JP2004527084A - 改良された色選択電極を備えるカラー表示管を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
カラー表示管(Color Display Tube)（１）用のシャドウマスク（１３）の製造処理における処理ステップの１つは黒化処理(blackening)である。この処理ステップにおいて、シャドウマスク（１３）は、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物からなる穏やかな酸化雰囲気中で炉において例えば少なくとも６００℃の温度に加熱される。これらの条件下において、シャドウマスク（１３）は“黒錆(black rust)”とも呼ばれる四酸化三鉄(Fe4O3)の層で覆われる。この後、シャドウマスクは冷却される。本発明は、通常よりも高い冷却速度を持つ新しい黒化処理を説明している。現在の処理においては、５０℃／minの冷却速度（２１）が使用され、本発明は少なくとも５００℃／min又はそれ以上の冷却速度（２２）を開示している。この結果、少なくとも２０％の熱拡張係数の改善が得られ、これが高い機械的安定性と高い画像性能とを持つようなシャドウマスク（１３）を備えるカラー表示管（１）につながる。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示窓並びにシャドウマスク及びフレームを有する色選択電極を備えるカラー表示管(CDT: color display tube)を製造する方法に関する。この方法は、孔が設けられたシート(apertured sheet)からシャドウマスクを形成する処理ステップ、前記シャドウマスクを炉内において少なくとも約６００℃で黒化処理(blackening)する処理ステップ、及び前記表示窓から懸架される色選択電極を形成するためにこのシャドウマスクを前記フレームに結合する処理ステップを有する。
【０００２】
本発明は更に、この方法を用いて製造されるカラー表示管及びこのようなカラー表示管に使用する色選択電極にも関する。
【背景技術】
【０００３】
冒頭の段落に記載されるようなカラー表示管を製造する方法は、“Manufacturing of CRTs” by Daniel den Engelsen (SID Seminar Lecture Notes, Long Beach, California, May 15 and 19, 2000)に開示されている。この文献は、2.3.1節においてシャドウマスクの製造における関連する処理ステップを述べている。シャドウマスクが規定される形状を得るために引き抜かれた後、このシャドウマスクは黒化処理される。この処理ステップにおいて、前記シャドウマスクは、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物からなる穏やかな酸化雰囲気中で炉内において例えば少なくとも６００℃の温度に加熱される。これらの条件下において、シャドウマスクは“黒錆(black rust)”とも呼ばれる四酸化三鉄(Fe4O3)の層で覆われる。この黒化処理は例えば遠赤外線の高い係数での放射のような多数の利点を持っている。動作中、シャドウマスクは、このシャドウマスクに衝突する電子により過熱され、シャドウマスクの変形を引き起こす。シャドウマスクが変形される場合、シャドウマスクの遮蔽効果が変化し、その結果、電子ビームが表示窓上の適切なＥＬ材料(Electroluminescent material)に衝突しない。この位置ずれは、対応する色の欠落の原因となり、また更に悪くなると、ＥＬ材料の誤った色が励起される。これらの位置ずれは、カラー表示管の画像性能の劣化となる表示管の変色を引き起こす。明らかに、前記シャドウマスクの高熱での放射は、カラー表示管の画像性能に対し重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術に記載されるようなシャドウマスクを備えるカラー表示管は実際に、画像性質に関し絶えず増大する要求が満たされないくらい大きな変色を示す。特に、ワイドスクリーン管及び実質的に平坦又は略平坦な表示窓の外表面はこれらの問題を負担している。既知のカラー表示管の欠点は、それが過度に大きな位置ずれを示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、冒頭の段落に記載されるシャドウマスクに改良を加え、表示窓上の位置決め誤りを大幅に減少させるシャドウマスクを有するカラー表示管を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、本目的は、黒化処理のステップの後、シャドウマスクの熱膨張係数に関する十分な減少を得るために、５０℃／minよりもかなり早い冷却速度でシャドウマスクを冷却することを特徴とするカラー表示管を用いて達成される。
