KR100303542B1 - 음극선관용 섀도우 마스크 - Google Patents

Abstract

평면 음극선관에 장착되기 위하여 기존의 섀도우 마스크에 적용되는 곡률반경에 비해 곡률반경을 증가시켜 제작하는 경우 발생할 수 있는 강도 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 음극선관용 섀도우 마스크로서, 섀도우 마스크는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하여 패널과 마주하도록 배치되고 한방향으로 일정한 변곡 패턴을 형성하는 유효화면부와, 상기한 유효화면부의 네 가장자리로부터 굽힘된 스커트부로 이루어지며, 상기 유효화면부는 변곡 패턴에 의한 빔통과용 어퍼쳐의 위치 이동 및 이에 의한 전자빔의 랜딩 특성 저하를 방지하기 위하여, 다음의 수학식을 만족하도록 이루어진다.

여기서, Q는 전자빔 시그마가 1일 때의 유효화면부와 패널 내면과의 거리를 나타내며, ΔQ는 변곡에 의한 유효화면부의 위치 변화량을 나타낸다.

Description

음극선관용 섀도우 마스크 {Shadow mask for cathode ray tube}

본 발명은 음극선관용 섀도우 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평면 음극선관에 대응하여 섀도우 마스크의 곡률반경을 증가시켜 제작하는 경우 발생할 수 있는 강도 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 음극선관용 섀도우 마스크에 관한 것이다.

일반적으로 음극선관은 전자총에서 방출된 세줄기의 전자빔이 다수개의 R,G, B 형광체 패턴으로 이루어지는 형광막 스크린을 발광시켜 소정의 화상을 구현하는 표시장치이며, 전자빔의 정확한 랜딩을 위하여 형광막 스크린과 전자총 사이에 섀도우 마스크를 배치하고 있다.

상기 섀도우 마스크는 세줄기의 전자빔을 형광막 스크린내의 해당 R, G, B 형광체로 분리 랜딩시킬 수 있도록 다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하는 얇은 금속재질의 마스크로서, 도 8에서 도시하는 바와 같이 공지의 섀도우 마스크(1)는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐(3a)를 형성하는 유효화면부(3)와, 마스크 프레임(7)에 용접될 수 있도록 유효화면부(3)의 네 가장자리로부터 굽힘 형성된 스커트부(5)로 이루어진다.

상기 유효화면부(3)는 형광막 스크린(9)과 일정한 간격을 사이에 두고 평행하게 장착되므로 내면으로 형광막 스크린(9)을 형성하는 패널(11)과 동일한 곡면으로 형성되는데, 최근의 음극선관은 화상의 왜곡과 난반사를 방지하기 위하여 화상이 구현되는 패널(11)을 점차 평면화하는 추세이므로, 평면 음극선관의 경우 패널(11)과 더불어 섀도우 마스크(1)의 유효화면부(3) 또한 곡률반경이 증가되어 제작된다.

그러나 기존의 섀도우 마스크에 적용되는 곡률반경에 비해 곡률반경을 증가시켜 제작된 섀도우 마스크는 기존의 섀도우 마스크에 비해 기계적인 강도가 크게 저하되므로 외부에서 가해지는 충격이나 진동 등에 의해 전체 또는 부분적인 영구 변형을 일으킬 수 있다.

섀도우 마스크의 이러한 변형은 빔통과용 어퍼쳐의 위치를 변동시켜 전자빔의 경로를 초기 경로에서 어긋나게 함으로써 타색 형광체를 발광시키는 등, 화질을 악화시키는 주원인으로 작용한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 섀도우 마스크의 강도를 효과적으로 보강하여 곡률반경을 증가시켜 제작하는 경우에도 변형에 의한 화질 저하를 유발하지 않으며, 음극선관의 평면화에 적극적으로 대응할 수 있는 음극선관용 섀도우 마스크를 제공하는데 있다.

도 1은 음극선관의 부분 절개 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 섀도우 마스크의 사시도.

도 3은 도 2의 일부 확대도.

도 4는 변곡 패턴을 형성하는 평판의 개략도.

도 5는 패널과 유효화면부의 관계를 나타내는 개략도.

도 6 ~ 도 7은 패널과 본 발명에 의한 섀도우 마스크의 관계를 나타내는 개략도.

도 8은 종래 기술에 의한 음극선관의 일부 단면도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하여 패널과 마주하도록 배치되고 한방향으로 일정한 변곡 패턴을 형성하는 유효화면부와, 마스크 프레임에 고정될 수 있도록 상기한 유효화면부의 네 가장자리로부터 굽힘된 스커트부로 이루어지는 음극선관용 섀도우 마스크를 제공한다.

