KR100255273B1 - 새도우 마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

새도우 마스크에 관한 것으로서, 중앙 부분의 유공부(구멍이 형성되어 있는 부분)와 가장자리 부분의 무공부(구멍이 형성되어 있지 않은 부분)를 포함하는 새도우 마스크에 있어서, 상기 새도우 마스크의 유공부만 선택적으로 강화 열처리하여 상기 유공부의 인장 강도가 상기 무공부보다 1.2∼3배 크며, 탄성 계수는 상기 무공부보다 1.5∼3배 큰 것을 특징으로 하는 새도우 마스크를 제공한다.

또한, 상기한 새도우 마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 새도우 마스크의 무공부에 기체 접촉을 방지할 수 있는 수단을 장착한 후 유공부에 대하여만 선택적으로 강화 열처리를 실시하고, 상기 열처리를 실시한 새도우 마스크를 성형하는 공정을 포함하는 새도우 마스크의 제조 방법을 제공한다.

본 새도우 마스크는 종래의 새도우 마스크에 비하여 향상된 인장 강도, 연신율 및 탄성 계수를 갖는 동시에 스프링 백(spring back)이 적게 일어나서 유리하다.

Description

새도우 마스크 및 그의 제조 방법

[산업상 이용 분야]

본 발명은 새도우 마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 스프링 백 현상을 방지하면서 향상된 강도를 갖는 새도우 마스크 및 이러한 새도우 마스크를 제조할 수 있는 새도우 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

칼라 TV 및 컬러 모니터 등에 사용되는 새도우 마스크(shadow mask)는 전자총에서 조사된 전자빔을 선별하는 색선별 기능을 갖는다.

상기한 새도우 마스크의 일반적인 제조 방법은 다음과 같다.

인바(Invar)강 또는 AK(aluminium-killed)강으로 형성된 원판에 감광액을 도포한다. 이 원판을 노광하고 현상한 후 에칭(etching)하여 전자빔이 통과할 수 있는 구멍을 형성한다. 이와 같이 구멍이 형성된 새도우 마스크를 고온의 수소 분위기에서 열처리하는 소둔 공정(annealing process)을 실시하여 마스크의 내부 응력을 제거하고 연성을 부여한다. 이어서, 상기 소둔 공정을 실시한 마스크를 프레스로 일정한 형태로 성형(forming)한다. 성형이 완료된 마스크판은 오염, 지문 등과 같은 이물질을 제거하는 탈지 공정을 거친 후 새도우 마스크의 도밍을 방지하기 위한 수단으로서 흑화 공정을 적용하여 새도우 마스크를 제조한다.

이와 같이 제조된 새도우 마스크는 전자총에서 방출된 전자빔이 패널(panel) 내면의 형광체에 충돌하여 화상을 얻는 칼라 음극선관에 장착된다. 상기한 새도우 마스크는 세 개의 전자총에서 나온 전자빔을 각각 R, G, B 형광체 도트(dot)에 일치시키는 교량 역할을 한다. 따라서 상기 새도우 마스크의 위치가 기준 위치에서 벗어나면 전자빔의 경로가 어긋나게 되어 전자총에서 나온 전자빔이 주변의 원하지 않는 형광체를 발광시키게 되는 문제가 발생된다.

그러나 일반적으로 상기한 새도우 마스크가 내부에 장착된 음극선관으로 외부에서 가해지는 충격 혹은 진동이나, 또는 음극선관의 외부에 장착된 스피커에서 발생하는 에너지가 새도우 마스크에 전달되면 새도우 마스크는 상하좌우로 흔들리게 된다. 이러한 현상을 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 외부의 충격에 의하여 새도우 마스크가 흔들리는 현상을 나타내었다. 외부의 충격 혹은 진동 등이 새도우 마스크에 전달되면 새도우 마스크가 흔들리게 되어 새도우 마스크의 위치가 초기 위치(6)에서 진동 후의 위치(7)로 이동된다. 이와 같이 새도우 마스크의 위치가 이동하게 되면 새도우 마스크의 홀 위치가 초기 위치(8)에서 진동 후의 위치(9)로 변하게 된다. 이와 같이 되면, 전자총(11)에서 방출된 전자빔(10)이 새도우 마스크의 홀을 통과하지 못하게 되거나 동일한 홀을 통과하더라도 그 홀의 위치가 초기 위치(8)에서 진동 후의 위치(9)로 변경됨에 따라 전자빔의 일부만이 홀(9)을 통과하게 된다. 즉, 도 1에 나타낸 것과 같이 전자빔의 경로가 이동되는 것과 같은 현상이 발생되어 원하는 형광체의 일부만 발광시키거나 초기의 전자빔 발광 위치(P1)가 진동 후의 발광 위치(P2)로 이동되어 원하지 않는 형광체를 발광시키게 된다. 이로 인하여 화면의 떨림이나 색순도 저하 등 품질이 나빠지는 문제점이 있다.

