JP3979544B2 - シャドーマスクおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー受像管などに用いられるシャドーマスクおよびその製造方法に関し、より詳しくは、AK(アルミキルド鋼)鋼などの基板からなるシャドーマスクのドーミング(Doming)現象と色純度劣化を抑制できるシャドーマスクおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、シャドーマスク方式のカラー受像管は、少なくとも、パネル、ファンネル及びネックから構成されたバルブを備えて構成されている。前記ネックには電子銃が設けられていると共に、前記パネルの内面にはR(赤色)、G(緑色)及びB(青色)の蛍光膜が塗布されていて、その蛍光膜から一定距離だけ離れて色選別の機能を有するシャドーマスクが配置される。
ここで、シャドーマスクは電子銃から放出された3つの電子ビームを、パネル内面に塗布されたR、G、Bの夫々に対応する蛍光膜にランディングされるように割当てる。
【0003】
このような従来のシャドーマスクの構造を図9に示す。
電子ビームが通過するアパーチャA1を備えたシャドーマスク1は、そのスカート部がフレーム3により溶接などによって係止されており、このフレーム3は支持ばね5を介してパネル内側に設けられている。前記パネルの内側全面にわたって形成された蛍光膜7は前記シャドーマスク1と一定距離離隔された状態を維持する。
ここで、シャドーマスク1は、通常、純鉄材料としてAK鋼で製造される。AK鋼の材質は、熱膨張係数がおよそ11.7×10-6/Kの値を有する。
【0004】
カラー受像管が動作しはじめると、電子銃から射出された電子ビームはシャドーマスク1のアパーチャA1を通過し蛍光膜にランディングされ、所定の画像を表示するようになる。しかしながら、実質的に前記電子ビームの80%程度がシャドーマスク1に衝突して、それ自体の温度をおよそ80〜90℃まで上昇させる。その結果、前記シャドーマスク1は、図中の点線11に示すように、スクリーン方向に熱膨張するドーミング現象を生じる。
かかるシャドーマスク1の熱的変形は、蛍光膜にランディングされる電子ビームの経路をB1からB2に変更させ、蛍光膜の発光位置をP1からP2に移動させて、スクリーン上における蛍光膜と電子ビームとのミスランディングを招く。このような電子ビームのミスランディングは、結局、ピューリティドリフト(Purity Drift)と呼ばれるスクリーンの色純度劣化を招来するようになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前述のドーミング現象は、カラー受像管が大型化およびフラット化されるに伴ってより深刻な問題点となる。
これを克服するため、AK鋼に比較してほぼ1/10の熱膨張率を有するアンバー合金(INVAR材:Fe−Ni合金)からなるシャドーマスクが日本国特許公開公報特開昭59−15861号、米国特許第647,924号および米国特許第4,528,246号に開示されている。しかしながら、前記アンバー材のシャドーマスクはアパーチャとスカート部の加工が難しいばかりではなく、価格が非常に高いから、製品の製造コストを上昇させるという問題点がある。
【0006】
従来技術の問題点を改善する他の例として、シャドーマスクに別の膜を付加形成して、ドーミング現象を減少させようとする種々の方法が提案されている。例えば、大韓民国特許公告公報第85−1589号にはスプレー方式で電子反射膜を形成する方法が提案されており、ヨーロッパ特許第139,379号には低熱膨張層を形成する方法が提案されている。さらに、大韓民国特許公告公報第90−4184号には熱放射膜を形成する方法が提案されている。
しかしながら、これらの方法は膜の形成作業が技術的に難しく、実際の製品に適用することが困難であり、実用的でないという問題点がある。しかも、上述の膜を含む夫々のシャドーマスクはドーミング現象を多少減少させるが、その効果は未だ十分とは言い難いのが実情である。
【0007】
本発明は、上述の従来技術の有する問題点を克服するため案出されたもので、その目的は、ドーミング現象と色純度劣化を効果的に抑制できる、低熱膨張、高電子反射および高熱放射機能を有するシャドーマスクを、一層容易に製造できる製造方法およびその製法により製造されたシャドーマスクを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的は請求項に記載の発明により達成される。
