CN1462465A - 制造具有改进的彩色选择电极的彩色显像管的方法 - Google Patents

Abstract

在制造用于彩色显像管(1)的荫罩(13)的过程中的一个工序是黑化。在这个工序中，荫罩(13)例如在一氧化碳和二氧化碳的混合物的轻度氧化气氛的加热炉中被加热到至少600℃。在这些条件之下，荫罩(13)被覆盖上一层Fe₃O₄，也被称之为“黑锈”。之后，荫罩(13)被冷却。本发明描述了一种新的、具有比通常更高的冷却速率的黑化过程。在现在的处理过程中，使用的是50℃/分钟(21)的冷却速率；本发明披露了至少500℃/分钟(22)或更高的冷却速率。这带来了热膨胀系数至少改善20％的结果，导致彩色显像管(1)具有较高的机械稳定性的荫罩(13)并从而提高了图像性能。

Description

制造具有改进的彩色选择电极的彩色显像管的方法

本发明涉及一种制造具有显示窗和彩色选择电极的彩色显像管的方法，彩色选择电极包括荫罩和框架，此方法包括由带孔的板形成荫罩；在温度约至少600℃的加热炉中使该荫罩黑化；以及该荫罩与框架接合的工序，从而形成了自显示窗悬伸的彩色选择电极。

本发明还涉及用这种方法制造的彩色显像管和用于这种彩色显像管的彩色选择电极。

制造如开始的段落中所述的彩色显像管的方法在由Daniel denEngelsen所撰写的“阴极射线管的制造”(SID研讨会讲演记录，加利福尼亚，长滩，2000年5月15-19目)中公开了。这份出版物在2.3.1节中描述了制造荫罩的相关的工序。为了获得规定的形状，该荫罩被拉制后，就被黑化了。在这个工序中，该荫罩在一氧化碳和二氧化碳之混合物的轻度氧化的气氛的加热炉中被加热到至少600℃。在这些条件之下，该荫罩被覆盖上一层Fe₃O₄，也被叫作“黑锈”。这个黑化的过程具有许多优点，例如远红外线的高辐射系数。在工作过程中，荫罩由撞击于其上的电子加热，导致该荫罩变形。当荫罩变形时，荫罩的阴影效应发生变化，结果，电子束就不会碰撞显示窗上的适当的电致发光材料。图像重合失调会导致相应的色彩的不足，甚至更糟的是，不正确的色彩的电致发光材料被激励。图像重合失调导致彩色显像管的变色，该变色导致显像管上的图像质量的变坏。很明显，此阴影的高热辐射对于彩色显像管上的图像质量是至关重要的。

实际上，如现有技术中所述的具有荫罩的彩色显像管显示出如此严重的变色现象，以至于不能满足有关图像质量的日益增长的要求。特别地，宽屏幕显像管和具有显示窗的纯平或几乎平的外表面的显像管具有这些问题。这就是已知彩色显像管的缺点，该显像管显示出过份严重的图像重合失调。

本发明的一个目在于提供一种彩色显像管，其具有的荫罩比在开始的段落中所述的荫罩有所改进，且大体上减小了显示窗上的图像重合误差。

如本发明所述，这个目的是用有下列特征的彩色显像管实现的，即，在黑化工序之后，该荫罩以大致高于50℃/分钟的冷却速度被冷却下来，以便使荫罩的热膨胀系数大大地降低。

本发明是基于这种认识的，即，在工作过程中，如果荫罩显示出较小的变形，那么，图像重合误差就被减小了。对荫罩中的变形量有影响的一个参数是该荫罩的热膨胀系数。由于这个原因，至今为止许多不同的材料已被研究过，以发现它们是否能适当地用于彩色显像管中的荫罩。最熟悉的材料是艾科卡(akoca)钢和因瓦合金，因瓦合金是一种铁镍合金。

