KR100289161B1 - 음극선관용 섀도우 마스크와 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

섀도우 마스크에 충돌하는 전자빔의 입사 에너지를 빛 에너지 형태로 소비시켜 섀도우 마스크의 도오밍을 억제할 수 있는 섀도우 마스크와 그의 제조방법으로서, 섀도우 마스크는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하는 본체와, 상기 본체의 적어도 일표면에 형성되며 형광체를 함유하여 전자빔의 입사 에너지를 발광에 의해 빛 에너지로 전환시키는 형광 코팅막으로 이루어진다.

상기 형광 코팅막은 스크린 인쇄법에 의해 형성되어 빔통과용 어퍼쳐의 막힘을 최소화하면서 본체의 표면으로 균일하게 형성된다.

Description

음극선관용 섀도우 마스크와 그의 제조방법{Manufacturing method of shadow mask for cathode ray tube}

본 발명은 음극선관용 섀도우 마스크와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 섀도우 마스크의 적어도 일면으로 형광체를 함유하는 코팅막을 형성하여 전자빔의 랜딩 에러를 유발하는 섀도우 마스크의 도오밍을 적극적으로 억제할 수 있는 음극선관용 섀도우 마스크와 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 음극선관은 전자총에서 방출된 세줄기의 전자빔이 형광막 스크린내의 R, G, B 형광체에 충돌하여 상기 형광체를 여기시킴으로써 화상을 구현하는 표시장치이다.

이를 위하여 음극선관은 도 9에서 도시하는 바와 같이 내면으로 형광막 스크린(1)을 형성하는 패널(3)과, 형광막 스크린(1)을 향하여 전자빔(5)을 방출시키는 전자총(7)과, 상기 전자총(7)을 내부로 장착하는 넥크부(9)와, 상기 패널(3)과 넥크부(9)를 연결하는 나팔체 형상의 펀넬(11)과, 상기 형광막 스크린(1)과 평행하게 장착되는 섀도우 마스크(13)를 포함한다.

여기서, 상기 섀도우 마스크(13)는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐(13a)를 형성하여 전자총(7)에서 방출된 세줄기의 전자빔(5)을 해당 R, G, B 형광체로 분리 랜딩시키는 교량 역할을 한다. 이로서 섀도우 마스크(13)가 기준 위치에서 조금이라도 벗어나면 전자빔(5)의 경로가 어긋나게 되어 해당 형광체에 정확하게 랜딩하지 못하거나 타색 형광체를 발광시키는 등, 화면의 색순도를 저하시키는 원인으로 작용한다.

그러나 상기 섀도우 마스크(13)는 극히 얇은 금속판재로 제작되므로, 전자빔(5) 충돌에 의한 열에너지 상승으로 패널(3)을 향하여 볼록하게 팽창하는 도오밍 현상이 일어나거나, 외부의 충격 또는 진동 등에 의해 부분적인 영구 변형이 발생하는 경우가 있으므로, 이를 적극적으로 억제하는 것이 중요하다.

이를 위하여, 전자빔(5)의 흡수를 방지하는 전자반사물질이나 섀도우 마스크(13)의 기계적인 강도를 보강시키는 강화물질 등을 섀도우 마스크(13)의 표면에 코팅하는 방법이 고안되었다.

이와 관련하여 기 출원된 미합중국 특허 번호 5,757,119호는 섀도우 마스크의 기계적인 강도와 전자빔 랜딩의 정확도를 향상시키기 위하여, 형광막 스크린과 마주하는 빔통과용 어퍼쳐의 표면에 절연 글래스막과, 도전막이 순차적으로 코팅된 섀도우 마스크를 기재하고 있다.

그리고 미합중국 특허 번호 4,716,333호는 적어도 일표면에 세라믹 물질을 코팅하여 세라믹막에 의해 상온으로 냉각되어도 완전히 수축하지 않으며, 잔류 응력을 보유하게 되어 열팽창이 억제되는 섀도우 마스크를 기재하고 있다.

그러나 위에 기재한 절연 글래스막과 도전막 및 세라믹막 등은 모두 스프레이법으로 형성되는데, 상기 스프레이법에 의한 코팅막 형성은 빔통과용 어퍼쳐를 막히게 하거나, 빔통과용 어퍼쳐의 크기를 불균일하게 하고, 코팅막의 두께가 고르지 않는 등의 불리한 점을 갖는다.

따라서 이러한 불리한 점을 극복하기 위하여, 국내 특허 출원번호 95-40315호는 스크린 인쇄법을 이용한 섀도우 마스크의 코팅막 형성을 기재하고 있다.

