KR100226569B1 - 텐션마스크 칼라 음극선관 - Google Patents

텐션마스크 칼라 음극선관 Download PDF

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Abstract

텐션 마스크 컬러 CRT는 벌브를 강화하는 면판 내부 표면의 규정된 임계 영역에서 정확히 제어 가능하고 광범위하게 가변 가능한 압축 응력을 만들기 위하여 구성되고, 배열된 마스크 지지 구조체를 가진다.

Description

[발명의 명칭]
컬러 마스크 음극선관
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 컬러 음극선관에 관한 것으로서, 특히 거의 플랫 형태의 면판(flat faceplate)과 관련하여 텐션(인장) 포일형의 섀도우 마스크(shadow mask of the tension foil type)를 가진 컬러 음극선관의 개선된 프론트 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은 가정용 텔레비젼 수상기와, 컬러 모니터로 고안된 중간 해상도 및 고해상도의 음극선관에서 사용되는 컬러 음극선관들을 포함하는 각종 유형의 컬러 음극선관에서 유용하다.
포일형 플랫 텐션 마스크 및 플랫 면판을 사용하면 종래의 돔형 섀도우 마스크 및 유사한 곡선형 면판과 비교하여 여러 장점을 갖는다. 여러 장점들 중에서 주요 장점은 밝기를 3배로 증대할 수 있는 고전력에서도 다루어 질 수 있다는 것이다. 인장(장력)(tension) 상태하에 있지 않는 종래의 곡선형 섀도우 마스크는 전자 빔 충격의 강도(세기)가 매우 큰 경우 고 휘도의 화상 영역에서 돔 형태가 되는 경향이 있다. 컬러 불순물로 인해 섀도우 마스크가 면판에 보다 근접하게 되고 빔 통과 개구는 면판상의 결합된 인(phosphor) 원소와의 등재로부터 벗어나게 된다. 포일 형 플랫 텐션 마스크는 가열되었을 때, 종래 마스크와는 전혀 다른 방법으로 왜곡한다. 마스크 전체가 균일하게 가열되면, 장력(인장)이 완전히 없어질때 까지 도밍(doming) 및 왜곡은 없으며, 장력(인장)이 완전히 없어지기 바로 전에, 모서리에서 주름이 생길 수가 있다. 마스크 부분만이 가열되면, 그 부분이 신장하며, 가열되지 않은 부분은 수축되어 마스크 평면에서 변위가 있게된다. 즉 마스크는 플랫한 상태로 남아 있는다.
포일형 플랫 텐션 섀도우 마스크는 음극선관 프론트 어셈블리의 일부분이며, 면판과 근접하여 위치하고 있다. 프론트 어셈블리는 발광인(light-emitting phosphor), 섀도우 마스크, 마스크의 지지 수단이 증착되어 구성된 스크린을 가진 면판을 포함한다. 여기서 사용된 섀도우 마스크 란 용어는, 예를 들어 약 0.0254mm(0.001 인치) 두께 또는 그 이하의 두께인 개구형 금속 포일을 의미한다. 마스크는 음극선관 면판의 내부 표면으로부터의 소정 거리에서 고장력(인장) 상태로 지지되어져야 하는데, 이 거리를 Q-거리라고 한다. 종래 기술에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 섀도우 마스크는 컬러 선택 전극으로 작용하거나 패럴랙스 장벽(parallax barrier)으로 작용하며, 이들에 의해 각각의 관넥에 위치한 전자총에 의해서 생성된 세 빔은 그의 지정된 인 증착물상에 랜딩이 확실해진다.
포일형 플랫 텐션 섀도우 마스크의 지지 수단의 요건은 엄격하다. 주지한 바와 같이, 포일형 플랫 텐션 섀도우 마스크는 고 인장, 예를 들어 0.44kg/mm(30 파운드/인치)하에서 정상적으로 장착된다. 마스트가 움직이지 않도록 하기 위해 지지 수단은 고강도이어야 한다. 0.00508mm (0.0002 인치) 정도의 작은 마스크의 내부 이동에 의해서도 가드 밴드(guard band)의 손실이 초래될 수 있다. 또한, 섀도우 마스크 지지 수단이 부착될 수단과 호환 가능한 구조 및 재료 조성인 것이 바람직하다. 일례로서, 지지 수단이 면판의 내부 표면의 유리등과 같은 유리에 부착되면, 지지 수단은 유리의 열 수축 계수와 호환 가능한 열 수축 계수를 가져야 하며, 그의 조성에 의해 유리에 결합 가능하다. 또한 지지 수단은 마스크가 전기적 저항용접 또는 레이저 용접과 같은 생산성 있는 기술에 의해 지지 수단에 고착될 수 있는 구조 및 조성 이여야 한다. 더 나아가 지지 수단은 마스크 장착 및 고착을 위한 적절한 표면을 제공하는 것이 필수적이다. 지지 구조체의 조성 재료는 이 지지 구조체가 거의 완전한 평탄성을 갖도록 형태가 정해지는 다른 형태 또는 머시닝(기계 가공)에 적합하다. 또한, 마스크의 금속과 지지 구조체 사이에 공간이 존재하며, 이러한 적절한 마스크 고착에 필요한 공간에 의해서 지지 구조체에 마스트가 균일하게 접촉하게 된다.