또한, 도 2에 음극선관이 낙하 등의 강한 충격을 받는 경우 새도우 마스크의 일부가 영구적으로 변형된 형상을 나타내었다. 음극선관이 낙하 등의 강한 충격을 받으면 새도우 마스크의 일부분에 영구적으로 변형된 부분(12)이 생기게 된다. 이와 같이, 새도우 마스크의 일부 형상이 변형되면, 전자빔이 변형된 부분을 통과하는 경우 화면의 떨림이나 색순도 저하 등의 상술한 바와 같은 품질 저하의 문제점이 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 새도우 마스크를 전면적으로 열처리하여 새도우 마스크를 강화시키고 강도 및 연신율을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 그러나 상기한 방법은 프레임에 연결되는 새도우 마스크의 스커트(skirt) 부위의 탄성 계수도 동시에 증가시키게 된다. 따라서, 새도우 마스크의 프레스 성형 공정에서 스커트 부위의 휘어지는 정도가 목적하는 각도인 θ만큼 휘어지는 것이 아니라 θ+Δθ의 각도로 휘어지게 되는 스프링 백(spring back) 현상이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 새도우 마스크를 선택적으로 강화 열처리하여 스커트 부위의 강도와 탄성 계수는 증가시키지 않고 새도우 마스크의 유공부의 강도 및 탄성 계수만 증가시켜 스프링 백 현상을 방지할 수 있는 새도우 마스크를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 새도우 마스크를 선택적으로 열처리하여 강도 및 연신율을 향상시켜 외부의 진동이나 스피커 음파 등에 의한 진동의 영향을 감소시킬 수 있고 또한 외부의 충격에 의해 변형되지 않는 새도우 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 새도우 마스크를 선택적으로 열처리하여 상기한 바와 같은 스프링 백 현상을 방지할 수 있는 새도우 마스크를 제조하는 새도우 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 외부 충격에 의하여 새도우 마스크가 진동하여 전자빔의 경로가 바뀌는 현상을 개략적으로 나타낸 일부 단면도.

도 2는 강한 외부 충격에 의하여 새도우 마스크의 일부가 영구적으로 변형된 형상을 개략적으로 나타낸 일부 단면도.

도 3은 본 발명의 새도우 마스크를 제조하기 위하여 열처리 공정에 사용되는 기체 접촉 방지 수단을 개략적으로 나타낸 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 패널 2 : 형광체 3 : 스터드핀(Stud pin)

4 : 스프링 5 : 프레임 6 : 새도우 마스크(진동전)

7 : 새도우 마스크(진동후) 8 : 새도우 마스크 홀(진동전)

9 : 새도우 마스크(진동후) 10 :전자빔

11 : 전자총 21 : 기체 접촉 방지 수단

21a, 21a' : 기체 접촉 방지 수단의 하부 막대

21b, 21b' : 기체 접촉 방지 수단의 상부 막대

23 : 체결부

P1 : 진동전의 전자빔 발광 위치 P2 : 진동후의 전자빔 발광 위치

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중앙 부분의 유공부와 가장자리 부분의 무공부를 포함하는 새도우 마스크에 있어서, 상기 새도우 마스크의 유공부만 선택적으로 강화 열처리하여 상기 유공부의 인장 강도가 상기 무공부보다 1.2∼3배 크며, 탄성 계수는 상기 무공부보다 1.5∼3배 큰 것을 특징으로 하는 새도우 마스크를 제공한다.

