CN1271672C - 阴极射线管 - Google Patents

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Abstract

一种阴极射线管通过提供滤光层而具有改进的对比度，在滤光层中，毫微米大小的金属粒子弥散在介质基质中，以便有选择地吸收预定波长的光，具体地说，选择性地吸收位于由涂敷在荧光屏内表面上的荧光体发射的基色的峰值波长之间的波长的光。介质基质中金属粒子以特定波长谐振并且因此而吸收这些特定波长，从而导致对比度的改进。

Description

阴极射线管
技术领域
本发明涉及阴极射线管(CRT)，更详细地说，涉及具有包含预定的一个吸收峰/多个吸收峰的光吸收滤光层的CRT荧光屏。
背景技术
图1示出传统的CRT的涂有荧光层的荧光屏的局部剖面图。存在两种来自面板的可见光的光源。一种光源是当电子束射到荧光体上时从荧光体发射的光线1。另一种光源是从面板反射的外部环境光。根据入射的外部光线反射的位置，反射光又具有两个分量。第一分量是在荧光屏表面上反射的光线。另一个分量是穿过荧光屏的整个厚度而在荧光体表面上反射的光线。从荧光屏反射的环境光线具有均匀的光谱，这降低了CRT的对比度，因为CRT设计成仅仅以预定的波长发射光线并且通过这些预定波长的选择性组合而显示彩色图象。
图2示出本专业中通常使用的荧光材料P22的发光光谱。蓝色荧光体ZnS:Ag，绿色荧光体ZnS:Au，Cu，Al，和红色荧光体Y2O2S:Eu分别具有450nm、540nm和630nm的峰值波长。反射光分量2，3在这些峰值之间具有比较高的光通量密度，因为其光谱分布在所有可见光波长范围内是平的。从蓝色和绿色荧光体发射的光线的光谱具有比较宽的带宽，因此，从蓝色和绿色荧光体两者发射从450-550nm的一些波长。红色荧光体的光谱具有在580nm附近的不希望有的侧带，在该波长下的发光效率是高的。因此，选择性地吸收450-550nm和580nm附近波长的光线可以大大地改善CRT的对比度，而不必牺牲荧光体的发光。此外，由于吸收580nm附近的光线使CRT的本体颜色呈现浅蓝色，所以，最好吸收410nm附近的外部环境光线，以便补偿所述浅蓝色的外观。
已经努力寻找过选择性地吸收580nm、500nm和410nm附近的光线的方法。例如，美国专利5200667、5315209和5218268都公开了在荧光屏表面上形成包含选择性地吸收光线的染料或颜料的薄膜。另外，曾经在荧光屏的外表面上涂敷多层具有不同折射率和厚度的透明氧化物层，以便利用光干涉来达到减少环境光线反射的目的。但是，这些专利都不能减少从荧光层反射的光线。因此，在美国专利4019905、4132919和5627429中提出在荧光屏的内表面和荧光层之间涂敷吸收预定的波长的中间层。此外，美国专利5068568和5179318公开了一种包括一些高折射率和低折射率交替的层的中间层。
发明内容
本发明的目的是在不必利用染料弥散层或具有不同折射率的多个透明层的情况下将环境光线的反射减至最小。
按照本发明的一个方面，提供一种阴极射线管(CRT)，它包括：玻璃面板，涂敷在所述玻璃面板的内表面上的、具有带弥散在其中的大于1纳米且小于1微米的微小金属粒子的介质基质的至少一个滤光层，所述滤光层具有至少一个预定波长的吸收峰，以及在所述至少一个滤光层上形成的荧光层。
按照本发明的又一个方面，提供一种阴极射线管，它包括：玻璃面板，涂敷在所述玻璃面板的外表面上的、具有带弥散在其中的大于1纳米且小于1微米的微小金属粒子的介质基质的至少一个滤光层，所述滤光层具有至少一个预定波长的吸收峰，以及在所述玻璃面板的内表面上形成的荧光层。
按照本发明的再一个方面，提供一种阴极射线管，它包括：玻璃面板，涂敷在所述玻璃面板的内表面上的、具有带弥散在其中的大于1纳米且小于1微米的微小金属粒子的介质基质的第一滤光层，所述滤光层至少具有一个位于第一预定波长的吸收峰，涂敷在所述玻璃面板的外表面上的、具有带弥散在其中的纳米尺寸的微小金属粒子的介质基质的第二滤光层，所述滤光层至少具有一个位于第二预定波长的吸收峰，以及在所述第一滤光层上形成的荧光层。
附图说明
图1是传统的CRT荧光屏的局部剖面图。