플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관의 프론트 어셈블리 제조에 있어서, 섀도우 마스크를 인장 상태로 지지하기 위한 레일 또는 다른 부재는 여기서 프릿(frit)이라고 지칭하는 실투 납땜 유리에 의해 유리 면판의 내부 표면에 고착될수 있다. 이 프릿은 마스크 지지 구조체 및 면판 내부 표면 사이에 도포된다. 프릿이 실투하는 (결정화하는) 온도를 또는 온도 이상으로 어셈블리의 온도를 높이는 레르(lehr) 라 불리는 오븐에서 면판 어셈블리의 온도를 높힌다. 상승된 온도에서, 마스크 지지 구조체는 면판 내부 표면에 단단히 부착된다. 어셈블리가 냉각됨에 따라, 마스크 지지 구조체와 면판 유리 사이의 순(net) CTC(열수축 계수)의 차이가 이들의 계면에서 마스크 지지 구조체 및 유리에서 응력을 발생할 것이다. 유리가 압축력에 있어서는 강하나 인장력(압력)에 있어서는 약하기 때문에, 마스크 지지 구조체 및 유리간의 어느 열계수 부정합이 계면 영역에서 파쇄(spalling)(유리의 파열), 크랙의 개시 및 전파, 면판 내부 표면으로부터의 마스크 지지 구조체의 불리, 및 다른 상기 열 변형 관련 결함을 만든다는 것이 항상 관심사다.
이러한 응력들은 프릿의 실투 후 겪는 열적 하강 주기(thermal downcycle)상에서 문제점을 야기하지는 않는데, 전술한 바와 같이 이것은 냉각(coll-down) 동안에, 면판 외부가 내부 보다 더 냉각되므로, 이것에 의해 유리 외부 표면이 내부 표면보다 급속하게 수축하게 된다. 이러한 열적 불평형의 결과는 유리의 외부 표면을 인장 상태로 가져가서, 유리의 내부 표면 (마스크 지지 구조체가 부착되는)이 압축 상태로 되게한다.
압축 상태의 유리는 비교적 강하며, 전술한 열 응력 관련 결함은 흔히 일어나지 않는다. 그러나, 벌브가 진공상태로 되면, 다시 상승된 온도로 가열된다. 프릿이 액체 상태에 있는 전술의 열적 상승 주기와는 달리, 튜브 제조 단계에서, 마스크 지지 구조체는 실투 프릿에 의해 면판 내부 표면에 단단히 고착된다. 벌브 외부가 가열됨에 따라, 벌브의 외부 표면은 압축 상태에 놓이며, 마스트 지지 구조체가 고착되는 면판 내부 표면을 포함한 내부 표면은 인장 상태로 놓여진다. 면판의 내부 표면에서 유기된 인장(장력) 응력은 마스크 지지 구조체의 CTC 와 면판 유리의 CTC 사이의 부정합에 기인한 어느 기존의 인장(장력) 응력에 더해 질 것이다.
이러한 누적된 인장(장력) 응력은 벌브 외부, 특히 플랫 면판상에 적재하는 대기에 의해 더 증대된다. 이러한 인장(장력) 응력 발생 스트레스의 영향이 결합되어, 벌브가 튜브 진공간 지탱할 수 있는 열적인 구배(thermal gradient)에 대한 제한과, 그에 따른 진공 단계에서 유니트 처리량에 대한 제한이 부과된다.
음극선관 벌브는 특정 영역에서 못쓰게될 응력 한계를 벗어날 것이다. 면판의 내부 표면상의 최대 임계 영역은 마스크 지지 구조체의 단부와 인접되며, 이 영역에는 벌브 형태 불규칙성, 프릿 대 유리 계면, 마스크 지지 구조체 종단등이 존재 한다. 따라서, 임계 영역내 응력 한계를 초과하지 않는 것이 중요하다.
현재 본 출원인이 사용하고 있는 상용 마스크 지지 구조체는 Owe일리노이 T540 또는 코닝(Corning) 7580 시리즈와 같은 그 내부가 종래의 컬러 CR프릿으로 충전된 공동 금속 트로프(hollow metal trough)를 포함한다. 프릿은 CRT 진공 환경과의 호환성과 유리에 대한 열계수의 그의 중화성 때문에 사용된다. 종래의 컬러 CRT 프릿은 약 98 x 10-7/인치/인치/ ℃의 CTC 를 가진다. 금속 트프의 조성은 유리 것과 가장 근접한 CTC 를 갖도록 선택된다. 양호한 재료는 펜실베니아주 리딩소재의 카펜터 테크놀로지사가 제조한 합금 번호 제 27이다. 합금 제 27은 약 108 x 10-7/인치/인치/ ℃의 CTC 를 가진다. 카펜터 합금 제 27 트로프와 결합된 종래의 컬러 CRT 유리 (약 100 x 10-7인치/인치/℃) 보다 다소 작은 CTC 를 가진 프릿의 조성을 나타내는 마스크 지지 구조체는 면판 유리의 CTC 에 가장 근접하는 순(net) CTC 를 가진 마스크 지지 구조체를 만든다. 상기 충전 트로프(filled trough) 마스크 지지 구조체는 면판 유리와 관련하여 열적으로 정합 또는 중화된다고 말할 수 있다.
종래의 컬러 CRT 프릿은 CRT 유리 깔때기 (약 99.5 x 10-7인치/인치/℃)와 면판 (약 100 x 10-7인치/인치/℃)을 밀봉(실링)하기 위해 통상의 응용에서 사용될 때 프릿이 실투현상 및 냉각 시 압축 상태에 놓여져 인장 상태에 있는 것보다 더 강해지도록 전형적인 컬러 CRT 면판 유리의 CTC 보다 다소 작은 CTC 를 가짐에 주목해야 한다.