상기 스크린 인쇄법이란 섀도우 마스크의 일면에 미세한 격자 구조의 스크린 메쉬를 배치하고, 스크린 메쉬의 표면으로 페이스트 형태의 코팅물질을 도포한 다음, 스퀴이즈를 이용하여 이를 인쇄하는 방법을 말한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 형광체를 함유하는 코팅막을 섀도우 마스크의 적어도 일면에 형성하여 전자빔의 충돌에 의한 입사 에너지를 빛 에너지 형태로 소비시킴으로써 섀도우 마스크의 도오밍을 억제하고, 전자빔의 랜딩 특성을 향상시킬 수 있는 음극선관용 섀도우 마스크와 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 섀도우 마스크의 사시도.

도 2는 도 1의 A-A선을 기준으로 절개한 단면과 패널의 일부 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 섀도우 마스크의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.

도 4는 섀도우 마스크의 일부 확대도.

도 5 ∼ 도 7은 스크린 인쇄 과정에서의 섀도우 마스크의 개략도.

도 8은 흑화 공정 이후의 섀도우 마스크의 부분 단면도.

도 9는 종래 기술에 의한 음극선관의 부분 절개 사시도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하는 본체와, 상기 본체의 적어도 일표면에 형성되며 형광체를 함유하여 전자빔의 입사 에너지를 빛 에너지로 전환시키는 형광 코팅막을 포함하는 음극선관용 섀도우 마스크를 제공한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

기계 가공성을 향상시키기 위하여 고온의 수소 가스를 함유하는 소둔로에 본체를 투입하는 어닐링 공정과, 형광체를 함유하는 코팅막 페이스트를 제조하는 페이스트 제조 공정과, 상기 페이스트를 본체의 적어도 일표면에 인쇄하는 스크린 인쇄 공정과, 페이스트가 인쇄된 본체를 건조시키는 건조 공정과, 상기 본체를 프레스 가공하여 유효화면부와 스커트부를 형성하는 성형 공정과, 섀도우 마스크를 흑화로에 투입하여 흑화시키는 흑화 공정을 포함하는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법을 제공한다.

여기서, 형광 코팅막에 사용되는 페이스트는 유리원료물질 50∼80 중량%와, 전자반사 효과 및/또는 열방사 효과를 갖는 기능 파우더 5∼30 중량%와, 나머지 잔부의 비이클과 형광체를 함유한다.

이와 같이 형광체를 함유하는 형광 코팅막을 제공함으로써, 섀도우 마스크에 충돌하는 전자빔의 입사 에너지는 발광에 의해 빛 에너지 형태로 소비되고, 빛 에너지로 소비된 양만큼 섀도우 마스크의 열에너지 상승을 억제하여 섀도우 마스크의 도오밍을 효과적으로 억제할 수 있는 장점을 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 섀도우 마스크의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 기준으로 절개한 단면과 패널의 일부를 도시하고 있다.

도시하는 바와 같이 섀도우 마스크(10)는 그 형태상 다수개의 빔통과용 어퍼쳐(2a)를 형성하는 유효화면부(10a)와, 상기 유효화면부(10a)의 네 가장자리로부터 굽힘 형성되는 스커트부(10b)로 구분된다.

상기 유효화면부(10b)는 내면으로 형광막 스크린(4)을 형성하는 패널(6)에 일정한 간격을 사이에 두고 평행하게 장착되어 전자총(도시하지 않음)에서 방출되는 세줄기의 R, G, B 전자빔을 빔통과용 어퍼쳐(2a)를 통하여 형광막 스크린(4)내의 해당 R, G, B 형광체에 분리 랜딩시키는 기능을 하며, 상기 스커트부(10b)는 이후 마스크 프레임(도시하지 않음)에 용접되어 패널(6)에 고정 장착된다.

이 때, 전자총에서 방출되는 전자빔 가운데 20% 정도만이 빔통과용 어퍼쳐(2a)를 통과하여 형광막 스크린(4)에 랜딩하므로, 나머지 80% 정도의 전자빔은 섀도우 마스크(10)에 충돌하여 섀도우 마스크(10)의 온도를 상승시키게 된다.