또한, 본 발명은 새도우 마스크의 무공부에 기체 접촉을 방지할 수 있는 수단을 장착한 후, 유공부에 대하여만 선택적으로 강화 열처리를 실시하고; 상기 열처리를 실시한 새도우 마스크를 성형하는 공정을 포함하는 새도우 마스크의 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 새도우 마스크는 AK강 또는 인바강의 저열팽창 물질로 형성되어 있고, 중앙 부분의 유공부(구멍이 형성되어 있는 부분)와 가장자리 부분의 무공부(구멍이 형성되어 있지 않은 부분)를 포함하며, 상기 새도우 마스크의 유공부만 선택적으로 강화 열처리하여 상기 유공부의 인장 강도가 상기 무공부보다 1.2∼3배 크며, 탄성 계수는 상기 무공부보다 1.5∼3배 큰 것을 특징으로 한다.

상기 새도우 마스크를 유공부만 선택적으로 RX 가스, 프로판 가스, 암모니아 가스 및 붕소 함유 가스로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 가스 분위기 하에서 강화 열처리를 실시하면, 새도우 마스크의 유공부는 탄소, 질소 및 붕소로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 원소가 하나 이상 포함된다. 상기 붕소 함유 가스는 B₂H₆가스 또는 BCl₃가스 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 새도우 마스크를 제조하는 방법은 다음과 같다.

일정 부위에 다수개의 구멍이 형성되어 있는 새도우 마스크(shadow mask)를 일정 단위로 포개어 트레이(tray)에 적재한다. 상기 적재된 새도우 마스크 위에 기체 접촉 방지 수단을 설치한다. 상기 기체 접촉 방지 수단은, 이 수단을 새도우 마스크 위에 설치하면 구멍이 형성된 새도우 마스크의 유공부는 외부에 노출되고, 구멍이 형성되어 있지 않은 새도우 마스크의 가장 자리 부분의 무공부는 외부에 노출되지 않도록 하는 것이다. 전실로의 온도를 400∼1000℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 마스크를 전실로에 투입한다. 가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 RX 가스, 프로판 가스, 암모니아 가스, 붕소 함유 가스 등의 열처리 가스를 투입한다. 상기 RX 가스는 H₂40%, N₂40% 및 CO 20%를 함유하는 가스이다. 상기 붕소 함유 가스는 B₂H₆가스 및 BCl₃가스 등의 가스이다. 상기 가열실로의 온도가 400∼1200℃로 유지되고 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 새도우 마스크를 상기 가열실로에 투입한다. 상기 가열실로에서 새도우 마스크를 0.1∼5시간 동안 방치하여 열처리를 실시한다. 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단한다. 상기 가열실로에서 마스크를 꺼낸 후 상기 기체 접촉 방지 수단을 새도우 마스크로부터 제거한다. 상기한 새도우 마스크를 프레스 성형하여 새도우 마스크를 제조한다.

상기한 방법으로 강화 열처리하여 제조된 새도우 마스크의 유공부 및 무공부의 인장 강도를 각각 측정한 결과 유공부의 인장 강도는 300∼500MPa이고, 무공부의 인장 강도는 200∼300MPa로 나타났다. 또한, 상기 새도우 마스크의 유공부의 탄성 계수(Young's Modulus)를 측정한 결과 유공부는 약 200∼400 X 100MPa, 무공부는 약 100∼300 X 100MPa로 나타났다. 상기 측정된 인장 강도 및 탄성 계수의 값은 유공부가 무공부보다 강도 및 탄성 계수가 높게 나타났음을 나타내는 하나의 수치일 뿐 본 발명의 방법으로 제조된 새도우 마스크의 물성이 상기한 값으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 방법과 같이 기체 접촉 방지 수단을 사용하여 선택적으로 강화 열처리하면, 새도우 마스크의 무공부의 강도와 탄성 계수는 증가되지 않고, 유공부만 강도와 탄성 계수를 증가시킬 수 있었다.