전술한 충전 트로프 유형의 마스크 지지 구조체 시스템에 따라 여러 포인트에서 면판 편향의 측정이 취해진다. (면판의 편향은 잔류 응력을 나타낸다) 충전 트로프 시스템에 의해 면판에 부과된 응력이 대략 중화 상태이나 (약 1200psi 또는 그 이하), 마스크 지지 구조체 및 유리간 계면에서 프릿이 압축 상태(강한 프릿 결합을 발생)에 있고, 계면에서 유리에 부과된 응력이 다소 장력(인장)이 있음을 나타내는 방향으로 다소 네가티브적 이라는 것이 테스트의 결과이다. 중화 상태의 추구는 본질적으로 상기 구성에 의해 성취된다. 요컨대, 기존의 상용플랫 면판 컬러 CRT 는 마스크 지지 구조체 및 면판의 CTC 를 고려하여 면판에 해 중화적인 마스트 지지 구조체를 가진다.
그러나, 전술한 충전 트로프 마스크 지지 시스템은 여러단점을 가진다. 첫째로, 면판의 내부 표면, 특히 마스트 지지 구조체의 단부 근처의 임계 영역에서 유기된 인장(장력) 응력을 벌브의 최대 변형 허용 오차 이하로 유지하기 위해 저속으로 가열하여, 냉각시켜야만 한다는 의미에서 열적으로 약한 벌브가 된다. 허용가능한 처리율로, 마스크 지지 구조체의 단부 근처의 면판 모서리 양단간 크랙이 발생함이 발견되었다.
둘째로, 금속 트로프 및 면판 내부 표면간 극단의 CTC 부정합으로 인해 서브 구조체 유리 표면에서, 즉 마스크 지지 구조체 및 면판 내부 표면간 계면 영역에서 프론트 어셈블리가 열적 충격 상태에 있을 때, 파쇄(spalling)가 발생한다. 결합 장애, 심지어는 마스크 지지 구조체의 벗겨짐 또한 발생될 수 있다. 면판의 열적 충격은, 예를 들어 스크린 표면이 상승 온도(예를 들어 60℃)에서 가성 용해로 세척되거나, 따뜻한 상태에서 냉각수로 세척될 시 스크린 제조간 발생한다.
세째로, 상기 얼적 충격은 트로프를 충전하는 프릿의 본체에서 미세 균열(microfissure)을 발생시킴을 발견하였다. 이러한 미세 균열은 금속 트로프 및 함유된 프릿 재료간 극도의 열적 부정합에 의해서 초래된다고 믿어진다. 프릿 재료의 미세 균열로 인해 에어를 빼서(펌프 다운) 밀봉한 CRT 앤밸로프내의 진공환경은 미세 분열된 프릿으로부터 에어가 새어나와 오염되게 된다.
미국 특허 제4,737,681호와 제4,745,330호에는 대안의 종래 기술의 마스크 지지 구조체가 게재되어 있다.
상기 제'681호 특허는 섀도우 마스크가 인장 상태하에서 용접될 수 있는 기판을 제공하는 금속캡에 고착된 중심부에서 먼 에지상에 있는 세라믹 레일을 포함하는 마스크 지지 구조체를 기술하고 있다. 각종 구조의 세라믹 레일과 캡이 도시되어 있다. 세라믹 소자는 세라믹 재료로 구성된 버퍼 스티립 으로 이 루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른세라믹 재료는 면판 유리 계수와 동일한 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 한다. 게다가 세라믹은 유리 및 금속 후프(metal hoop)의 상이한 팽창 및 수축 계수로 인해 발생된 스트레스를 흡수하는 것이 효과적인 유리 및 금속 후프[캡]의 팽창 및 수축 계수에 중간인 계수를 가진다. (컬럼6, 라인 17-37). 일례로, 금속캡 또는 후프의 열계수는 108 x 10-7인치/인치/℃로 주어지고, 세라믹 소자는 105×10-7인치/인치/℃의 CTC 를 가지는것으로 기술되어 있고, 유리는 106 x 10-7인치/인치의 CTC 를 갖는 것으로 기술되어있다.
이처럼 마스크 지지 구조체는 세라믹 소자의 CTC 가 유리의 팽창 계수와 같거나 중간의 계수를 가지며, 캡이 유리의 것과 같거나 큰 순 CTC 를 갖는다.
상기 '330호 특허는 레이저 용접에 의해 텐션형 섀도우 마스크를 부착하기 위한 용접가능한 기판으로 작용하는 금속캡에 고착된 중심으로부터 먼 에지에 있는 상이한 CTC의 다중 세라믹층으로 이루어진 마스크 지지 구조체를 개시하고 있다. 상기 제'330호 특허는 금속, 바람직하게는 카펜터의 금속과 지지 유리 표면간 CTC 차이를 완충하기 위한 구조체의 이용을 기술하고 있다.
특히, 면판 유리와 계면을 이루는 세라믹 소자는 면판 유리의 것 과 같은 또는 면판 유리의 것 보다 큰 CTC 를 가진다. 용접가능한 금속캡과 계면을 이루는 또 다른 세라믹 소자는 금속캡의 것보다 크지 않은 CTC를 가진다. 어떤 개시된 실시예들은 이 두 사이의 CTC를 가진 하나 이상의 추가 세라믹 소자를 가진다.