本发明披露了一种减小荫罩的热膨胀系数的方法，该热膨胀系数由荫罩制造过程决定而非由材料选择而决定。在一般所用的过程中，致黑处理之后，该荫罩在黑化加热炉中以大约50℃/分钟的速率被冷却。业已发现，当这个冷却速率大致提高时，因瓦合金型荫罩的热膨胀系数则被显著地减小。

在JP 10-130722中，被称之为快速冷却过程的致黑处理被披露了。这个过程的目的是在压制之后在铁镍合金中产生残余应变。如JP10-130722中所披露的快速冷却率被提高到大约35℃/分钟，所以这个冷却率比目前所用的致黑过程中的冷却率还低，因而与本发明无关。

一个优选实施例的特征在于，致黑工序之后，该荫罩以至少500℃/分钟的冷却速率被冷却。业已发现，当冷却速率被提高到大约500℃/分钟的水平时，因瓦合金型荫罩的热膨胀系数减小大约20％。

另一个实施例的特征在于，致黑工序之后，该荫罩以至少2000℃/分钟的冷却速率被冷却。通过把冷却率提高到2000℃/分钟，热膨胀系数可以更可观地减小，也就是说，减小大约35％。尽管从性能的观点，这个解决办法是优选的，但实际上这将更难以实现，因为它需要专门的处理条件。

在另一个实施例中，冷却速率被保持在致黑过程的温度和500℃之间。

已经在实验中证明，当冷却速率被保持在冷却轨迹的至少第一部分中时，即在大约600℃和500℃的致黑温度之间时，热膨胀系数的收益最大。

在又一个实施例中，彩色选择电极的冷却在敞开空间中进行。

从工业的观点，在敞开空间中进行冷却是很有利的。这是进行这种工序的最便利的方法，因为不需要附加的设备，只需在黑化加热炉后面提供一些生产线的空间。

另一实施例的特征在于，荫罩是由Fe-Ni合金制成的，且该Fe-Ni合金包含大约36％的Ni。

由于此快速冷却工序是特别用来给必须满足关于图像质量的最高要求的彩色显像管的，所以，如果制造荫罩的材料已经具有低的热膨胀系数的话，就可以获得最佳结果了。这是由于采用铁镍(Fe-Ni)合金，且尤其是采用大约含36％Ni的合金，也称之为因瓦合金才获得的。

再一个实施例的特征在于，在20-100℃温度范围内，荫罩的热膨胀系数低于0.8*10^-6/K。

由锰含量低的也被称之为改进的因瓦合金的材料制成的因瓦合金型荫罩一般具有大约1.0*10^-6/K的热膨胀系数。500℃/分钟的冷却速率导致热膨胀系数减小20％，而3000℃/分钟的冷却速率则导致热膨胀系数减小35％。因此，低于0.8*10^-6/K的热膨胀系数是可以实现的。

本发明还涉及用这种方法制造的彩色显像管和用于这种彩色显像管的彩色选择电极。

本发明的这些和其它方面是清晰的，并将通过参照非限制性的示例、附图和下文所述的实施例被阐明。

在附图中：

图1为本发明的彩色显像管的剖面图；

图2为彩色选择电极的示意图；和

图3给出了在黑化之后作为冷却速率的函数的热膨胀系数。

图1中示出的彩色显像管1包含一具有显示窗3的真空玻璃外壳2、一漏斗形部件4和一颈部5。在该显示窗3的内侧上面，可以布置一个屏幕6，其具有发出不同色彩(如红色、绿色和蓝色)的光的磷光体的例如线或点的图形。此磷光体图形藉助于由电子枪10产生的3支电子束7、8和9被激励。在其到达屏幕的途径上，电子束7、8和9被偏转单元11偏转，以保证电子束7、8和9系统地扫描该屏幕6。在电子撞击屏幕6之前，它们穿过彩色选择电极12。这个彩色选择电极12包含荫罩13，其是真实的彩色选择部件：它横截于诸电子束，从而电子仅仅撞击适当颜色的磷光体。荫罩13可能是一带有圆形或细长孔的孔罩，或者是一金属丝罩。此外，该彩色选择电极12还包含支撑荫罩13的框架14。

