用于阴极射线管应用的碳化硅涂层 【发明背景】
1.发明领域
本发明涉及一种彩色阴极射线管(CRT)，更具体地涉及一种包括聚焦荫罩的彩色CRT。
2.背景技术的介绍
彩色阴极射线管(CRT)通常包括电子枪、荫罩和屏幕。荫罩插入在电子枪和屏幕之间。屏幕位于CRT管的荧光屏的内表面上。屏幕上形成有三种不同的彩色荧光体(如绿、蓝、红)的阵列。荫罩用于将在电子枪中产生的电子束引导到CRT管的屏幕上的适当彩色荧光体上。
荫罩可以是聚焦荫罩。聚焦荫罩通常包括两组设置成彼此正交的导线(或电线)，从而形成了孔的阵列。对这两组导线施加不同的电压，使其在荫罩的各个孔中产生了多极聚焦透镜。多极聚焦透镜用于将电子束引导到CRT管的屏幕的彩色荧光体上。
聚焦荫罩中的一种类型是张力聚焦荫罩，其中两组导线中地至少一组处于张紧状态。通常对于张力聚焦荫罩来说，垂直的那组导线处于张紧状态，而水平的那组导线重叠在垂直的张紧导线之上。
在两组导线相互重叠的情况下，这种导线通常在其交叉点(连接)处通过绝缘材料相连。当在荫罩的两组导线之间施加不同的电压以在荫罩孔上产生多极聚焦透镜时，在一个或多个连接处会发生高压(HV)飞弧。HV飞弧是在将这两组导线分隔开的绝缘材料上发生的电荷放电。HV飞弧是不希望发生的，这是因为它会在这两组导线之间导致电短路，从而在此之后引起聚焦荫罩失效。
当来自电子枪的电子束被引导到屏幕上的彩色荧光体上时，电子束可能会使聚焦荫罩上的绝缘材料积累电荷。这种电荷积累是不希望发生的，这是因为它会干扰聚焦荫罩将电子束精确地引导到形成于屏幕上的彩色荧光体上的能力，还会在聚焦荫罩的导线之间引起HV飞弧。
因此，存在着对可克服上述缺点的适当绝缘材料的需求。
发明概要
本发明涉及一种彩色阴极射线管(CRT)，其具有抽空的外壳，外壳内设有用于产生电子束的电子枪。外壳还包括荧光屏面板，其具有内表面上带荧光线的发光屏幕。在屏幕的有效图像区域的附近设有聚焦荫罩，其具有多条间隔开的第一导线。第一导线之间的间距形成了多个基本上平行于屏幕上的荧光线的狭缝。各条第一导线均具有在其一个表面上形成的基本连续的绝缘材料层。多条第二导线基本上垂直于多条第一导线而定位，并通过绝缘材料层与之粘合。在多条第二导线和绝缘材料上形成了覆盖层。该覆盖层是半导电层，用于防止绝缘材料层上的电荷积累。
附图简介
下面将参考附图来详细地介绍本发明，在图中：
图1是包括有本发明的张力聚焦荫罩-框架组件的彩色阴极射线管(CRT)的部分轴向剖开的平面图；
图2是图1所示的张力聚焦荫罩-框架组件的平面图；
图3是沿图2中线3-3看去的荫罩-框架组件的正视图；
图4是显示于图2中圆4内的张力聚焦荫罩的放大视图；
图5是沿图4中线5-5看去的张力聚焦荫罩和发光屏幕的视图；和
图6是显示于图5中圆6内的一部分张力聚焦荫罩的放大视图。
【具体实施方式】
图1显示了具有玻壳11的彩色阴极射线管(CRT)10，玻壳11包括通过锥体15而连接起来的荧光屏面板12和管颈14。锥体15具有内导电涂层(未示出)，其从第一阳极按钮16处延伸至颈部14并与之接触。位于与第一阳极按钮16相对的第二阳极按钮17与导电涂层不接触。
