CN100506397C - 涂覆微粒及涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及被用作荧光粉微粒的用于显示器荧光屏的涂覆微粒，以及这样的微粒的涂覆方法。在本发明的涂覆方法中，使具有3至10μm的平均微粒直径的第一微粒流态化，从喷嘴40等中生成通过使具有5至500nm的平均微粒直径的第二微粒悬浮而获得的悬浮液滴。接着，使被流态化的第一微粒和悬浮液滴相互碰撞，从而，第二微粒被涂覆在第一微粒表面上。由此，本发明能够提供这样的涂覆微粒，其中第一微粒的每个表面都均匀地涂覆有比第一微粒更微小的第二微粒。

Description

涂覆微粒及涂覆方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2002年6月20日在日本专利局提交的日本优先申请JP 2002-180024的优先权，在法律允许的范围内将其全部内容通过引用包括进来。
技术领域
本发明涉及涂覆微粒及涂覆方法，尤其涉及作为荧光粉微粒涂覆在显示器的荧光屏上的涂覆微粒及形成这样的涂覆微粒的方法。
相关技术描述
背景技术
近来，显示装置和阴极射线管(此后称之为CRT)的显示屏已经在平面化和大尺寸方面取得很大进展，并且需要分辨率和图象质量方面的改善。
例如，众所周知，CRT具有一体形成显像管的玻璃面板以及玻璃锥体，电子枪设置在显像管内。而且，在显像管的面板内装配有颜色选择机构，面板的内表面被形成为荧光屏。
由碳制成的黑色光吸收材料薄膜图案作为荧光屏被形成在面板的内表面上。在光吸收材料薄膜图案中，用于透射红色光的红颜料、用于透射绿色光的绿颜料、以及用于透射蓝色光的蓝颜料作为红色、绿色、蓝色的颜色滤光器被分别形成在图案中。而且，用于发射红色光的红色荧光粉微粒、用于发射绿色光的绿色荧光粉微粒、以及用于发射蓝色光的蓝色荧光粉微粒分别形成在每一相应的彩色颜料层上的图案中。
在这样的CRT中，从电子枪中发射的电子束(阴极射线)通过颜色选择机构进行颜色选择，并激发红色荧光粉微粒层、绿色荧光粉微粒层、蓝色荧光粉微粒层中的每种颜色的荧光粉微粒。因此，通过电子束发射荧光来激发荧光粉微粒，从而在面板的外表面上显示相应的彩色图像。
作为诸如CRT等的显示装置的特征，图像质量被置于非常重要的位置，可以说，图像对比度决定图像质量。设置在荧光屏上的红、绿、蓝荧光粉微粒的颜色近似是白色，在面板的荧光屏处对于外部光的反射率相当高，以至于其是导致显示图像对比度降低的原因之一。从而，为了增加对比度，在实践中可通过提供如上所述的红、绿、蓝颜色滤光器来抑制外部光的反射。
然而，在如上结构的阴极射线管中，在其制造工艺中将荧光粉微粒层形成在面板的内表面之前，有必要形成每一种颜色的颜料微粒层。这就导致制造工艺的增加，以及在以顺列方式进行制造的情况下，还导致对基础设施的新的投资，这是不受欢迎的。
另外，作为另一种方法，已知颜料微粒被预先直接涂覆在荧光粉微粒的每个表面上，并且所涂覆的一层荧光粉微粒在荧光屏上形成。作为将颜料微粒涂覆到荧光粉微粒表面的一种涂覆方法，已经知道，荧光粉微粒和颜料微粒在分散介质中分散，接着通过调整添加剂的类型、添加剂量、以及其pH值，使颜料微粒凝固在荧光粉微粒的每个表面上。在这种情况下，荧光粉微粒的平均微粒直径约为几个微米，颜料微粒的平均微粒直径约为100纳米至几百纳米。因为颜料微粒被涂覆在荧光粉微粒的每个表面上，故能够减少外部光的反射并提高显示图象的对比度。
