JP3979544B2 - シャドーマスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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