荧光屏面板12包括观看屏18以及周边凸缘或侧壁20，其通过玻璃粉21密封在锥体15上。荧光屏18的内表面上带有三色的发光荧光屏22。如图5中的详细显示，屏幕22是条形屏幕，其包括分别由红色、绿色、蓝色荧光线R、G、B组成的多个屏幕元素，三条荧光线设成一组，每个三色荧光组都包括三种颜色的荧光线各一条。最好采用光吸收基体23来隔开荧光线。最好由铝形成的薄导电层24覆盖在屏幕22上，并提供了用于在屏幕上施加均匀的第一阳极电位以及反射由荧光体发出的通过荧光屏18的光线的元件。
在荧光屏面板12内通过传统方式可拆卸地安装了圆柱形多孔色彩选择电极或张力聚焦荫罩25，其相对于屏幕22形成预定的间隔。如图1中的虚线示意性表示的电子枪26安装在管颈14的中心，产生并引导三条成直线的电子束28，电子束28包括一条中心束和两条侧束或外束，其沿会聚路径通过张力聚焦荫罩25到达屏幕22。中心束28的直线方向近似垂直于图纸平面。
图1所示的CRT与显示于锥体-管颈连接处附近的外部磁偏转线圈如偏转线圈30一起使用。当受到激励时，偏转线圈30使三条电子束受到磁场作用，使得电子束在屏幕22上扫描出水平和垂直的矩形光栅。
张力聚焦荫罩25最好由约0.05毫米(2密耳)厚的低碳钢(约0.005％重量的碳)矩形薄板形成。用于张力聚焦荫罩25的合适材料包括热膨胀系数(COE)在约120-160×10-7/摄氏度范围内的高膨胀低碳钢；中等膨胀合金，例如热膨胀系数在约40-60×10-7/摄氏度范围内的铁钴镍合金(如KOVARTM)；以及低膨胀合金，例如热膨胀系数在约9-30×10-7/摄氏度范围内的铁镍合金(如INVARTM)。
如图2所示，张力聚焦荫罩25包括两个长边32，34和两个短边36，38。张力聚焦荫罩25的两个长边32，34平行于CRT的中心长轴X，而两个短边36，38平行于CRT的中心短轴Y。
张力聚焦荫罩25(图2中由虚线示意性地示出)包括多孔部分，其靠近并重叠在屏幕22的有效图像区域上。参考图4，张力聚焦荫罩25包括多条第一金属线40(导线)，各金属线的横向尺寸或宽度为约0.3毫米到约0.5毫米(12-20密耳)，其由基本上等距隔开的狭缝42间隔开，各狭缝42的宽度为约0.27毫米到约0.43毫米(11-16密耳)，并平行于CRT的短轴Y和屏幕22的荧光线。对于对角线尺寸为68厘米的彩色CRT来说，第一金属线的宽度在约0.3毫米到约0.38毫米(12-14.5密耳)的范围内，狭缝42的宽度为约0.27毫米到约0.33毫米(11-13.3密耳)。在对角线尺寸为68厘米(27V)的彩色CRT中，约有760条第一金属线40。各狭缝42从荫罩的一个长边32延伸到其另一长边34上(图4中未示出)。
图1-3中显示了用于张力聚焦荫罩25的框架44，其包括四个主要部件，二个扭管或曲形件46，48和两个张力臂或伸直件50，52。两个曲形件46，48平行于长轴X并相互平行。
如图3所示，各伸直件50，52包括两个部分地重叠的部件或部分54，56，各部分均具有L形截面。重叠部分54，56在重叠处焊接在一起。各重叠部分54，56的一端与曲形件46，48中的一个的一端相连。曲形件46，48的曲率与张力聚焦荫罩25的圆柱曲率相匹配。张力聚焦荫罩25的长边32，34在两个曲形件46，48之间焊接，为荫罩提供了必要的张力。在将张力聚焦荫罩25的长边32，34焊接到框架44上之前，必须对荫罩材料施加预应力并使其变黑，这可通过在氮气和氧气的受控环境中以约500摄氏度的温度对荫罩材料加热约120分钟并同时张紧荫罩材料来实现。框架44和荫罩材料在焊接在一起时构成了张力荫罩组件。