【０００７】
本発明は、シャドウマスクが動作中に少数の変形を示すとき、位置決め誤りが減少するという認識に基づいている。シャドウマスクにおいて変形の大きさに影響する１つのパラメータは、このシャドウマスクの熱膨張係数である。この理由のために、多くの異なる材料は、これら材料がカラー表示管のシャドウマスクに適切に使用されるかを見つけ出すためにこれまでは調査されていた。最もよく知られている材料は、アコカ鋼(akoca steel)及び鉄−ニッケル合金であるアンバー(invar)である。
【０００８】
本発明は、材料を選択する代わりに、シャドウマスク製造処理により決められるシャドウマスクの熱膨張係数を減少させる方法を開示する。通常使用される処理において、黒化処置の後、シャドウマスクは、黒化処理する炉内において約５０℃／minの速度で冷却される。この冷却速度が大幅に増大するとき、熱膨張係数は、アンバー型のシャドウマスクに対し大きく減少することが分かっている。
【０００９】
特願平１０−１３０７２２号の出願において、急速冷却処理と呼ばれる黒化処理が記載されている。この処理の目的は、加圧した後、鉄−ニッケル合金内に残存する歪みを生じさせることである。特願平１０−１３０７２２号に記載されている急速冷却速度は約３５℃／minに増大しているので、この急速冷却速度が現在使用している黒化処理における速度よりも低く、それゆえに本発明とは関連しない。
【００１０】
好ましい実施例は、黒化処理のステップの後、シャドウマスクは少なくとも５００℃／minの冷却速度で冷却される。この冷却速度が約５００℃／minのレベルに増大するとき、熱膨張係数は、アンバー型のシャドウマスクに対し約２０％ずつ減少することが分かる。
【００１１】
他の実施例は、前記黒化処理のステップの後、シャドウマスクは少なくとも２０００℃／minの冷却速度で冷却されることを特徴とする。この冷却速度を２０００℃／minに増大することにより、熱膨張係数の更に素晴らしい減少、すなわち約３５％の減少が得られる。この解決法が性能の観点から好まれたとしても、それは特別な処理条件を必要とするので、実際に実現するのは難しい。
【００１２】
他の実施例において、前記冷却速度は、黒化処理の温度と５００℃との間に保たれる。
【００１３】
実験では、熱膨張係数に関するゲインは、冷却速度が少なくともこの冷却軌跡の最初の部分に保たれる、すなわち約６００℃から５００℃の黒化処理する温度に保たれるとき、最大となることが示されている。
【００１４】
更に他の実施例において、色選択電極の冷却は外気中において実行される。
【００１５】
工業的観点から、外気中において冷却を行うことは非常に有利である。これは、追加の装置が必要とされないので、この処理を実行する最も簡単なやり方である。黒化処理する炉の後ろの製造ラインにおける幾らかの空間だけを必要とする。
【００１６】
他の実施例は、シャドウマスクが鉄−ニッケル合金、特に３６％のニッケルを含む鉄−ニッケル合金で作られる。
【００１７】
この急速冷却処理は、特に画像品質に関して最も高い要求を満たさなければならないカラー表示管に対して意図されるので、シャドウマスクが製造された材料が既に低い熱膨張係数を持つ場合に最良の結果が得られる。これは、鉄−ニッケル(Fe-Ni)合金、特にアンバーとしても知られる約３６％のニッケルを持つ合金を使用することにより達成される。
【００１８】
更に他の実施例は、２０℃から１００℃の温度範囲におけるシャドウマスクの熱膨張係数が０．８＊１０-6／Ｋより下であることを特徴とする。
【００１９】
改良型アンバーとも呼ばれる低いマンガン含有量の材料から作成されるアンバー型のシャドウマスクは、一般的に約１・０＊１０-6／Ｋの熱膨張係数を持つ。５００℃／minの冷却速度は２０％の熱膨張係数の減少となり、３０００℃／minの冷却速度は更に３５％の熱膨張係数の減少となる。そして、０．８＊１０-6／Ｋよりも下の熱膨張係数が達成されることができる。
【００２０】
本発明は更に、この方法を使用することにより製造されるカラー表示管、及びこのようなカラー表示管に使用する色選択電極にも関する。
【００２１】