상기 '330호 특허에 개시된 한 실시예는 면판과 계면을 이루는 소자가 약 103 x 10-7/인치/인치/℃의 CTC 를 가지는 3층 세라믹 시스템이다. 다음층(면판과 떨어진)은 약 105 x 10-7/인치/인치/℃의 CTC 를 가진다. 제 3 세라믹층은 약 107 x 10-7/인치/인치/℃ CTC 를 가진다. 금속캡은 약 108 x 10-7/인치/인치/℃의 CTC를 가진다.
여기서 기술된 바와 같이, 세라믹 재료는 포르스테라이트(forsterite) (마그네슘 실리케이트)로 알려진 조성을 가진다. 금속캡은 약 108 x 10-7/인치/인치/℃의 CTC 를 가진 카펜터 합금 제 27 이다. 포르스테라이트 조성은 세라믹 조성을 가변함으로써 변화될 수 있다. 상기 '330호 특허는 '세라믹 섀도우 마스크 지지 구조체가 유리 및 금속의 CTC 를 만족하기 위해서는 100 내지 110 x 10-7/인치/인치/℃의 CTC를 제공해야 한다고 기술하고 있다. 한편, 다층 세라믹 마스크 지지 시스템은 유리 및 금속캡의 아주 상이한 CTC를 완충하도록 설계되어 있다. 마스크 전체 지지 구조체의 순 CTC는 유리의 CTC 이상이다.
이처럼 상기 '681호 및 '330호 특허는 열계수 부정합으로 유기된 응력으로 인한 유리 결함을 방지하기 위하여 함께 부착된 유리 및 구성 요소의 CTC가 가능한 각각에 정합하는 마스크 지지 구조체를 시사하고 있다.
다른 종래 기술은 stempfle의 미국 특허 제4,704,094호와, Readey 등의 제4,026,811호와 Cupek 등의 제4,745,330호와, Dietch 등의 제4,737,681호와, Fendley의 제4,730,143호와, Strauss의 제4,779,023호 특허를 포함한다.
상기 '681호 특허 및 제'330 특허에서, 면판 유리 CTC 및 용접가능한 금속 캡 사이에 있도록 마스크 지지 구조체의 CTC를 선택하면, 양호한 완충 효과를 가져온다. 그러나 상기 중간 CTC 를 가진 마스크 지지 구조체를 사용하면 프론트 어셈블리가 항상 고 처리 온도 상태가 되어 마스크 지지 구조체 아래에 있는 면판 유리를 압축 상태에 놓여지게 하는 효과가 있다.
서브 구조 유리를 압축 상태로 설정하는 것은 전술한 유리 결함의 경우가 될 수가 있음을 발견하였다. 이것은 서브 구조 유리 표면이 압축 상태하에 놓여지면, 마스크 지지 구조 단부와 인접한 여분의 유리 표면 영역이 냉각 주기의 끝에서 인장 상태하에 놓인다고 믿어지기 때문이다. 이것은 파과적 유리 크랙을 야기한다고 믿어지는 마스크 지지 구조체의 단부와 인접한 유리의 가장자리 영역에서의 장력이다.
본 발명에 따르면, 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 마스크 지지 구조체의 단부와 바로 인접한 면판 표면의 가장자리 영역은 유리 결함으로 되는 유리 크랙의 개시를 막기 위해 압축 상태에 놓여진다. 이러한 가장자리 면판 표면 영역을 압축 상태로 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 서브 구조 면판 표면이 인장 상태에 놓인다. 이것은 마스크 지지 구조체로 하여금 면판 유리의 것보다 현저히 작은 CTC를 갖게 함으로써 행해진다.
그러나, 지지 면판 유리의 것보다 현저히 작은 CTC를 가진 마스크 지지 구조체를 이용함으로써, 파쇄 또는 다른 변형 관련 유리 결함이 면판 유리 및 마스크 지지 구조체의 계면에서 또는 계면 부근에서 발생할 가능성이 존재한다.
또한, 원하는 정확한 응력 레벨 이 서브 구조 면판 유리에서 존재 하도록 마스크 지지 구조체의 순 CTC를 미세 조정하는데 있어서 어려움이 있다.
이후 설명되는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 마스크 지지 구조체는 포르스테라이트 세라믹으로 구성되고, 그의 CTC 는 조성에 있어 MgO 의 함량을 가변함으로써 조절된다.
그러나 MgO 함량의 소변화는 CTC에서 비교적 큰 변화를 초래한다. 대량 생산 환경에 있어서, 포르스테라이트 조성의 MgO의 함량을 가변함으로써 소망의 정확한 CTC 를 가진 세라믹 마스크 지지 구조체를 얻는 것은 어렵다.
이러한 본 발명의 일양상에 따르면, 세라믹 마스크 지지 구조체의 CTC 로 하기 위해 갖는 이러한 가능성과 어려움(즉, 유리 및 CTC 제어에 대한 부정합)에 대한 답이 주어진다. 즉 세라믹 소자 및 면판의 것의 중간 CTC를 가진 시멘트를 사용하고, 세라믹 소자의 베이스에 제어된 단면 리세스 또는 홈을 제공함으로써 문제가 해결된다.
