本发明涉及以电子照相方式制造荧光屏组件的装置和方法，更准确地说，涉及使用格栅显影电极制造彩色阴极射线管（CRT）的荧光屏组件，该CRT使用干粉状、摩擦带电的荧光屏结构材料。 普通荫罩板型CRT包括一个体内设有含以循环顺序排列的发射三种不同颜色的荧光质元素阵列的观看屏的真空玻壳，产生三束导向荧光屏的会聚电子束的装置，以及含有精确配置在荧光屏和电子束产生装置间的多孔金属薄片的选色结构或荫罩板。该多孔金属片遮蔽荧光屏，而入射角的差异使每一电子束传输到的部分有选择地只激发所要求发射颜色的荧光质元素。有光吸收材料的基体包围该荧光质元素。
1969年10月28日颁布给H.G.Lange的美国专利第3，475，169号公开了一种以电子照相方式屏蔽彩色阴极射线管的方法。在CRT面板地内表面涂有挥发性传导材料，然后再涂一层挥发性光敏材料。然后使此光敏层均匀充电，有选择地用通过荫罩板的光予以曝光建立电荷潜象，并用高分子量载体液态支承，在悬浮状态中显影出许多有选择地淀积于该光敏层适当充电区具有给定发射颜色的荧光质粒子。对于荧光屏的每三种发射颜色（即绿、蓝、红）之一的荧光质重复充电、曝光和淀积过程。
1990年5月1日发布的P.Patta等人的美国专利第4，921，767号描述了电子照相屏蔽方面的改进，它使用其上至少有一表面电荷控制剂以控制对材料摩擦充电的干粉状、摩擦充电的荧光屏结构材料。由于基体及荧光质材料的“干式加工法”所需步骤较少，从而该方法降低了制造成本和时间。此方法的缺点是由于光敏层附近的静电场变化而无法完全排除来自选定的光敏导体区的带正电荷的荧光质粒子而可能出现交叉污染或背景淀积，这将在下面说明。
因此，需要有以电子照相方式制造、利用干粉状、摩擦充电的荧光屏材料的荧光屏组件而没有不同颜色发射材料交叉污染的装置。
根据本发明，一种以电子照相方式在一基体上制造用在CRT内的发光屏幕组件的装置包括使利用干粉状、摩擦充电荧光屏结构材料在光敏层上形成潜象显影的装置。该光敏层在与基体相接触的传导层上面。有一新颖格栅显影电极与光敏层相分隔，其距离与潜象的最小尺寸比较相对为大。该电极受到适当电位的偏置，而影响充电的荧光屏结构材料在充电光敏层上的淀积。用于以电子照相方式制造该荧光屏组件的方法是利用该格栅显影电极。
附图中：
图1是根据本发明制造的彩色阴极射线管的轴线截面部分平面图。
图2是图1中所示管的荧光屏组件截面图。
图3a示出其上具有传导层和光敏层的CRT面板的部分视图。
图3b示出在CRT面板上对光敏层充电情形。
图3c示出在荧光屏制造过程中后续曝光步骤期间的CRT面板和荫罩板部分。
图3d示出在荧光屏制造过程中显影步骤中的CRT面板和新颖格栅显影电极。
图3e示出在制造荧光屏的稍后定影步骤中已部分完成的CRT面板。
图4示出在没有使用新颖格栅显影电极时荧光屏制造过程一步骤中CRT面板上光敏层带电荷部分中电力线的取向。
图5示出在制造荧光屏过程中基体显影期间，图3d圆圈A中的CRT面板及新颖格栅显影电极的部分。
图6示出在没有使用该格栅显影电极时荧光屏制造过程后续步骤中CRT面板上光敏层带电荷部分中电力线的取向。
图7示出在荧光屏制造过程中荧光质显影步骤中，图3d圆圈A中的CRT面板及新颖格栅显影电极部分。