本発明のこれら及び他の特徴は図及び以下に記載される実施例から明らかであり、これら図及び実施例を参照して限定するのではない実施例を用いて説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に示されるカラー表示管１は、表示窓３、ファンネル形状部４及びネック部５を備える真空ガラス封体部２を有する。表示窓３の内側に、例えば異なる（例えば、赤、緑及び青）色で発行する蛍光体の線又は点のパターンを持っているスクリーン６が配されてもよい。この蛍光体のパターンは、電子銃１０により発生する３つの電子ビーム７、８及び９により励起される。スクリーンに向かう途中で、電子ビーム７、８及び９は、偏向ユニット１１により偏向され、電子ビーム７、８及び９が計画的にスクリーン６を走査することを保証する。電子がスクリーン６に衝突する前に、これら電子は色選択電極１２を通過する。この色選択電極１２はシャドウマスク１３を有し、これが実際の色選択部分であり、それが電子ビームを交差させるので、電子は適当な色の蛍光体にだけ衝突する。シャドウマスク１３は、円形又は楕円形の孔が設けられたマスク又はワイヤマスクであってよい。更に、色選択電極１２はシャドウマスク１３を支持するためのフレーム１４を有する。
【００２３】
本実施例において、図２においてより詳細に示されるように、色選択電極１２は角(corner)懸架型であるので、フレーム１４は角部１６とこれら各部１６を相互接続する仕切り板部分１５とを有する。色選択電極１２は、支持電極１７を用いることにより表示窓３から懸架され、これら支持電極は本実施例では表示窓３の角領域１８の直立した端部に固定されている。
【００２４】
シャドウマスク１３の製造処理は多数のステップを有する。その処理は金属の平坦な薄板で始まり、通常使用される材料はアコカ（低炭素金属）及びアンバー（約３６％のニッケルを含む鉄−ニッケル合金）である。この金属の薄板は、化学的なエッチング処理が続くフォトリソグラフィック処理により、孔のパターンを備える。混合される窒素−水素雰囲気の下で、８００℃から９００℃の間の温度で焼鈍(annealing)及び再結晶化(re-crystallizing)した後、平坦なマスクが完成される。
【００２５】
次のステップにおいて、前記マスクは規定の輪郭を得るために成形される。これは、アコカのマスクは室温で引き抜かれ、アンバーのマスクは主に約２００℃の温度で引き抜かれる特徴を用いて、圧力ツールを使用して行われ、その後、前記マスクは取り除かれる。最終の処理ステップは、シャドウマスクの黒化処理であり、これが本発明の主題である。シャドウマスク１３が完成されるとき、シャドウマスク及びフレーム１４は色選択電極１２を形成するために組み立てられる。
【００２６】
従来の黒化処理において、シャドウマスク１３は、例えば一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物からなる穏やかな酸化雰囲気中で炉内において少なくとも６００℃の温度に加熱される。代わりに、シャドウマスク１３の黒化も遊離酸素を含む酸化的ガス体の下で起こる。本処理において、酸化雰囲気は、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、水素、アルゴン及び水蒸気の混合物からなり、この水蒸気は黒化処理にとって非常に重要である。これらの条件下において、シャドウマスク内の鉄が“黒錆(black rust)”とも呼ばれるFe3O4の層を形成するように酸化される。次いで、シャドウマスク１３は炉内において約５０℃／minの早さで冷却される。この黒化処理はFe3O4の遠赤外線における放射係数が高いために、動作中にシャドウマスクの熱の放射を増大させる。その上、Fe3O4は、表示窓３及びファンネル形状部４が組み立てられるフリット封止処理の間、制御されない酸化に対しシャドウマスク１３を守っている。
【００２７】
現在のカラー表示管１において、画像品質はますます重要になっている。明らかに、色の純度は画像品質において主要な役割を果たしている。そのために、動作中、シャドウマスク１３の変形が最小に減少することが必須である。このシャドウマスク１３の良好な機械的安定性に寄与するパラメータの１つは、シャドウマスクの材料の熱膨張係数である。この熱膨張係数が低い場合は言うまでも無いが、シャドウマスクに衝突する電子により熱せられる場合、シャドウマスクは僅かな変形を示す。結果として、アンバーの方がアコカよりもシャドウマスクの材料として好ましい。それはアンバーの熱膨張係数がアコカの熱膨張係数よりも約１０倍低いからである。アンバーの欠点はその価格であり、これはアコカの価格のよりもかなり高い。
【００２８】
最近、多くの研究がアンバーの熱膨張係数に関して減少した熱膨張係数を持つ新しい材料の開発が行われている。しかしながら、本発明によれば、熱膨張係数は新しい黒化処理により低くすることができる。この新しい方法は、高価な新しい材料又は工場に複雑な機械を必要とはしない。これはこの方法を非常に魅力的にする。利点は殆ど費用をかけずに良好な画像性能となることが明らかである。
【００２９】
