制造阴罩的方法

专利名称：制造阴罩的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造用于彩色阴极射线管(CRT)中的阴罩的方法。
一般地说，一个阴罩式彩色CRT包括一个阴罩，该阴罩具有大量按预定间距排列的微孔，该阴罩置于与荧光屏相对并靠近的位置，荧光屏上覆盖有以条状图形排列的R(红)、B(兰)、G(绿)荧光层。依靠相应于电子枪的三束电子的辐射，荧光层发出红、绿、兰荧光。阴罩微孔使三束电子有选择性地从其中穿过从而使电子束准确地落在R、B、G荧光层上。据此，可以再现彩色图象。即阴罩构成了一个具有彩色选择功能的重要部件。微孔的形状和尺寸的变化、微孔相应荧光层的位移、以及阴罩到荧光屏的距离从预定位置的偏移，如果超过了它们所允许的范围，那么在彩色CRT的性能方面会产生严重问题，诸如彩色CRT的彩色纯度下降。
一般来说，阴罩的各个微孔的构形，使得预定量的通常斜射向阴罩的电子束从其中穿过。也就是说，阴罩的各微孔H如

图1所示那样形成在薄金属罩片1中，在荧光屏侧具有开口2，而在电子枪侧具有开口3。在这种情况下，开口2(较大开口)比开口3(较小开口)具有较大的尺寸。
按以下步骤制造这类阴罩。
如图2A所示，光敏树脂层(如含有光敏材料的树脂膜)4a和4b形成在带状金属薄片1的二个主表面上，所述薄片1用作阴罩材料。用通过与微孔阵列相对应的光掩模图形对树脂膜进行曝光。与较大及较小的开口2及3相对应的开口2′和3′分别用冲洗的方法形成在树脂膜4a和4b中。然后使片1通过使用了适合于刻蚀形成片的特定材料的刻蚀液进行刻蚀处理。如果金属片1主要由铁构成，则它可利用含氯化铁作为主要成分的刻蚀液来刻蚀，以提供如图2c所示的微孔H。将余留抗蚀膜4a、4b从带状薄金属片1上去掉，以获得平罩。使平罩具有一定形状以获得完整的阴罩。
为了获得如图1所示的预定的微孔构形，首先必须控制对“较小开口”侧的刻蚀，这对其最小直径精度最为相关，然后控制对“较大开口”侧刻蚀的控制。在刻蚀过程中，在较大开口2位置处，新鲜刻蚀液与“疲劳”刻蚀液之间要有更好的交换效率。这样，在“较大开口”侧的刻蚀速率及刻蚀量要比在“较小开口”侧上的大。
但是，在刻蚀的控制步骤中会出现以下问题。
在刻蚀“较大开口”侧时，由于出现较大的刻蚀速率和较大的刻蚀量，侧刻蚀有所进展。在该侧刻蚀时，在抗蚀膜4a处形成外伸部分5，这样，它便向着如图2c所示的较大开口2的中心轴延伸。该外伸部分5例如在一定压力下刻蚀液喷射的情况下常常会分碎或消失。
结果，在抗蚀膜4的消失部分处的刻蚀进一步进发，致使所获微孔构形和尺寸发生变化。在高清晰度的彩色CRT中在间距较短的、直径已减小的阴罩微孔阵列处，显著发生这种变化。薄金属片越厚，刻蚀的量就越大，用来进行刻蚀的时间就越长。因此，侧刻蚀易于进展，如上所述那样引起微孔构形和直径的变化。
在使抗蚀剂曝光的步骤中，穿过图形掩膜的光在薄金属片1上的抗蚀膜4中漫射。此时，光如此穿过图形掩模，即在其较厚部位稍微地对抗蚀膜曝光，而在其较薄部位对抗蚀膜曝光强烈。如果抗蚀膜不均匀，则会有所具有的开口的尺寸精度的下降。重要的是在固定曝光条件下，使抗蚀膜4形成为均匀厚度的膜。
作为普通抗蚀剂的涂复方法的应用是由图3所示浇涂法和如图4所示的浸涂法来制定的。
在图3所示的浇涂法中，带状薄金属片1垂直竖立，其一侧缘向下，並在各表面被涂复的同时顺序地以向下流的方式供给抗蚀液(抗蚀材料6)。金属片进入干燥炉7，在干燥炉7中它被干燥以获得抗蚀膜。所获抗蚀膜其上侧部比下侧部薄，即由于重力作用在带状金属片宽度方向上出现膜厚差别。尽管为了消除这种膜厚差别，依靠干燥炉具有一定温度分布以便使例如金属薄片的上部比其下部以更快速率被干燥，或者尽管薄金属片的传送速度、抗蚀膜的粘度等在不同条件下改变，但也不能获得均匀厚度。
