JPH054774B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は吸光マトリクスを備えた画素表示装
置とそのマトリクスの製造方法に関するもので、
この画像表示装置は、例えば、電子装置により処
理されたビデオ画像、データあるいはその他の情
報をカラー表示するためのCRT（陰極線管）など
である。

〔発明の背景〕

カラー表示装置、例えば、有孔マスク型CRT
のスクリーンは、例えば、互いに間隔を置いて配
置された発光材料からなる画素領域で構成されて
いる。この画素領域は選択的に励起されて発光し
画像を形成する。スクリーンに生成される発光画
像のコントラストを改善するための方法の１つ
に、スクリーン画素領域に隣接して吸光マトリク
スを設ける方法がある。このようなマトリクス
は、スクリーンの画素領域相互間の部分から反射
され、る外光の強度を実質的に減じる効果を持
つ。

吸光マトリクスを備えた画像表示装置、マトリ
クスの製造方法及びマトリクスを構成する材料に
関しては、例えば、米国特許第3558310号、同第
4049452号及び同第4556820号に開示がある。反射
プリント法と呼ばれるマトリクス製造のための好
ましい方法は、支持体上に有機重合材料のステン
シルを写真的に製造し、この支持体を粒上吸光材
料のスラリーでコーテイングし、このコーテイン
グを乾燥させ、ついで、ステンシルの空領域中の
上記コーテイングはそのまゝ残して、ステンシル
をその上のコーテイングと共に取去るという諸工
程を備えている。次に、蛍光体材料を、ステンシ
ルが取除かれたマトリクスの空領域に被着させ、
その後、構体を400℃以上の温度で空気中で行う
第１のベーキング工程と300℃以上の温度で空気
中で行う第２のベーキング工程との少くとも２つ
のベーキング工程にかける。

従来提案されたすべてのマトリクス材料の中
で、コロイド状黒鉛製のマトリクスとカーボンブ
ラツク製のマトリクスが最も多く用いられかつ最
も良好なものであつた。しかし、この２つの材料
にも多くの欠点がある。コロイド状黒鉛は低価格
でかつ後で行う空気中でのベーキング時の酸化に
対し比較的耐性があるが、色が灰色でかつカーボ
ンブラツクよりも吸光性が低く、出来上つたマト
リクスは粒度が0.1〜5.0ミクロンという比較的大
きなものであるために、所望の解像度よりも低い
解像度しか得られない。カーボンブラツクはコロ
イド状黒鉛に比して、吸光性が高く、平均粒度は
小さい（0.009〜0.070ミクロンの範囲）が、後で
行われる空気中でのベーキングに際しての酸化に
対する耐性がコロイド状黒鉛よりも低い。カーボ
ンブラツクマトリクスが過度に酸化されると、光
の吸収が悪くなり、あるいは、酸化によつて失わ
れた材料を補償するために多量のカーボンブラツ
クを被着せねばならなくなる。

従来用いられていたコロイド状黒鉛よりも低価
格で、粒子寸法の範囲がより小さく、かつ、外光
の吸収力がより大きく、しかも、従来用いられて
いたカーボンブラツクよりも、後の工程で行われ
る空気中におけるベーキングに対する耐性が大き
な吸光粒子のマトリクスを備えた表示装置が望ま
れている。このような吸光性粒子は通常の工場の
工程によつて良好な保存性を持つた水性スラリー
を形成し、かつ、従来のマトリクス製造法と両立
するものでなければならない。

〔発明の概要〕

この発明による画像表示装置は、相互に間隔を
置いて配列された画素領域と、これらの画素領域
に隣接して設けられ、主として部分的に黒鉛化
（半黒鉛化）されたカーボンブラツク粒子からな
る吸光マトリクスとを有する観察スクリーンを備
えている。使用されるカーボンブラツクは、フア
ーネスブラツクを1500℃以上の温度で所要程度の
黒鉛化が達成されるまで加熱することによつて作
られる。平均粒子寸法は0.010〜0.070ミクロンの
範囲内にある。

この発明の表示装置は、上述したような従来法
によつて製造することもできるが、その場合は、
粒子状部分黒鉛化マトリクス材料を使用するこ
と、部分黒鉛化カーボンブラツクに対する従来法
の効率を良好にするため組成及び工程を調整する
こととにおいて従来法と異なる。好ましい実施例
においては、水性スラリーは主として、部分黒鉛
化されたカーボンブラツクと、硝酸によつてPHが
約2.7に酸性化されたPVA（ポリビニルアルコー
ル）と、表面活性剤とで構成される。