如果在液相中执行上述将颜料微粒涂覆到荧光粉微粒的每个表面的涂覆方法，有必要使荧光粉微粒和颜料微粒存在于相同的液相中。因此，由于基于材料差异的Z电势的不同而易于发生微粒的聚集，从而很难实现均匀涂覆。此外，存在颜料微粒在荧光粉微粒表面上不均匀的问题。如果颜料微粒被不均匀地涂覆在荧光粉微粒表面上，则荧光粉微粒的发射效率降低，同时，荧光粉微粒的反射性能也变差。在混合荧光粉微粒和颜料微粒的液相中，微粒直径变得越小，所发生的微粒聚集就越多，从而使用具有小于100纳米的微粒直径的颜料微粒实际上是不可能的。
如上所述，用于将诸如颜料微粒等更多的微观粒子涂覆到诸如荧光粉微粒等微观粒子上的方法已作用微粒表面性能精细技术获得大量注意，但是主流是使用液相，所以执行均匀的涂覆是困难的。使微粒的表面性能改进是非常重要的技术。用于将新的功能赋予微粒的技术已在诸如生物学领域、或电子材料领域等多种领域中得到广泛应用，因此期望出现将更微小的粒子均匀涂覆在微观粒子表面上的方法。
然而，在用上述传统方法将颜料微粒涂覆在每个被涂覆微粒的表面上时，颜料微粒可能从荧光粉微粒表面剥落。因此，在荧光屏制造工艺中存在从荧光粉微粒表面剥落的颜料微粒堵塞制造装置的管道的问题。
发明内容
由于考虑到上述问题，所以提出了本发明，且本发明的主要方面是提供一种用第二微粒均匀涂覆第一微粒表面的方法，该第二微粒比第一微粒更微小。此外，本发明将提供通过本发明的方法形成的涂覆微粒，且每个第一微粒的表面被比第一微粒更微小的第二微粒均匀涂覆。
本发明的涂覆方法包括：
使大致具有第一微粒直径的第一微粒流态化的步骤；
通过使第二微粒悬浮而提供悬浮液滴的步骤，所述第二微粒大致具有比所述第一微粒直径更小的第二微粒直径；以及
通过使所述流态化第一微粒和所述第二微粒的所述悬浮液滴碰撞将所述第二微粒涂覆在每个所述第一微粒的表面上的步骤；
其中，所述第一微粒的平均微粒直径是3至10μm，所述第二微粒的平均微粒直径是5至500nm；以及
在所述流态化步骤中，通过将离心力和由气体产生的用于与所述离心力平衡的上升力作用到所述第一微粒，以将所述第一微粒流态化，其中，通过离心流态化使第一微粒流态化来抑制聚集，第二微粒在聚集被抑制的状态下变为悬浮液滴，由此，第一微粒和第二微粒在聚集都被抑制的状态下彼此碰撞，从而能够将第二微粒均匀地涂覆第一微粒的表面。
本发明的涂覆方法使具有第一微粒直径的第一微粒流态化，通过使具有比第一微粒的微粒直径小的第二微粒直径的第二微粒悬浮而产生悬浮液滴，并通过使流态化的第一微粒与第二微粒悬浮液滴碰撞而将第二微粒涂覆在第一微粒表面上。
此外，在用于本发明的显示器的涂覆材料中，第一微粒的每个表面都用第二微粒涂覆，其中第一微粒的平均微粒直径为3至10μm，且第二微粒的平均微粒直径为5至100nm。
在本发明的用于显示器的涂覆材料中，每个平均微粒直径为3至10μm的第一微粒的表面被用平均微粒直径为5至100nm的第二微粒涂覆。
附图说明
在附图中：
图1是在本发明的当前实施例中所用的离心流态化装置的示意图；
