DE4447890B4

DE4447890B4 - Schlitzmaske

Info

Publication number: DE4447890B4
Application number: DE4447890A
Authority: DE
Inventors: Akira Makita; Yutaka Matsumoto; Takahito Aoki
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2014-09-29

Abstract

Maske (11) für Kathodenstrahlröhren, mit:
einer Platte (1), welche aus kaltgewalztem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes als Bandstahl (H) mit einer Walzrichtung (R) hergestellt ist, und mit hierdurch ausgebildeten Öffnungen (8) zusammen mit parallelen Stegen (t), wobei die Stege (t) sich in einer Richtung erstrecken, die mit der Walzrichtung (R) zusammenfällt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Maske als Schlitzmaske (11) gestaltet ist, wobei
– die Öffnungen derart als Schlitze (8) ausgebildet sind, dass die Stege (t) parallel benachbart angeordnet sind,
– die Platte (1) eine Dicke von 100 μm oder weniger aufweist, und
– das geglühte Ausgangsmaterial der Platte (1) eine Eigenspannung von 7,0 kg/mm² oder weniger hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maske gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit vertikalen Öffnungen welche in einer Farb-Kathodenstrahlröhre verwendet wird.
Als Material für solche Masken ist bislang eine Platte aus kaltgewalztem, unberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, eine Platte aus kaltgewalztem, beruhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit Aluminium, oder eine Fe-Ni-Invar-Legierung niedrigen Kohlenstoffgehaltes (36& Ni-Fe-Legierung) verwendet worden, da diese Materialien zum Herstellen, Ätzen und Ausbilden in einer Form geeignet sind, die in einer Kathodenstrahlröhre eingebaut werden kann.
Es gibt viele Arten von Masken, die sich in der Form von Schlitzen oder Löchern unterscheiden, in der Art des Einbauens in die Kathodenstrahlröhre und in der Art der Verarbeitung während der Herstellung.
Eines der oben erwähnten Materialien ist für Lochmasken verwendet worden. Im allgemeinen ist für Lochmasken vom Schlitztyp und Kreislochtyp eine Fe-Ni-Invar-Legierung niedrigen Kohlenstoff- gehaltes mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder eine Platte aus kaltgewalztem, beruhigtem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes mit Aluminium verwendet worden. Insbesondere ist die Fe-Ni-Invar-Legierung niedrigen Kohlenstoffgehaltes mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten in jüngster Zeit verwendet worden, und war unter dem Gesichtspunkt, eine Farbabweichung zu vermeiden, die in der Kathodenstrahlröhre aufgrund von thermischer Ausdehnung auftritt, wenn die Röhre in Betriebgenommen wird.
Im Fall von Lochmasken des Schlitztyps oder Kreislochtyps besteht ein Problem des Rollens bzw. Aufbiegens, was während des Ätzprozesses aufgrund eines Unterschiedes in der Entlastung von Innenspannungen in den Bereichen der vorder- bzw. hinterseitigen Öffnung der Schlitze oder Löcher auftritt, und zwar aufgrund der Differenz in der Abmessung oder im Durchmesser der vorder- bzw. hinterseitigen Öffnungen.

Aus DE 35 27 146 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske mit schlitzartigen Öffnungen bekannt, bei dem die Längsrichtung des Lochmaskenmaterials mit der längeren Seite der Lochmaskenform zusammenfallen soll. Da dies zu einer unterschiedlichen oder unebenen Ausgestaltung der schlitzartigen Öffnungen führen würde, wird vorgeschlagen, dass die zum Belichten aufgebrachte fotowiderstandsfähige Schicht als Ausgleich mit Figuren von keilartiger Gestalt versehen ist.

Aus EP 0 251 821 A2 ist eine Schattenmaske bekannt, die als Lochmaske gestaltet ist, d.h. sie weist eine hohe Anzahl kleiner länglicher Löcher auf, welche in versetzter Anordnung entlang von sich ergebenden parallelen Stegen verteilt sind. Die Schattenmaske ist in einer Dicke von wenigstens 100 μm bis zu 250 μm ausgestaltet und, entgegen der bisherigen Praxis, so ausgerichtet, dass sich die Längsachsen der Löcher bzw. der Stege senkrecht zur Rollrichtung der Schattenmaskenplatte erstrecken. Ziel ist es, dass die 0,2%-Dehngrenze der Schattenmaske nicht zu gering wird.