图1示出的彩色CRT 10的玻壳11包括有矩形面板屏12和与矩形漏斗状部分15相连的管颈14。此漏斗状部分15设有内导电涂层（未示出），该涂层与阳极钮16相接触而延伸至管颈14。屏12包括观看屏或面板18以及周边凸缘或侧壁20，后者用玻璃料21与漏斗状部分15相密封。面板18的内表面上载有三色荧光质荧光屏22。荧光屏22，如图2所示，最好是线条网屏，它包括许多分别由发红、发绿和发蓝荧光质条R、G和B所组成的荧光屏元素，这些元素按循环顺序配置为彩色群或三条带图素或三色组，并按一般与电子束产生平面垂直的方向伸展。本实施例在正常观看位置时，荧光质条按垂直方向延伸。最好用在该领域已知的光吸收基体材料23将荧光质条彼此分隔。另一种方式为该荧光屏可以是一种点屏。在荧光屏22上有一薄传导层24（最好是铝材料），并提供一种用以在荧光屏上施加均匀电位，以及通过面板18反射由荧光质元素发射的光的装置。荧光屏22和其上的铝层24组成荧光屏组件。
再参照图1，用普通装置以可移动方式将多孔彩色选择电极或荫罩板25安装成与荧光屏组件有预定的间隔关系。将图1中用虚线简略示出的电子枪26安装在管颈14的中央以产生及引导三电子束28沿会聚路径通过荫罩板25的孔隙到荧光屏22上。电子枪26可包括例如双电位电子枪（1986年10月28日颁布给A.M.Morrell等人的美国专利第4，620，133号所描述的类型）或任何其它合适的电子枪。
管10预定要设计成与位于漏斗部分和管颈的接合处的外部磁偏转线圈（例如偏转线圈30）配合使用。当受到激励时，偏转线圈30使三电子束28受磁场影响，以水平和垂直方式在荧光屏22的矩形网板上扫描。偏转起始平面（零偏转）见图1中P-P线。约位于偏转线圈30的中间。为简明起见，没有示出在偏转区偏转束路径的实际曲率。
荧光屏22用电子照相方法予以制造，该方法在上面引用的美国专利第4，921，767号中有所描述，并以示意方式在图3a至3e予以表示。
用普通的正电晕放电装置36在无光环境中对传导层32上的光敏层34充电，示意性地在图3b中示出该放电装置36在光敏层34上移动，其充电范围为+200至+700V，最好是+200至+500V。将荫罩板25插入屏12中，通过该荫罩板，用配置于普通三合一荧光屏拍摄室（图3C中以透镜40代表）内的氙灯38对带正电荷光敏体进行曝光。每一次曝光后，将灯移至不同位置，重复来自电子枪的电子束的入射角。需要来自三个不同灯位置的三次曝光在光敏层34上建立潜在电荷分布或潜象，即在随后将发光荧光质淀积到荧光屏的光敏区予以放电。此潜象曝光区对于19V荧光屏一般约为0.20×290mm，对于31V荧光屏一般约为0.24×470mm。
当在光敏层34附近无其它带电材料或传导电极时，三次曝光的潜象在层34附近产生潜象电场，如图4中所示以弯曲的电力线46表示，由未曝光带正电荷区向曝光放电区伸展。按传统习惯，电力线方向即为正电荷粒子所受力的方向;负电荷粒子所受的力方向相反。电力线46与表面电荷在位置上变化最急剧区域的光敏层34大致平行，而与光敏层34上其潜象几乎滑有空间变化的表面大致正交。当横向间隔，即曝光区之间的未曝光区的宽度为0.10到0.30mm（一般约为0.25mm）的范围，而起始表面电位在+200到+500V最佳范围时，光敏层34上的潜象电场的峰值在每公分数万伏范围内。由三个不同灯位置的三次曝光产生的曝光区一般比未曝光区宽数倍，结果，该表面上的垂直电场分量，在狭窄的未曝光区中比在较宽的曝光区中的更强。光敏层34表面附近的潜象电场值随着离开该表面的距离而迅速减小，在间距与约3/4潜象图案周期相当（约0.19mm）时，其峰值减小至KV/cm的十分之几。