(리세스에 의해)제어된 양으로 제공된 시멘트는 1) 유리 및 마스크 지지 구조체간 CTC 부정합을 완충하고 2) 마스크 지지 구조체의 순 CTC를 미세조정한다
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 또 다른 특징은 이후 상세히 설명되는 도면과 관련한 바람직한 실시예에서 구체화될 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 개선된 섀도우 마스크 지지 구조체를 갖는 컬러 음극선관 및 전면 어셈블리의 측면도로, 상기 구조체의 다른 주요 진공관 구성요소에 대한 위치 및 관계를 나타내는 절단 단면도.
제2도는 제1도에 도시된 상기 진공관의 프론트 어셈블리의 평면도로, 제1도에 도시되어 있는 상기 마스크 지지 구조체의 실시예와 상기 면판(faceplate) 및 섀도우 마스크와의 관계를 보여주기 위한 절단 부분 평면도이며, 삽입된 도면은 마스크 개구(aperture)를 확대 도시한 것이다.
제3도는 제1 및 2도에 도시된 본 발명에 따른 텐션(tension) 마스크 지지 구조체의 입단면도로, 상기 구조체는 면판에 고착된 것으로서 도시되고 있다.
제4도는 상기 포르스테라이트(forsterite) 마스크 시시 구조체의 MgO 조성에 따른 최대 면판 편향(deflection)도면.
제5도는 본 발명을 실시하는 두개의 마스크 지지 시스템 및 하나의 종래 기술의 시스템의 면판 편향의 도면.
제6도는 제5도의 도면과 관련돤 측정 포인트를 도시한 도면.
[발명의 목적]
본 발명의 일반적인 목표는 개선된 프론트 어셈블리를 가진 텐션 마스크 컬러 음극선관을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 프론트 어셈블리가 마스크 지지 구조체의 종단으로부터 전파하는 크랙으로 인한 전술한 유리 결함의 문제를 극복하도록 조성되고, 구조되고, 배열되는 CRT를 제공하는 것이다.
또 다른 특징은 파쇄 및 아웃 개싱(가스 누설)에 의한 손실에 둔감한 프론트 어셈블리를 가진 컬러 CRT를 제공하는 것이다.
또 다른 특징은 최대 처리량, 회대 수율, 가변 튜브 사이즈등과 같은 상이한 CRT 설계 및 생산 목적과 상이한 조성의 면판 유리를 수용하는데 적합한 컬러 CRT를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 보다 큰 수율 및 처리량과 그에 따른 저렴한 제조 단가를 가져오는, 튜브 진공 동안에 고 열적 구배의 사용을 허용하는 면판 어셈블리를 가진 텐션 마스크 컬러 CRT를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 마스크 지지 구조체 및 면판 유리의 계면에서 소망의 인장 응력이 대량 생산 환경에서 정확하게 제어되는 CRT를 제공하는 것이다.
[바람직한 실시예의 설명]
본 발명은 상기 마스크 지지 구조체의 순(net) CTC가 유리의 CT에 의도적으로 부정합되면, 벌브가 더 강해지고 시스템 전체가 개선된다는 발견을 이용하고 있는데, 이는 유리-비유리 계면의 수용 정합 원리와는 일탈된 원리이다. 특히 본 발명에 의하면 상기 마스크 지지 구조체의 순 CTC는 상기 면판 유리의 순 CTC 보다 상당히 작게 되어 있다.
상기의 사실이 공지된 유리-비유리 열 계수 정합 원리에 상반되지만, 극적으로 개량된 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관 제품이 결과로 증명된다. 상기 마스크 지지 구조체와 상기 유리 면판의 계면에서의 이러한 의도적인 네가티브 CTC 부정합은 상기 서브 구조체 유리에 큰 사전 인장 응력을 가하는 설계인데 이러한 설계는 많은 이점을 가져온다.(통상적으로는 유리에 응력, 특히 인장 응력(tensile strain)을 가하는 것은 어떻게든지 회피하고 있다.)
먼저, 테스트 결과는 진공 단계에서 열 주기를 단축할 수가 있어 생산 처리량 속도가 현저히 개선된다. 달리 말하면, 상기 마스크 지지 구조체와 표면판 유리의 계면에서 의도적으로 네가티브하게 부정합된 CTC를 갖는 진공관은 유리 파손이 발생하지 않고 상당히 높은 열 구배에도 견딜 수 있다. 종래의 충전트로프 마스크 지지 구조체를 갖는 예에서는, 매분당 약 섭씨 9-10도의 열 구배에 견딜 수 있다. 본 발명에 있어서는 매분당 약 섭씨 13-14도의 열구배에 견딜 수 있다. 이것은 30 퍼센트의 생산 처리량의 개선 즉 상당한 제조 단가의 감소함을 보여준다.
상기 개선의 이유가 설명된다. 종래의 충전 트로프 시스템에서는, 인장 응력이 상기 마스크 지지 구조체의 단부에 인접한 영역의 특히 뾰족한 면판 유리의 내부 표면에 인장 응력이 가해진다. 이러한 기존의 인장 응력이 상기 CRT의 열 상승 주기 동안 주어지는 열응력에 더해질 때, CRT 진공 동안에 발생 하는 바와 같이 면판상의 대기압 하중에 의해 상황이 한층 악화되어, 항상 상기 영역에서 상기 CRT 면판의 허용 응력 한계를 넘는 전 응력을 발생시켜 결과적으로 유리 파손이 생긴다.