在如图4所示的浸涂方法中，在沿纵向传送带状金属薄片1的同时使其浸入盛有抗蚀液6的抗蚀剂箱8中，並在沿垂直方向的上提中使其通过干燥炉9，在干燥炉9中它被干燥。由此获得的抗蚀膜由于其涂复抗蚀液在固定在膜的各表面之前受重力作用沿各表面流下而在纵向有膜厚差别。尽管改变诸如抗蚀液粘性、金属膜上提速度、干燥炉中的干燥温度分布及吹入干燥炉中的空气量之类的条件以便消除膜厚差别，但是仍不能获得均匀厚度的抗蚀膜。
如以上可以明了的那样，被涂复的金属片不可避免地受到重力的不利影响，不能获得均匀厚度的抗蚀膜。
如果薄金属片1加厚，则由于刻蚀时间较长，侧刻蚀易于进展，这样上述抗蚀膜在其伸出部分5处就会分碎或消失。为了克服这个问题，抗蚀膜被加厚以提高抗蚀膜4的机械强度。在常规方法中如果抗蚀膜重新定为更大厚度，则必需大大改变抗蚀剂的粘性、涂复及干燥条件。尽管这些步骤在上述方法中完成，但由于有重力作用，故不能获得均匀的抗蚀膜。因此不能简单地在大量连续生产线上获得均匀厚度的抗蚀膜。
抗蚀膜4需要有更好的分辨率，以便在抗蚀膜中获得有更好尺寸精度的微孔。分辨率取决于抗蚀材料的特性和抗蚀膜的厚度。抗蚀膜越薄，分辨率越高。在刻蚀步骤中，除非伸出部分5分碎或消失，否则与较大开口2侧上的抗蚀膜相比较小开口3侧上的抗蚀膜(它具体决定阴罩中微孔尺寸)最好做得尽可能薄膜。例如，日本专利公开(KOKAL)第60-70185号中提出了一种二级刻蚀方法，依靠该方法，尽管把抗蚀膜做得较薄，但由于较小开口侧上的刻蚀时间较短，在微孔位置处没有伸出部分破碎。这种方法的应用能够把抗蚀膜制得更薄而又不降低阴罩的质量。
所以已建议用各种装置来制造高清晰度的阴罩，但却很难均匀地涂复抗蚀膜，该抗蚀膜决定着所获微孔的尺寸精度。
因此，本发明目的是提供一种制造阴罩的方法，它可以自由地改变带状薄金属膜片各主表面上的层厚並在带状金属片的各主表面上形成抗蚀层，以便在带状薄金属片的宽度及长度方向上具有均匀厚度。
本发明提供一种制造阴罩的方法，该阴罩由一薄金属片构成，该薄金属片具有微孔阵列，以使三束电子落在CRT荧光屏上相应的荧光层上。用以下方法制造该阴罩。
制备的具有第一和第二主表面的带状薄金属片。把光敏树脂液涂复在该薄金属片的第一主表面上，在使已涂复的薄金属片保持在基本水平位置的同时，在涂复表面向上的情况下被干燥，以提供出第一光敏树脂层。然后使所得金属片转到其第二主表面朝上，将其第二主表面涂复光敏树脂液。在使金属片保持在基本水平的位置的同时，使其已涂复的第二表面干燥以形成第二光敏树脂层。依靠使第一和第二光敏树脂层经过曝光及冲洗的方法，形成与阴罩中微孔阵列相对应的开口图形。对带状薄金属片进行刻蚀，便在其中形成微孔。把所得带状薄金属片切成所需尺寸和形状以获得阴罩。
可使上述带状薄金属片依次在涂复和干燥步骤中以水平定向的形式被传送，以便形成第一和第二光敏树脂层。
在上述干燥步骤中，金属片第一主表面上的光敏树脂层最好在第一干燥炉中被热干燥，然后仅使该薄金属片的第二主表面在第二干燥炉中被热干燥。这是因为，如果一度形成在第一主表面上的光敏树脂层在第二干燥炉中再次被高温加热，则易于发生“热黑反应(thermaldarkreaction)”，致使光敏特性下降。
在常规方法中，如果光敏树脂层厚度改变，则在考虑到光敏树脂液的浸湿和干燥速度的同时，还必须满足经验法则(ruleofthumb)。根据本发明，依靠确定涂复器，如管式定厚器(pipedoctor)，与薄金属片表面之间距离的方法，就能简易地获得所需层厚度。
在常规方法中，为了提高每一单位时间的效率(以此效率光敏树脂层形成在薄金属片上)，采用一种方法，该方法例如是提高薄金属片的传送速度和提供基本上与传送速度相对应的长干燥炉。按照本发明，依靠提高固体含量与抗蚀材料溶剂量的比率，从而减小溶剂与相同固体量的比率的方法，在管式定厚器与薄金属片表面之间距离限定得较小的情况下，能够以较短的干燥时间，提高光敏树脂层形成的效率。