图2是用在传统的CRT荧光屏上的传统的荧光体的发光光谱分布。
图3a是根据本发明的CRT荧光屏的局部剖面图。
图3b是根据本发明的一个实施例的CRT荧光屏的局部剖面图。
图4是根据本发明另一个实施例的CRT荧光屏的局部剖面图。
图5是根据本发明另一个实施例的CRT荧光屏的局部剖面图。
图6是根据本发明另一个实施例的CRT荧光屏的局部剖面图。
图7是根据本发明另一个实施例的CRT荧光屏的局部剖面图。
图8是根据本发明的滤光层的透射光谱分布。
具体实施方式
图3a是根据本发明的CRT荧光屏的剖面图。荧光屏包括玻璃面板10、荧光层12和设置在中间的滤光层11。这里，在玻璃面板10上涂敷滤光层11之后，在荧光体之间形成黑底。与用于先有技术中的颜料相反，所述滤光层是弥散有微小金属粒子的介质基质薄膜，它利用介质基质中金属粒子的表面等离子体谐振(SPR)。这种滤光层在580nm附近具有光吸收峰。
SPR是这样一种现象，其中，诸如二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆等的介质基质中的纳米大小的金属粒子表面上的电子随电场而谐振，并且吸收特定带宽内的光线。关于这方面的细节，见1986年12月份的J.Opt.Soc.Am.B vol.3，No.12，第1647-1655页。这里，“纳米大小”定义为从几个纳米到几百纳米。换言之，“纳米大小的粒子”是直径大于1纳米而小于1微米的粒子。例如，对于具有直径小于100纳米的金(Au)、银(Ag)和铜(Cu)粒子的二氧化硅介质基质，分别吸收530nm、410nm和580nm附近的光线。使用铂(Pt)或钯(Pd)时，吸收光谱是相当宽的，从380nm至800nm，根据基质的种类而定。所吸收的特定波长取决于：介质基质的种类，即，介质基质的折射率；金属的种类；以及这种金属粒子的大小。已经知道，二氧化硅，氧化铝，二氧化锆和二氧化钛的折射率分别是1.52，1.76，2.2和2.5-2.7。
可以使用的金属种类包括过渡金属、碱金属和碱土金属。在它们中间，金、银、铜、铂和钯是最佳的，因为它们吸收可见光。通常，在金属粒子尺寸达到100nm之前，随着金属粒子尺寸的增加，其吸收率往往增加。在100nm以上，随着所述尺寸的增加，吸收峰朝着长波长方向移动。因此，金属粒子的尺寸既影响吸收率又影响吸收峰波长。
金属粒子的最佳数量是相对于介质基质的总摩尔的1-20％(摩尔)。可以在这个范围内选择所需要的光吸收率和吸收峰。
通过以下方法可以使利用二氧化硅基质和金粒子、具有530nm吸收峰的滤光层吸收580nm附近的光线。一种方法是加上具有比较高的折射率的第二介质基质，例如二氧化钛、氧化铝或二氧化锆，使得其吸收峰朝着比较长的波长移动。增加的数量将决定吸收率。应当考虑玻璃面板的透射效率和滤光层的密度来设置吸收峰的吸收率。通常，把吸收峰和吸收率调整到高值是最佳的。第二种方法是加大金粒子的尺寸而不添加第二种介质材料。由于是采用溶胶-凝胶法、以薄膜的形式在玻璃面板上涂敷金属粒子的，所以，可以通过改变水的数量、催化剂的种类和数量以及热处理过程中的温度变化率来改变金属粒子的尺寸。例如，或者所加的水越多或者热处理时间越长，粒子就变得越大。此外，在吸收580nm波长附近的光时最好还吸收410nm附近的光，以便使荧光屏不呈现浅蓝色。
关于介质基质，从包括二氧化硅SiO2、二氧化钛TiO2、二氧化锆ZrO2和氧化铝Al2O3的一组中选择至少一种。最好是各自具有50％重量的二氧化硅和二氧化钛的组合。也可以使用具有8∶2的摩尔比的二氧化锆和氧化铝的另一种组合。
图3b示出本发明的另一个实施例，其中，在涂敷具有和图3a中的相同的特性的滤光层之前形成黑底13。换言之，在玻璃面板的内表面上将黑底做成图案。在所述黑底上面涂敷图3a所描述的完全覆盖所述内表面的SPR滤光层。最后，与下面的黑底相应地在所述滤光层上形成荧光层。本实施例图解说明在本发明中黑底所在的位置不是关键性的。