이에, 본 실시예에 의한 섀도우 마스크(10)는 전자빔 충돌에 의한 온도 상승과 이에 따른 도오밍 현상을 방지하기 위하여, 도 2에서 도시하는 바와 같이 알루미늄 킬드강이나 인바강으로 이루어지며 에칭에 의해 다수개의 빔통과용 어퍼쳐(2a)를 형성하는 본체(2)와, 상기 본체(2)의 일면에 형성되는 형광 코팅막(8)으로 이루어진다.

상기 형광 코팅막(8)은 형광체를 함유하며, 여기에 전자빔의 반사 효율과 열방사 효율이 큰 기능 파우더와, 흑화 공정후 유리화되어 형광 코팅막을 본체상에 견고히 고정시키는 유리원료물질 등을 더욱 함유한다.

보다 상세하게, 상기 기능 파우더는 비스무스, 비스무스 산화물, WC 및 WC 산화물로 이루어지거나, 원자번호 70 이상의 중금속 또는 열방사 효율이 높은 카본, Mn, Mn 산화물 및 알루미늄 산화물 가운데 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 유리원료물질은 산화티탄, 산화지르코늄, 알루미나, 산화규소, 산화납 및 산화붕소 가운데 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 형광체를 함유하는 형광 코팅막을 형성함에 따라, 섀도우 마스크(10)에 충돌하는 전자빔의 입사 에너지는 형광체의 발광에 의해 빛 에너지 형태로 소비되어, 빛 에너지로 소비된 양만큼 섀도우 마스크(10)의 열에너지 상승을 억제시킨다.

이로서, 섀도우 마스크(10)의 도오밍을 효과적으로 억제하여 전자빔의 랜딩 특성을 향상시키고, 더욱 향상된 화질을 구현하여 음극선관의 품위를 높일 수 있는 것이다.

이와 같이 섀도우 마스크(10)의 열에너지 상승을 억제하는 형광 코팅막(8)은 도시하는 바와 같이 전자총을 향하는 본체(20)의 일면에 형성될 수 있다. 이는 형광 코팅막(8)이 전자총에서 방출되는 전자빔과 직접 마주함으로써 전자총에서 방출된 후 빔통과용 어퍼쳐(2a)를 통과하지 못한 전자빔을 직접 흡수할 수 있는 장점을 갖는다.

그러나 도시하는 실시예 이외에, 섀도우 마스크(10)는 형광막 스크린(4)을 향하는 본체(2)의 일면이나, 본체(2)의 양쪽면 모두에 형광 코팅막(8)을 형성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 섀도우 마스크의 제조방법을 순차적으로 나타내는 공정 순서도로서, 이를 참고하여 본 발명에 의한 섀도우 마스크의 제조방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 어닐링 공정 전에, 도 4에서 도시하는 바와 같이 실질적으로 평탄한 금속판재로 이루어지는 본체(2)를 부분 에칭하여 빔통과용 어퍼쳐(2a)를 형성한다.

그리고 빔통과용 어퍼쳐(2a)가 형성된 본체(2)를 고온의 수소 가스를 함유하는 소둔로에 투입하여 어닐링한다. 상기 어닐링은 고열에 의해 본체(2)의 조직을 연화시키고, 내부 응력을 제거함으로써 기계적인 가공성을 향상시켜 본체(2)의 성형을 용이하게 한다.

다음으로, 형광 코팅막을 위한 페이스트를 제조한다. 상기 페이스트는 전자빔의 입사 에너지를 발광에 의해 빛 에너지로 전환시킬 수 있도록 형광체를 함유함을 특징으로 한다.

보다 상세하게, 상기 페이스트의 제조는 기능 파우더 5∼30 중량%와, 유리원료물질 50∼80 중량%와, 나머지 잔부의 비이클과 형광체를 혼합하는 것으로 이루어진다.

상기 형광체는 공지된 통상의 형광체가 사용될 수 있으며, 일례로 ZnCd계 형광체 또는 ZnS계 형광체를 사용할 수 있다.

그리고 상기 기능 파우더는 도오밍 방지 특성을 위한 물질로서, 일례로 전자반사 효과와 열방사 효과 가운데 적어도 하나 이상의 효과를 기대하고자 할 때는 비스무스, 비스무스 산화물, WC, W 산화물 등을 사용한다.

또한 상기 기능 파우더는 원자번호 70 이상의 중금속을 사용하여 전자반사 효과를 높일 수 있으며, 다른 일례로 카본, 망간, 망간 산화물 및 알루미늄 산화물 등 열방사계수가 높은 물질을 사용하여 열방사 효과를 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 페이스트 내부의 유리원료물질은 이후 페이스트가 본체에 스크린 인쇄된 후, 흑화공정에서 완전 유리화되어 상기 기능 파우더 및 형광체가 흐트러지지 않게 이들을 서로 결합시키고, 이들 기능 파우더와 형광체가 본체상에 견고하게 부착할 수 있도록 고정시켜 주는 기능을 한다.