本発明によれば、アンバー型のシャドウマスクの熱膨張係数は、黒化処理の後、シャドウマスク１３を急速に冷却することにより大幅に低くすることができる。℃／min表示の冷却速度と２０℃から１００℃の温度範囲に対する熱膨張係数との関係が図３に与えられている。アンバー型のシャドウマスクに対し、この図における測定点は試験炉において得られる。シャドウマスクはこの炉内において黒化処理され、次いでこの炉から素早く取り出され、大気中で冷却される。この図において、前記冷却速度は、黒化温度と５００℃との間の冷却処理から得られる。
【００３０】
現在使用されている５０℃／minの冷却速度が点２１で示されている。この冷却速度において、アンバーの熱膨張係数は２０℃から１００℃の温度範囲において約１．０＊１０-6／Ｋである。この冷却速度を増大させることにより、熱膨張係数の大幅な減少が得られ、５００℃／minの冷却速度では２０％（点２２参照）及び３０００℃／minの冷却速度では更に３５％（点２３参照）減少する。
【００３１】
黒化処理に現在使用されている炉内において、シャドウマスクは５０℃／minという低い冷却速度でも冷却される。本発明による黒化処理に対し、５００℃／minの冷却速度が必要とされ、これを実現する最も簡単なやり方はシャドウマスクを大気中で冷却することである。これは、どんな装置も殆ど必要ないので、製造環境に対し有利な条件である。勿論、黒化処理する炉の内側に空気を流すことによる強制的な冷却、又はこの炉の外側における強制的な冷却のような他の急速な冷却方法も応用可能である。シャドウマスクによって放出される熱は高く、更に３０００℃／minまでの冷却速度に対し、大体は強制的な冷却が避けられる。
【００３２】
黒化処理の後にシャドウマスクが急速に冷却されるときの熱膨張係数の減少は、この黒化処理の間に前記マスクが約６００℃の温度に加熱されるという事実に起因している。これがシャドウマスクの材料の金属格子における欠損及び不規則さを引き起こす。黒化処理の後、シャドウマスク１３が例えばしばしば使用される５０℃／minのような低い冷却速度で冷却される場合、これらの格子誤りは再び消失する。しかしながら、例えば５００℃／min又は更に２０００℃／minのような高い冷却速度において、これら格子誤りは、“凍結”され残り、熱膨張係数の大幅な減少を導く。
【００３３】
黒化処理されたシャドウマスクを急速に冷却するこの方法は、アンバー型の材料から製造されるシャドウマスクに限定されない。例えば鉄−ニッケル合金及び熱膨張係数を低くするのに使用される添加剤を持つ他の鉄−ニッケル合金を含むコバルトのような他のマスク材料にも応用されることができる。その上、鉄−ニッケル合金は、熱導電性、剛性、降伏応力等を改善する添加剤を備えてもよい。勿論、それが例えばフレーム１４又は内部磁気遮蔽のようなカラー表示管１の内部の他の金属部分に応用されてもよい。
【００３４】
その上、前記方法は特定のパターンの孔を備えるシャドウマスクに限定されない。ドット状パターン、スロット状パターンを備えるシャドウマスク又はアパーチャグリル型(aperture grill-type)のシャドウマスクにも応用可能である。
【００３５】
要するに、カラー表示管１用のシャドウマスク１３の製造処理における処理ステップの１つは黒化処理である。この処理ステップにおいて、シャドウマスク１３は、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物からなる穏やかな酸化雰囲気中で炉内において少なくとも６００℃の温度に加熱される。これらの条件下において、シャドウマスク１３は、“黒錆”とも呼ばれる四酸化三鉄(Fe4O3)の層で覆われる。この後、シャドウマスクは冷却される。本発明は、通常よりも高い冷却速度を持つ新しい黒化処理を説明している。現在の処理において、５０℃／minの冷却速度２１が使用され、本発明は少なくとも５００℃／minの冷却速度２２又はそれ以上の冷却速度を開示している。この結果、少なくとも２０％の熱拡張係数の改善が得られ、これが高い機械的安定性と高い画像性能とを持つようなシャドウマスク１３を備えるカラー表示管１につながる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるカラー表示管の断面図。
【図２】色選択電極の断面図。
【図３】熱膨張係数を黒化処理した後の冷却速度の関数とするグラフ。
【０００１】
本発明は、表示窓並びにシャドウマスク及びフレームを有する色選択電極を備えるカラー表示管(CDT: color display tube)を製造する方法に関する。この方法は、孔が設けられたシート(apertured sheet)からシャドウマスクを形成する処理ステップ、前記シャドウマスクを炉内において少なくとも約６００℃で黒化処理(blackening)する処理ステップ、及び前記表示窓から懸架される色選択電極を形成するためにこのシャドウマスクを前記フレームに結合する処理ステップを有する。