图4是本发明的另一个实施例，其中使用多层滤光层11a、11b。这些滤光层中的每一层在金属粒子的尺寸以及介质基质的种类方面可以是不同的，使得可以吸收例如580nm附近和低于410nm的两种不同波长范围的环境光线。所述各滤光层中的一个可以在580nm处具有吸收峰，而另一个可以在410nm处具有吸收峰。所述多个不同的滤光层的层叠次序并不重要，因此，这种次序是可以交换的。所述附图仅仅示出两层滤光层，但是，为了吸收其它波长，可以使用多于两个的滤光层。此外，可以使用单一基质层，后者包含各自具有不同吸收峰的多于两种的不同金属粒子。
图5图解说明玻璃面板外表面上的具有弥散在其中的微小金属粒子的、用来减小所述外表面的光反射的滤光层。虽然图中未示出，但是，可以在外表面上涂敷具有不同波长的吸收峰的多于一层的滤光层。
图6示出具有防静电的导电薄膜17和用来既防止面板被刮伤又减小光反射的保护层11c的玻璃面板。通常，导电薄膜17包含铟锡氧化物(ITO)，而所述保护层由二氧化硅制成。根据本发明，在形成二氧化硅保护层之前，将微小的金属粒子加到二氧化硅溶胶中。因此，所述保护层具有选择性光吸收的附加功能。
图7示出其两个表面都涂有包含弥散在其中的微小金属粒子的介质基质薄膜的玻璃面板。例如，可以把外侧面上的第一薄膜11a设计成吸收580nm附近的光，而把内侧面上的第二薄膜设计成吸收500nm或410nm附近的光。当然，可以把具有不同吸收波长的两层薄膜交换位置。
实施例1
把4.5克原硅酸四乙酯(TEOS)弥散在包括30克试剂甲醇、30克乙醇、12克正丁醇(n-buthanol)和4克去离子水的溶剂中。把0.5克(译者注：原文为5克)HAuCl44H2O加到这样弥散的溶剂中，并且在室温下搅拌24小时而制成溶液A。
把36克乙醇、1.8克纯水、2.5克酸(35％浓度)加到25克异丙氧基钛(TIP)中，并且将这种混合物在室温下搅拌24小时而制成溶液B。
通过以下方法来制备涂料：把12克溶液A、3克溶液B和12克乙醇混合，使得金的含量是12％(摩尔)，并且二氧化钛和二氧化硅的摩尔比是1∶1。
在17英寸CRT的面板上形成黑底，并且把50毫升的所述涂料旋涂在以150转/分钟速度旋转的所述面板上。把涂敷后的面板在450℃下加热30分钟。接着，以传统的方法在该面板上形成荧光层。
这样制成的面板具有图8中所示的在580nm处的吸收峰。对比度、亮度和耐用性的测试结果是令人满意的。
实施例2
用NaAuCl3代替HAuCl4，其它事情与实施例1中的相同。
实施例3
用AuCl3代替HAuCl4，其它事情与实施例1中的相同。
实施例4
分别用乙氧基锆，Zr(OC2H5)4和aluminum sec-buthoxide，Al(OC4H9)4代替原硅酸四乙酯(TEOS)和异丙氧基钛(TIP)，并且二氧化锆和氧化铝的摩尔比是4∶1，其它事情与实施例1的相同。
实施例5
把涂料涂敷在荧光屏的外表面，然后，把涂敷后的荧光屏在200-250℃的温度下加热，而其它制造工艺与实施例1的相同。
实施例6
把在实施例5中制造的涂敷后的面板在100℃下预热，然后再涂敷具有9∶1的重量百分比的纯水和联氨，并且在200℃下加热。
实施例7
用NaAuCl3代替HAuCl4，其它事情与实施例5中的相同。
实施例8
用NaAuCl3代替HAuCl4，其它事情与实施例6中的相同。
实施例9
把2.5克的具有80nm的平均粒子直径的铟锡氧化物(ITO)弥散在包括20克甲醇、67.5克乙醇和10克正丁醇的溶剂中而制成涂料。
按照与实施例1中相同的方法旋涂50毫升所述涂料，然后再旋涂实施例1的涂料，以便如图6中所示地实施本发明。
实施例10
把在实施例9中制造的两次涂敷后的面板在100℃下预热，然后再涂敷具有9∶1的重量百分比的去离子水和联氨，并且在200℃下加热。
实施例11
用NaAuCl4代替HAuCl4，其它事情与实施例9中的相同。
实施例12
用NaAuCl4代替HAuCl4，其它事情与实施例10中的相同。
实施例2-12的CRT荧光屏都具有在580nm处的吸收峰，同时，对比度、亮度和耐用性的测试结果是令人满意的。
实施例13
制备除了用AgNO3代替HAuCl4以及银的含量是5％(摩尔)之外与实施例1中的相同的新的涂料。为了提供图4中所示的本发明的实施例，在CRT荧光屏的表面上旋涂实施例1的涂料，并且旋涂所述新涂料，而所有其它制造工艺都与实施例1的相同。
实施例14