Aus EP 0 561 120 A1 ist es bekannt, eine Schattenmaske des Lochmaskentyps von 250 μm Dicke bei einer Temperatur von 720 bis 790° C auf besondere Weise zu tempern. Das Tempern erfolgt nachdem die Schattenmaske mit den endgültigen Löchern und ihrer endgültigen Dicke versehen ist, und bevor die Schattenmaske einem Pressformen unterzogen wird. Auf diese Weise soll die 0,2%-Dehngrenze auf unter 28,5 bis minimal ca. 27 kgf/mm2 einstellbar sein.

Die US 4,746,315 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Farbselektionsmechanismus für eine Kathodenstrahlröhre, durch welches Herstellungsvorgänge, wie eine Wärmebehandlung mit einer hohen Temperatur zum Härten vermieden werden.

JP 60 128253 A bezieht sich auf die Herstellung einer Eisennickellegierung für eine Lochmaske, welche eine Streifenbildung während des Ätzens verhindert, indem eine Eisennickellegierung unter bestimmten Randbedingungen geformt bzw. geschmiedet wird.

Die US 4,746,315 und die JP 60 128253 A offenbaren hierbei insbesondere, Schlitze oder schlitzartige Löcher von Masken parallel zur Walzrichtung auszubilden.

Im Falle von Schlitzmasken tritt ein solches Problem des Rollens bzw. Aufbiegens nicht auf. Schlitzmasken werden in eine Kathodenstrahlröhre auf eine andere Weise als andere Arten von Lochmasken eingepaßt und können darüberhinaus in einer Presse ohne plastische Deformation ausgebildet werden. Aus dem obigen Grund ist bislang für Schlitzmasken prinzipiell eine Platte aus kaltgewalztem, unberuhigtem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes verwendet worden.

Schlitzmasken sind bislang unter Verwendung einer Stahlplatte niedrigen Kohlenstoffgehaltes wie einer Platte aus kaltgewalztem, unberuhigtem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes mit einer Dicke von mehr als 100 μm erzeugt worden.

In dem Fall einer Platte aus kaltgewalztem, unberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt beträgt die Eigen- bzw. Innenspannung gewöhnlich etwa 10,0 kg/mm² oder mehr.

In den letzten Jahren werden Kathodenstrahlröhren-Anzeigeeinrichtungen wie Farbfernseher immer größer, so daß auch die in solchen Vorrichtungen verwendeten Lochmasken groß sein müssen. Insbesondere ist bei Schlitzmasken die Art des Befestigens derselben unterschiedlich von der Art des Befestigens anderer Arten von Lochmasken mit Schlitzen oder kreisförmigen Öffnungen. D.h., die Schlitzmaske wird unter Spannung an einem starren Rahmen festgelegt. Aus diesem Grund muß der Rahmen notwendigerweise in Bezug zu der vergrößerten Schlitzmaske auch vergrößert sein und muß der zum Befestigender Schlitzmaske herkömmliche Dicke notwendigen Spannung widerstehen können. Daraus ergibt sich, daß das Gewicht des Rahmens merkbar ansteigt. Um mit dieser Gewichtszunahme des Rahmens fertig zu werden, muß das Gewicht der Schlitzmaske reduziert werden, so daß die Dicke der Schlitzmaske zu reduzieren ist, um den Anstieg der Größe zu kompensieren.

Somit sollte die Dicke des Materials zum Erzeugen von Schlitzmasken 100 μm nicht übersteigen.

In diesem Fall ergibt sich das Problem, daß Streifen (englisch "streaks") aufgrund der Nichtgleichförmigkeit der Spannungsverteilung in den Schlitzmasken-Stegen erzeugt werden, und zwar aufgrund der Entspannung der Innen- bzw. Eigenspannung der Stahlplatte. Die nichtgleichförmige Spannungsverteilung verursacht ein Verdrehen von jedem Tape bzw. Steg bzw. Sand, was merkbar auftritt, wenn die Dicke der Stahlplatte unter 100 μm liegt. Es ist bekannt, daß die Streifen Veränderungen in der Lichtmenge hervorrufen, die durch die Schlitzmaske geht, und demzufolge eine Verschlechterung der Qualität der Bilder hervorrufen, die auf der Kathodenstrahlröhre ausgebildet werden, in welche die Schlitzmaske eingepaßt ist.

Ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schlitzmaske zu schaffen, in welcher Streifen nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch eine Schlitzmaske gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 ist eine Schnittansicht einer bei dem Herstellungsverfahren verwendeten Stahlplatte;

2 zeigt einen Schritt des Aufbringens von lichtempfindlichen Harzschichten;

3 zeigt einen Schritt des Aufbringens von Schlitzmustermasken und des Belichtens der lichtempfindlichen Harzschichten durch die Masken;

4 zeigt einen Schritt des Entwickelns der gedruckten Schlitzmuster;

5 zeigt einen Ätzschritt;

6 zeigt einen Fortgang des Ätzschrittes;

7 zeigt einen Schnitt eines schließlich erhaltenen Schlitzes einer Schlitzmaske; und

8A und 8B sind schematische perspektivische Ansichten, die das Ver fahren erläutern.

In 1 ist eine Platte 1 dargestellt, aus welcher eine erfindungsgemäße Schlitzmaske erzeugt wird. Die Platte 1 ist aus kaltgewalztem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes mit einer Dicke von 100 μm oder weniger hergestellt. Eine solche Stahlplatte 1 wird aus einem Stahlband oder Bandstahl H hergestellt, wie es in 8A gezeigt ist, welcher in einem Walzwerk hergestellt wird. Als Ergebnis des Walzvorgangs in dem Walzwerk hat der Bandstahl H naturgemäß eine Rollrichtung bzw. Walzrichtung R und Eigen- bzw. Innenspannungen darin.
Der Bandstahl H wird einem Innenspannungs-Beseitigungsvorgang unterzogen. Dieser Innenspannungs-Beseitigungsvorgang kann als ein Glühvorgang in einem Glühofen S ausgeführt werden. Als Ergebnis des Glühvorgangs werden die Innenspannungen in dem Bandstahl H auf einen Wert von 7,0 kg/mm² oder weniger reduziert. Der Bandstahl H, der diesem Innenspannungs-Beseitigungsvorgang unterzogen worden ist, wird in der Form einer Rolle aus Bandstahl H₁ aufgenommen.
Ein Ätzvorgang zum Ausbilden von Schlitzen durch die Stahlplatte 1 wird als ein Einschritt-Ätzbetrieb ausgeführt. Wie es in 8B gezeigt ist, wird der Bandstahl H₁ von der Rolle abgewickelt, dann mit Schlitzen 8 ausgebildet und anschließend in einzelne Platten geschnitten. Die 2 bis 7 zeigen aufeinanderfolgende Schritte einschließlich des Einschritt-Ätzbetriebs bzw. -vorgangs. Wie es in 2 gezeigt ist, wird ein lichtempfindliches Harzmaterial oder Abdeckmaterial auf die entgegengesetzten Flächen der Stahlplatte 1 aufgebracht, und zwar unter Ausbildung einer vorderen und einer hinteren Abdeckschicht 2a und 2b, welche dann getrocknet werden. In den Figuren ist die untere Seite der Platte 1 die Vorderseite und die obere Seite ist die Rückseite. Auf der Vorderseite der vorderen Abdeckschicht 2a wird eine vordere Mustermaske 4a aufgebracht und auf die Hinterseite der hinteren Harzschicht- bzw. Abdeckschicht 2b wird eine hintere Mustermaske 4b aufgebracht. Diese Masken 4a und 4b haben wechselseitig gegenüberliegend angeordnete licht einfangende bzw. -abfangende Schlitzmuster 5a bzw. 5b. Bei dieser Ausführungsform ist das Schlitzmuster 5a breiter als das Schlitzmuster 5b.
Hiernach wird eine Belichtung mit Licht der lichtempfindlichen Harzschichten 2a und 2b durch die Masken 4a bzw. 4b ausgeführt, wie es durch Pfeile L angedeutet ist. Als Ergebnis der Belichtung mit Licht werden die Schlitzmuster 5a und 5b auf die Abdeckschichten 2a bzw. 2b gedruckt. Bei dieser Ausführungsform sind die Harzschichten als Fotosatzschichten gezeigt.
Nach Entfernen der Masken 4a und 4b und Entwicklung der gedruckten Schlitzmuster ist veranlaßt, daß der Schlitz 6a der vorderen Abdeckschicht 2a breiter ist als der Schlitz 6b der hinteren Abdeckschicht 2b, und zwar, wie es in 4 gezeigt ist.