从以下与附图相关联的详细描述可以更完全地了解本发明图1是说明阴罩中一个微孔构形的截面视图;
图2A至2C是说明制造阴罩的步骤的截面视图;
图3和4是说明用于制造阴罩方法中的常规光敏树脂涂复装置的示图;
图5是说明用于在本发明阴罩的薄金属片的各主表面上涂复光敏树脂液的一种涂复装置的示意图;
图6是说明用于在本发明阴罩的薄金属片的各主表面上涂复光敏树脂液的另一种涂复装置的示意图。
下面参照附图更详细地解释本发明。
图5示出了用于制造本发明阴罩方法中的涂复装置。该装置包括用于沿径向传送带状薄金属片1的支承轮11和与支承轮11相关的挡料坝14。挡料坝14储存有光敏树脂液(如含光敏剂的抗蚀液13)，该树脂液施加在上表面，即薄金属片1的第一主表面。涂层器(如管式定厚器)12安置在轮11上方，以向薄金属片1施加预定厚度的抗蚀材料13。
涂复装置包括第一干燥炉15，干燥炉15位于轮11的下游，使抗蚀材料干燥。滚轮10安置在第一干燥炉15的下游。支承轮21安置在滚轮10的上方，以便依靠滚轮10而向上提起的薄金属片1转到其第二表面轮上。与挡料坝14及管式定厚器12类似的挡料坝24及管式定厚器22分别安置在支承轮21上。第二干燥炉25安置在轮21的下游。
在依靠涂复装置制造阴罩的过程中，带状薄金属片1(如铁)制备成阴罩的材料。把该薄金属片送入到脱脂室(未示出)中，在那里使其在80℃下，用碱溶液进行热处理，以便去掉滚筒油和防锈油。然后该薄金属片进入清洗室，在那里例如用水进行清洗，以使该薄金属片各主表面清洁。
如图5所示，经清洗的薄金属片1首先被径向传送至支承轮11，在那里它转动，以使加在挡料坝14的抗蚀材料13加到第一主表面上，即加到薄金属片1的转到上面的表面上。抗蚀材料13依靠自身重量从安置在挡坝14上方的抗蚀材料供应箱20加到金属片的表面上。
可用目前应用的任何常规型材料作为抗蚀材料13。光敏树脂液的粘性10至1000cps为好，12至200cps最好。在粘性小于10cps的情况下，覆盖在薄金属片主表面上的光敏树脂液在其表面不稳定，而且在干燥步骤中易于受轻微振动影响，从而涂复后的表面会有不规则图形。另外，由于固体含量较少，难以使光敏树脂膜变厚，由于溶剂含量较多，需要更长时间进行干燥的步骤。另一方面，如果光敏树脂液的粘性超过1000cps，则在光敏树脂液在那一间隙在涂复机与薄金属片之间通过时，在其上不会施加有均匀剪切刀。因此，在薄金属片上易于形成不规则表面。由于高固体含量，所以难于控制精细膜的厚度。作为抗蚀材料的一个实例，可使用这样一种光敏树脂液，即把它调节至大约100cps的粘性，而且由掺有大约百分之一重量的重铬酸铵(ammoniumbichromate)的乳剂酪素(milkcasein)来制备。
过剩的抗蚀材料(如在抗蚀材料的涂复步骤中散出来的抗蚀材料)由安置在挡料坝14下方的抗蚀材料容器(未示出)来收集。收集到的抗蚀材料可以通过抗蚀材料存储箱(未示出)抽回到抗蚀材料供应箱20中以供再循环之用。
薄金属片1沿着支承轮11与转轮10之间的路径被水平地传送。在水平传送中，加到片1第一主表面上的抗蚀材料通过管式定厚器12移动，以便在薄金属片上形成均匀层。
依靠适当选定管式定厚器12与薄金属片1之间的距离，能够改变涂复在薄金属片表面上抗蚀材料13的厚度。因此，管式定厚器12可以向上和向下移动，以使其至薄金属片1的距离可以自由改变。
在沿径向水平传送的同时，经涂复的薄金属片进入干燥炉15，以使其例如依靠远红外线加热器16(安置在干燥炉15的顶部和底部)，在垂直“上”和“下”的方向上被热干燥。
在其第一主表面上具有预定抗蚀膜厚构形的薄金属片围绕转轮10被提升到支承轮21，在该处薄金属片转动到第二主表面向上。如同抗蚀材料被加到薄金属片的第一主表面上的情况一样，经转动的薄金属片在被沿径向水平传送的同时，其第二主表面依靠挡料坝24从抗蚀材料供应箱30被加上与抗蚀材料13相似的抗蚀材料23。薄金属片经过管式定厚器22传送，以使预定的均匀抗蚀膜形成在薄金属片的第二主表面上。过剩量的抗蚀材料也被收集，以供再循环之用。