在图3C的曝光步骤之后，将荫罩板25从屏12中移去，并使该屏移动到含有适当调配的光吸收黑色基体荧光屏结构材料的干粉粒子的第一显影容器42（图3d）上。该黑基体材料可按美国专利第4，921，767号所描述的方法摩擦充电。
图3d所示的显影容器42包括新颖格栅显影电极44，它一般是用每公分有6至8个开口的导电网络所制成，并为方便下文将要说明的显影将其与光敏层34相分隔。虽以每公分6至8个开口为宜，但每公分100开口也在使用成功的。
电极44与光敏层34的间隔至少应为导电网开口的横向周期的两倍，以使由电极44产生的电场充分均匀。另外，该间隔应足够大以产生超越由电力线46所表示的潜象电场范围而大体上均匀的垂直电场分量，这将在下文中加以说明。光敏层34与电极44间的标准间隔为0.5至4cm，最好是1cm到2cm。该间隔与光敏层34上所产生的潜象的最小尺寸比较相对是大的。电极44对于显影黑色基体和荧光图案特别有用，正如在下文中所说明的。
在显影期间，如图5所示，带负电荷的基体粒子48受排斥而进入格栅电极44附近的容积中。结果空间电荷体在格栅显影电极44外面产生出大体上均匀的垂直电空间电荷电场分量50。该空间电荷电场分量50受导引背离光敏层34，其作用是使带负电荷的基体粒子48通过周围空气的相反拉力而推向光敏层34。空间电荷电场大小可由零点几KV/cm到数KV/cm不等;取决于显影容器42的几何形状和带负电荷的基体粒子48的物理特性。特别是，该空间电荷电场强度与带负电荷的基体粒子48离开显影容器42的流速成正比，而与可能施加于格栅显影电极44上约0至-200V范围内任何电位无关。该格栅显影电极44的用途是受光敏层34附近的外加电位或偏压的控制建立空间上均匀的同电位表面。通过该方法，空间电荷电力线50终止，而在光敏层34与格栅显影电极44间容积内的独立并大体均匀的垂直电场分量52与施加于电极44的电位和来自光敏层34上潜象的正电位空间平均值间的差异成正比，与光敏层34到电极44的距离成反比。如图5所示，该均匀的电场分量52与光敏层34表面附近的现存潜象电场作矢量相加，其所产生对潜象电场电力线46的失真程度可忽略不计。然而，该可忽略不到的失真既不能使潜象电场加强，也不会使与潜象电场相关的电力线46拉直。结果是电场在与光敏层34距离约为3/4潜象图案重复周期处（一般小于1mm）的狭窄区域54内经历一次转变。格栅显影电极44必须置于此距离以外，使显影过程工作正常。在距离大于转变区54的距离时，接近带负电荷基体粒子的电力受由格栅景影电极44所控制的基本上均匀的电场分量52所支配。在较近距离，即光敏层34和转变区54之间，快速强化的潜象电场仍占优势。
在上文引述的其中没有使用格栅显影电极的美国专利第4，921，767中，来自带负电荷基体粒子本体而基本上均匀的空间电荷电场直接延伸至光敏层34表面附近的潜象。基体材料受排斥而脱离显影容器42的流速的波动变化，使空间电荷电场大小产生相关的波动变化。当空间电荷电场太强时，可能使光敏层34表面未曝光区内的潜象电场排斥分量的方向反转，从而使粒子落在不希望的，即光敏层上未曝光位置上。稍弱的空间电荷电场不反转潜象电场的排斥分量，但可能使电场转变区的位置位移而太接近光敏层34。当此位移发生时，高质量密度、高摩擦电荷和（或）大尺寸的带负电荷基体粒子可以获得朝向光敏层34的足够动量而横越排斥力的狭窄空间，从而落在上述不希望的位置上。