图2A至图2C示出涉及当前实施例的涂覆方法的示意图，其中图2A示出圆柱形容器的转动步骤，图2B示出气体吹出步骤，图2C示出生成第二微粒悬浮液滴的步骤；
图3A至3C示出用第二微粒涂覆第一微粒表面的示意图，其中图3A示出使第二微粒与第一微粒碰撞的步骤，图3B示出涂覆第一微粒表面的一部分的涂覆步骤，图3C示出涂覆整个第一微粒表面的涂覆步骤；
图4是用扫描式电子显微镜获得的一个常规样品的表面照片的示意图；
图5是用扫描式电子显微镜获得的根据本发明的样品的表面照片的示意图；
图6是用具有比图5的电子显微镜更大的放大倍数的透射电子显微镜获得的根据本发明的样品照片的示意图；以及
图7是本发明的样品的反射光谱特征。
具体实施方式
在下文中，参看附图说明本发明的实施例。
与本发明有关的涂覆方法是用具有比第一微粒直径小的第二微粒直径的第二微粒涂覆具有第一微粒直径的第一微粒表面。在这种情况下，第一微粒是例如由Y2O2S:Eu构成的荧光粉微粒，且其平均微粒直径例如为3至10μm。此外，例如，第二微粒是由Fe2O3构成的红颜料微粒、绿颜料微粒、或由另一组分构成的蓝颜料微粒，且相应的平均微粒直径为5至500nm。
首先涉及本实施例的涂覆方法使具有第一微粒直径的第一微粒流态化。然后，通过使具有第二微粒直径的第二微粒悬浮形成悬浮液滴。接着，通过使流态化的第一微粒和第二微粒悬浮液滴碰撞将第二微粒涂覆在每个第一微粒的表面上。
该实施例采用离心流态化方法作为使微粒流态化的方法。离心流态化方法是一种利用离心力使微粒流态化的方法。图1是在本发明的当前实施例中使用的离心流态化装置的示意图。例如，直径为400mm的圆柱形容器内部装有第一微粒，沿转动方向RT转动。此外，在圆柱形容器10的侧壁11上设置有直径分别为20μm的精细孔，且其被如此配置成能够将诸如空气等的气体30通过那些孔吹入圆柱形容器10。吹入圆柱形容器10的气体30经由位于圆柱形容器10中心的旋转轴12从排放系统13排出。为了避免将第一微粒20喷射到外部，在从旋转轴12到排放系统13的任何位置设置有过滤器。进一步靠近旋转轴12设置喷嘴40，且该喷嘴40通过用泵41吹第二微粒的悬浮液42能够产生悬浮液滴。
现在，以下将说明使用离心流态化装置用第二微粒涂覆第一微粒表面的涂覆方法。首先，当圆柱形容器10装有预定量的第一微粒时，使其沿转动方向RT转动，从而产生比重力G大的离心力C，以将第一微粒20固定到圆柱形容器10的内壁上。在这种情况下，通过将诸如空气等气体30通过设置在圆柱形容器10的侧壁11上的孔吹入圆柱形容器10，上升力F被施加给第一微粒20，从而第一微粒20被流态化。然后，通过用泵41从喷嘴40喷射第二微粒悬浮液42产生悬浮液滴，从而通过使第一微粒20和第二微粒悬浮液滴碰撞将第一微粒20的表面用第二微粒涂覆。
图2A至2C是更详细地说明本发明的涂覆方法的示意图。首先当使第一微粒流态化时，第一微粒20被放置在圆柱形容器10中，然后，使圆柱形容器10转动以将重力G作用给第一微粒20。在这种情况下，产生比作用给第一微粒20的重力G大的离心力C。因此，第一微粒20被固定到圆柱形容器10的内壁上。