이러한 유리원료물질에는 산화티탄, 산화지르코늄, 알루미나, 산화규소, 산화납 및 산화붕소 등을 사용한다.

다음으로 상기 비이클은 페이스트의 원활한 인쇄가 가능하도록 페이스트의 점성과 점도를 조절해주는 물질을 말하며, 페이스트가 유성인 경우, 점성을 부여하는 물질로서 터피네올을 사용하고, 에틸 셀룰로오즈 등의 바인더와, 부틸 카비톨 등의 용제를 혼합하여 사용할 수 있다.

그리고 상기 페이스트가 수성인 경우, 상기 물질들을 수용성 재료로 대체하여 사용할 수 있다.

이와 같은 조성의 비이클은 이후 흑화 공정에서 완전 휘발 및 연소되므로 페이스트 가운데 기능 파우더와 형광체는 유리화된 유리원료물질과 함께 형광 코팅막으로 존재하게 된다.

다음으로, 제조된 페이스트를 본체의 일면에 스크린 인쇄한다. 이를 도 5∼도 7을 참고하여 설명하면, 스크린 인쇄는 미세한 격자 형상의 스크린 메쉬(20)와 빔통과용 어퍼쳐(2a)가 형성된 본체(2)를 스크린 인쇄기에 장착한 다음, 스크린 메쉬(20)의 일면으로 페이스트(30)를 인쇄하는 과정으로 이루어진다.

상기 스크린 메쉬(20)는 스테인레스 스틸, 폴리에스테르 또는 나일론 등의 극히 가느다란 강선들이 미세한 격자 형상으로 조직된 구성으로 이루어지며, 도포된 페이스트(30)를 본체(2)의 표면에 전달시키는 역할을 한다.

다음으로, 도 6에서 도시하는 바와 같이 스크린 메쉬(20)에 페이스트(30)를 도포하고, 이를 스퀴이즈(32)를 이용, 가압하면서 페이스트(30)를 본체(2)에 인쇄한다. 인쇄 단계 후 상기 페이스트(30)는 도 7에서 도시하는 바와 같이 빔통과용 어퍼쳐(2a)를 제외한 본체(2)의 일면으로 균일하게 인쇄된다.

이와 같이 형광체를 함유한 페이스트(30)를 스크린 인쇄법으로 본체(2)에 형성한 다음, 건조 공정을 통하여 상기 페이스트(30)를 건조시킨다. 건조 과정은 일례로 140∼160℃로 유지되는 건조로에 페이스트(30)가 인쇄된 본체(2)를 대략 30분 동안 넣어서 페이스트(30)에 함유된 용제를 완전히 건조시키는 것으로 이루어진다.

그리고 상기 본체(2)를 프레스 성형기에 투입하여 도 1에서 도시하는 바와 같이 유효화면부(10a)와 스커트부(10b)를 갖는 최종 형상으로 완성한다.

다음으로, 섀도우 마스크(10)를 흑화로에 투입하는 공지의 흑화 공정을 수행한다. 상기 흑화 공정은 부탄 가스를 연소시켜 발생한 500∼600℃의 디엑스(DX)-가스를 섀도우 마스크(10) 표면의 철과 반응시켜 그 표면으로 흑화피막을 형성하는 과정으로 이루어진다.

상기 디엑스-가스는 부피비를 기준으로 N2 85%와 CO2 12.4% 및 기타 CO, H2, O2 및 H2O을 미량 함유하는 가스를 말한다. 그리고 상기 흑화피막은 이후 공정에서 섀도우 마스크(10)의 산화를 방지하고, 열흡수를 억제하며, 노광빔의 난반사를 방지하는 역할을 한다.

이러한 흑화 공정에서 페이스트(30)의 유리원료물질은 완전 유리화하여, 페이스트(30)는 도 8에서 도시하는 바와 같이 본체(2)상에 견고히 고정된 형광 코팅막(8)으로 완성되며, 앞선 스크린 인쇄 과정에서 일부 빔통과용 어퍼쳐(2a)가 페이스트(30)에 의해 막히더라도 흑화 공정에서 페이스트(30)가 융착되면서 내부의 표면장력에 의해 빔통과용 어퍼쳐(2a)의 바깥쪽으로 이동하여 빔통과용 어퍼쳐(2a)의 막힘을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기와 같은 과정을 통하여 완성된 형광 코팅막(8)은 유리화된 유리원료물질과, 상기 유리원료물질에 의해 고착화된 기능 파우더와 형광체 등으로 이루어진다. 이로서, 섀도우 마스크(10)에 입사된 전자빔은 형광 코팅막(8)에 충돌하여 형광체를 여기시키고, 형광체 여기에 의해 전자빔의 입사 에너지는 빛 에너지로 전환된다.