【０００２】
本発明は更に、この方法を用いて製造されるカラー表示管及びこのようなカラー表示管に使用する色選択電極にも関する。
【背景技術】
【０００３】
冒頭の段落に記載されるようなカラー表示管を製造する方法は、“Manufacturing of CRTs” by Daniel den Engelsen (SID Seminar Lecture Notes, Long Beach, California, May 15 and 19, 2000)に開示されている。この文献は、2.3.1節においてシャドウマスクの製造における関連する処理ステップを述べている。シャドウマスクが規定される形状を得るために引き抜かれた後、このシャドウマスクは黒化処理される。この処理ステップにおいて、前記シャドウマスクは、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物からなる穏やかな酸化雰囲気中で炉内において例えば少なくとも６００℃の温度に加熱される。これらの条件下において、シャドウマスクは“黒錆(black rust)”とも呼ばれる四酸化三鉄(Fe4O3)の層で覆われる。この黒化処理は例えば遠赤外線の高い係数での放射のような多数の利点を持っている。動作中、シャドウマスクは、このシャドウマスクに衝突する電子により過熱され、シャドウマスクの変形を引き起こす。シャドウマスクが変形される場合、シャドウマスクの遮蔽効果が変化し、その結果、電子ビームが表示窓上の適切なＥＬ材料(Electroluminescent material)に衝突しない。この位置ずれは、対応する色の欠落の原因となり、また更に悪くなると、ＥＬ材料の誤った色が励起される。これらの位置ずれは、カラー表示管の画像性能の劣化となる表示管の変色を引き起こす。明らかに、前記シャドウマスクの高熱での放射は、カラー表示管の画像性能に対し重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術に記載されるようなシャドウマスクを備えるカラー表示管は実際に、画像性質に関し絶えず増大する要求が満たされないくらい大きな変色を示す。特に、ワイドスクリーン管及び実質的に平坦又は略平坦な表示窓の外表面はこれらの問題を負担している。既知のカラー表示管の欠点は、それが過度に大きな位置ずれを示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、冒頭の段落に記載されるシャドウマスクに改良を加え、表示窓上の位置決め誤りを大幅に減少させるシャドウマスクを有するカラー表示管を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、本目的は、黒化処理のステップの後、シャドウマスクの熱膨張係数に関する十分な減少を得るために、５０℃／minよりもかなり早い冷却速度でシャドウマスクを冷却することを特徴とするカラー表示管を用いて達成される。
【０００７】
本発明は、シャドウマスクが動作中に少数の変形を示すとき、位置決め誤りが減少するという認識に基づいている。シャドウマスクにおいて変形の大きさに影響する１つのパラメータは、このシャドウマスクの熱膨張係数である。この理由のために、多くの異なる材料は、これら材料がカラー表示管のシャドウマスクに適切に使用されるかを見つけ出すためにこれまでは調査されていた。最もよく知られている材料は、アコカ鋼(akoca steel)及び鉄−ニッケル合金であるアンバー(invar)である。
【０００８】
本発明は、材料を選択する代わりに、シャドウマスク製造処理により決められるシャドウマスクの熱膨張係数を減少させる方法を開示する。通常使用される処理において、黒化処置の後、シャドウマスクは、黒化処理する炉内において約５０℃／minの速度で冷却される。この冷却速度が大幅に増大するとき、熱膨張係数は、アンバー型のシャドウマスクに対し大きく減少することが分かっている。
【０００９】
特願平１０−１３０７２２号の出願において、急速冷却処理と呼ばれる黒化処理が記載されている。この処理の目的は、加圧した後、鉄−ニッケル合金内に残存する歪みを生じさせることである。特願平１０−１３０７２２号に記載されている急速冷却速度は約３５℃／minに増大しているので、この急速冷却速度が現在使用している黒化処理における速度よりも低く、それゆえに本発明とは関連しない。
【００１０】
好ましい実施例は、黒化処理のステップの後、シャドウマスクは少なくとも５００℃／minの冷却速度で冷却される。この冷却速度が約５００℃／minのレベルに増大するとき、熱膨張係数は、アンバー型のシャドウマスクに対し約２０％ずつ減少することが分かる。
