KR100298407B1 - 칼라 음극선관용 섀도우마스크_ - Google Patents

Abstract

본 발명은 패널의 내면에 설치되어 색선별역할을 하는 섀도우마스크의 구조에 관한 것으로, 섀도우마스크의 구조를 개선하여 패널의 내면이 플랫트화되더라도 섀도우마스크의 구조강도 및 하울링특성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 대체로 상하, 좌우 대칭성을 갖는 섀도우마스크(6)의 곡률구조에서 섀도우마스크의 중심에서 각 축방향으로 임의의 거리만큼 떨어진 영역 D에서의 섀도우마스크 곡률 반경은 R이고, D영역을 중심으로 섀도우마스크의 중심방향과 주변부방향으로의 각 영역에는 R보다 작은 곡률반경을 갖는 구조로 되어 있어 섀도우마스크의 중심부분의 플랫트화한 면적을 최소화하게 되므로 섀도우마스크의 강성을 증대시킬 수 있게 되고, 이에 따라 공정간에 섀도우마스크를 취급시 부주의로 섀도우마스크에 외력이 가해지더라도 변형되는 현상을 최소화하게 됨은 물론 음극선관의 구동시 충격이나 스피커 음에 의한 하울링 현상을 미연에 방지하게 된다.

Description

칼라 음극선관용 섀도우마스크

본 발명은 칼라 음극선관에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 패널의 내면에 설치되어 색선별역할을 하는 섀도우마스크의 구조에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관을 일부 단면으로 나타낸 측면도로서, 패널(1)의 내면에 적색, 녹색, 청색의 형광체가 도포되어 형광막(2)을 이루고 있고 상기 패널(1)의 후방으로는 펀넬(3)이 글라스에 의해 융착되어 있으며 상기 펀넬의 네크부(3a)에는 전자총(4)이 봉입되어 있다.

상기 패널(1)의 내면에 도포된 형광막(2)과 근접된 부위에는 전자총(4)에서 발사된 전자빔(5)의 색선별역할을 하는 섀도우마스크(6)가 프레임(7)에 고정된 상태로 설치되는데, 상기 프레임(7)은 프레임에 고정된 지지 스프링(8)에 의해 패널(1)의 측벽에 고정된 스터드 핀(9)에 끼워져 매달린상태를 유지하게 된다.

또한, 상기 프레임(7)의 일측면에는 음극선관의 동작시 형광막(2)측으로 이동하는 전자빔(5)을 외부의 지자계로부터 보호하기 위한 인너 쉴드(10)가 픽싱 스프링(11)에 의해 결합되어 있고 음극선관의 외주면에는 음극선관의 동작시 외부 충격에 의한 폭죽을 방지하기 위한 보강밴드(12)가 감겨져 있다.

상기 펀넬(3)의 내,외면에는 내,외장흑연(도시는 생략함)이 각각 도포되어 있고 네크부(3a)의 외주면에는 전자빔(5)이 정확히 소정의 형광체를 타격하도록 그 진행궤도를 수정하여 주는 2, 4, 6극의 마그네트(13)가 설치되어 있다.

상기 프레임(7)에 고정되어 전자빔(5)의 색선별역할을 하는 섀도우마스크(6)는 프레스 금형으로 성형된 다음 성형된 곡률반경이 설계된 치수대로 유지할 수 있도록 프레임(7)에 용접 고정되어 섀도우마스크 어셈블리를 구성하게 된다.

이렇게 구성된 섀도우마스크 어셈블리는 지지 스프링(8)으로 패널(1)의 스터드 핀(9)에 지지되어 패널(1)과 기하학적인 구조를 이루므로써 전자총(4)에서 방사된 3개 전자빔(5)이 섀도우마스크를 통과하여 패널(1)의 내면에 형성된 형광체를 정확히 타격하게 되므로 화면이 재현된다.