在本发明中，将格栅显影电极44置于大致超过转变区54的距离上，以在潜象电场范围外，提供一受控、基本上均匀的电场分量52。将格栅显影电极44置于此位置，使以电力线46表示的潜象电场免受由显影容器42排斥的粒子的空间电荷所产生的空间电荷电场50的影响。通过考虑来自显影容器42的材料流速和带负电荷基体粒子物理特性，可以调整加在格栅显影电极上的偏压，使基体粒子在光敏层不希望的位置上的淀积最少。施加于格栅显影电极44的电位应比来自潜象的电位空间平均值更负，使在转变区54外面基本均匀的电场分量52的作用为将带负电荷的基体粒子48吸引到光敏层34上。在格栅电极44上的电位有效值为0到约-200V。如由格栅显影电极44所建立的均匀电场分量52比来自空间电荷本体的电场50弱，此栅极电场不能支持与带负电荷基体粒子受排斥而离开显影容器42的流速同样高的材料流通速率。因此，格栅显影电极44将收集一部分带负电荷基体粒子，而其余部分则继续以对应于格栅显影电极44与光敏层34间已减小的电场强度的较低流速流向光敏层34。反之，若格栅显影电极44与光敏层34间的均匀电场分量52等于或强于空间电荷的电场50，则由格栅显影电极44所收集的带负电荷基体粒子甚少。粒子48将反而易于通过格栅显影电极44的开口，并加速到与较高场分量52相关的新流速。带负电荷基体粒子受推而通过转变区54，且被吸引到光敏层34的带正电荷未曝光区，通过称之为直接显影的过程，形成基体层23。
然后，如图3e所示，可用红外线辐射，通过使基体材料的聚合物成份熔化或热结合于光敏层而使基体材料粒子48定影，形成基体23。
再将含基体23的光敏层34均匀充电至约200至500V的正电位，供第一种三色发射、干粉状荧光质荧光屏结构材料之用。将荫罩板25再插入屏12，而由来自荧光屏拍摄室40内第一位置的可见光对于其上将淀积发射绿色的荧光质材料位置对应的光敏层34上选定区进行曝光，并按选择使曝光区放电。该第一光位置接近绿色荧光质撞击的电子束入射角。当在光敏层34附近没有其它带电荷材料或传导电极时，来自单次曝光的潜象产生一个如图6中所示以弯曲的电力线46′表示的潜象电场，其从未曝光而带正电荷区延伸至已曝光且已放电区。电力线46′在表面电荷位置上变化最为急剧区域与光敏层34表面基本平行，而在潜象空间变化极少的部分它们与光敏34表面基本垂直。当发射绿色的荧光质材料将淀积其上的已曝光区之间的横向间隔为0.3至0.9mm范围（一般是0.76mm），并且起始表面电位的范围最好为+200至+700V时，在光敏层34的潜象电场峰值在数十KV/cm范围内。与前述用于黑色基体图案的来自三个灯光位置的三次重叠曝光不同，该来自单一灯光位置的曝光所产生的曝光区一般比未曝光区要窄若干倍，结果，该表面上垂直电场分量，在狭窄曝光区比在较宽阔的未曝光区要强。光敏层34表面附近的潜象电场值随着离开该表面的距离而迅速减小，在间距与约3/4潜象图案周期相当时，其峰值减小至KV/cm的十分之几。
在对将要淀积发射绿色的荧光质的位置曝光后，将荫罩板25从屏12中移去，并使该屏移动到有一格栅显影电极44及适当调配的发射绿色荧光质的干粉状粒子的第二显影容器42上。该荧光质粒子用在1990年5月1日颁布给P.Datta等人的美国专利第4，921，727号及由P.Datta等人在1988年12月21日提交的美国专利申请第287，358号中所描述的适当电荷控制材料予以表面处理。