따라서 빛 에너지로 전환된 양만큼 섀도우 마스크(10)의 열에너지 상승이 억제되어 도오밍 현상을 방지하고, 전자빔의 랜딩 특성을 향상시키며, 음극선관의 품위를 향상시킬 수 있는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 섀도우 마스크는 형광체를 함유하는 형광 코팅막에 의해 전자빔의 입사 에너지를 발광에 의해 빛 에너지로 전환시킬 수 있다. 이로서 빛 에너지로 전환된 양만큼 열에너지 상승이 억제되어 도오밍 현상을 방지할 수 있으며, 따라서 전자빔을 보다 정확히 랜딩시킬 수 있어 음극선관의 품위를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (14)

1. 형광막 스크린과 일정한 간격을 사이에 두고 평행하게 장착되며, 형광체 패턴에 대응하는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하여 전자총에서 방출된 세줄기의 전자빔을 해당 R, G, B 형광체로 랜딩시키는 음극선관용 섀도우 마스크에 있어서,

   상기 섀도우 마스크는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하는 본체와;

   상기 본체의 적어도 일표면에 제공되어 입사된 전자빔을 빛 에너지로 전환시키는 도오밍 방지수단을 포함함을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우 마스크.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도오밍 방지수단은 형광체를 함유하는 형광 코팅막으로 이루어짐을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우 마스크.
3. 제 2항에 있어서, 상기 형광 코팅막은 기능 파우더와, 유리원료물질을 더욱 함유하는 음극선관용 섀도우 마스크.
4. 제 3항에 있어서, 상기 기능 파우더는 비스무스, 비스무스 산화물, WC 및 W 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크.
5. 제 3항에 있어서, 상기 기능 파우더는 원자번호 70 이상의 중금속으로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크.
6. 제 3항에 있어서, 상기 기능 파우더는 카본, 망간, 망간 산화물 및 알루미늄 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크.
7. 제 3항에 있어서, 상기 유리원료물질은 산화티탄, 산화지르코늄, 알루미나, 산화규소, 산화납 및 산화붕소로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크.
8. 기계 가공성을 향상시키기 위하여 고온의 수소 가스를 함유하는 소둔로에 본체를 투입하는 어닐링 공정과;

   형광체를 함유하는 코팅막 페이스트를 제조하는 페이스트 제조 공정과;

   상기 페이스트를 본체의 적어도 일표면에 인쇄하는 스크린 인쇄 공정과;

   페이스트가 인쇄된 본체를 건조시키는 건조 공정과;

   상기 본체를 프레스 가공하여 유효화면부와 스커트부를 형성하는 성형 공정과;

   섀도우 마스크를 흑화로에 투입하여 흑화시키는 흑화 공정을 포함하는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 페이스트 제조 공정은 기능 파우더 5∼30 중량%와, 유리원료물질 50∼80 중량%와, 나머지 잔부의 비이클과 형광체를 혼합하는 것으로 이루어지는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 기능 파우더는 비스무스, 비스무스 산화물, WC 및 W 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법.
11. 제 9항에 있어서, 상기 기능 파우더는 원자번호 70 이상의 중금속으로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법.
12. 제 9항에 있어서, 상기 기능 파우더는 카본, 망간, 망간 산화물 및 알루미늄 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법.
13. 제 9항에 있어서, 상기 유리원료물질은 산화티탄, 산화지르코늄, 알루미나, 산화규소, 산화납 및 산화붕소로 이루어진 군에서 선택되는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법.
14. 제 8항에 있어서, 상기 스크린 인쇄 공정은 빔통과용 어퍼쳐가 형성된 본체와, 상기 본체의 상면으로 미세한 격자 조직의 스크린 메쉬를 스크린 인쇄기에 장착하는 장착 단계와;

    상기 스크린 메쉬의 일면으로 페이스트를 도포하고 스퀴이즈로 가압하면서 인쇄하는 인쇄 단계를 포함하는 음극선관용 섀도우 마스크의 제조방법.