도 2는 도 1에 적용되는 패널 어셈블리의 횡단면도로서, 섀도우마스크(6)의 곡률 반경 크기는 패널(1)의 내면 곡률 반경을 Rp, 섀도우마스크의 곡률 반경을 Rm 으로 정의할 때, 대각축을 기준으로 0.70〈 Rm/Rp 의 관계를 갖도록 설계된다.

일반적으로 섀도우마스크(6)의 곡률 반경 크기는 패널(1)의 내면 곡률 반경이 주어지면 섀도우마스크의 곡률 반경 및 곡률 형상은 패널(1)의 내면 곡률과 섀도우마스크(6)와의 기하학적 구조를 이루며 패널 내면 곡률 반경 크기에 종속되는 구조로 되어 있다.

도 3a 내지 도 3c는 칼라 음극선관에서 퓨리티(purity) 특성을 설명하기 위한 것으로, 일반적으로 소정의 형광체 도트(Dot)를 전자빔이 정확히 타격하여 색순도를 향상시키기 위해 섀도우마스크의 유효면 전 영역에서의 전자빔 배열인 G/R (그루핑율 : Grouping Rate) = 1.000(Just)로 설계하는데, 그루핑율(Grouping Rate)인 전자빔의 간격(배열)은 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.

여기서, S : 편향요크 성분

Q : 섀도우마스크의 슬롯으로부터 패널 내면까지의 거리

Ph : 섀도우마스크 슬롯 중심간 거리(슬롯의 피치)

L : 편향요크의 전자빔 편향중심에서 패널 내면까지의 거리

B : G를 중심으로 R, B 중심간의 거리

A : 슬롯의 수평피치를 의미한다.

종래 기술에 있어서 섀도우마스크(6)의 곡률 반경은 패널(1)의 내면이 플랫트화하는 추세에 따라 섀도우마스크의 곡률 반경도 비례하여 커지게 되므로 섀도우마스크의 구조강도가 약해지는 문제점이 발생되었다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 패널(1)의 내면 곡률 반경이 정해지면 편향요크가 결정되어 도 3a와 같은 편향요크성분인 "S"값이 결정되므로 "S"값에 따른 위치별 전자빔 입사각도가 정해진다.

또한, 주어진 영상신호에 알맞는 스크린의 해상도를 만족시키기 위하여 도 3b와 같이 섀도우마스크의 한계 수평피치(A)가 결정되고, 패널(1), 펀넬(3), 편향요크가 결정되면 편향요크의 편향중심에서 패널(1)의 내면까지 거리인 "L"이 정해지게 된다.

여기서 "L", "S"는 상수이므로 곡률 반경 크기 및 형상을 변화시키기 위해서는 슬롯의 피치(Ph)를 변화시켜야 된다.

이에 따라, 상기 식에 따르면 전자빔 배열이 일정한 상태에서 섀도우마스크(6)의 곡률 반경을 작게 구현하기 위해서는 슬롯(6a)의 피치를 크게 설계하여야 한다.

상기 슬롯의 피치(Ph)는 새도우마스크(6)의 중심에서 주변부측으로 갈수록 수평방향의 피치를 도 4a와 같이 Ph₀〈 Ph₁〈 Ph₂----- Ph_n이 되게 점진적으로 크게 설정하므로써 섀도우마스크의 곡률 반경을 작게 설계할 수 있게 된다.

이와 같이 수평방향으로의 슬롯의 피치를 크게 설정하면 유효면의 크기가 정해져 있는 관계로 수직방향의 피치를 도 4b와 같이 Ph₀₀〉Ph_0n, Ph_n/20≒ Ph_n/2n, Ph_n0〈 Ph_nn이 되게 적절한 피치로 변경하여야 된다.

그러나 통상적으로 퓨리티 특성을 고려하여 섀도우마스크(6)의 유효면 전체에서 전자빔의 배열을 균일하게 설계하므로써 섀도우마스크(6)의 곡률 반경 크기 및 곡률형상은 패널(1)의 내면 곡률 반경이 결정되어 있으므로 종속되고 만다.