본 발명에 따르면, 반대 개념의 응력이 상기 마스크 지지 구조체의 단부 근방의 임계 영역의 상기 글라스 내부 표면에 가해진다. 상기 진공관의 열주기 상에서 상기 음극선의 외부 가열 및 대기압 하중에 의해 가해진 응력은 유리 및 마스크 지지 구조체의 의도적인 CTC 부정합의 결과로서 상기 내부표면 유리에 이미 존재하는 반대 방향의 응력에 의해 부분적으로 상쇄된다.
그 결과, CRT는 제조 간 높은 열적 구배에서도 견딜 수가 있거나, 소정의 열적 구배 동안에 최종 수율이 훨씬 높아질 수 있다.
상기 종래의 충전 트로프 시스템은 본 발명의 결과를 실현시키기 위해 사용될 수 있음에 주목해야 한다. 먼저, 상기 트로프를 충전하기 위해 사용되는 프릿(frit)재료의 CRT는 약 97 - 98 x 10-7/인치/인치/℃로 제한된다. 유리 보다 상당히 작은 CTC를 갖는 프릿을 개발하거나 또는 얻을 수 있다 하더라도, 이러한 것은 상기 프릿 및 개발 트로프 사이에 횔씬 더 큰 열 부정합을 발생시켜 악화된 아웃 개싱(outgassing) 문제를 야기하기 때문에, 사용될 수 없다.
상기 마스크 지지 시스템과 지지 면판 글라스의 순 CTC 사이의 의도적이 부정합이 다른 재료 및 지지체 구조를 사용하여 실현될 수 있기 때문에, 현재의 양호한 실행은 프릿 시멘트(frit cement)에 의해 상기 면판 내부면에 직접 고착되어 있는 세라믹 성분 또는 레일에 의한 것이라고 여겨진다. 상기 세라믹 레일의 단부 에지상에 상기 섀도우 마스크가 용접되어 있는 금속 캡(cpa)이 위치한다.
제 1 도에는 인장 포일 섀도우 마스크를 지지하는 개선된 구조체를 갖는 본 발명에 따른 컬러 음극선관 및 면판이 도시되어 있다. 상기 음극선관 및 그 구성 부분은 제 1 도 및 제 2 도에서 식별되고 다음과 같은 순서로 기술되어 있다. 즉 참조번호, 참조명, 및 구조, 상호 연결, 관계, 기능, 동작 또는 결과의 간략한 서술이 주어져 있다.
20 본 발명에 따른 컬러 음극선관
22 본 발명에 따른 면판 어셈블리
24 유리 면판
26 면판의 내부표면
28 중앙에 배치된 형광 스크린
30 알루미늄막
32 깔떼기(funnel)
34 깔떼기(32)의 상기 주변 밀봉 영역과 짝을 이루는 면판(24)의 주변밀봉 영역
48 텐션 포일 섀도우 마스크를 수용하여 고정시키기 위해 상기 스크린(28)의 반대쪽에 위치하는 것으로 표시된 본 발명에 따른 섀도우 마스크 지지 구조체
50 금속 박막 섀도우 마스크 ; 인장된 후, 상기 마스크는 지지 구조체(48)위에 장착되고 거기에 고착된다.
52 도시 목적상 삽입된 그림에서 확대 도시된 섀도우 마스크 개구
58 내부 자기차폐체
60 깔떼기 상의 내부 전도 코팅
62 애노드 버튼(anode button)
64 고전압 도선
66 진공관 네크(neck)
68 스크린(28)상의 각각의 적색 발광, 녹색 발광, 및 청색 발광 형광 증착 물질을 여기시키기(exciting) 위해 세 개의 이산(discrete) 인-라인 전자빔(70, 72 및 74)을 제공하는 인-라인 전자총
69 진공관의 베이스(base)
71 동작 전압 및 비디오 신호를 베이스(69)를 통하여 전자총(68)까지 전도하기 위한 금속 핀
76 빔(70, 72 및 74)이 스크린(28)을 가로질러 횡단하게 하는 요크
78 상기 깔떼기 코팅(60) 및 마스크 지지 구조체(48) 사이에서 전기 통로를 제공하는 접촉 스프링
제 1 도 및 제 2 도에 도시된 바와 같이, 컬러 음극선관(20)은 마스크 지지 구조체(48)에 의해 지지되 텐션 포일 섀도우 마스크(50)를 가진 면판(24)을 포함하는 프론트 어셈블리(22)를 갖는다.
제 3 도를 참조하여, 본 발명에 따른 지지 구조체(48)가 설명된다. 지지 구조체(48)는 면판(24)에 고착된 세라믹 본체를 구성하는 것으로 부호로 표시되고, 금속(82)의 새들은 인장상태로 장착된 금속 포일 마스크(50)를 수용하여 고정하는 것으로서 표시된다.
본 발명에 의하면 섀도우 마스크(50)를 수용하여 보유하기 위해 면판의 내부 표면상의 타겟 영역의 대향측에 고착된 마스크 지지 수단이 설치되어 있다. 마스크 지지 수단은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 마스크 지지 수단과의 계면에서 면판 유리가 상당한 인장 응력하에 놓여지도록 구성되고 배열된다.
마스크 지지 구조체와 면판의 계면에서 상기 인장 응력은 마스크 지지 수단이 상승된 온도에서 납땜 유리의 실투 후, 면판에 마스크 지지 수단을 부착하고 이어서 마스크 지지 수단과의 계면에서 면판 유리가 큰 인장 응력하에 놓이도록 면판 유리의 열적 계수 보다 작은 순(NET) 열 수축 계수를 가지게 함으로써 발생된다.