Dann wird, wie es in 5 gezeigt ist, die Stahlplatte 1 einem Ätzvorgang durch die vordere und hintere Abdeckung 2a bzw. 2b ausgesetzt, wie es durch Pfeile E angedeutet ist, und zwar an der Vorderseite und der Rückseite. Dies ist ein sogenanntes Einschritt-Ätzverfahren, bei welchem das Ätzen der Vorderseite und das Ätzen der Rückseite gleichzeitig oder in einem Schritt ausgeführt werden. Somit wird eine größere vordere Ätzausnehmung 7a und eine kleine hintere Ätzausnehmung 7b ausgebildet. Mit dem Fortgang des Ätzens vergrößern sich diese zwei entgegengesetzten Ätzausnehmungen 7a und 7b und erreichen einander schließlich unter Ausbildung eines Durchgangsschlitzes 8 mit entgegengesetzt geneigten bzw. kegelförmigen Seitenwänden 10. Hiernach werden die Abdeckungen 2a und 2b entfernt, wodurch, wie es in 7 gezeigt ist, eine Schlitzmaske 11 mit einem Schlitz 8 erzeugt wird, welcher zwischen benachbarten parallelen Stegen t (8B) definiert ist.
Während der in den 2 bis 7 gezeigten Schritte wird die Stahlplatte 1 einer Zugkraft T (8B) in ihrer Walzrichtung R ausgesetzt. Die Walzrichtung ist die Längsrichtung des Bandstahls H, aus welchem die Stahlplatte 1 herge stellt wird. Die Walzrichtung ist die Richtung senkrecht zu den Lagen bzw. zur Blattebene der 1 bis 7 und diese Walzrichtung R fällt erfindungsgemäß mit der Richtung der Stege t der Schlitzmaske zusammen.
Bei Schlitzmasken mit Schlitzen sind die Anforderungen hierfür unterschiedlich gegenüber jenen für Lochmasken anderer Typen mit Schlitzen oder kreisförmigen Öffnungen und es gilt, daß eine Platte aus unberuhigtem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes die Anforderungen für Schlitzmasken erfüllen kann. Generell hat ein Bandstahl aus unberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt eine Innen- bzw. Eigenspannung von 10,0 kg/mm2 oder mehr, so daß, wenn eine Dicke von 100 μm oder weniger für den unberuhigten Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes verwendet wird, die Erzeugung von Streifen der Stege nicht verhindert werden kann, wenn die Schlitze ausgebildet werden durch Ätzen durch die Dicke des Stahles, wie es zuvor diskutiert worden ist.
Es ist herausgefunden worden, daß durch weiteres Reduzieren der Innenspannung der Stahlplatte auf einen Wert von 7,0 kg/mm² oder weniger in dem Innenspannungs-Entspannungsschritt die Erzeugung von Streifen unterdrückt werden kann. Das Zusammenfallen der Richtung der Stege mit der Walzrichtung dient weiterhin dazu, die Erzeugung der Streifen zu unterdrücken. Wie es sich aus Betrachtung der 8B ergibt, wird die Zugkraft T auf die Platte 1 in Längsrichtung der Schlitze 8 ausgeübt, so daß die Linearität der Schlitze und Stege nicht nachteilig beeinflußt wird.
Erfindungsgemäß ist es möglich, als kaltgewalzten Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes einen kaltgewalzten unberuhigten Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes, einen kaltgewalzten beruhigten Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes mit Aluminium oder eine Fe-Ni-Invar-Legierung (36% Ni-Fe-Legierung) niedrigen Kohlenstoffgehaltes zu verwenden.
Als Ergebnis der Beseitigung der Streifen ist die Gleichförmigkeit der Verteilung der Lichtmenge verbessert, die durch die Schlitzmaske verläuft, mit der sich daraus ergebenden Verbesserung der mit der Kathodenstrahlröhre erzeugten Bildqualität.
Als Material einer Schlitzmaske wurde in einem Beispiel kaltgewalzter unberuhigter Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes einer Dicke von 100μm verwendet. Platten aus diesem unberuhigtem Stahl wurden einem Glühvorgang in einem Glühofen mit einer Atmosphäre aus N₂-Gas bei einer Temperatur von 500° C ausgesetzt. Als Ergebnis des Glühvorgangs waren die Innenspannungen in den Stahlplatten reduziert. Zum Zwecke des Vergleichs wurden andere Platten aus kaltgewalztem unberuhigtem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes einer Dicke von 100 μm vorbereitet. Diese Stahlplatten wurden keinem Glühvorgang ausgesetzt, so daß die Stahlplatten weiterhin eine anfängliche Innenspannung aufwiesen. Diese zwei Arten von Stahlplatten, d.h., die ersten geglühten Platten und die zweiten nichtgeglühten Platten wurden unter exakt denselben Konditionen den folgenden Verarbeitungsschritten ausgesetzt, wie sie in den 2 bis 7 dargestellt sind.