【００１１】
他の実施例は、前記黒化処理のステップの後、シャドウマスクは少なくとも２０００℃／minの冷却速度で冷却されることを特徴とする。この冷却速度を２０００℃／minに増大することにより、熱膨張係数の更に素晴らしい減少、すなわち約３５％の減少が得られる。この解決法が性能の観点から好まれたとしても、それは特別な処理条件を必要とするので、実際に実現するのは難しい。
【００１２】
他の実施例において、前記冷却速度は、黒化処理の温度と５００℃との間に保たれる。
【００１３】
実験では、熱膨張係数に関するゲインは、冷却速度が少なくともこの冷却軌跡の最初の部分に保たれる、すなわち約６００℃から５００℃の黒化処理する温度に保たれるとき、最大となることが示されている。
【００１４】
更に他の実施例において、色選択電極の冷却は外気中において実行される。
【００１５】
工業的観点から、外気中において冷却を行うことは非常に有利である。これは、追加の装置が必要とされないので、この処理を実行する最も簡単なやり方である。黒化処理する炉の後ろの製造ラインにおける幾らかの空間だけを必要とする。
【００１６】
他の実施例は、シャドウマスクが鉄−ニッケル合金、特に３６％のニッケルを含む鉄−ニッケル合金で作られる。
【００１７】
この急速冷却処理は、特に画像品質に関して最も高い要求を満たさなければならないカラー表示管に対して意図されるので、シャドウマスクが製造された材料が既に低い熱膨張係数を持つ場合に最良の結果が得られる。これは、鉄−ニッケル(Fe-Ni)合金、特にアンバーとしても知られる約３６％のニッケルを持つ合金を使用することにより達成される。
【００１８】
更に他の実施例は、２０℃から１００℃の温度範囲におけるシャドウマスクの熱膨張係数が０．８＊１０-6／Ｋより下であることを特徴とする。
【００１９】
改良型アンバーとも呼ばれる低いマンガン含有量の材料から作成されるアンバー型のシャドウマスクは、一般的に約１・０＊１０-6／Ｋの熱膨張係数を持つ。５００℃／minの冷却速度は２０％の熱膨張係数の減少となり、３０００℃／minの冷却速度は更に３５％の熱膨張係数の減少となる。そして、０．８＊１０-6／Ｋよりも下の熱膨張係数が達成されることができる。
【００２０】
本発明は更に、この方法を使用することにより製造されるカラー表示管、及びこのようなカラー表示管に使用する色選択電極にも関する。
【００２１】
本発明のこれら及び他の特徴は図及び以下に記載される実施例から明らかであり、これら図及び実施例を参照して限定するのではない実施例を用いて説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に示されるカラー表示管１は、表示窓３、ファンネル形状部４及びネック部５を備える真空ガラス封体部２を有する。表示窓３の内側に、例えば異なる（例えば、赤、緑及び青）色で発行する蛍光体の線又は点のパターンを持っているスクリーン６が配されてもよい。この蛍光体のパターンは、電子銃１０により発生する３つの電子ビーム７、８及び９により励起される。スクリーンに向かう途中で、電子ビーム７、８及び９は、偏向ユニット１１により偏向され、電子ビーム７、８及び９が計画的にスクリーン６を走査することを保証する。電子がスクリーン６に衝突する前に、これら電子は色選択電極１２を通過する。この色選択電極１２はシャドウマスク１３を有し、これが実際の色選択部分であり、それが電子ビームを交差させるので、電子は適当な色の蛍光体にだけ衝突する。シャドウマスク１３は、円形又は楕円形の孔が設けられたマスク又はワイヤマスクであってよい。更に、色選択電極１２はシャドウマスク１３を支持するためのフレーム１４を有する。
【００２３】
本実施例において、図２においてより詳細に示されるように、色選択電極１２は角(corner)懸架型であるので、フレーム１４は角部１６とこれら各部１６を相互接続する仕切り板部分１５とを有する。色選択電極１２は、支持電極１７を用いることにより表示窓３から懸架され、これら支持電極は本実施例では表示窓３の角領域１８の直立した端部に固定されている。
【００２４】
シャドウマスク１３の製造処理は多数のステップを有する。その処理は金属の平坦な薄板で始まり、通常使用される材料はアコカ（低炭素金属）及びアンバー（約３６％のニッケルを含む鉄−ニッケル合金）である。この金属の薄板は、化学的なエッチング処理が続くフォトリソグラフィック処理により、孔のパターンを備える。混合される窒素−水素雰囲気の下で、８００℃から９００℃の間の温度で焼鈍(annealing)及び再結晶化(re-crystallizing)した後、平坦なマスクが完成される。
【００２５】