在圆柱形容器10的侧壁11上设置有多个分别具有20μm左右的直径的精细孔11a。下面如图2B所示，如上所述，当使圆柱形容器10转动时，气体30通过位于圆柱形容器10的侧壁11上的孔11a被吹入圆柱形容器10内，气体30产生的上升力F被施加给第一微粒20。当由圆柱形容器10转动而产生的离心力C和上升力F被平衡时，第一微粒20被流态化。这样，通过产生离心力C和由于气体30朝与离心力C平衡的方向作用的上升力F使第一微粒20流态化。吹入圆柱形容器10的气体30通过圆柱形容器10的中心旋转轴12从排放系统13排出。
其次，如图2C所示，当第一微粒20被流态化时，通过从设置在旋转轴12附近的喷嘴40吹出第二微粒的悬浮液产生第二微粒悬浮液滴50。
结果，流态化的第一微粒20和第二微粒的悬浮液滴50在圆柱形容器内相互碰撞，从而每个第一微粒20的表面被第二微粒涂覆。图3A至图3C是更加详细地说明用第二微粒涂覆上述第一微粒表面的步骤的示意图。如图3A所示，当第二微粒51悬浮液滴50以预定速度撞向第一微粒20时，第一微粒20的部分表面变成用第二微粒51涂覆的涂覆区。通过将诸如包括在悬浮液中的水等介质分散，可使涂覆区21变为湿的状态，但是当在圆柱形容器10中流态化时，涂覆区21很快变干，从而每个第一微粒20的表面仅用第二微粒50涂覆。通过重复第一微粒20和第二微粒51的悬浮液滴50的碰撞，所有第一微粒20的表面被将成为涂覆区21的第二微粒51涂覆，如图3C所示。
在根据本实施例的涂覆方法中，通过用离心流态化的方法使第一微粒20流态化来抑制第一微粒20的聚集。相反，当这些聚集被抑制的同时，第二微粒51变为悬浮液滴50。由此，这两种聚集都被抑制的同时，第一微粒20和第二微粒51彼此碰撞，从而能够将第二微粒51均匀地涂覆第一微粒20的每一表面。
在使上述第一微粒20流态化的步骤中，优选使圆柱形容器10以100至500转/分(rpm)的速度、尤其优选以300rpm左右的速度转动。此外，优选用1至10kPa的压强、或优选以约4.5kPa的压强将气体穿过设置在圆柱形容器10的侧壁11上的孔115吹入圆柱形容器10内部。因此，通过由于转动的离心力和由于气体30的吹动的上升力之间的平衡，能够使第一微粒20充分流态化。如果使第一微粒20完全流态化，由于搅拌被完全完成，所以在抑制微粒聚集的同时，能够均匀执行涂覆。反之，如果流态化不是足够的，由于微粒聚集发生，会导致非均匀涂覆。此外，如果微粒聚集，则第一微粒20和第二微粒51悬浮液滴50的碰撞速度降低，从而使第二微粒51的粘附度降低，或有时也会发生第二微粒51不粘附到第一微粒20的情况。
在涉及本实施例的涂覆微粒中，还优选的是，在5至100nm的范围选择第二微粒的平均微粒直径。根据本实施例，当用第二微粒涂覆第一微粒的表面时，第一微粒和第二微粒的聚集被抑制，从而通过进一步分解第二微粒地平均微粒直径，增加第二微粒对第一微粒的附着力，进而第二微粒可被均匀地涂覆在第一微粒上，在这种情况下，因为第一微粒和第二微粒的接触面积增加，原子力变得更强，第二微粒对第一微粒的附着力能够进一步提高。
此外，在将滤光器功能分配给诸如颜料微粒等的第二微粒的情况下，如果第二微粒的微粒直径较大，因为由第二微粒所造成的光散射效应，要消耗更大量的第二微粒以获得预定的光学特征。然而，如上所述，通过进一步分解第二微粒的平均微粒直径可抑制光散射效应，且可以用较小的量获得预定的光学特征。