为了提供图7中所示的本发明的实施例，在实施例9中制造的CRT面板的内表面上涂敷实施例13的新涂料。
实施例15
制备除了将AgNO3和HAuCl4一起使用以及银和金的含量分别是基于介质基质的总摩尔数的5和12％(摩尔)之外与实施例1中的相同的新的涂料。所有其它制造工艺都与实施例1的相同。
实施例13-15的CRT荧光屏都具有在410nm和580nm处的吸收峰，同时，对比度、亮度和耐用性是令人满意的。

Claims (18)

1.一种阴极射线管，它包括：
玻璃面板，
涂敷在所述玻璃面板的内表面上的、具有带弥散在其中的大于1纳米且小于1微米的微小金属粒子的介质基质的至少一个滤光层，所述滤光层具有至少一个预定波长的吸收峰，以及
在所述至少一个滤光层上形成的荧光层。
2.权利要求1的阴极射线管，其特征在于：所述金属粒子是从包括金、银、铜、铂和钯的一组中选择的金属。
3.权利要求1的阴极射线管，其特征在于：所述金属粒子的含量是相对于所述介质基质的总摩尔的1-20％摩尔。
4.权利要求1的阴极射线管，其特征在于：所述介质基质具有从包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆和氧化铝的一组中选择的至少一种介质。
5.权利要求4的阴极射线管，其特征在于：所述介质基质或者包括1∶1摩尔比的二氧化硅和二氧化钛、或者包括8∶2摩尔比的二氧化锆和氧化铝。
6.权利要求1的阴极射线管，其特征在于：所述至少一个滤光层是单层，并且所述金属粒子具有多于两种不同的金属、使得所述滤光层具有在多于两个的不同波长处的多于两个的吸收峰。
7.一种阴极射线管，它包括：
玻璃面板，
涂敷在所述玻璃面板的外表面上的、具有带弥散在其中的大于1纳米且小于1微米的微小金属粒子的介质基质的至少一个滤光层，所述滤光层具有至少一个预定波长的吸收峰，以及
在所述玻璃面板的内表面上形成的荧光层。
8.权利要求7的阴极射线管，其特征在于：所述金属粒子是从包括金、银、铜、铂和钯的一组中选择的金属。
9.权利要求7的阴极射线管，其特征在于：所述金属粒子的含量是相对于所述介质基质的总摩尔的1-20％摩尔。
10.权利要求7的阴极射线管，其特征在于：所述介质基质是从包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆和氧化铝的一组中选择的至少一种介质。
11.权利要求10的阴极射线管，其特征在于：所述介质基质或者包括1∶1摩尔比的二氧化硅和二氧化钛、或者包括8∶2摩尔比的二氧化锆和氧化铝。
12.权利要求7的阴极射线管，其特征在于：所述至少一个滤光层是单层，并且所述金属粒子具有多于两种的不同金属、使得所述滤光层具有在多于两个的不同波长处的多于两个的吸收峰。
13.一种阴极射线管，它包括：
玻璃面板，
涂敷在所述玻璃面板的内表面上的、具有带弥散在其中的大于1纳米且小于1微米的微小金属粒子的介质基质的第一滤光层，所述滤光层至少具有一个位于第一预定波长的吸收峰，
涂敷在所述玻璃面板的外表面上的、具有带弥散在其中的大于1纳米且小于1微米的微小金属粒子的介质基质的第二滤光层，所述滤光层至少具有一个位于第二预定波长的吸收峰，以及
在所述第一滤光层上形成的荧光层。
14.权利要求13的阴极射线管，其特征在于：所述金属粒子是从包括金、银、铜、铂和钯的一组中选择的金属。
15.权利要求13的阴极射线管，其特征在于：所述金属粒子的含量是相对于所述介质基质的总摩尔的1-20％摩尔。
16.权利要求13的阴极射线管，其特征在于：所述介质基质是从包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆和氧化铝的一组中选择的至少一种介质。
17.权利要求16的阴极射线管，其特征在于：所述介质基质或者包括1∶1摩尔比的二氧化硅和二氧化钛、或者包括8∶2摩尔比的二氧化锆和氧化铝。
18.权利要求13的阴极射线管，其特征在于：所述至少一个滤光层是单层，并且所述金属粒子具有多于两种的不同金属、使得所述滤光层具有在多于两个的不同波长处的多于两个的吸收峰。
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