〔詳細な説明〕

この発明の画像表示装置は、観察窓とこの窓の
一方の面に設けられた観察スクリーンとを備えて
いる。観察スクリーンは相互に間隔を置いて配置
された画素領域と、主として、これらの画素領域
に隣接した部分黒鉛化カーボンブラツク粒子から
なる吸光マトリクスとを含んでいる。このマトリ
クスは画素領域を取囲むようにしてもよいし、画
素領域相互間の空間を部分的に埋めるようにして
も、あるいはこの発明の好ましい実施例における
ように完全に埋めるようにしてもよい。更に、画
像表示装置はその観察スクリーンが画素領域を備
えるものであれば、どのようなタイプのものでも
よい。従つて、画像表示装置としては、液晶、発
光ダイオード、エレクトロルミネツセント層、フ
オトルミネツセント層、あるいは陰極発光（カソ
ードルミネツセント）層等を用いるものを使用で
きる。

画像表示装置の好ましい型式はシヤドーマスク
型の陰極線管（CRT）で、その典型的な例が第
１図に示されている。第１図に示すCRT２１は
ガラス製フアンネル２５の広口端に気密封止され
たガラス製フエースプレートパネル２３を有す
る。フアンネル２５はその細い方の端部にフアン
ネルと一体のネツク部２７を備えており、ネツク
部２７はステム２９で封止されている。ステム２
９には多ビーム電子銃（図示せず）が取付けられ
てネツク内に収容されている。フエースプレート
パネル２３は観察窓３１と周辺側壁３３とを有
し、側壁３３はその延長端がフアンネル２５の広
口端に気密封止されている。観察スクリーン３５
が観察窓３１の内面に支持されている。スクリー
ン３５と近接隔置関係をもつて、有孔シヤドーマ
スク３７が側壁３３に支持されている。観察スク
リーン３５は、３つの異なる発光色の陰極線発光
蛍光体、一般には赤色発光、緑色発光及び青色発
光蛍光体で形成された画素領域を順に配列したア
レーを備えている。好ましい蛍光体は、例えば、
赤色発光蛍光体として、（Ｙ，Eu）O₂S、緑色発
光蛍光体として、（Zn，Cd）Ｓ：Cu：Al、青色
発光蛍光体として、Zn：Agである。画素領域と
しては、例えば、第２図に示すような６角形アレ
ーに配置したドツトや、第３図に示すような平行
アレーとして配置した垂直なライン（線）とする
ことができる。第２図及び第３図のそれぞれにお
いては、黒色の吸光マトリクス３９及び４１が画
素領域相互間の空間を埋めている。吸光マトリク
スは主として部分黒鉛化（半黒鉛化）カーボブラ
ツク粒子で構成されている。画像表示装置は付勢
されると単色画像又は多色画像を生成する。

この発明の方法の最も簡単な形のものは、本質
的には、支持体の表面上に、幾何学的形状が実質
的に所要マトリクスのパタンのネガである有機材
料のステンシルを作ることを含んでいる。このス
テンシルと支持体表面上に、粒状の部分黒鉛化カ
ーボンブラツクマトリクス材料の水性スラリーが
被覆され、乾燥され、全体にカーボンブラツクの
層が形成される。次に、ステンシルとその上のカ
ーボンブラツク層の部分とが除去されるが、支持
体表面に直接接触しているカーボンブラツク層は
そのまゝ保持されて所望のマトリクスを形成す
る。次に、蛍光体のパタンがマトリクス中の空間
部を埋めるように所要のアレーとして被着され
る。ステンシルと蛍光体アレーとは、公知の方
法、例えば、前述した特許に開示された方法によ
り、写真工学的に形成することが好ましい。

例 前述した米国特許第4049452号の第３〜４欄に
開示されている例と同様にしてステンシルとマト
リクスを有孔マスク型CRT用フエースプレート
の内面に形成する。簡単に言うと、表面を重クロ
ム酸塩で増感したPVA（ポリビニルアルコール）
のフイルムで覆い、このフイルムを光のパタンに
露光して照射された部分を不溶性にし、次に、フ
イルムをその不溶性部分以外の部分を全て除去す
ることによつて現像する。次に、このステンシル
を、重量パーセントで、10％の部分黒鉛化された
カーボンブラツク（米国マサチユーセツツ州ボス
トンのキヤボツト社（Cabot Corporation）から
市販されているSL−175）、1.5％のポリビニルア
ルコール固体（米国ニユーヨーク州ニユーヨーク
のエア・プロダクツ社（Air Products Co.）か
ら市販されているVinol 540）、1.2％のコロイド
状シリカ固体（米国デラウエア州ウイルミントン
のデユポン・ケミカル社（Dupont Chemical
Co.）から市販されているLudox AS）、及び0.6
％の表面活性剤（米国ミシガン州ワイアンドツト
のワイアンドツト・ケミカル社（Wyandotte
Chemical Co.）から市販のPluronic Ｌ−92）を
含み、残部が水であるスラリーでコーテイングす
る。このスラリー混合物は36時間ミルにかけ、リ
ントのない紙によつて濾過してからステンシル上
に施す。このコーテイングを乾燥させた後、前述
した米国特許第4049452号の第４欄に開示されて
いる方法により、ステンシルとその上のコーテイ
ングとを除去する。簡単に説明すると、化学的消
化性剤、例えば、７重量％の過酸化水素をステン
シル上のコーテイングに施し、ステンシルを膨潤
かつ軟化させた後、材料を洗い流してマトリクス
とする。次に、蛍光体領域のアレーをマトリクス
中の空間内に被着し、その後、出来上つた構体に
フイルムを施し、アルミニウム被膜を設け、ベー
キングした後、CRTとして組立てる。