参考图4和5，设置了多条第二金属线(导线)60，其均具有约0.025毫米(1密耳)的直径，它们基本上垂直于第一金属线40，并通过形成在各第一金属线40的朝向屏幕的一侧上的绝缘体62与之隔开。第二金属线60形成了交叉件，其便于将第二阳极电位或聚焦电位施加给张力聚焦荫罩25。第二金属线的合适材料包括铁镍合金如INVARTM，和/或不锈钢如HyMu80导线(可以从美国宾夕法尼亚州Reading的Carpenter Technology公司买到)。
对于对角线尺寸为68厘米(27V)的彩色CRT来说，相邻第二金属线60之间的垂直距离或间距约为0.33毫米(13密耳)。相对较细的第二金属线60(与第一金属线40相比而言)提供了张力聚焦荫罩25必要的聚焦功能，而不会对电子束的传输产生负面影响。这里介绍的张力聚焦荫罩25在屏幕22的中央提供了约40-45％的荫罩穿透率，对于约为30千伏的第一阳极电压来说，施加给第二金属线60的第二阳极电压或聚焦电压ΔV与施加给第一金属线40的第一阳极电压的电压差小于约1千伏。
图4所示的绝缘体62基本上连续地设置在各第一金属线40的朝向屏幕侧。第二金属线60与绝缘体62粘合，从而将第二金属线60与第一金属线40电绝缘。
绝缘体62由适当的材料形成，该材料具有与张力聚焦荫罩25的材料相匹配的热膨胀系数。绝缘体的材料最好应具有相对较低的熔化温度，使其在约450摄氏度到约500摄氏度的温度范围内可流动、固化并粘附在第一和第二金属线40，60上。绝缘体材料也应最好具有约40000伏/毫米(1000伏/密耳)的介质击穿强度，其体积和表面电阻率分别为约1011欧姆-厘米以及1012欧姆/平方。另外，绝缘体材料在用于将CRT荧光屏面板12密封在锥体15上的温度(约450摄氏度到约500摄氏度的温度)下必须是稳定的，而且应具有足够的机械强度和弹性模量，并且在长时间的电子束轰击下的处理和操作过程中具有很低的脱气性。
合适的绝缘体材料包括硅酸盐玻璃，如硼硅酸铅锌玻璃，掺杂有过渡金属氧化物的硼硅酸铅锌玻璃，以及有机硅酸盐材料。
在多条第二金属线60和绝缘体62之上形成了覆盖层65。该覆盖层65是半导电层其用于防止绝缘材料层上的电荷积累。半导电覆盖层65最好具有在约1011欧姆/平方到约1014欧姆/平方的范围内的表面电阻。该覆盖层65最好具有在约100埃到约500埃的范围内的厚度。
合适的半导电材料层为碳化硅。碳化硅可以是掺杂的碳化硅层。掺杂物提高了半导电材料中的自由载流子的数目，从而控制了其传导率。适合的掺杂物包括第III族元素和第V族的元素，例如磷(P)、硼(B)、铝(Al)和砷(As)等。
可以通过在例如等离子增强的化学气相沉积(PECVD)系统中对包括有硅源和碳源的气体混合物施加电场(如射频(RF)功率和直流功率)，从而形成碳化硅层。适合的硅源和/或碳源包括选自甲烷(CH4)、硅烷(SiH4)、乙烷(C2H6)、乙硅烷(Si2H6)、氟代甲烷(CH3F)、二氟甲烷(CH2F2)、三氟甲烷(CHF3)和四氟化碳(CF4)中的一种或多种化合物。或者，硅源和碳源也可采用有机硅烷化合物，例如甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、三甲硅烷基甲烷((CH(SiH3)3)、二甲硅烷基甲烷((CH2(SiH3)2)以及甲硅烷基甲烷((CH3(SiH3))等。