이에 따라, 플랫트 이미지구현을 위한 평면화된 패널의 내면곡률구조에서는 섀도우마스크(6)의 곡률 반경이 필연적으로 커지게 되므로 섀도우마스크의 자체 구조강도가 약해진다.

도 5는 패널 내면 곡률 반경을 등고선으로 나타낸 것으로서, 패널(1)의 내면 곡률구조가 플랫트화함에 따라 패널(1)의 전면 두께는 안전을 위해 내부의 고진공(약 10^-7Torr정도)에 대하여 응력값을 작게 설계를 하게 된다.

즉, 패널(1)의 내면 중심에서 장축, 단축, 대각축의 끝지점으로 갈수록 곡률반경의 크기가 다음과 같이 작아지는 곡률 구조를 갖도록 패널을 설계하게 된다.

- 장축 곡률 반경 : R1x 〉R2x 〉R3x 〉R4x 〉R5x 〉------

- 단축 곡률 반경 : R1y 〉R2y 〉R3y 〉R4y 〉R5y 〉------

- 대각축 곡률 반경 : R1d 〉R2d 〉R3d 〉R4d 〉R5d 〉------

이에 따라, 패널(1)의 중심부가 양 끝지점에 비하여 상대적으로 플랫트화된다.

상기 섀도우마스크(6)의 곡률 반경 크기 및 곡률형상이 전술한 바와 같이 패널(1) 내면의 곡률구조에 종속되어 있는 관계로 섀도우마스크의 곡률 반경 크기(Rm)가 3,300mm 이상에서는 섀도우마스크(6)의 강도가 약해져 공정간 섀도우마스크의 핸들링시 외부의 물리적인 힘이 가해질 경우 상기 새도우마스크가 쉽게 변형되거나, 음극선관의 동작시 충격 또는 스피커음에 의한 하울링특성이 저하되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 섀도우마스크의 구조를 개선하여 패널의 내면이 플랫트화되더라도 섀도우마스크의 구조강도 및 하울링특성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 대체로 상하, 좌우 대칭성을 갖는 섀도우마스크의 곡률구조에서 섀도우마스크의 중심에서 각 축방향으로 임의의 거리만큼 떨어진 영역 D에서의 섀도우마스크 곡률 반경은 R이고, D영역을 중심으로 섀도우마스크의 중심방향과 주변부방향으로의 각 영역에는 R보다 작은 곡률반경을 갖는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 섀도우마스크가 제공된다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관을 일부 단면으로 나타낸 측면도

도 2는 도 1에 적용되는 패널 어셈블리의 횡단면도

도 3a는 음극선관의 기하학적 구조를 나타낸 일부 횡단면도

도 3b는 전자빔 그루핑율을 나타낸 설명도

도 3c는 섀도우마스크의 일부를 나타낸 정면도

도 4a 및 도 4b는 섀도우마스크의 피치배열을 나타낸 개략도

도 5는 패널 내면 곡률반경을 나타낸 등고선

도 6은 본 발명의 섀도우마스크 곡률 반경을 나타낸 등고선

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 임계강도를 설명하기 위한 응력분포도

도 8은 본 발명의 임계강도를 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 패널 6 : 섀도우마스크

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 6 내지 도 8을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 섀도우마스크 곡률 반경을 나타낸 등고선이고 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 임계하중을 설명하기 위한 응력분포도이며 도 8은 본 발명의 임계하중을 나타낸 그래프로서, 본 발명은 섀도우마스크(6)의 단축 및 대각축의 곡률 반경이 이중 곡률구조를 갖도록 설계한 것이다.

즉, 섀도우마스크(6)의 장축상의 곡률 반경은 패널(1)의 내면 곡률과 같게 설계하고, 단축 곡률 반경 및 대각축 곡률 반경은 아래와 같은 곡률 반경을 이루도록 설계한다.