即ち、本発明にかかるシャドーマスクの製造方法の特徴構成は、シャドーマスクのアパーチャに対応したスクリーンメッシュ上に、タングステン、炭化タングステン、ビスマス及びこれらの酸化物の中から選ばれた1つ以上の物質を有するペースト状物質を塗布し、ついで前記スクリーンメッシュの下方にシャドーマスク用基板を配置して、前記スクリーンメッシュ上の前記ペースト状物質を前記スクリーンメッシュを通過させて前記シャドーマスク用基板の表面に印刷して物質層を形成し、前記シャドーマスク用基板をプレスしてスカート部を形成するシャドーマスクの製造方法であって、前記スクリーンメッシュを得るに際し、前記スクリーンメッシュの表面にフォトレジスト材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程後のスクリーンメッシュと光源との間に前記シャドーマスク用基板を位置させて当該シャドーマスク用基板を通じて前記フォトレジスト材を光に露出させる露出工程と、前記フォトレジスト材のうち光に露出されなかった部分をエッチングするエッチング工程とを行う点にある。
このようになっていると、タングステン、炭化タングステン、ビスマス及びこれらの酸化物は、低熱膨張、高電子反射および高熱放射機能を有するので、電子銃より照射される電子線に対して、シャドーマスクの昇温を極力少なくして、その熱膨張を押え、結果的にドーミング現象と色純度劣化を効果的に抑制できるに至る。また、これらの物質は、シャドーマスク用基板に容易に印刷・積層可能である。
【0009】
前記物質の厚さを増大させるため、前記物質層を印刷する工程を2回以上繰り返し実施してもよい。
本発明の他の特徴によると、前記スカート部を形成する前に、前記シャドーマスク用基板の他方の面にさらに前記物質層を印刷して、前記基板の表裏面に前記物質層を形成してもよい。
このようにすれば、ドーミング現象と色純度劣化を一層効果的に抑制できるシャドーマスクを製造できる。
【0010】
本発明は、前記シャドーマスク用基板の表面に物質層を形成した後、この基板を中性雰囲気、または、還元雰囲気の加熱炉で加熱して、前記物質層とシャドーマスク用基板の両者を相互拡散させて合金層を形成する工程をさらに含むようにしてもよい。
このようにしても、従来技術によるよりもドーミング現象と色純度劣化を一層効果的に抑制できるシャドーマスクを製造できる。
前記加熱を、850〜1,200℃の範囲で行うことが好ましい。
【0011】
上記のいずれかの製造方法により製造されたシャドーマスクであれば、ドーミング現象と色純度劣化を効果的に抑制できるシャドーマスクを提供できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面に基づいてより詳細に説明する。
〔第1実施の形態〕
図1は、第1実施の形態によるシャドーマスクの製造方法によって得られるシャドーマスク21の模式的な部分断面形状を示す。
シャドーマスク21の構造を、次に説明する。
このシャドーマスク21は、電子ビームが通過する多数個のアパーチャ23が形成されている基板たるAK鋼シャドーマスク25により構成されている。このAK鋼材は、周知のとおり、およそ11.7×10-6/Kの熱膨張係数を有する。
ここで、このAK鋼シャドーマスク25の一側表面、即ち、電子銃(図示略)と対向する一側表面には、所定の厚さを備えた、低熱膨張、高電子反射および高熱放射効果を有する物質層27が形成されている。即ち、この物質層27は電子ビームが入射されるAK鋼シャドーマスク25の一側表面に形成されている。前記物質層27は、タングステン、炭化タングステン(WC)、ビスマス及びこれら酸化物の中から選ばれた1つ以上の物質からなる。
前記物質層27の厚さは、50μm以下に形成されることが好ましい。その理由は、厚すぎるとビームがアパーチャを通過するのに妨害になるので、その特性が悪くなるためである。このような物質層27の厚さは、スクリーン印刷時に使用されるスクリーンメッシュ、ペースト状物質の種類、印刷圧力および速度などに応じて調整可能である。
【0013】
上述のような構成を有するシャドーマスク21を製造するためのスクリーン印刷工程を、図2〜図6に基づいて詳細に説明する。
まず、第1工程として、ステンレス鋼、ポリエステル、ナイロン材などから作られたスクリーンメッシュ31をフレーム35に装着し、スクリーンメッシュ31の表面全体にフォトレジスト材33を塗布する(図2参照)。