在这个示例中，图2中予以更详尽地示出，彩色选择电极12是角悬挂型的，从而框架14包括转角部分16和相互连接转角部分16的隔膜部件15。在这个示例中，彩色选择电极12通过使用支撑件17被固定在显示窗3的转角区域18的垂直边中。

荫罩13的制造过程包括许多步骤。它从一平的金属薄板开始；一般使用的材料是艾科卡(akoca)(低碳钢)和因瓦合金(包含大约36％的镍的铁镍合金)。通过光刻过程和随之的化学蚀刻过程，这块金属板设置有多孔的图形。经过在混合的氮氢气氛之下，在800℃和900℃温度之间退火和重结晶之后，这个平的荫罩就完工了。

在下一个步骤中，该荫罩被成形，以便获得规定的外形。这是由重型冲压工具进行的，其中的差别为艾科卡罩在室温中拉制而因瓦合金罩大多在约200℃的温度中拉制；其后，荫罩被清洗。最后的工序是该荫罩的黑化，这是本发明的主题。当荫罩13完工时，该荫罩和框架14被组装起来，形成彩色选择电极12。

在现有技术的黑化过程中，荫罩13例如在一氧化碳和二氧化碳混合物的轻度氧化气氛下的加热炉中被加热到至少600℃的温度。或者，荫罩13的黑化也在包括自由氧的重度氧化气氛中发生。在目前的处理过程中，其中氧化气氛包含一氧化碳、二氧化碳、氮、氢、氩和水蒸气的混合物，水蒸气对黑化是十分重要的。在这些条件下，荫罩中的铁被氧化，形成一层Fe₃O₄，也被称之为“黑锈”。然后，荫罩13以约50℃/分钟的速率在加热炉中被冷却。由于在远红外线中Fe₃O₄的发射的高系数，所以在此过程中，这个黑化过程增强了荫罩的热辐射。此外，在显示窗3和漏斗形部件4在其中被组合起来的熔接密封过程中，Fe₃O₄保护荫罩13免受无法控制的氧化。

在当前的彩色显像管1中，图像质量正变得愈来愈重要。很明显，色纯度在图像质量中起着主导作用。由于这个原因，在工作过程中，荫罩13的变形被减至到最低限度是必需的。有助于荫罩13的良好的机械稳定性的一个参数是荫罩材料的热膨胀系数。不言而喻，当热膨胀系数偏低时，此荫罩，如果由撞击于其上的电子加热的话，将显示出较小的变形。因此，因瓦合金比艾科卡更适宜于作为荫罩材料，因为其热膨胀系数比艾科卡的膨胀系数低大约10倍。因瓦合金的一个不利方面是其价格，它远远高于艾科卡的价格。

近来，在关于降低因瓦合金的热膨胀系数的新材料的发展方面已作了大量的研究工作。然而，如本发明所述，热膨胀系数可以通过新的黑化过程来降低。这种新方法并不需要昂贵的新材料或工厂内的复杂设备。这就使这种方法很有吸引力。其优越性是清楚明了的：几乎不花费任何成本就能获得更佳的图像。

如本发明所述，黑化过程之后，通过使荫罩13快速冷却，因瓦合金型的荫罩的热膨胀系数就能大大地被降低。在图3中，以℃/分钟为单位的冷却速率和20-100℃的温度范围内的热膨胀系数之间的关系已经给出。对于因瓦合金型荫罩，本图中的测量点是在试验室加热炉中得到的。荫罩在加热炉中被致黑，然后快速从加热炉中取出来并在敞开空间中冷却。在本图中，冷却速率是从黑化温度和500℃之间的冷却过程推出来的。

目前所使用的50℃/分钟冷却速率由点21指示。以这个冷却速率，因瓦合金的热膨胀系数在温度范围20-100℃内大约为1.0*10^-6/K。通过使冷却速率提高，就能达到热膨胀系数大幅度降低的目的：以500℃/分钟的冷却率，热膨胀系数降低20％，见点22，而以3000℃/分钟的冷却率，甚至降低35％，见点23。