비록 각종의 마스크 지지 구조체가 상기 인장-응력-발생 스트레스의 부과를 달성하도록 안출되었다 할지라도 도시된 양호한 실시예는 세라믹 소자의 대향의 먼 에지에 부착되는 마스크가 용접될 수 있는 유리와 금속 소자와 접촉하는 세라믹 소자의 세라믹-금속 라미네이트 구조체를 포함하는 것으로 도시되고 있다.
세라믹 마스크 지지 구조체(48), 면판(24) 유리, 결합 유리는 면판에 구조체를 고정하는데 사용되고, 각 구성요소의 특성이 상호 작용하는 시스템을 구성한다. 비록 종래 기술의 개념과는 반하지만 실험에 따르면 유리 면판에다 사전에 응력을 가하면 제조간 시스템이 겪는 온도(약 460℃의 실내 온도)를 잘 견딜 수 있음을 보여준다.
본 발명의 목적은 가변의 면판 유리 조성, 튜브 사이즈 등을 수용 하도록 조절될 수 있는 프론트 어셈블리를 가지며, 상이한 설계 및 제조 목적을 수용하도록 조절될 수 있는 프론트 어셈블리를 가진 플랫 텐션 마스크 컬러 CRT를 제공하기 위한 것이다. 이것은 마스크 지지 구조체의 스트레스-발생 특성을 가변하여 달성한다. 포르스테라이트 세라믹 마스크 지지 레일을 이용하는 도시된 실시예에 있어서, MgO 함유량은 CTC 의 레일을 조정하도록 변화되고 따라서 스트레스는 면판상에 부과된다.
제 4 도는 레일에서 MgO 함유량의 함수로서 보다 긴 레일중의 하나를 따라 측정되는 최대 면판(패널) 편향을 나타내는 도면이다. 그 관계는 거의 선형적인데, 발생될 면판 응력량을 선택하기 위한 융통성 있고, 정확하며, 유용한 도구를 제공한다.
상기 설명된 바와 같이 , 본 발명은 진공 동안 진공관이 비교적 고온으로 가열되고, 고온에서 열 상승 주기 동안 벌브의 내부 표면을 인장 상태로 둔다. 더구나, 진공관이 동시에 진공상태가 되기 때문에 면판상의 대기압 하중은 벌 브의 내부 표면상에 부가된 인장 응력에 더해진다. 이러한 두가지의 기여 요소의 누적이 마스크 지지 구조체 영역, 특히 그의 끝 부분에서 존재하는 어느 면판 내부 표면 인장 응력에 가산될 것이다. 그결과 인장 응력에 대한 벌브의 허용오차가 진공관 고갈 동안에 초과하는 경향이 있다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 마스크 지지 구조체의 끝에 인접한 면판 내부 표면의 임계 영역에서 압축 응력을 설정하여, 마스크 지지 구조체의 순(net) 열 수축 계수를 선택함으로써, 인장 응력 증가는 부분적으로 오프셋된 관의 기압 로딩과 열 사이클링에 의해 나타난다. 그 결과 열 주기율이 보다 빨라지면 빨라질수록, 소정의 수율이나 소정의 열 주기 동안에 견딜 수 있고, 보다 큰 수율을 얻게될 것이다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 마스크 지지 구조체의 순 CTC 가 면판 유리의 것보다 더 작아지기 위해서 세라믹 소자의 CTC 는 면판 유리의 CTC 보다 훨씬 작아져야만 하고, 특히, 적어도 2000psi 의 서브-지지-구조체 유리에서 응력을 발생하도록 훨씬 작아져야만 한다. 세라믹 마스크 지지 소자의 정확하고 일관된 CTC 측정은 얻기 어렵지만, 2000psi 이상의 유리 응력이 적어도 3 포인트의 CTC의 차이를 나타낸다. 주지된 바와 같이 일례로써 일반적인 컬러 CRT 유리의 열수축 계수는 100 x 10-7/인치/인치/℃이다. 전술한 바와 같이, 금속 캡의 양호한 조성은 약 108 x 10-7/인치/인치/℃의 열계수를 가진 카펜터의 금속 합금 번호 27번이다.
본 발명에 의하여 레일의 세라믹 소자의 조성은 세라믹 소자가 97 x 10-7/인치/인치/℃보다 크기 않은 열계수를 갖는 정도이다.
제 5 도는 4-레일 마스크 지지 시스템 둘레의 여러점에서의 면판(판넬) 편향의 도면이다. 제 6 도는 제 5 도에 표시된 면판의 테스트 포인트(1 내지 12)상의 위치를 나타낸다. 이 테스트 포인트는 레일의 외부와 납땜 유리 윤곽선의 바로 외부에 배치된다. 테스트 포인트의 위치는 레일 부착에 의해 야기된 스트레스로부터 면판의 최대 편향이 레일에 인접하다는 것이 표시된 칙정의 결과이다.