一般的考察 現在、ほとんどのフエースプレートパネル上に
マトリクスコーテイングを形成するのに、ある市
販のコロイド状黒鉛スラリーが用いられている。
残念なことには、この重要な材料は高価で、保存
寿命が悪く、かつ、これを供給する業者が１つし
かない。コロイド黒鉛のほかに、マトリクスコー
テイング用に使用できる可能性を有するものとし
て試験してみた黒化顔料に、黒色の酸化鉄及びカ
ーボンブラツクがある。しかしながら、これら２
つの材料はブークアウト処理中に消失してしまつ
たり、あるいは蛍光体と反応してしまう。

この従来のコロイド状黒鉛スラリーを広範囲に
わたつて分析したところ、このスラリーは20％の
コロイド状黒鉛と３％のセルロース樹脂及びアン
モニア水（PH＝９〜10）を含んでいることがわか
つた。熱重量分析（TGA、thermogravimetric
analysis）を用いて調べた結果、有機結合剤は、
空気中でも窒素雰囲気中でも200〜300℃６で焼失
することがわかつた。５℃／分の加熱速度を用い
た時、コロイド状黒鉛は空気中で約740℃の温度
で消失した。黒鉛の空気酸化には35〜60Kcal／
モルが必要であるとの予想に反して、動力学的研
究によれば、約10〜15kcal／モルしか必要ないこ
とがわかつた。５℃／分の加熱速度を用いると、
細かく粉砕した黒鉛は約925℃で焼失した。動力
学的データによれば、400℃以上で約２時間を必
要とする工場製造段階で、マトリクス中のコロイ
ド状黒鉛の11％が消失すると推定された。これ
が、マトリクスの急光性が低下する理由である。

フアーネス法により作つた従来のカーボンブラ
ツクは、ほとんどが10〜70mmの範囲内の粒子であ
る。粒子が大きくなるとそれだけ燃焼が低速であ
り、小さい粒子ほど黒い。表面の酸素の量も１つ
の因子であり、１％又はそれ以下の表面酸素を持
つた粒子が空気酸化に対してより耐性がある。数
種のフエーネスブラツクを調べた結果、460℃で
２時間、空気中で加熱すると完全に焼失してしま
うことがわかつた。また、これらのフエーネスブ
ラツクは熱重量分析によつて、５℃／分の加速素
度では、約500〜700℃で焼失することがわかつ
た。2700℃で完全に黒鉛化させたフアーネスカー
ボンブラツクの研究室でのサンプルは、875℃ま
では完全には焼失しなかつた。この発明の方法で
使用される部分的に黒鉛化されたカーボンブラツ
クは、1500℃で少くとも４時間、フアーネスブラ
ツクを所要程度の黒鉛化が得られるまで加熱する
ことによつて作ることができる。

第４図は、粉砕した自然の黒鉛について得られ
た熱重量分析（TGA）曲線５１、前述した部分
黒鉛化カーボンブラツクSL−175とバインダを含
む組成についてのTGA曲線５３、及び現在使用
されている市販スラリーのコロイド状黒鉛とバイ
ンダとを含む組成についてのTGA曲線５５を示
す。各々の組成は、ベーキング温度を通常の５
℃／分の速度で上昇させながら空気中でベーキン
グした。第４図の曲線によれば、ベーキングによ
り、部分黒鉛化カーボンブラツクの重量損失は、
自然黒鉛よりも大きいが、現在使用されているコ
ロイド黒鉛マトリクス材料よりもはるかに小さい
ことがわかる。酸化に対する耐性が改善されたこ
とに加えて、この発明で使用される部分黒鉛化カ
ーボンブラツクを用いると、保存寿命が大幅に延
びたスラリーが得られる。この試験においては、
粉砕した自然な黒鉛の平均粒子寸法は約75ミクロ
ン（200メツシユ）部分黒鉛化カーボンブラツク
の平均粒子寸法は約0.04ミクロン、コロイド黒鉛
は約0.5ミクロンであつた。