- 단축 곡률 반경 : R1y〈 R2y〈 R3y 〉R4y 〉R5y 〉------

- 대각축 곡률 반경 : R1d〈 R2d〈 R3d 〉R4d 〉R5d 〉------

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 6에 나타낸 바와 같이 섀도우마스크(6)의 중심에서 임의의 거리를 d1, d2라 하고(d1《 d2), d1과 d2사이의 임의의 영역을 D라 할 때, 섀도우마스크(6)의 중심에서 D영역까지는 곡률 반경 크기 R을 갖고, D영역의 양측으로는 곡률 반경이 R보다는 작은 rd1, rd2를 갖는 곡률구조로 한다.

상기 곡률 반경 R을 갖는 D영역은 섀도우마스크(6)의 중심에서 주변부인 유효면 끝지점까지 거리를 A라 할 때, 1/2A와 같거나 크고 2/3A와 같거나 작게 위치되도록 적어도 1개소 이상 설정한다.

즉, D영역의 범위는 1/2A ≤ D ≤ 2/3A로 설정되어 있다.

이는, 섀도우마스크(6)의 중심에서 유효면까지 거리의 1/2영역에서는 곡률 변화에 따른 퓨리티 특성 열화가 가장 적기 때문에 곡률 반경을 상기한 바와 같은 조건으로 구성하여 섀도우마스크의 구조 강도가 증대되도록 하기 위함이다.

도 6에 나타낸 등고선에서 간격이 좁은 구간은 섀도우마스크(6)의 곡률 반경이 작고, 넓은 구간은 곡률 반경이 크다는 것을 의미한다.

이러한 섀도우마스크(6)의 구조를 통한 전자빔 배열에 있어서도 섀도우마스크에 형성된 하나의 슬롯(6a)을 R, G, B 3개의 전자빔이 통과하여 하나의 트리오(Trio)구조를 갖는데, 형광막에는 수많은 트리오가 연속으로 배열된다.

일반적으로 하나의 트리오에 있어서 중심빔인 G빔과 사이드빔인 R, B빔간의 거리가 통상의 전자빔간의 거리보다 넓으면 디 그루프배열(G/R 〉1)이라 하고 이와는 반대로 하나의 트리오의 사이드 빔인 B빔과 인근 트리오의 사이드 빔인 R빔간의 거리가 통상의 전자빔간의 거리보다 넓으면, 즉 하나의 트리오를 구성하는 R, G, B간의 간격은 좁고 트리오와 트리오간의 거리가 넓으면 그루프배열(G/R〈 1)이라 하며, 각 트리오를 구성하는 전자빔간의 간격이 전부 동일하면 져스트(G/R = 1)라 한다.

그리고 전자빔 배열에 있어 G/R = 1.000 ± X 에서 X를 그루프 또는 디그루프비율이라 하는데, 본 발명에서는 전자빔 배열의 구조를 중앙부분은 그루프배열(G/R〈 1), 주변부는 디그루프배열(G/R 〉1)로 한다.

전자총(4)에서 방사된 R, G, B 각각의 전자빔이 형광면에 도포된 R, G, B 형광도트를 타격하였을 때, 인근 도트를 발광시키지 않을 만큼의 여유도를 일명 퓨리티 여유도로 하는데, 퓨리티 여유도를 감안하면 동일 전자빔 비율에서 그루프 전자빔 배열이 디그루프 전자빔 배열보다 2배 유리하므로 0.94 ≤ G/R ≤ 1.030 의 범위내에서 전자빔을 배열한다.

도 7a 내지 도 7c에 나타낸 바와 같은 구조에서의 강도에 이상적인 곡률반경 형태는 도 7a와 같이 구면형태의 곡률 반경이 작을수록 임계(Bucklig)강도(Pcr)가 커짐을 다음식에 의해 알 수 있다.