在目前所使用的黑化过程的加热炉中，荫罩以50℃/分钟的低冷却速率冷却。对于如本发明所述的黑化过程，则需要500℃/分钟的冷却速率；实现这一点的最便利的方法就是在敞开空间中使荫罩冷却。对于生产环境，这种情况是有利的，因为它几乎不需要任何设备。当然，还可以应用其它的快速冷却方法，举例而言，如在黑化加热炉里由气流强制冷却或在加热炉外面强制冷却。荫罩散发的热量相当高，以至于对于高达3000℃/分钟的冷却速度，强制冷却也很有可能是无效的。

当黑化过程之后荫罩被快速冷却时，热膨胀系数的降低可以说起因于这样的事实，即，在黑化过程中，此荫罩被加热到大约600℃的温度。这就导致了荫罩材料的金属晶格中的缺陷和不匀度。如果黑化过程之后，荫罩13被以低冷却速率冷却，举例而言，如经常使用的50℃/分钟，那么，这些晶格误差就会消失。然而，以高冷却速率，例如500℃/分钟或者2000℃/分钟，这些晶格误差则被“冻结”且保持不变，导致热膨胀系数大大地降低。

这种使已黑化的荫罩快速冷却的方法并非局限于用因瓦合金型材料制造的荫罩。它还可以应用于其它荫罩材料，举例而言，如含铁镍合金的钴和具有可用来降低热膨胀系数的添加剂的其它铁镍合金。而且，该铁镍合金设置有用于改进热传导率、刚性、屈服应力等等的添加剂。当然，它也能应用到彩色显像管1里面的其它金属部件，举例而言，如框架14，或内部的磁屏蔽件。

此外，该方法并不局限于有特殊的孔图形的荫罩；它也可适用于带有点图形、槽图形的荫罩或者适用于孔栅格型的荫罩。

总之，彩色显像管1的荫罩13的生产过程中的一个工序是黑化。在这个工序中，举例而言，荫罩13在一氧化碳和二氧化碳之混合物的轻度氧化的气氛的加热炉中被加热到至少600℃。在这些条件之下，荫罩13被覆盖上一层Fe₃O₄，也被称之为“黑锈”。之后，荫罩13被冷却。本发明描述了一种新的、具有比通常更高的冷却速率的黑化过程。在现在的处理过程中，使用的是50℃/分钟21的冷却速率；本发明披露了至少500℃/分钟22或更高的冷却速率。这导致热膨胀系数至少改进20％，导致彩色显像管1具有较高的机械稳定性的荫罩13，从而提高了图像质量。

Claims (10)

1.一种制造具有显示窗(3)和彩色选择电极(12)的彩色显像管(1)的方法，该彩色选择电极包括荫罩(13)和框架(14)，该方法包括由带孔的板形成荫罩(13)；在温度为至少约600℃的加热炉中使所述荫罩(13)黑化；以及使该荫罩(13)与框架(14)接合的工序，从而形成自显示窗(3)悬伸的彩色选择电极(12)，其特征在于，在该黑化工序之后，荫罩(13)以大致高于500℃/分钟的冷却速率被冷却，以便使该荫罩(13)的热膨胀系数显著地降低。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该黑化工序之后，荫罩(13)以至少500℃/分钟的冷却速率被冷却。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该黑化工序之后，荫罩(13)以至少2000℃/分钟的冷却速率被冷却。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，冷却速率被保持在黑化过程的温度和500℃之间。

5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，彩色选择电极的冷却在敞开空间中进行。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征在于，荫罩(13)是由Fe-Ni合金制成的。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该Fe-Ni合金包含大约36％的Ni。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在温度范围20-100℃内，荫罩(13)的热膨胀系数低于0.8*10^-6/K。

9.一种彩色显像管(1)，其通过使用上述权利要求中任一项所述的方法制成。

10.一种彩色选择电极(12)，其用于如权利要求9所述的彩色显像管(1)。

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