СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ЭКРАНА Российский патент 1995 года по МПК H01J9/22 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления люминесцентных экранов для электронно-лучевых приборов (ЭЛП) с высокой разрешающей способностью.

Известен способ изготовления люминесцентного экрана, заключающийся в осаждении люминофорного порошка из раствора силиката калия на экранную подложку [1].

Недостатками этого способа являются крупнозернистая структура и большая толщина получаемых покрытий, не позволяющие использовать их в ЭЛП с высокой разрешающей способностью, а также большая длительность формирования люминофорных слоев (1,5-2,0 ч).

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления люминесцентного экрана методом осаждения [2], включающий осаждение люминофора на экранную подложку из суспензии, приготовленной путем добавления водораст- воримого полимерного и поверхностно-активного вещества (ПАВ) в суспензию люминофора в растворе силиката калия с последующим введением этой суспензии в стеклооболочку ЭЛП с раствором электролита - водорастворимой соли двухвалентных металлов (например, нитраты стронция или бария).

Недостатком такого способа является необходимость использования большой высоты (5-10 см) осаждения люминофора из суспензии на экранную подложку, обеспечиваемой введением большого количества люминофорной суспензии. Известно (Саминский Л. А. Исследования в области нанесения катодолюминофоров: Дис. на соиск. учен. степени, к.т.н., М., 1969), чем высота осаждения люминофора больше, тем более рыхлый крупнозернистый слой получается из-за увеличения вероятности агрегации частиц люминофора. Увеличение агрегации при увеличении высоты осаждения обусловлено увеличением числа столкновений оседающих частиц люминофора друг с другом, приводящих к их слипанию в крупные агрегаты, которые затем, оседая на экран, образуют люминофорный слой с неплотной крупнозернистой структурой.

Необходимость применения большой высоты (более 5 см) осаждения люминофора в способе-прототипе обусловлена тем, что силикатную суспензию люминофора, содержащую полимерное ПАВ, вводят через распределительное сопло непосредственно в стеклооболочку ЭЛП, в которой уже находится раствор электролита. При этом важно, чтобы струи суспензии, выходящие из сопла, не доставали до поверхности экранной подложки, а распределяли бы люминофор в верхней части раствора. При этом высота раствора должна быть достаточной, чтобы люминофор успел до попадания на подложку равномерно распределиться в объеме раствора и только затем осесть на подложку. При недостаточной высоте раствора указанные условия не выполняются и люминофорный слой получается неравномерным по толщине. А это приводит к неравномерности экрана в ЭЛП по светотехническим параметрам.

Кроме ухудшения структуры экрана большая высота суспензии требует соответственно более длительного (30 - 45 мин при размере частиц люминофора 1-5 мкм) осаждения люминофора на подложку. Если учесть, что время закрепления люминофора на подложке составляет 30-60 мин, то суммарная длительность процесса значительна - 1-2 ч. Таким образом процесс по способу-прототипу не производителен.

Кроме того, люминофор длительное время находится в химически активной среде, содержащей силикат калия. Известно (Липатов Ю.С. Адсорбция полимеров. К. : Наукова думка, 1972), что при использовании высокополимерных ПАВ для стабилизации суспензий (например, поливинил- пирролидона) требуется провести операцию гомогенизации путем ее перемешивания с помощью мельницы или введенной мешалки. Это связано с тем, что полимерные молекулы медленно адсорбируются на частицах твердой фазы из-за их большого размера и большой вязкости жидкой среды, т.е. процесс гомогенизации требует затрат времени. Для люминофорной суспензии это время в зависимости от типа люминофора составляет 15-90 мин. Такая дополнительная выдержка люминофора в растворе ПАВ, содержащем силикат калия, как уже отмечалось, приводит к дополнительному химическому воздействию последнего на люминофор. И тем больше, чем длительнее гомогенизация (перемешивание) суспензии. Химическое воздействие на люминофор силиката калия приводит к уменьшению (до 30%) его яркости свечения из-за уменьшения его стойкости к воздействию мощного электронного пучка. Это особенно важно для высокояркостных ЭЛП проекционного типа, работающих при больших напряжениях (25-35 кВ) и больших плотностях тока (15-20 мкА/см²). Таким образом, процесс гомогенизации суспензии люминофора необходимо проводить в растворе полимерного ПАВ без силиката калия. С учетом изложенного выше можно сказать, что способ-прототип не может быть рекомендован для изготовления экранов с мелкозернистой структурой для высокояркостных ЭЛП с высокой разрешающей способностью.

Целью изобретения является увеличение яркости свечения люминесцентного экрана за счет увеличения его стойкости к воздействию мощного электронного пучка, а также увеличение разрешающей способности.