其第二主表面涂复有抗蚀剂的薄金属片在被水平传送的同时，进入第二干燥炉25，在那里它例如依靠远红外线加热器26(安置在干燥炉的顶部而不是底部)。即经过涂复的薄金属片在被传送的同时，沿着从干燥炉顶部至底部的方向被干燥。此时，如果抗蚀材料是前述包括乳剂酪素和重酪酸铵的抗蚀材料，则要控制抗蚀材料，使其在不高于90℃下加热。这是因为如果一度形成在薄金属片的第一主表面上的抗蚀膜在高于90℃下加热，易于产生“热黑反应”。可以用铠包线加热器、热空气或它们的结合来代替远红外加热器作为干燥炉15和25的干燥热源。
当定厚器(12、22)与片1的间距定为100μm时抗蚀膜涂复在金属片的表面上，此时在金属片上获得7.0μm厚的抗蚀膜，膜的表面是均匀的。
因为涂复在薄金属片各主表面上的抗蚀剂厚度可被独立控制，所以在表面上可以形成相同或不同厚度的抗蚀膜。例如，在把定厚器(12)与片(1)及定厚器与片(1)的间距分别定为约80μm和约120μm的情况下，则抗蚀材料13和23被涂复在薄金属片的各主表面上，从而获得均匀涂复的层，即在第一主表面上获得5.6μm厚的层，在第二主表面上获得8.4μm厚的层。正如以上可看到得那样，在不改变条件(如传送速度和抗蚀材料的粘性)的情况下，可简单地依靠改变金属片与管式定厚器投之间的距离，形成不同厚度的抗蚀层。
抗蚀材料的涂复不仅可采用管式定厚器，而且可采用刀刮涂复法(knifecoatingmethod)和反逆涂复法(reversecoatmethod)。
由在其二个主表面上如上所述那样涂复有抗蚀层的薄金属片，可采用常规工艺来制造阴罩，例如，在采用300mm长的薄金属片(在其上用上述方法形成有例如7.0μm厚的抗蚀层的情况下，阴罩可按如下所述方法制造。
采用5KW的紫外高压汞灯，以1米的距离，利用预定的印刷图形，对涂复有抗蚀剂的薄金属片进行曝光。对所得金属片，用喷射法，在1.0Kg/Cm2的压力下，用约40℃的热水，进行1分钟的冲洗，将所得结构在约150℃的环境下进行约2分钟的干燥，然后在约200℃的环境下焙烧约1.5分钟。
结果，在抗蚀层中形成了形成如图1所示的微孔H的开口，即金属1的曝露表面部分。
把刻蚀液(如氯化铁(调到67℃的温度和1.467的密度，然后从位于距离抗蚀膜300mm处的喷嘴喷到抗蚀膜上。对经刻蚀的薄金属片用水清洗，並用90℃的1.5%的NaOH水溶液，在1Kg/Cm2的压强下进行3分钟喷射，以便去除剩残的抗蚀膜。对所获薄金属片进行冲洗和干燥，从而获得由带状金属片(其中具有微孔阵列)构成的平罩。
如此获得的阴罩其微孔尺寸精度高，质量优良。
根据本发明，在形成光敏树脂层的步骤中可以自由地改变薄金属片各主表面上光敏树脂层的厚度，可以形成沿薄金属片宽度和长度方向厚度均匀的光敏树脂层。结果，如此制造的阴罩其微孔尺寸精度优良。
根据本发明，在形成在薄金属片各主表面上具有所需厚度的光敏树脂层的过程中，所需光敏树脂液的涂复厚度可根据光敏树脂液中的固体含量来估算，根据本发明，只需在涂复器(如管式定厚器)与薄金属片的表面之间提供相应的空隙或间距。换句话说，依靠改变上述间距就可以获得所需光敏树脂膜，而且在给定其间间距的情况下，即使薄金属片以变速传送，光敏树脂膜的厚度也不会改变。由于光敏树脂液涂复在基本水平传送的薄金属片的上表面上，所以绝对不会象常规方法中遇到的那样滴下或流下，在干燥步骤中，薄金属片表面上的光敏树脂液固定在其上，而且在水平位置被干燥。所以，不会有不均匀的光敏树脂层出现在金属片上和出现在沿金属片宽度和长度方向上，而由于在重力作用下的下流或下滴现象，这种情况是曾经出现的。
