KR100274243B1 - 새도우 마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

새도우 마스크에 관한 것으로서, 질화물을 포함하는 새도우 마스크를 제공한다. 본 새도우 마스크는 종래의 새도우 마스크에 비하여 향상된 인장 강도, 연신율 및 탄성 계수를 갖는다.

Description

새도우 마스크 및 그의 제조 방법

[산업상 이용 분야]

본 발명은 새도우 마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 향상된 강도 및 연신율을 갖는 새도우 마스크 및 연질화법을 이용한 상기한 새도우 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

칼라 TV 및 칼라 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. 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 음극선관이 외부에서 가해지는 충격 혹은 진동이나, 또는 음극선관의 내부에 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 진동등이 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 마스크 내부의 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 형광체를 발광시키지 못하거나, 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 음극선관의 낙하 등의 강한 충격을 받는 경우 새도우 마스크의 일부가 영구적으로 변형된 형상을 나타내었다. 음극선관의 낙하 등의 강한 충격을 받으면 새도우 마스크의 일부분이 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 일본 특허 공개 소 62-223950 호에 새도우 마스크 표면에 도금층을 형성하여 강도를 향상시키는 방법이 기술되어 있다. 그러나, 상기한 방법은 새도우 마스크의 홀 크기가 감소하는 단점이 있다. 또한 일본 특허 공개 소 56-121257 호 및 일본 특허 공개 평 1-276542 호에 새도우 마스크에 가스 열처리를 실시하여 강도를 향상시키는 방법이 기술되어 있다. 그러나 이 방법은 이미 프레스 성형(press forming)이 완료된 마스크를 고온에서 장시간 열처리하므로 마스크가 고온에서 열 변형되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 향상된 강도 및 연신율을 가지며 외부의 충격에 의한 변형이 발생되지 않는 새도우 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 탄성 계수를 갖으며 외부의 진동이나 스피커 음파 등에 의한 진동의 영향을 받지 않는 새도우 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 새도우 마스크를 마스크의 열 변형없이 제조할 수 있는 새도우 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.

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

도 2는 음극선관이 강한 충격을 받아 새도우 마스크가 국부적으로 변형된 형상을 개략적으로 나타낸 일부 단면도.

도 3은 종래의 소둔 공정을 실시하지 않은 새도우 마스크의 연신율에 대한 강도의 변화를 나타낸 그래프.

도 4는 종래의 소둔 공정을 실시한 새도우 마스크의 연신율에 대한 강도의 변화를 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 연질화 처리하여 제조된 새도우 마스크의 연신율에 대한 강도의 변화를 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 패널 2: 형광체 3:스터드핀(Stud pin)

4: 스프링 5: 프레임 6: 새도우마스크(진동전)

6': 국부 변형된 새도우 마스크 7: 새도우마스크(진동후)

8: 새도우마스크 홀(진동전) 9: 새도우마스크 홀(진동후)

10; 전자빔 11: 전자총 12: 새도우마스크의 국부 변형된 부분

P1: 진동전 전자빔 발광 위치 P2: 진동후 전자빔 발광 위치

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질화물을 포함하는 새도우 마스크를 제공한다.

또한, 다수개의 구멍이 형성된 새도우 마스크를 연질화 가스로 열처리하고; 상기 열처리한 새도우 마스크를 성형하는 공정을 포함하는 새도우 마스크의 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 새도우 마스크는 질화물을 포함하며, AK강 또는 인바강의 저열팽창 물질로 형성된 것이다.

본 발명의 새도우 마스크를 제조하는 방법은 다음과 같다.

AK강 또는 인바강의 저열팽창 물질로 형성되고, 다수개의 구멍이 형성되어 있는 새도우 마스크(shadow mask)를 일정 단위로 포개어 트레이로 적재한다. 전실로의 온도를 300∼500℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 마스크를 전실로에 투입한다.