这样，荧光粉微粒表面(即由Y2O2S:Eu构成的第一微粒)被用红颜料微粒(即由Fe2O3构成的荧光粉微粒)涂覆。在所述例子中使用的由Y2O2S:Eu构成的荧光粉微粒的平均微粒直径为6.5μm，由Fe2O3构成的红颜料微粒的平均微粒直径为20nm。第二微粒悬浮液的悬浮液浓度被设定为17.7wt.％。
首先，2000克荧光粉微粒被装在图1的离心流态化装置的圆柱形容器中，当圆柱形容器以295rpm的速度转动的同时，以4.5kPa的压强将作为流态化气体的空气吹进圆柱形容器使荧光粉微粒流态化。接着，当荧光粉微粒被流态化时，颜料微粒的悬浮液滴被喷入圆柱形容器。在这种情况下，喷射速度为0.36克/分钟。由于所用的颜料微粒的悬浮液量取决于着色量，对于喷射量没有限制。在所述实施例中，为了获得预定的光学特征，总数为35克的悬浮液被喷射，且颜料微粒被设定为是荧光粉微粒的0.3wt.％左右。根据如上所述的将颜料微粒涂覆到荧光粉微粒表面的涂覆方法，通过将具有20nm的平均微粒直径的颜料微粒涂覆在具有6.5μm的平均微粒直径的荧光粉微粒表面上获得样品A。
相反，根据将颜料微粒涂覆到液相的荧光粉微粒表面的传统涂覆方法，通过将具有大于100nm的平均微粒直径的颜料微粒涂覆在具有6.5μm的平均微粒直径的荧光粉微粒表面上获得样品B。为了获得预定的光学特征，颜料微粒必须为荧光粉微粒的1至2wt.％左右，但颜料微粒仅为荧光粉微粒的0.3wt.％左右，从而不能获得预定的光学特征。
图4是涉及传统方法的样品B表面的电子显微照片的示意图。在荧光粉微粒上识别出Fe2O3颜料微粒的存在。
相反，图5示出用与图4相同的放大倍数所获得的根据本发明的样品A表面的扫描式电子显微照片的示意图。在图5中，在荧光粉微粒表面上没有识别出Fe2O3颜料微粒的存在。
图6示出用比图5中更大的放大倍数获得的根据本发明的样品A的表面的发射电子显微照片的示意图。在由指向用黑色阴影标明的荧光粉微粒的箭头所表示的位置处识别出分别具有20至50nm的微粒直径的Fe2O3颜料微粒的存在。
在传统方法中，荧光粉微粒被不均匀地涂覆，但是应该认识到，本发明的涂覆方法能够均匀地涂覆第一微粒。
接着，测量涉及本发明的样品A的反射光谱。结果如图7中的实线所示，其中纵坐标是反射率，横坐标是波长。而且，在图7中以虚线示出颜料微粒没有涂覆在荧光粉微粒上的样品C的反射光谱。另外，在图7中以虚线示出颜料微粒没有涂覆在荧光粉微粒表面上的样品C的反射光谱。当将样品A的反射光谱与样品C的反射光谱进行比较时发现，反射率通常在整个波长范围内减少，但是，在较短波长侧的反射率的减少大于在较长波长侧的反射率的减少。这一事实表明荧光粉微粒被用颜料微粒涂成红色。
由上述可知，本发明的涂覆方法能用比第一微粒更精细的第二微粒均匀地涂覆第一微粒表面。另外，与传统方法中的用水量相比，用水量较少，从而对环境的影响也很小。
而且，本发明的涂覆微粒由本发明的上述涂覆方法形成，第一微粒表面被涂覆有比第一微粒更精细的很难剥离的第二微粒。