图6示出了用来实施本发明的另一种涂复装置。这种装置与图5所示装置大致相同，只是干燥炉35的具体结构不同，在图6中用相同的参考数字表示相应于图5的相同部分或部件。正如从图6可以看到得那样，干燥炉35在其底部具有空气入口29，入口29经过空气供气管28连接至风扇27。利用图6所示装置，可以以参照图5所述方法相同的方法，在薄金属片的各主表面上形成抗蚀膜。在图6所示的装置中，在进入干燥炉35时，已涂复但未干燥的抗蚀层的第二主表面依靠远红外线加热器26，按从干燥炉顶部到底部的方向被干燥，与此同时，另一方面，冷空气从风扇27经过供气管28和空气入口29从下面供入干燥炉，致使已形成在第一主表面上的抗蚀膜被冷却。所以，利用图6的装置，除了获得图5装置的优点外还能获得的优点是，更有效地避免了“热黑反应”发生在薄金属片第一主表面上的抗蚀膜上。
权利要求
1.一种制造由金属罩片(具有微孔以使三束电子落在荧光屏上相应的荧光层上)构成的阴罩的方法，包括制备具有第一和第二主表面的带状薄金属片(1)；在所述第一和第二主表面上形成第一和第二光敏树脂层；依靠曝光和冲洗形成与在所述第一和第二树脂层中的与所述微孔相对应的开口图形；依靠刻蚀在所述第一和第二树脂层中形成所述微孔，其特征在于，依靠在所述第一主表面层向上的情况下把第一光敏树脂液(13)涂复在所述第一主表面上而使所述第一光敏树脂层形成在所述第一主表面上，並在使金属片(1)保持基本水平的同时，干燥涂复的第一树脂液；使经涂复的金属片转动，以便所述第二主表面向上；依靠在所述第二主表面层向上的情况下把第二光敏树脂液(23)涂复在所述第二主表面上而使所述第二光敏树脂层形成在所述第二主表面上，並在使金属片(1)保持基本水平的同时，干燥涂复的第二树脂液。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在所述金属片(1)连续水平传送的同时形成所述第一和第二光敏树脂层。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于管式定厚器(12)，(22)用于把所述光敏树脂液涂复在所述带状薄金属片(1)上。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于逆反涂复器用于把所述光敏树脂液涂复在所述带状薄金属片(1)上。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于依靠在第一干燥炉(15)中对第一和第二主表面加热来使所述第一树脂液干燥，依靠在第二干燥炉(25)中仅对所述第二主表面加热来使所述第二树脂液干燥。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于所述第一和第二光敏树脂层形成为具有不同厚度。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于具有所述第一树脂层的所述金属片依靠利用转轮(10)被径向装载，向上提起，並依靠利用支承轮(21)转动，由此使所述第一主表面向下。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于所述第二树脂液被热干燥，同时依靠向所述第一树脂层施加空气使其冷却。
全文摘要
依靠在带状金属片(1)二个主表面上分别形成光敏树脂层来形成阴罩。在第一主表面向上时把树脂液(13)涂覆在第一主表面上以形成第一树脂层，并在使金属片(1)保持水平的同时干燥树脂液。类似地，在第二主表面向上时把树脂液(23)涂覆在第二主表面上以形成第二树脂层，并在使金属片(1)保持水平的同时干燥树脂液。依靠曝光和冲洗在第一、二树脂层中形成预定开口，对金属片裸露部分刻蚀以在其中形成微孔。
文档编号H01J9/14GK1033903SQ88107380
公开日1989年7月12日 申请日期1988年10月27日 优先权日1987年10月28日
发明者佐合诚司, 大竹康久 申请人:株式会社东芝