次のステップにおいて、前記マスクは規定の輪郭を得るために成形される。これは、アコカのマスクは室温で引き抜かれ、アンバーのマスクは主に約２００℃の温度で引き抜かれる特徴を用いて、圧力ツールを使用して行われ、その後、前記マスクは取り除かれる。最終の処理ステップは、シャドウマスクの黒化処理であり、これが本発明の主題である。シャドウマスク１３が完成されるとき、シャドウマスク及びフレーム１４は色選択電極１２を形成するために組み立てられる。
【００２６】
従来の黒化処理において、シャドウマスク１３は、例えば一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物からなる穏やかな酸化雰囲気中で炉内において少なくとも６００℃の温度に加熱される。代わりに、シャドウマスク１３の黒化も遊離酸素を含む酸化的ガス体の下で起こる。本処理において、酸化雰囲気は、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、水素、アルゴン及び水蒸気の混合物からなり、この水蒸気は黒化処理にとって非常に重要である。これらの条件下において、シャドウマスク内の鉄が“黒錆(black rust)”とも呼ばれるFe3O4の層を形成するように酸化される。次いで、シャドウマスク１３は炉内において約５０℃／minの早さで冷却される。この黒化処理はFe3O4の遠赤外線における放射係数が高いために、動作中にシャドウマスクの熱の放射を増大させる。その上、Fe3O4は、表示窓３及びファンネル形状部４が組み立てられるフリット封止処理の間、制御されない酸化に対しシャドウマスク１３を守っている。
【００２７】
現在のカラー表示管１において、画像品質はますます重要になっている。明らかに、色の純度は画像品質において主要な役割を果たしている。そのために、動作中、シャドウマスク１３の変形が最小に減少することが必須である。このシャドウマスク１３の良好な機械的安定性に寄与するパラメータの１つは、シャドウマスクの材料の熱膨張係数である。この熱膨張係数が低い場合は言うまでも無いが、シャドウマスクに衝突する電子により熱せられる場合、シャドウマスクは僅かな変形を示す。結果として、アンバーの方がアコカよりもシャドウマスクの材料として好ましい。それはアンバーの熱膨張係数がアコカの熱膨張係数よりも約１０倍低いからである。アンバーの欠点はその価格であり、これはアコカの価格のよりもかなり高い。
【００２８】
最近、多くの研究がアンバーの熱膨張係数に関して減少した熱膨張係数を持つ新しい材料の開発が行われている。しかしながら、本発明によれば、熱膨張係数は新しい黒化処理により低くすることができる。この新しい方法は、高価な新しい材料又は工場に複雑な機械を必要とはしない。これはこの方法を非常に魅力的にする。利点は殆ど費用をかけずに良好な画像性能となることが明らかである。
【００２９】
本発明によれば、アンバー型のシャドウマスクの熱膨張係数は、黒化処理の後、シャドウマスク１３を急速に冷却することにより大幅に低くすることができる。℃／min表示の冷却速度と２０℃から１００℃の温度範囲に対する熱膨張係数との関係が図３に与えられている。アンバー型のシャドウマスクに対し、この図における測定点は試験炉において得られる。シャドウマスクはこの炉内において黒化処理され、次いでこの炉から素早く取り出され、大気中で冷却される。この図において、前記冷却速度は、黒化温度と５００℃との間の冷却処理から得られる。
【００３０】
現在使用されている５０℃／minの冷却速度が点２１で示されている。この冷却速度において、アンバーの熱膨張係数は２０℃から１００℃の温度範囲において約１．０＊１０-6／Ｋである。この冷却速度を増大させることにより、熱膨張係数の大幅な減少が得られ、５００℃／minの冷却速度では２０％（点２２参照）及び３０００℃／minの冷却速度では更に３５％（点２３参照）減少する。
【００３１】
黒化処理に現在使用されている炉内において、シャドウマスクは５０℃／minという低い冷却速度でも冷却される。本発明による黒化処理に対し、５００℃／minの冷却速度が必要とされ、これを実現する最も簡単なやり方はシャドウマスクを大気中で冷却することである。これは、どんな装置も殆ど必要ないので、製造環境に対し有利な条件である。勿論、黒化処理する炉の内側に空気を流すことによる強制的な冷却、又はこの炉の外側における強制的な冷却のような他の急速な冷却方法も応用可能である。シャドウマスクによって放出される熱は高く、更に３０００℃／minまでの冷却速度に対し、大体は強制的な冷却が避けられる。
【００３２】