作为关于本实施例的涂覆微粒，每个表面都用颜料微粒涂覆的荧光粉微粒能应用于CRT的荧光屏中的发光层。例如，在CRT中，电子枪被设置在包括一体形成的面板和锥体的玻璃显像管体内部，还设置有颜色选择机构，进而，面板内面的表面被配置成荧光屏。诸如碳等的光吸收材料的黑色薄膜图案作为荧光屏被形成在面板内面上，在光吸收材料薄膜图案之间，用于发射红光的红色荧光粉微粒层、用于发射绿光的绿色荧光粉微粒层、以及用于发射蓝光的蓝色荧光粉微粒层被形成在图案中，其中的每层分别涂覆有红色、绿色、蓝色颜料微粒。
在如上述配置的CRT中，进行颜色选择时，从电子枪中发射的电子束(阴极射线)穿过颜色选择机构，并激发红色荧光粉微粒层、绿色荧光粉微粒层、以及蓝色荧光粉微粒层中相应的荧光粉微粒。由电子束激发的每个荧光粉微粒发射相应的红色、绿色、以及蓝色荧光，从而，彩色图像可显示在面板的外表面上。在这种情况下，颜料微粒被涂覆在每个荧光粉微粒的表面上，以抑制外部光的反射，从而使提高显示图像的对比度变得可能。
本发明并不限于上述实施例。例如，根据本实施例，采用离心流态化使第一微粒流态化，但也可采用其它流态化方法。而且，在上述实施方式和例子中，由Y2O2S:Eu构成的荧光粉微粒作为第一微粒，由Fe2O3构成的红颜料微粒作为第二微粒，但它们并不局限于此，本发明可应用于诸如用于激发其它电子束或UV射线的多种发光微粒，还可应用于不同于由Fe2O3构成的红颜料微粒的颜料微粒。此外，本发明可应用于不同于荧光粉微粒和颜料微粒的作为第一微粒和第二微粒的微粒，并可有助于通过第二微粒改变第一微粒的表面性能。另外，可在本发明的范围内进行变化。

Claims (6)

1、一种涂覆方法，包括：
使大致具有第一微粒直径的第一微粒流态化的步骤；
通过使第二微粒悬浮而提供悬浮液滴的步骤，所述第二微粒大致具有比所述第一微粒直径更小的第二微粒直径；以及
通过使所述流态化第一微粒和所述第二微粒的所述悬浮液滴碰撞将所述第二微粒涂覆在每个所述第一微粒的表面上的步骤；
其中，所述第一微粒的平均微粒直径是3至10μm，所述第二微粒的平均微粒直径是5至500nm；以及
在所述流态化步骤中，通过将离心力和由气体产生的用于与所述离心力平衡的上升力作用到所述第一微粒，以将所述第一微粒流态化，其中，通过离心流态化使第一微粒流态化来抑制聚集，第二微粒在聚集被抑制的状态下变为悬浮液滴，由此，第一微粒和第二微粒在聚集都被抑制的状态下彼此碰撞，从而能够将第二微粒均匀地涂覆第一微粒的表面。
2、根据权利要求1所述的涂覆方法，其中
所述第一微粒是荧光粉微粒，所述第二微粒是颜料微粒。
3、根据权利要求2所述的涂覆方法，其中
所述第二微粒是红颜料微粒、绿颜料微粒以及蓝颜料微粒中的一种。
4、根据权利要求1所述的涂覆方法，其中
所述第一微粒的平均微粒直径是3至10μm，以及
所述第二微粒的平均微粒直径是5至100nm。
5、根据权利要求1所述的涂覆方法，其中
在所述流态化步骤中，当装有所述第一微粒时，所述圆柱形容器转动以将所述离心力作用到所述第一微粒，且气体通过设置在所述圆柱形容器侧壁上的孔吹进所述圆柱形容器内，以通过所述气体将浮力作用到所述第一微粒上。
6、根据权利要求5所述的涂覆方法，其中
在所述流态化步骤中，所述圆柱形容器以100转/分至500转/分的速度转动，以1kPa至10kPa的压强使所述气体通过设置在所述圆柱形容器的所述侧壁上的所述孔吹进所述圆柱形容器内。
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