在称为反转显影的过程中，带正电荷而发射绿色的荧光质粒子由该显影容器中排出，并受光敏层34及基体23中带正电荷区域的排斥而淀积在光敏层34已放电且已曝光区域。如图7所示，有相当数量的带正电荷发射绿色的荧光质粒子48′受驱逐进入格栅显影电极44附近的容积内，从而在格栅显影电极44外面产生独立而近乎均匀的垂直电空间电荷电场分量50′。该空间电荷电场分量50′指向光敏层34，其作用是使带正电荷发射绿色荧光质粒子48′通过周围空气的相反拉力而推向光敏层34附近。空间电荷电场大小可由零点几KV/cm到数KV/cm不等，取决于该显影容器的几何形状和带正电荷发射绿色的荧光质粒子48′的物理特性。特别是，该空间电荷电场强度与带正电荷发射绿色的荧光质粒子48′离开显影容器42的流速成正比，而与可能施加于格栅显影电极44上约0至+2000V范围内电位无关。此格栅显影电极44加+200至+1600V范围内的正偏压，取决于电极44与光敏层34间的间隔。该间隔越近，在电极44和光敏层34间建立所希望的基本均匀的电场52′所需要的电压越低。该电场52′的强度使荧光质粒子在其接近与光敏层34表面相距一般约1mm以内距离的前述电场转变区54′时，建立其所要的速度。在没有格栅显影电极时，该来自受显影容器42驱逐的带正电荷荧光质粒子本体的空间电荷电场的推进作用可能甚为强烈而足以使光敏层34已曝光区内的潜象电场的排斥作用大为减小。结果在光敏层34表面附近的潜象电场垂直分量可能不能有效地使在反转显影中带正电荷发射绿色的荧光质粒子驱离应无绿色荧光质的光敏层区域。因此，除非在荧光质显影期间使用格栅显影电极44，否则会发生交叉污染。
施加于格栅显影电极44的正电位是根据来自显影容器42荧光质材料所希望的流速，以及根据发绿色的荧光质粒子诸如尺寸大小、质量密度及电荷等各项物理特性而予以调整，以使粒子在不希望位置上的淀积为最少。施加于格栅显影电极44的电位应比来自潜象的电位空间平均值更正，以使转变区54′之外基本均匀的电场52′将带正电荷荧光质粒子48′吸引到光敏层34上。如果由格栅显影电极44所建立的电场52′比来自空间电荷本体的电场50′弱，该栅极电场则无法使材料流速维持在与荧光质粒子48′受显影容器42排斥的同样高速度上。因此，格栅显影电极44将收集一部分带正电荷荧光质粒子，而其余部分则继续以对应于格栅显影电极44与光敏层34间减小的电场强度的较低流速流向光敏层34。反之，若格栅显影电极44与光敏层34间的电场52′等于或强于空间电荷电场50′，则由格栅显影电极44所收集的正电荷荧光质粒子甚少。粒子48′反而将通过格栅显影电极44的开口并加速到与较高电场52′相关的新流速。因此，荧光质粒子48′受推进通过转变区54′，被吸引到光敏层34的已放电曝光区。按下文所述，将淀积的发绿色荧光质粒子定影在光敏层上。
对光敏层34、基体23及绿色荧光层（未示出）再均匀充电到大约200至700V的正电位，以供荧光屏结构材料发蓝色荧光质粒子应用。将荫罩板再度插入屏12，而由来自荧光屏拍摄室40内第二位置的可见光对光敏层34所选定区进行曝光，并有选择地使已曝光区放电，所述第二光位置接近蓝色荧光质撞击的电子束的入射角。将荫罩板25从屏12中移去，并使该屏移到含有经适当调配的发蓝色荧光质干粉状粒子的第三显影容器42上。如上所述，该荧光质粒子经以适当的电荷控制材料予以表面处理，使其上带有正电荷。所述干粉状、摩擦带正电、发蓝色荧光质粒子从第三显影容器42退出，并由受偏置的格栅显影电极44的受控、基本均匀电场52′推进至转变区54′，再从光敏层34、基体23及绿色荧光质材料等带正电荷区排斥出来，淀积于光敏层已放电的曝光区。如下文所述，将淀积的发蓝色荧光质粒子定影在光敏层上。