黒化処理の後にシャドウマスクが急速に冷却されるときの熱膨張係数の減少は、この黒化処理の間に前記マスクが約６００℃の温度に加熱されるという事実に起因している。これがシャドウマスクの材料の金属格子における欠損及び不規則さを引き起こす。黒化処理の後、シャドウマスク１３が例えばしばしば使用される５０℃／minのような低い冷却速度で冷却される場合、これらの格子誤りは再び消失する。しかしながら、例えば５００℃／min又は更に２０００℃／minのような高い冷却速度において、これら格子誤りは、“凍結”され残り、熱膨張係数の大幅な減少を導く。
【００３３】
黒化処理されたシャドウマスクを急速に冷却するこの方法は、アンバー型の材料から製造されるシャドウマスクに限定されない。例えば鉄−ニッケル合金及び熱膨張係数を低くするのに使用される添加剤を持つ他の鉄−ニッケル合金を含むコバルトのような他のマスク材料にも応用されることができる。その上、鉄−ニッケル合金は、熱導電性、剛性、降伏応力等を改善する添加剤を備えてもよい。勿論、それが例えばフレーム１４又は内部磁気遮蔽のようなカラー表示管１の内部の他の金属部分に応用されてもよい。
【００３４】
その上、前記方法は特定のパターンの孔を備えるシャドウマスクに限定されない。ドット状パターン、スロット状パターンを備えるシャドウマスク又はアパーチャグリル型(aperture grill-type)のシャドウマスクにも応用可能である。
【００３５】
要するに、カラー表示管１用のシャドウマスク１３の製造処理における処理ステップの１つは黒化処理である。この処理ステップにおいて、シャドウマスク１３は、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物からなる穏やかな酸化雰囲気中で炉内において少なくとも６００℃の温度に加熱される。これらの条件下において、シャドウマスク１３は、“黒錆”とも呼ばれる四酸化三鉄(Fe4O3)の層で覆われる。この後、シャドウマスクは冷却される。本発明は、通常よりも高い冷却速度を持つ新しい黒化処理を説明している。現在の処理において、５０℃／minの冷却速度２１が使用され、本発明は少なくとも５００℃／minの冷却速度２２又はそれ以上の冷却速度を開示している。この結果、少なくとも２０％の熱拡張係数の改善が得られ、これが高い機械的安定性と高い画像性能とを持つようなシャドウマスク１３を備えるカラー表示管１につながる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるカラー表示管の断面図。
【図２】色選択電極の断面図。
【図３】熱膨張係数を黒化処理した後の冷却速度の関数とするグラフ。
Claims (10)
- 表示窓並びにシャドウマスク及びフレームを有する色選択電極を備えるカラー表示管を製造する方法であって、孔が設けられたシートから前記シャドウマスクを形成するステップ、炉内において少なくとも約６００℃の温度で前記シャドウマスクを黒化処理するステップ、及び前記表示窓から懸架される前記色選択電極を形成するように前記シャドウマスクを前記フレームに結合するステップを有する方法において、前記黒化処理のステップの後、前記シャドウマスクは、当該シャドウマスクの熱膨張係数に関する大幅な減少を得るために、５０℃／minよりもかなり高い冷却速度で冷却されることを特徴とする方法。
- 前記黒化処理のステップの後、前記シャドウマスクは少なくとも５００℃／minの冷却速度で冷却されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記黒化処理のステップの後、前記シャドウマスクは少なくとも２０００℃／minの冷却速度で冷却されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記冷却速度は黒化処理の温度と５００℃との間に保たれることを特徴とする請求項１、２または３に記載の方法。
- 前記色選択電極の冷却は外気中で行われることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の方法。
- 前記シャドウマスクは鉄−ニッケル合金で製造されることを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載の方法。
- 前記鉄−ニッケル合金は約３６％のニッケルを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
- ２０℃から１００℃の温度範囲における前記シャドウマスクの前記熱膨張係数は、０．８＊１０-6／Ｋよりも低いことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法を用いて製造される色選択電極。
- 請求項９に記載の前記カラー表示管に使用する色選択電極。
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