合适的掺杂气体包括磷杂环戊二烯(PH3)、乙硼烷(B2H6)和三甲基硼烷(B(CH3))等。
通常来说，可利用PECVD系统并采用以下的沉积工艺参数来形成碳化硅层。这些工艺参数的范围是：约150摄氏度到约300摄氏度的温度、约0.1托到约5托的压力、约1％到约30％的碳源/硅源气体流量比、约0.2％到约5％的掺杂物/硅源气体流量比，以及约10毫瓦/平方厘米到约200毫瓦/平方厘米的等离子功率。上述工艺参数可提供约1埃/秒到约4埃/秒范围内的碳化硅层的沉积速率。上面所列的参数也可根据具体的材料来源和/或用于形成碳化硅层的沉积系统而变化。
根据制作张力聚焦荫罩25的优选方法并参考图6，可通过例如喷涂来将绝缘体的第一涂层64设置在第一金属线40的朝向屏幕的一侧。在此示例中，第一金属线40由低膨胀合金如INVARTM形成，其具有9-30×10-7/摄氏度的范围内的热膨胀系数。第一绝缘体涂层64例如可以是硼硅酸铅锌玻璃，例如SCC-11。绝缘体的第一涂层64通常具有约0.05毫米到0.09毫米(2-3密耳)的厚度。
包括所涂覆的第一金属线40在内的框架44在室温下干燥。在干燥后，通过在炉中加热框架44和第一金属线40来使绝缘体材料的第一涂层64硬化(固化)。框架44被加热超过约30分钟以达到约300摄氏度的温度，并在300摄氏度下保持约20分钟。然后在约20分钟的时间之后将炉温升高到约460摄氏度，并在此温度下保持约一个小时，使得第一金属线40上的绝缘体材料的第一涂层64熔化并结晶。绝缘体材料的第一涂层64在固化后通常将不会再熔化。绝缘体材料的第一涂层64通常为圆顶形，并在各条第一金属线40上具有在约0.05毫米到约0.09毫米(2-3.5密耳)的范围内的厚度。
在绝缘体材料的第一涂层64硬化之后，在绝缘体材料的第一涂层64之上涂覆绝缘体材料的第二涂层66。绝缘体材料的第二涂层66具有与第一涂层相同的组分。绝缘体材料的第二涂层66具有约0.0125毫米到0.05毫米(0.5-2密耳)的厚度。
之后，在框架44上的绝缘体材料的第二涂层66之上涂覆第二金属线60，使得第二金属线60基本上垂直于第一金属线40。采用绕线夹具(未示出)来涂覆第二金属线60，使其精确地保持所需的间距，例如对于对角线尺寸为约68厘米(27V)的彩色CRT来说，相邻金属线之间的间距为约0.33毫米(13密耳)。
或者，也可以在绕线操作之后将绝缘体材料的第二涂层66涂覆在绝缘体材料的第一涂层64和第二金属线60之上。
包括绕线夹具在内的框架44被加热到约460摄氏度的温度下约30分钟，以使第二金属线60与绝缘体材料的第二涂层66粘合在一起。
在固化之后，在多条第二金属线60和绝缘体材料的第二涂层66上形成半导电的覆盖层65。半导电覆盖层65例如可以是掺杂磷的N型碳化硅层。
半导电覆盖层65具有在约100埃到约500埃的范围内的厚度。碳化硅的半导电覆盖层65例如可通过在电场下使包括甲烷(CH4)、硅烷(SiH4)和磷杂环戊二烯(PH3)的气体混合物发生反应而形成，反应根据以下条件进行：约250摄氏度的温度，约0.5托的压力，约25毫瓦/平方厘米的功率，约15％的CH4/SiH4的流量比，以及约1％的PH3/SiH4的流量比。
在形成碳化硅的半导电覆盖层65之后，进行第一和第二金属线40，60的电连接，并将张力聚焦荫罩25插入到管壳内。