对干粉状、发红色且表面处理过的荧光质粒子重复充电、曝光、显影和定影过程。由来自荧光屏拍摄室40内第三位置的可见光对光敏层34的带正电荷区进行曝光并有选择地对其进行放电，所述第三位置接近于红色荧光质撞击的电子束的入射角。所述干粉状、摩擦带正电荷、发红色荧光质粒子从第四显影容器42退出，并由格栅显影电极44的受控、基本均匀电场52′推进至转变器54′，并从先前淀积的荧光屏结构材料带正电荷区排斥出来，淀积于光敏层34的放电区。
对每一次后续荧光质材料的淀积进行红外辐射，以使聚合物成份熔化或以热方式与光敏层34相结合，从而将该荧光质定影。将发红色荧光质材料定影后，如该技术领域已知的，对该荧光结构材料覆以薄膜然后进行镀铝处理。
将面板屏12在温度为425℃空气中烘焙30分钟左右，以驱除包括导电层32、光敏层34的荧光屏的易挥发成份，以及在荧光屏结构材料及薄膜材料中存在的溶剂。结果该荧光屏组件拥有比传统湿式方法处理的荧光屏更高的分辨率（用分辨率目标获得小如0.1mm线宽），更大的光输出，且由于减小了荧光质材料的交叉污染，其彩色纯度也较高。
在先前将电子照相应用在办公室复印机中（参阅1957年3月5日颁布给Walkup的美国专利第2，784，109号），使用了显影电极。用来消除在均匀充电，即，未曝光或部分曝光区显像时所遭遇的边缘增强效应，这些区域实际上比在标准印刷字体的线条笔划宽度为大，后者一般为0.5至1.0mm数量级。在这些应用中，此电极间隔实际上比均匀显影区，即未曝光区的尺寸更接近受光层，且其所施加电位足够大而将带电荷影象区边缘附近的弯曲电力线明显拉直。使小黑暗范围，诸如线条、字母、字符等显影时，则不需该电极，因为这些地方的尺寸大小与CRT荧光屏的荧光质及基体线条的最小尺寸相当。相对于这种应用，按电子照相方式制造本发明中彩色CRT的荧光屏组件所使用的格栅显影电极44在结构上和功能上都与复印机中所用的电极不同。该新颖格栅电极44与光敏层34保持一相当大的距离（一般为0.5～4.0cm），例如：等于或大于6倍未曝光潜象区最小尺寸的特征尺寸（荧光质约0.75mm，基体约为0.25mm），并在空间变化的潜象电场（46和46′）有效范围之外。而且，故意将施加于格栅电极44的电位量限制在其所产生的高度局部化潜象电场失真量甚小的数值范围，因而不致发生电力线增强及拉直现象。
该新颖格栅显影电极44使荧光质有比在无此电极的干粉法所能做到的更均匀的淀积，而没有交叉污染。该电极还设有装置以调节面板上各不同区的荧光质淀积量，类似于传统的淤浆屏蔽中经控制淤浆厚度及荧光屏拍摄室的光强分布而获得荧光屏重量变化。在本方法中，荧光屏重量由施加于格栅显影电极44的偏置电位和电极44与面板18上光敏层34间的距离予以控制。此格栅显影电极的外形轮廓通常与面板曲率一致，但是，可以对其加以调整以补偿荧光质显影装置中的不均匀性，或用以获得荧光质荧光屏重量中所要求的不均匀。此外，本说明中所述的装置及方法都可用以在同一显影容器上屏蔽各种尺寸的管子，其唯一变化是格栅显影电极的尺寸而已。