コロイド状黒鉛のマトリクスは、カーボンブラ
ツクのコーテイングと直接比較すると、黒色では
なく灰色に見える。この黒さの差は黒鉛粒子とカ
ーボンブラツク粒子の相対的な大きさによる。コ
ロイド状黒鉛（スラリーをミリングすることによ
り作つた最も小さいタイプの市販の黒鉛）は、約
0.1〜5.0ミクロンの寸法で、直径対厚さ比が約
50：１の小板で形成されている。アクアダツグＥ
（Aquadag Ｅ）の場合、コロイド状黒鉛粒子の
中位寸法は0.5ミクロン又はそれ以上であること
をSEM（走査電子顕微鏡テスト）が示した。市販
のカーボンブラツクは、0.009〜0.70ミクロンの
中位粒子寸法範囲となるように作られる。カーボ
ンブラツクのコーテイングは、カーボンブラツク
粒子の方が小さいために入射光をより効果的に散
乱させるので、コロイド黒鉛のコーテイングより
も黒く見える。カーボンブラツク粒子の寸法が小
さいということは、また、この発明によるドツト
あるいはラインの輪郭が本質的によりはつきりさ
せることが出来る理由でもある。

従来マトリクスに使用されていたコロイド黒鉛
のコーテイングとこの発明における部分黒鉛化カ
ーボンブラツクのコーテイングの光反射の値を、
双方について、コーテイングから直接のものと、
表示装置パネルのガラスを通したものとを測定し
た。黒さの程度は、コーテイングの鏡面反射と拡
散反射とを種々の角度と照明条件下で、フートラ
ンバートで測定して得た。コロイド黒鉛コーテイ
ングの直接鏡面測定値は部分黒鉛化カーボンブラ
ツクの約８倍であつた。他のすべてのラスにおい
て、コロイド黒鉛コーテイングについての鏡面測
定値は部分黒鉛化カーボンブラツクについての鏡
面測定値の少くとも50％大きかつた。この差は粗
面化したガラス表面上のコーテイングでは更に大
きい（即ち、50％以上の差）と予想される。

拡散反射の値は白紙に対する0.8値に対して正
規化（normalize）される。典型的には、顔料を
施した蛍光体は0.6の値を呈し、顔料を施されて
いない蛍光体は0.8の値を呈する。ここでも、コ
ロイド黒鉛コーテイングは、直接測定した場合も
パネルのガラスを通して測定した場合も、部分黒
鉛化カーボンブラツクコーテイングよりも50％大
きな反射を呈した。しかし、表示装置のフエース
プレートの35％を覆う蛍光体の反射が主であり、
部分黒鉛化カーボンブラツクコーテイングの黒色
の程度が大きいことにより、スクリーン面の反射
が全体として１％の改善となる。

第２図に示す型のスクリーンを持つた第１図に
示す型の陰極線管を製造し、スクリーンの前面反
射についてテストした。部分黒鉛化カーボンブラ
ツクマトリクスを設けたスクリーンは、スクリー
ンからの反射が、コロイド黒鉛のマトリクスを有
する同様のスクリーンに比べて５％減少した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によつて作つたシヤドウマ
スク型CRTの一部破断斜視図、第２図は、画素
領域の六角形アレーを持つたマトリクスを示す
CRTの観察窓の一部分の正面図、第３図は、画
素領域のラインアレーのマトリクスを示すCRT
の観察窓の一部分の正面図、第４図は、黒鉛、部
分黒鉛化カーボンブラツクとバインダ、及びコロ
イド黒鉛とバインダの３つの組成の空気中におけ
るベーキング時の重量減少を比較する一群の
TGA（熱重量分析）曲線を示す図である。 ３９，４１……吸光マトリクス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 間隔を置いて配置された画素領域とこれらの
   画素領域に隣接する吸光マトリクスとを含む観察
   スクリーンを有し、上記吸光マトリクスが本質的
   部分黒鉛化カーボンブラツク粒子から成ることを
   特徴とする画像表示装置。 ２ 間隔を置いて配置された画素領域に隣接した
   吸光マトリクスを含む観察スクリーンを有する画
   像表示装置を製造する方法であつて、 観察窓の主表面上に上記マトリクスのパタンの
   実質的な陰画の形に有機材料のステンシルを形成
   する段階と、 上記主表面とステンシル上に、本質的に部分黒
   鉛化カーボンブラツク粒子からなる粒状吸光材料
   のスラリーのコーテイングを施す段階と、 上記主表面上に直接接触している上記コーテイ
   ングはそのまゝ残して、上記ステンシルとその上
   のコーテイングとを取除く段階 とを含む画像表示装置の製造方法。