Die ersten und zweiten Platten 1 wurden zuerst gereinigt durch Spülen in dem Zustand von 1. Dann wurde in dem Schritt von 2 eine Kasein-Abdeckschicht auf die vordere und hintere Fläche der Platten aufgebracht unter Ausbildung einer vorderen bzw. hinteren Abdeckschicht 2a, 2b, die dann getrocknet wurden. Hiernach wurde das Drucken ausgeführt mit aufgebrachten Schlitzmustermasken 4a, 4b, und zwar mittels Quecksilberbogenlampen, an der vorderen und hinteren Abdeckschicht, wie es in 3 dargestellt ist. Hierdurch wurden latente Schlitzbilder entsprechend den Schlitzmustern erzeugt. Beim Entwickeln wurden entgegengesetzte Schlitze in der vorderen und hinteren Abdeckschicht ausgebildet, wie es beispielhaft dargestellt ist in 4.
Ein Ätzvorgang wurde an der vorderen und hinteren Fläche der zwei Arten von Platten ausgeführt unter Verwendung einer Eisen(III)-Chlorid-Lösung auf die Art und Weise, wie sie in den 5 und 6 dargestellt ist. So wurde ein Schlitz durch jede der Platten ausgebildet. Die Widerstandsschichten bzw. Abdeckschichten an den entgegengesetzten Flächen jeder Platte wurden entfernt unter Verwendung einer alkalischen Lösung unter Erhalt einer Schlitzmaske, wie sie in 7 dargestellt ist.
Die Breite jedes Steges der Schlitzmaske betrug für die zwei Arten der Platten 520 μm. Die Temperatur der Eisen(III)-Chlorid-Lösung betrug 60° C und die spezifische Gravität der Lösung betrug 46, gemessen mit einem Hydrometer nach Baumé. Die Eisen(III)-Chlorid-Lösung wurde gleichzeitig gegen die Vorderfläche und Rückfläche der Platten gesprüht. Während das Ätzen ausgeführt wurde, waren die Platten einer Zugkraft ausgesetzt, welche die Platte in Walzrichtung unter Spannung versetzt hat, d.h., die Längsrich- tung des Bandstahls, aus welchem die Platten hergestellt waren. Die Richtung der Stege der herzustellenden Schlitzmaske wurden in Übereinstimmung mit der Walzrichtung der Platten gebracht. Die verwendete Zugkraft betrug 2 bis 3 kg/mm², was bewirkte, die Innenspannung in den Platten zu beseitigen.
Nachdem die Schlitze ausgebildet waren, wurde die durch jede erzeugte Schlitzmaske gehende Lichtmenge und die Variation derselben unter den erzeugten Schlitzmasken gemessen. Weiterhin wurde bei jeder Platte die Innenspannung nach dem Glühen gemessen. Die Innenspannung wurde gemessen durch das Röntgen-Beugungsverfahren. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse des Vergleichstests.
Es versteht sich, daß eine Veränderung der durch die Schlitzmasken verlaufenden Lichtmenge unter Verwendung der geglühten Platten bemerkenswert kleiner war als jene durch die Schlitzmasken, welche die nichtgeglühten Platten verwendeten, und zwar insbesondere in dem Fall, wenn veranlaßt wurde, daß die Innenspannung 7,0 kg/mm² war oder geringer.

Claims

Maske (11) für Kathodenstrahlröhren, mit: einer Platte (1), welche aus kaltgewalztem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes als Bandstahl (H) mit einer Walzrichtung (R) hergestellt ist, und mit hierdurch ausgebildeten Öffnungen (8) zusammen mit parallelen Stegen (t), wobei die Stege (t) sich in einer Richtung erstrecken, die mit der Walzrichtung (R) zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske als Schlitzmaske (11) gestaltet ist, wobei – die Öffnungen derart als Schlitze (8) ausgebildet sind, dass die Stege (t) parallel benachbart angeordnet sind, – die Platte (1) eine Dicke von 100 μm oder weniger aufweist, und – das geglühte Ausgangsmaterial der Platte (1) eine Eigenspannung von 7,0 kg/mm² oder weniger hat.
Maske (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kaltgewalzte Stahl ein unberuhigter Stahl ist.
Maske (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kaltgewalzte Stahl ein beruhigter Stahl mit Aluminium ist.
Maske (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kaltgewalzte Stahl eine Fe-Ni-Invar-Legierung ist.