Для этого в способе изготовления люминесцентного экрана методом осаждения люминофора из суспензии, включающей воду, силикат калия, полимерное ПАВ и электролит, готовят суспензию шаровым размолом в растворе ПАВ с последующим введением в нее сначала электролита, а затем силиката калия, далее вводят полученную суспензию в экран.

Применение полимерных ПАВ обусловлено тем, что они, адсорбируясь на частицах люминофора, образуют на их поверхности защитную полимерную пленку, препятствующую агрегации люминофора в большие агрегаты размером более 5 мкм. Поэтому появляется возможность получить люминесцентный экран с плотной мелкозернистой структурой и, тем самым, увеличить разрешающую способность в ЭЛП. Кроме того, защитная полимерная пленка позволяет сгладить поверхность люминофорного слоя, а также сгладить алюминиевое покрытие, которое впоследствии наносят на экран, и, следовательно, улучшить его отражательные свойства и увеличить яркость свечения экрана. В качестве полимерного ПАВ используют водорастворимые полимеры, например эфиры целлюлозы, виниловые полимеры и другие вещества, которые можно впоследствии удалить отжигом экрана при 400-450^оС.

Порядок приготовления суспензии люминофора установлен экспериментально. Например, коагулятор - электролит, а затем силикат калия вводят в суспензию после шарового размола люминофора в растворе полимерного ПАВ. Это связано с тем, что шаровой размол стимулирует процессы структурирования и коагуляции в суспензии, что приводит к уменьшению прочности и к ухудшению (разрыхлению) структуры люминофорного слоя.

Возможная высота осаждения люминофора из суспензии на экран 2-5 мм. При высоте меньшей 2 мм наблюдается неравномерное распределение люминофора по экрану по толщине. При высоте более 5 мм наблюдается ухудшение (укрупнение) структуры люминофорного слоя.

Предлагаемый способ изготовления люминесцентного экрана обеспечивает прочное закрепление люминофорного слоя с плотной мелкозернистой структурой за 15-40 мин.

В качестве примера были изготовлены экраны из люминофоров: КПЦ-612 (Y₂O₃ ˙ Eu), КПЦ-450 (ZnTeS ˙ Ag) и КВ-520-3 (ZnSiO₄ ˙ Mn). При этом используют суспензию, содержащую, мас.%: люминофор 2; поливинилпирролидон 1; нитрат стронция 0,04; силикат калия 1,0; вода остальное. Люминофор размалывают в шаровой мельнице в водном растворе поливинилпирролидона в течение 15-30 мин. Затем вводят нитрат стронция и далее силикат калия. Из полученной суспензии осаждают люминофор на экранную подложку. После выстаивания в течение 30 мин раствор суспензии из экрана удаляют, а экран сушат воздухом.

Этот способ позволяет получать плотные люминофорные покрытия с малой шероховатостью. При этом, в сравнении с известным способом-прототипом, плотность их в 1,5 раза больше (2,2 г/см³), а шероховатость - в 2 раза меньше (2-4 мкм). Это свидетельствует о том, что в предлагаемом способе суспензии более агрегативно устойчивы, чем в способе-прототипе, обеспечивают получение люминофорных покрытий с мелкозернистой структурой. Разрешающая способность у экранов, изготовленных предлагаемым способом, в 1,5-2 раза больше. Например, у предлагаемого экрана ширина светящейся линии, измеренная методом сжатого растра, составляет 90-100 мкм, а у экрана прототипа 140-170 мкм. Яркость свечения у предлагаемого экрана примерно на 15-20% больше, чем у экрана прототипа.

Кроме того, предлагаемый способ менее длителен. Длительность формирования экрана составляет 15-40 мин, а в способе-прототипе 1-2 ч, в зависимости от типа применяемого люминофора.

Использование: в электронной технике, в частности технология изготовления люминесцентных экранов для электронно-лучевых приборов (ЭЛП) с высокой разрешающей способностью. Сущность изобретения: люминофор размалывают в шаровой мельнице в водном растворе полимерного поверхностно-активного вещества (ПАВ), вводят последовательно коагулятор и силикат калия. Полученную суспензию вводят в экран ЭЛП для нанесения люминофора методом осаждения. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ЭКРАНА методом осаждения люминофора из суспензии, включающей воду, силикат калия, полимерное поверхностно-активное вещество и электролит, отличающийся тем, что готовят суспензию шаровым размолом люминофора в растворе полимерного поверхностно-активного вещества с последующим введением в нее сначала электролита, а затем силиката калия, далее вводят полученную суспензию в экран электронно-лучевого прибора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного поверхностно-активного вещества используют водорастворимые полимеры, например, эфиры целлюлозы, виниловые полимеры.