓦/平方釐米到約200毫瓦/平方釐米的等離子功率。上述工藝參數可提供約1埃/秒到約4埃/秒範圍內的碳化矽層的沉積速率。上面所列的參數也可根據具體的材料來源和/或用於形成碳化矽層的沉積系統而變化。
根據製作張力聚焦蔭罩25的優選方法並參考圖6，可通過例如噴塗來將絕緣體的第一塗層64設置在第一金屬線40的朝向屏幕的一側。在此示例中，第一金屬線40由低膨脹合金如INVARTM形成，其具有9-30×10-7/攝氏度的範圍內的熱膨脹係數。第一絕緣體塗層64例如可以是硼矽酸鉛鋅玻璃，例如SCC-11。絕緣體的第一塗層64通常具有約0.05毫米到0.09毫米(2-3密耳)的厚度。
包括所塗覆的第一金屬線40在內的框架44在室溫下乾燥。在乾燥後，通過在爐中加熱框架44和第一金屬線40來使絕緣體材料的第一塗層64硬化(固化)。框架44被加熱超過約30分鐘以達到約300攝氏度的溫度，並在300攝氏度下保持約20分鐘。然後在約20分鐘的時間之後將爐溫升高到約460攝氏度，並在此溫度下保持約一個小時，使得第一金屬線40上的絕緣體材料的第一塗層64熔化並結晶。絕緣體材料的第一塗層64在固化後通常將不會再熔化。絕緣體材料的第一塗層64通常為圓頂形，並在各條第一金屬線40上具有在約0.05毫米到約0.09毫米(2-3.5密耳)的範圍內的厚度。
在絕緣體材料的第一塗層64硬化之後，在絕緣體材料的第一塗層64之上塗覆絕緣體材料的第二塗層66。絕緣體材料的第二塗層66具有與第一塗層相同的組分。絕緣體材料的第二塗層66具有約0.0125毫米到0.05毫米(0.5-2密耳)的厚度。
之後，在框架44上的絕緣體材料的第二塗層66之上塗覆第二金屬線60，使得第二金屬線60基本上垂直於第一金屬線40。採用繞線夾具(未示出)來塗覆第二金屬線60，使其精確地保持所需的間距，例如對於對角線尺寸為約68釐米(27V)的彩色CRT來說，相鄰金屬線之間的間距為約0.33毫米(13密耳)。
或者，也可以在繞線操作之後將絕緣體材料的第二塗層66塗覆在絕緣體材料的第一塗層64和第二金屬線60之上。
包括繞線夾具在內的框架44被加熱到約460攝氏度的溫度下約30分鐘，以使第二金屬線60與絕緣體材料的第二塗層66粘合在一起。
在固化之後，在多條第二金屬線60和絕緣體材料的第二塗層66上形成半導電的覆蓋層65。半導電覆蓋層65例如可以是摻雜磷的N型碳化矽層。
半導電覆蓋層65具有在約100埃到約500埃的範圍內的厚度。碳化矽的半導電覆蓋層65例如可通過在電場下使包括甲烷(CH4)、矽烷(SiH4)和磷雜環戊二烯(PH3)的氣體混合物發生反應而形成，反應根據以下條件進行約250攝氏度的溫度，約0.5託的壓力，約25毫瓦/平方釐米的功率，約15％的CH4/SiH4的流量比，以及約1％的PH3/SiH4的流量比。
在形成碳化矽的半導電覆蓋層65之後，進行第一和第二金屬線40，60的電連接，並將張力聚焦蔭罩25插入到管殼內。
權利要求
1.一種陰極射線管(10)，其包括抽空的外殼(11)，所述外殼具有用於產生電子束(28)的電子槍(26)、具有在其內表面上帶有螢光線的發光屏幕(22)的螢光屏面板(12)以及聚焦蔭罩(25)，其中，所述聚焦蔭罩包括多條間隔開的其上具有絕緣材料(62)的第一導線(40)，以及多條間隔開的第二導線(60)，其基本上垂直於所述多條間隔開的第一導線而定位，所述多條間隔開的第二導線與所述絕緣材料粘合在一起，所述陰極射線管包括形成於所述絕緣材料上的覆蓋層(65)。
2.根據權利要求1所述的陰極射線管，其特徵在於，所述覆蓋層是半導電的。
3.根據權利要求2所述的陰極射線管，其特徵在於，所述半導電的覆蓋層為碳化矽層。
4.根據權利要求3所述的陰極射線管，其特徵在於，所述碳化矽層摻雜了從由磷、砷、鋁和硼組成的組中選出的一種元素。
5.根據權利要求1所述的陰極射線管，其特徵在於，所述覆蓋層具有在約1011歐姆/平方到約1014歐姆/平方的範圍內的表面電阻。
6.一種用於製造陰極射線管(10)的方法，所述陰極射線管包括抽空的外殼(11)，所述外殼具有用於產生至少一條電子束(28)的電子槍(26)、具有在其內表面上帶有螢光線的發光屏幕(22)的螢光屏面板(12)以及聚焦蔭罩(25)，其中，所述聚焦蔭罩包括多條間隔開的其上具有絕緣材料(62)的第一導線(40)，以及多條間隔開的第二導線(60)，其基本上垂直於所述多條間隔開的第一導線而定位，所述多條間隔開的第二導線與所述絕緣材料粘合在一起，所述方法包括在所述絕緣材料上形成覆蓋層(65)。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述覆蓋層是半導電的。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述半導電的覆蓋層為碳化矽層。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述碳化矽層摻雜了從由磷、砷、鋁和硼組成的組中選出的一種元素。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述覆蓋層具有在約1011歐姆/平方到約1014歐姆/平方的範圍內的表面電阻。
全文摘要
公開了一種彩色陰極射線管(CRT)(10)，其具有抽空的外殼(11)，外殼內設有用於產生電子束(28)的電子槍(26)。外殼(11)還包括螢光屏面板(12)，其具有內表面上帶螢光線的發光屏幕(22)。在屏幕(22)的有效圖像區域的附近設有聚焦蔭罩(25)，其具有多條間隔開的第一導線(40)。第一導線(40)之間的間距形成了多個基本上平行於屏幕(22)上的螢光線的狹縫。各條第一導線(40)均具有在其朝向屏幕的一側上形成的基本連續的絕緣材料層(62)。多條第二導線(60)基本上垂直於多條第一導線(40)而定位，並通過絕緣材料層(62)與之粘合。在多條第二導線(60)和絕緣材料(62)上形成了覆蓋層(65)。該覆蓋層(65)是半導電層，用於防止絕緣材料層(62)上的電荷積累。
文檔編號H01J29/07GK1481572SQ01820704
公開日2004年3月10日 申請日期2001年12月5日 優先權日2000年12月15日
發明者L·楊, L 楊 申請人:湯姆森許可公司