第2工程として、スクリーンメッシュ31上の前記フォトレジスト材33は、光源20からの光にシャドーマスク25を通じて露出された後(図3参照)、フォトレジスト材33の露出されなかった部分はエッチングされることによって、図6に示すように、シャドーマスク25のアパーチャ23に対応するフォトレジストパターン33′を形成する。別の方法として、前記アパーチャに対応するフォトレジストパターンを形成する工程を省略して印刷しようとするパターンの輪郭のみを形成することも可能である。
【0014】
第3工程として、前述の工程を経たスクリーンメッシュ31は公知のスクリーンプリンター上にマウントされ、ペースト状物質27′が均一な厚さで前記スクリーンメッシュ31の上面に塗布される(図4参照)。この実施形態において、前記ペースト状物質はタングステン、炭化タングステン、ビスマス及びこれらの酸化物の中から選ばれた少なくとも1つ以上の物質を使用する。
次いで、第4工程として、前記スクリーンメッシュ31の下方にAK鋼平板シャドーマスク25を配置し、前記ペースト状物質を圧搾機(スクィーズ機)39で加圧しつつ一方向へ移動させ、このAK鋼シャドーマスク25に物質層27を印刷する(図5参照)。そうすると、図6に示すように、物質層27がAK鋼シャドーマスク25に形成される。尚、図中参照符号37はスクリーン印刷機のプレートを示す。
さらに、第5工程として、前述のように印刷工程が完了された平板状シャドーマスクを乾燥した後、プレスしてスカート部あるいはビード(図示せず)を形成することによって、シャドーマスクは完成する。上述の製造工程において、必要に応じて物質層27の厚さを増加させるためには、第3及び第4工程を2回以上繰返して実施することもできる。
以上の製造工程によって、本発明のシャドーマスク21はAK鋼材のシャドーマスク25の一側表面に、物質層27を付加形成した構造となる。
【0015】
このような物質層27は、低熱膨張膜、電子反射膜および熱放射膜を必要に応じて選択して形成するようにすることによって、AK鋼シャドーマスク25のドーミング量を抑えるよう作用する。より具体的には、前記物質層27中のタングステン、炭化タングステン、ビスマス、及びこれらの酸化物は熱膨張率が約4.5×10-6/Kに過ぎない。従って、前記物質層27はAK鋼シャドーマスク21の熱膨張率 11.7×10-6/Kを考慮するとき、十分な熱膨張減少効果を得られる。
しかも、前記物質層27中のタングステン、炭化タングステン、ビスマス、及びこれらの酸化物は、電子ビームの反射効率(0.45〜0.50)の大きい材質として、シャドーマスク21に入射される電子ビームの吸収量を減少させる。つまり、ドーミング量を減少させるよう作用する。
さらに、前記タングステン、炭化タングステン、ビスマス、及びこれらの酸化物は熱放射効率が高いものであって、その効果は、シュテファン・ボルツマンの法則q=εδT4(ε:熱放射率)を通じてわかる(qは放射強度である)。特に、前記炭化タングステンは熱放射率ε=0.9であり、ビスマスはε=0.85であって、これらは熱放射効率が優秀な物質である。
【0016】
〔第2実施の形態〕
図7に、本発明の第2実施の形態によって得られるシャドーマスクを示す。本実施形態で得られるシャドーマスク210は、前述の第1実施形態と同様に、AK鋼シャドーマスク25に物質層27を形成するが、図7に示すように、電子ビームの入射面とスクリーン側の面との両表面にともに物質層27を形成したものである。これを実現するために、本実施形態は第1実施形態における第5工程前に、第1工程〜第4工程の工程を、スクリーン側の面にさらに実施する。
【0017】
〔第3実施の形態〕
図8に、本発明の第3実施の形態によって得られる他のシャドーマスクを示す。図8に示すように、この実施形態によるシャドーマスク211は物質層27とAK鋼シャドーマスク25との間に、その物質層27とAK鋼シャドーマスク25との物質拡散により形成される合金層29をさらに形成したものを示している。これを実現するために、本実施形態に係る製造方法においては、第1実施の形態、または、第2実施の形態で得られたシャドーマスク21または210を中性雰囲気、または、還元性雰囲気の加熱炉に投入し、浸炭工程(セメンテーション)をさらに実施するようになる。
加熱炉の温度は、850〜1、200℃範囲に設定することが好ましい。これは、AK鋼の変態点温度である800℃を考慮して最小温度を設定したものである。物質の種類に応じてその以上に設定することも可能である。このような浸炭工程により、物質層27とAK鋼シャドーマスク25との間には、両材質間の物質拡散現象が起こるようになり、これは元材質の特性を変形させて合金層29を形成する。その結果、図示するようなシャドーマスク211が得られる。