[세라믹 레일의 양호한 조성]
지정 지정
297A 26MgO
운모
(MgO +2SiO2) 62% 64%
마그네시아 (산화마그네슘) 28% 26%
(MgO)
벨 크레이 4% 4%
바륨 6% 6%
카보나이트 100% 100%
(전체 MgO) 49.7% 48.3%
충전 트로프 로 표시된 곡선은 상업용 컬러 CRT 프릿으로 채워진 금속 트로프를 포함하는 전술된 종래 기술의 마스크 지지 시스템에 의해 발생된 편향을 설명한다

Claims (11)

  1. 음극 발광 스크린을 수용하기 위한 타겟 영역의 내부 표면을 가진 면판을 포함하는 프론트 어셈블리를 갖춘 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관으로, 상기 면판은 소정의 열수축 계수를 가진 유리와, 상기 타겟 영역의 대향측에 실투 납땜 유리(devitrifiable solder glass)와 같은 시멘트에 의해 고착되어 상기 내부 표면으로부터 소정거리에서 인장 상태로 포일 섀도우 마스크를 수용하여, 보유하기 위한 마스크 지지 수단으로 구성되며, 상기 마스크 지지 수단은, 상기 마스크 지지 수단을 상기 면판에 고착시키기 위해 상승된 온도에서 상기 납땜 유리를 실투(devitrification)시켜, 냉각한 후에, 상기 마스크 지지 수단과의 계면에서 면판이 현저한 인장 응력 상태에 놓여지는 계수 차이 값 많큼 상기 소정의 열 수축 계수 보다 작은 순(net) 열 수축 계수를 갖는 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마스크 지지 수단은 상기 면판과 금속 소자 사이에서 세라믹 소자의 세라믹-유리 라미네이트를 포함하는 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  3. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 세라믹 소자의 수축 계수는 상기 면판 유리의 수축 계수보다 3 포인트 작거나, 상기 계면 유리의 인장 응력은 200psi 만큼인 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  4. 제5항에 있어서, 상기 시멘트는 상기 면판 유리 및 상기 세라믹 소자의 수축 계수의 중간인 수축 계수를 가지는 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마스크 지지 수단은 상기 면판 유리와 제2소자 사이에서 제1소자의 라미네이트를 포함하며, 상기 제1소자는 상기 면판 유리의 수축 계수 보다 작은 수축 계수를 가지며, 상기 제2소자는 상기 면판 유리의 수축 계수 보다 큰 수축 계수를 가지는 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  6. 제7항에 있어서, 상기 제1소자의 수축 계수는 상기 면판 유리의 수축 계수보다 3 포인트 작거나, 상기 계면 유리의 인장 변형은 2000psi 만큼인 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  7. 제7항에 있어서, 상기 시멘트는 상기 면판 유리와 상기 제1소자의 수축 계수의 중간인 수축 계수를 가지는 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  8. 제7항에 있어서, 상기 시멘트의 수축 계수는 상기 제1소자와 상기 유리 면판간의 열 팽창 차이를 완충하기 위해 상기 면판 유리와 상기 제1소자의 수축 계수의 중간이며, 상기 제1소자는 상기 면판 내부 표면과의 계면에서 길이 방향의 홈을 가져서 상기 계면에서 충분한 양의 시멘트를 수용함으로써 상기 면판 내부 표면으로부터 상기 제1소자의 시멘트에 의한 분리를 증대하지 않고 상기 완충 효과를 향상하는 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  9. 중앙에 배치된 인 스크린(phosphor screen)을 내부 표면에 가진 유리 면판과, 상기 스크린의 대향 측에 놓인 마스크 지지 구조체상에 인장 상태로 장착되며 상기 면판의 열 수축 계수 보다 작은 열 수축 계수를 가진 실투 납땜 유리와 함께 상기 내부 표면에 고착된 금속 포일 마스크를 포함하는 프론트 어셈블리를 가진 텐션 마스크 컬러 음극선관으로, 상기 지지 구조체는 상기 납땜 유리가 상기 구조체를 상기 면판에 고착하기 위해 실투될 때 상기 납땜 유리의 비드(bead)를 효과적으로 수용하여 형성하기 위해 상기 면판의 고착 영역에 리세스되며, 상기 마스크 지지 구조체의 열 수축 계수는 상기 면판의 열 수축 계수에 비해서 면판이 제조간 겪는 광범위한 온도 과정을 상기 프론트 어셈블리로 하여금 견디도록 효과적인 잔류 응력을 경험하는 정도인 플랫 텐션 마스크 컬러 음극선관.
  10. 인장 상태하에서 포일 섀도우 마스크를 보유하기 위해 실투 납땜 유리에 의해 면판의 내부 표면에 고착된 지지 구조체를 가진 텐션 마스크 컬러 음극선의 프론트 어셈블리로, 상기 지지 구조체는 상기 마스크를 수용하여 고착하기 위 그 위에 장착될 때 상기 면판과 떨어진 상부 영역을 가진 가늘고 긴 구조체와 상기 면판 내부 표면과의 계면에 부착된 플랫 표면을 포함하고, 상기 프론트 어셈블리는, 제조간 상기 프론트 어셈블리로 하여금 광범위한 온도 과정을 견디도록 상기 마스크 지지 구조체와 인접한 상기 면판의 상기 플랫 표면의 가장자리 영역을 압축 상태로 놓기 위해, 상기 마스크 지지 구조체와 계면을 이루는 상기 면판의 상기 플랫 표면 영역이 인장 상태로 놓여지도록 구성되어, 배열되는 텐션 마스크 컬러 음극선관의 프론트 어셈블리.
  11. 제18항에 있어서, 상기 마스크 지지 구조체는 상기 면판의 열 수축 계수 보다 작은 열 수축 계수를 가지며, 상기 마스크 지지 구조체 및 상기 면판의 열 수축 계수의 중간인 열 수축 계수를 가진 납땜 유리에 의해 상기 면판에 고착되는 텐션 마스크 컬러 음극선관의 프론트 어셈블리.
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