상기한 제조 방법에 사용되는 기체 접촉 방지 수단을 도 3을 참고하여 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명에서 사용될 수 있는 기체 접촉 방지 수단이 반드시 도 3에 나타낸 것과 같은 형상으로 한정되는 것은 아니며, 새도우 마스크 무공부만 선택적으로 기체 접촉을 방지할 수 있으면 어떠한 형상을 갖는 것도 사용할 수 있다.

도 3에 나타낸 것과 같이, 상기 기체 접촉 방지 수단(21)은 서로 일정 간격을 두고 나란히 형성된 하부 막대 2개(21a, 21a')와 이 하부 막대(21a, 21a') 위에 서로 일정 간격을 두고 나란하게, 그리고 상기 하부 막대(21a, 21a')와는 수직 방향으로 형성된 상부 막대 2개(21b, 21b')로 구성되며, "#"의 형상을 갖는다. 상기 막대들은(21a와 21a' 또는 21b와 21b') 새도우 마스크의 구멍이 형성되어 있지 않은 스커트로 형성될 플랫한 새도우 마스크 양 가장자리 사이의 거리에 해당되는 간격만큼 떨어져있다. 따라서, 상기 기체 접촉 방지 수단을 상기 새도우 마스크 위에 설치하면, 상기 막대 사이로 새도우 마스크의 구멍이 형성되어 있는 유공부가 외부로 노출된다.

또한, 상기한 기체 접촉 방지 수단은 각 막대 끝에 체결구(23)가 형성되어 있다. 상기한 체결구(23)를 이용하여 상기한 기체 접촉 방지 수단을 트레이에 적재된 새도우 마스크 위에 장착한 후 트레이의 양 끝단에 고정시킬 수 있다. 따라서 새도우 마스크를 가스로 열처리할 때 기체 접촉 방지 수단이 흔들려서 새도우 마스크의 구멍이 형성되어 있지 않은 부분이 기체와 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기한 기체 접촉 방지 수단을 새도우 마스크에 장착하여 기체를 이용하여 열처리를 실시하면, 새도우 마스크의 유공부는 외부에 노출되므로 기체와 접촉하게 되고, 스커트로 형성되는 부분인 새도우 마스크의 가장 자리 부분인 무공부는 외부에 노출되지 않으므로 기체와 접촉하지 않게 된다. 상기 기체는 RX 가스, 프로판 가스, 암모니아 가스, 붕소 함유 가스로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 가스이다. 상기 붕소 함유 가스는 B₂H₆가스 또는 BCl₃가스 등의 가스이다. 따라서, 상기 기체 접촉 방지 수단을 상기 새도우 마스크 위에 설치한 후 기체로 열처리를 실시하면 구멍이 형성되어 있지 않은 부분인 무공부는 투입되는 기체와의 접촉을 방지할 수 있다. 또한, 상기 기체 접촉 방지 수단을 상기 새도우 마스크 위와 아래에 설치하여 열처리를 실시할 수 도 있다. 이로 인하여 새도우 마스크의 스커트 부위는 열처리 후에도 탄성 계수가 변하지 않으므로 스프링 백 현상을 방지할 수 있다.

새도우 마스크의 경우 두께가 얇아 기존의 원판 제조 공정 중 압연 공정을 여러 번 실시하게 된다. 그러므로 새도우 마스크에 에칭 공정을 통하여 구멍을 뚫은 후, 일정 형상을 갖기 위하여 프레스 성형(press forming)하기 전에 반드시 소둔 공정을 실시하여야 한다. 상기한 소둔 공정을 실시하지 않으면 연신율이 낮아 성형이 불가능하다. 따라서 소둔 공정을 실시하여야 하는데 소둔 공정을 실시하면 새도우 마스크의 연신율은 증가하지만, 인장강도는 급격하게 떨어지는 단점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 여러 가지의 열처리를 통하여 새도우 마스크의 강도를 높여주는 방법이 연구되고 있다. 이러한 새도우 마스크의 강도 향상은 기체를 이용하여 열처리하는 공정시 기체 원자가 새도우 마스크와 접촉하게 되면서 새도우 마스크 내부로 고용되어 일어나는 현상이다.