より具体的に、前記合金層29は、Fe−W、Fe−WCの合金鋼の形態に形成される。ここで、前記Fe−W及びFe−WCは、W、WCとAK鋼との間の熱膨張率4.5×10-6/K以上、11.7×10-6/K未満を有し、AK鋼の熱膨張量を第1実施の形態より減少させることがわかる。また、前記Fe−W、Fe−WC及びFe−Bi合金鋼は熱放射効率が高いものとして、その効果は、シュテファン・ボルツマンの法則q=εδT4(ε:熱放射率)により明らかとなる。
【0018】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係るシャドーマスクは、電子ビームの衝突による熱的変形、即ち、ドーミング現象を効果的に抑制できる。即ち、本発明に用いる物質層が低熱膨張、高電子反射および高熱放射機能を複合的に有するので、かかる物質層を備えたAK鋼材などからなるシャドーマスクの熱的変形を減少させるようになり、ドーミング現象を実質的に防止できる。なお、このドーミング防止効果は、スクリーン上における蛍光膜と電子ビームとのミスランディングを防止せしめ、結局、カラー受像管の色純度を向上させ得る。
しかも、本発明は、高価のアンバー材を用いる必要がないので、シャドーマスク及びこれを用いた製品の製造原価を低める効果を有する。
さらに、本発明に用いるスクリーン印刷方法は、工程が単純で作業が容易であるので、従来技術のスプレー法による問題点を実質的に解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施の形態に係るシャドーマスク製造方法によって得られるシャドーマスクを図示した部分断面図
【図2】第1実施の形態に係るシャドーマスクの製造方法を説明する図
【図3】第1実施の形態に係るシャドーマスクの製造方法を説明する図
【図4】第1実施の形態に係るシャドーマスクの製造方法を説明する図
【図5】第1実施の形態に係るシャドーマスクの製造方法を説明する図
【図6】第1実施の形態に係るシャドーマスクの製造方法を説明する図
【図7】第2実施の形態に係るシャドーマスク製造方法よって得られるシャドーマスクを図示した部分断面図
【図8】第3実施の形態に係るシャドーマスク製造方法によって得られるシャドーマスクを図示した部分断面図
【図9】従来のシャドーマスクを図示した断面図
【符号の説明】
21 シャドーマスク
23 アパーチャ
25 シャドーマスク用基板
27 物質層
27′ ペースト状物質
29 合金層
31 スクリーンメッシュ
Claims (6)
- シャドーマスクのアパーチャに対応したスクリーンメッシュ上に、タングステン、炭化タングステン、ビスマス及びこれらの酸化物の中から選ばれた1つ以上の物質を有するペースト状物質を塗布し、ついで前記スクリーンメッシュの下方にシャドーマスク用基板を配置して、前記スクリーンメッシュ上の前記ペースト状物質を前記スクリーンメッシュを通過させて前記シャドーマスク用基板の表面に印刷して物質層を形成し、前記シャドーマスク用基板をプレスしてスカート部を形成するシャドーマスクの製造方法であって、
前記スクリーンメッシュを得るに際し、前記スクリーンメッシュの表面にフォトレジスト材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程後のスクリーンメッシュと光源との間に前記シャドーマスク用基板を位置させて当該シャドーマスク用基板を通じて前記フォトレジスト材を光に露出させる露出工程と、前記フォトレジスト材のうち光に露出されなかった部分をエッチングするエッチング工程とを行うシャドーマスクの製造方法。 - 前記物質層の厚さを増大させるため、前記印刷を2回以上繰り返して行う請求項1に記載のシャドーマスクの製造方法。
- 前記スカート部を形成する前に、前記シャドーマスク用基板の他方の面にさらに前記物質層を印刷して、前記基板の表裏面に前記物質層を形成する請求項1又は2に記載のシャドーマスクの製造方法。
- 前記シャドーマスク用基板の表面に物質層を形成した後、この基板を中性雰囲気、または、還元雰囲気の加熱炉で加熱して、前記物質層とシャドーマスク用基板の両者を相互拡散させて合金層を形成する工程をさらに含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のシャドーマスクの製造方法。
- 前記拡散時の加熱を、850〜1,200℃の範囲で行う請求項4に記載のシャドーマスクの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載のシャドーマスクの製造方法により製造されたシャドーマスク。
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