여기서, υ : 포아송 비

E : 섀도우마스크의 탄성계수

R : 섀도우마스크의 곡률 반경

t : 섀도우마스크의 두께

θ : 섀도우마스크가 이루는 각도의 1/2이다.

상기한 관련식에 따르면, 곡률반경 R 이 증가하면 할수록 도 8의 그래프에 나타낸 바와 같이 임계강도가 기하급수적으로 줄어들게 되는 결과를 알 수 있다.

패널(1)의 내면 곡률이 플랫트화함에 따라 도 7b와 같이 중앙부분의 곡률 반경 R 이 커지므로 섀도우마스크(6)에 조그마한 하중(Pcr)이 작용되더라도 섀도우마스크(6)에는 수직방향으로만 응력이 발생되므로 가해진 하중만큼의 대항응력이 필요하게 된다.

따라서 구조강도에 강한 구조의 곡률을 갖도록 하므로써 하중에 대한 대항응력이 수직방향뿐만 아니라 섀도우마스크(6)의 곡률 법선방향으로도 발생하게 되므로 초기 설계곡률 대비 대항응력이 줄어드는 결과를 얻게 된다.

본 발명에서는 도 7b에 나타낸 바와 같이 초기 곡률 설계식 f1(x,y)에서의 중앙부분의 수평에 가까운 섀도우마스크(6)의 곡률식 f2(x,y)와의 곡률 반경크기가 f1(x,y)《 f2(x,y)로 평면화 섀도우마스크의 중앙부위 임계강도의 보상을 위해 도 7c와 같이 초기 설계 대표곡률 크기 f1(x,y)과 같으며, 구조에 강한 도 7a와 같은 구조의 곡률식 g1(x,y)의 두 개의 곡률식을 포함하는 새로운 곡률구조 g2(x,y)를 이루며 섀도우마스크의 중앙부위에서 주변부로 갈수록 곡률 반경의 크기가 변화는 구조로 설계한 것이다.

초기 설계 중앙부위 곡률식 f2(x,y)와 g1(x,y)의 곡률차이는 전자빔 배열을 f2(x,y) - g1(x,y) ≤ 0.06 범위로 그루프(G/R〈1)화 된 곡률구조를 갖고, 주변부 곡률식 f2(x,y)와 g1(x,y)의 곡률차이는 f2(x,y) - g1(x,y) 〈 0.03 범위로 디그루프(G/R 〉1)화 된 곡률구조를 갖도록 하므로써 실현가능하게 됨은 이해 가능한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 섀도우마스크의 곡률구조가 이중 곡률구조로 되어 있어 섀도우마스크의 중심부분의 플랫트화한 면적을 최소화하게 되므로 섀도우마스크의 강성을 증대시킬 수 있게 되고, 이에 따라 공정간에 섀도우마스크를 취급시 부주의로 섀도우마스크에 외력이 가해지더라도 변형되는 현상을 최소화하게 됨은 물론 음극선관의 구동시 충격이나 스피커 음에 의한 하울링 현상을 미연에 방지하게 된다.

Claims (2)

1. 대체로 상하, 좌우 대칭성을 갖는 섀도우마스크의 곡률구조에서 섀도우마스크의 중심에서 각 축방향으로 임의의 거리만큼 떨어진 영역 D에서의 섀도우마스크 곡률 반경은 R이고, D영역을 중심으로 섀도우마스크의 중심방향과 주변부방향으로의 각 영역에는 R보다 작은 곡률반경을 갖는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 섀도우마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 곡률 반경 R을 갖는 D영역은 섀도우마스크(6)의 중심에서 주변부인 유효면 끝지점까지 거리를 A라 할 때, 1/2A와 같거나 크고 2/3A와 같거나 작게 위치되도록 적어도 1개소 이상 설정된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 섀도우마스크.