가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 연질화 가스를 상기 가열실로에 투입한다. 상기 연질화 가스의 투입량은 1∼15ℓ/분이다. 상기 가열실로의 온도가 400∼700℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 마스크를 상기 가열실로에 투입한다. 상기 가열실로의 온도가 상기한 범위로 유지되면 암모니아 가스가 분해되어 유리화된 질소를 생성하고, 이 질소는 새도우 마스크에 효과적으로 침투할 수 있어 바람직하다. 가열실로의 온도가 400℃보다 낮으면 분해 반응이 일어나지 않아 바람직하지 않고, 700℃ 이하의 온도에서 충분히 분해 반응이 일어나므로, 700℃보다 높은 온도로 가열실로의 온도를 높이는 것은 바람직하지 않다.

새도우 마스크를 전실로에 투입하지 않고 직접 가열실로 투입하여 침탄 질화 열처리를 실시할 수 도 있다. 그러나 마스크를 전실로에 투입하지 않고 바로 가열실로에 투입하게 되면 외부의 기체 분위기(대기) 및 차가운 상온의 공기가 가열실로 내부로 유입될 수 있다. 또한 상온에 있는 마스크를 예열(전실로 과정)없이 고온의 가열실로에 바로 넣을 경우 급격한 온도 변화로 인하여 마스크의 변형이 일어날 수 있으며 재질이 취약하게 될 수 있어 바람직하지 않다.

상기 가열실로에서 상기 마스크를 0.1∼10시간 동안 방치하여 연질화 열처리를 실시한다. 상기 열처리를 0.1∼2시간 동안 열처리를 실시하면 새도우 마스크의 표면에 질화물이 형성되고, 상기 열처리를 2∼10시간 동안 실시하면 새도우 마스크의 전체에 질화물이 형성된다. 즉, 통상 120㎛의 두께를 갖는 새도우 마스크를 사용하는데 열처리를 0.1∼2시간 동안 실시하면 새도우 마스크의 표면에 질화물이 형성되어 표면에 5∼20㎛ 두께의 질화층이 형성된다. 형성되는 질화물의 양은 새도우 마스크 중량 대비 0.01∼2.0 중량%이다. 또한, 열처리를 2∼10시간 동안 실시하면 새도우 마스크의 두께 전체에 질화물이 형성된다. 상기 마스크를 연질화 열처리를 0.1시간 미만으로 실시하면 마스크와 가스의 반응이 충분히 이루어지지 않아 바람직하지 않다. 또한, 5시간 동안 열처리를 실시하면 마스크의 전면 열처리가 충분히 이루어지므로, 불필요하게 5시간을 넘는 시간 동안 열처리를 실시하는 것은 바람직하지 않다.

연질화 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 가열실로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단한다. 상기 가열실로에서 마스크를 꺼내어 마스크판에 소성 변형을 주고 마스크를 평탄화하며 표면을 가공 경화한다. 이어서 상기 마스크를 프레스 성형하여 새도우 마스크를 제조한다.

새도우 마스크는 두께가 얇아 기존의 원판 제조 공정 중 압연 공정을 여러 번 실시하게 된다. 그러므로 새도우 마스크에 에칭 공정을 실시하여 구멍을 뚫은 후 일정 형상을 갖기 위하여 프레스 성형(press forming)하기 전에 반드시 소둔 공정을 실시하여야 한다. 상기한 소둔 공정을 실시하지 않으면 도 3에 나타낸 것과 같이 인장 강도는 높으나 연신율이 낮아 성형이 불가능하다. 따라서, 소둔 공정을 실시하여야 하는데 소둔을 하면 도 4에 나타낸 것과 같이 새도우 마스크의 연신율은 증가하나 인장 강도가 저하되는 문제점이 있다.

그러므로 본 발명에서는 종래에 사용되던 소둔 공정 대신 연질화 공정을 실시하여 연신율을 확보하면서 강도도 향상시켰다. 연질화법은 일정 온도로 유지된 열처리로에 암모니아(NH₃) 가스를 사용하여 질소를 생성시키고 이 질소 원소가 새도우 마스크에 침투하여 Fe-Ni-N계 화합물 혹은 Fe₂N, FeN, Fe₄N 등의 반응물을 형성한다. 이 질소 화합물이 새도우 마스크의 표면 또는 새도우 마스크 전체에 형성되어 기지 금속을 강하게 만든다. 이러한 효과에 의하여 새도우 마스크의 강도는 소둔 공정을 실시한 새도우 마스크에 비하여 백 MPa 이상 증가하게 된다. 이와 같이 강도가 증가된 새도우 마스크는 음극선관을 제조하는 여러 공정을 거치면서 발생할 수 있는 불량율을 감소시킬 수 있고 외부 충격에 의한 국부 변형을 감소시킬 수 있다. 또한 고온에서 열처리를 행함으로써 압연으로 생긴 조직을 보다 균질하게 재결정시킬 수 있고 또한 그레인(grain)을 균일하게 형성할 수 있으므로 성형시 필요한 연신율을 충분히 얻을 수 있다. 이외에 탄성 계수도 증가하므로 외부의 진동에 의한 떨림도 줄일 수 있다.