그러나 상기한 일반적인 열처리 공정에서는 새도우 마스크에 전면적인 강화 효과가 일어나므로 스커트 부위도 강화되어 성형 후에 스프링 백 등의 문제가 발생하게 된다.

따라서 본 발명에서는 도 3에 나타낸 것과 같은 새도우 마스크에 기체 원자와의 접촉을 막을 수 있도록 AK강, 인바강 및 저열팽창 재료의 판에 체결구를 결합한 기체 접촉 방지 수단을 사용하여 물리적으로 기체 원자와 새도우 마스크를 차단시켰다. 이를 통하여 스커트 부위는 열처리 후에도 원래의 탄성 계수를 유지하게 되어 스프링 백 현상을 막는 효과가 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

일정 부위에 다수개의 구멍이 형성되어 있는 새도우 마스크(shadow mask)를 일정 단위로 포개어 트레이(tray)에 적재하였다. 상기 적재된 새도우 마스크 위에 기체 접촉 방지 수단을 설치하였다. 전실로의 온도를 850℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 마스크를 전실로에 투입하였다. 가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 RX 가스, 프로판 가스 및 암모니아 가스 등의 열처리 가스를 투입하였다. 상기 RX 가스는 H₂40%, N₂40% 및 CO 20%를 함유하는 가스이다. 상기 가열실로의 온도가 600℃로 유지되고 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 새도우 마스크를 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로에서 새도우 마스크를 1시간 동안 방치하여 열처리를 실시하였다. 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단하였다. 상기 가열실로에서 마스크를 꺼낸 후 상기 기체 접촉 방지 수단을 새도우 마스크로부터 제거하였다. 상기한 새도우 마스크를 프레스 성형하여 새도우 마스크를 제조하였다.

상술한 바와 같이, 새도우 마스크의 유공부에 대해서만 선택적으로 열처리를 실시하면, 새도우 마스크의 강도가 향상되는 동시에 스커트 부위의 탄성 계수는 변하지 않아 스프링 백 현상을 방지할 수 있다.

Claims (10)

1. 중앙 부분의 유공부와 가장자리 부분의 무공부를 포함하는 새도우 마스크에 있어서,

   상기 새도우 마스크의 유공부만 선택적으로 강화 열처리하여 상기 유공부의 인장 강도가 상기 무공부보다 1.2∼3배 크며, 탄성 계수는 상기 무공부보다 1.5∼3배 큰 것을 특징으로 하는 새도우 마스크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 강화 열처리는 RX 가스, 프로판 가스, 암모니아 가스, B₂H₆가스 및 BCl₃가스로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 가스 분위기 하에서 실시하여, 새도우 마스크의 중앙 부분은 탄소, 질소 및 붕소로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 원소가 하나 이상 포함되도록 하는 것인 새도우 마스크.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 새도우 마스크는 저열팽창 물질로 형성된 것인 새도우 마스크.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 새도우 마스크는 AK강 또는 인바강으로 형성된 것인 새도우 마스크.
5. 새도우 마스크의 무공부에 기체 접촉을 방지할 수 있는 수단을 장착한 후, 유공부에 대하여만 선택적으로 강화 열처리를 실시하고;

   상기 열처리를 실시한 새도우 마스크를 성형하는 공정을;

   포함하는 새도우 마스크의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 열처리 공정은 RX 가스, 프로판 가스, 암모니아 가스, B₂H₆가스 및 BCl₃가스로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 가스 분위기 하에서 실시하는 것인 새도우 마스크의 제조 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 새도우 마스크는 저열팽창 물질로 형성된 것인 새도우 마스크의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 새도우 마스크는 AK강 또는 인바강으로 형성된 것인 새도우 마스크의 제조 방법.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 기체 접촉 방지 수단은 상기 새도우 마스크의 위·아래에 동시에 설치하여 열처리를 실시하는 것인 새도우 마스크의 제조 방법.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 기체 접촉을 방지하는 수단은 "#" 형태를 갖는 새도우 마스크의 제조 방법.