이와 같이 소둔 공정 대신 연질화 처리를 실시함으로써 새도우 마스크의 강도를 증가시키면서도 성형시 필요한 연신율을 충분히 얻을 수 있으므로 외부의 충격에 의한 변형 및 진동에 의한 새도우 마스크의 떨림을 감소시킬 수 있다.

또한 본 방법은 성형하기 전의 새도우 마스크를 열처리하므로 종래에 성형후 열처리할 때 발생되는 변형을 방지할 수 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

인바(Invar)강으로 형성되고, 다수개의 구멍이 형성되어 있는 새도우 마스크를 일정 단위로 포개어 트레이로 적재하였다. 전실로의 온도를 400℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 마스크를 전실로에 투입하였다. 가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 연질화 가스를 5ℓ/분의 속도로 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로의 온도가 550℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 마스크를 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로에서 상기 마스크를 1시간 동안 방치하여 연질화 열처리를 실시하였다. 연질화 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단하였다. 상기 가열실로에서 마스크를 꺼낸 후 프레스 성형하여 새도우 마스크를 제조하였다.

상기한 방법으로 제조된 새도우 마스크의 함유된 질화물의 양을 측정한 결과 새도우 마스크 표면에 1.0 중량%의 질화물이 10㎛ 두께로 형성되었다.

상기한 방법으로 제조된 새도우 마스크의 연신율과 강도를 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타낸 것과 같이, 상기한 실시예의 방법으로 연질화 처리하여 제조된 새도우 마스크는 인장 강도와 연신율이 모두 우수한 결과가 나왔다.

기존의, 소둔 공정을 실시하지 않은 새도우 마스크 및 소둔 공정을 실시한 새도우 마스크의 연신율 및 강도를 측정하여 그 결과를 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다.

(실시예 2)

인바(Invar)강으로 형성되고, 다수개의 구멍이 형성되어 있는 새도우 마스크를 일정 단위로 포개어 트레이로 적재하였다. 전실로의 온도를 400℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 마스크를 전실로에 투입하였다. 가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 연질화 가스를 5ℓ/분의 속도로 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로의 온도가 550℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 마스크를 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로에서 상기 마스크를 5시간 동안 방치하여 연질화 열처리를 실시하였다. 연질화 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단하였다. 상기 가열실로에서 마스크를 꺼낸 후 프레스 성형하여 새도우 마스크를 제조하였다.

상기한 방법으로 제조된 새도우 마스크의 질화물의 양을 측정한 결과 새도우 마스크 전체에 1.5 중량%의 질화물이 형성되었다.

본 방법은 에칭 및 압연 공정을 거친 새도우 마스크를 소둔 공정을 실시하지 않고, 연질화 처리를 실시함으로써 인장 강도를 소둔 공정을 실시하여 제조한 새도우 마스크에 비하여 50% 정도 상승시킬 수 있었다.

Claims (5)

1. 다수개의 구멍이 형성된 새도우 마스크를 암모니아 가스를 포함하는 연질화 가스로 열처리하고; 상기 열처리한 새도우 마스크를 성형하는; 공정을 포함하는 새도우 마스크의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 새도우 마스크는 저열팽창 물질로 형성된 것도 새도우 마스크의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 새도우 마스크는 AK강 또는 인바강으로 형성된 것인 새도우 마스크의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 열처리 온도는 400~700℃인 새도우 마스크의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 열처리하는 공정은 0.1~10시간 동안 실시하는 것인 새도우 마스크의 제조 방법.