상기 유효화면부는 변곡 패턴에 의한 빔통과용 어퍼쳐의 위치 이동 및 이에 의한 전자빔의 랜딩 특성 저하를 방지하기 위하여, 다음의 수학식을 만족하도록 이루어진다.

여기서, Q는 전자빔 시그마가 1일 때의 유효화면부와 패널 내면과의 거리를 나타내며, ΔQ는 전자빔 시그마가 1인 지점을 기준으로 변곡에 의한 유효화면부의위치 변화량을 나타낸다.

이로서 타색 형광체를 발광시키는 등의 전자빔 특성 저하를 방지하면서, 실질적으로 곡률반경이 증가된 유효화면부의 강도를 효과적으로 보강할 수 있는 것이다.

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

도 1은 본 발명에 의한 섀도우 마스크를 포함하는 음극선관의 부분 절개 사시도로서, 음극선관은 내면으로 형광막 스크린(2)을 형성하는 패널(4)과, 상기 형광막 스크린(2)을 향하여 세줄기의 전자빔(6)을 방출하는 전자총(8)과, 상기 전자총(8)을 내부로 장착하는 넥크부(10)와, 상기 패널(4)과 넥크부(10)를 연결하는 나팔체 형상의 펀넬(12)을 포함한다.

상기 전자총(8)에서 방출된 전자빔(6)들은 편향요크(14)에서 발생된 편향자계에 의해 화면의 수평 및 수직 방향으로 편향되어 형광막 스크린(2)내의 모든 화소를 순차적으로 주사할 수 있으며, 특정 화소로 편향된 전자빔들은 섀도우 마스크(20)에 형성된 빔통과용 어퍼쳐(22a)를 통과하면서 형광막 스크린(2)내의 해당 R, G, B 형광체에 분리 랜딩하여 정확한 색을 구현하게 된다.

이와 같이 색선별 기능을 담당하는 섀도우 마스크(20)는 마스크 프레임(30)에 용접되어 패널(4)에 고정 장착되며, 평면 음극선관에 장착되는 경우, 패널(4)의 곡률반경 증가에 따라 섀도우 마스크(20)의 곡률반경도 증가하여 기계적인 강도가 크게 저하된다.

따라서 본 실시예에 의한 섀도우 마스크(20)는 강도 향상을 위하여 고안된 것으로서, 도 2는 본 실시예에 의한 섀도우 마스크를 나타내며, 도 3은 도 2의 일부를 확대하여 도시하고 있다.

도시하는 바와 같이 본 실시예에 의한 섀도우 마스크(20)는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐(22a)를 형성하는 유효화면부(22)와, 상기 유효화면부(22)의 네 가장자리로부터 굽힘 형성되어 마스크 프레임(30)과 용접되는 스커트부(24)로 이루어지며, 상기 유효화면부(22)는 좌측 단변부에서 우측 단변부를 향하는 수평방향(도면에서 X축 방향)으로 일정한 변곡 패턴을 형성한다.

이와 같은 변곡 패턴으로 유효화면부(22)는 단순 평판으로 이루어지는 구조에 비해 그 강도가 더욱 향상되는바, 이는 평판 이론을 근거로 설명될 수 있다.

즉, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 가로 길이가 a이고 세로 길이가 b이며 두께가 t인 평판이 사인(sine) 파형으로 변곡을 형성하며, 파형의 파장과 진폭이 각각 2s와 2h이고, 여기에 균일한 분포하중 p(x,y)이 작용한다고 가정하면, 평판의 각 축방향에 대한 굽힘강성 D_x, D_y, D_xy는 각각 다음의 수학식 1~수학식 3으로 표현될 수 있다.

여기서, E는 평판의 탄성 계수를, ν는 포와송 비를 나타내며, 단면에 대한 관성모멘트인 I는 다음의 수학식 4로 표현되고, λ는 다음의 수학식 5로 표현된다.

상기 수학식 1∼3에서 나타낸 굽힘강성 D_x, D_y, D_xy를 지배미분방정식인 수학식 6에 대입하면, 섀도우 마스크의 임의의 위치에서의 처짐량 w(x,y)를 구할 수 있으며, 이는 수학식 7로 표현된다.

여기서, H는 다음의 수학식 8로 표현되며, 이 때 G_xy는 비틀림 강성을 나타낸다.

이 때, 강성 D_x및 D_y는 s²/h²에 비례하므로, s값이 h값보다 큰 경우, 강성이 증가하여 수학식 7에서의 처짐량 w(x,y)는 감소하게 된다. 또한 축방향에 대한 강성과 비틀림에 대한 강성이 조합되어 있으므로 불균일한 외력이나 충격하중에 대하여 단순한 평판 구조에 비해 변곡 패턴을 형성하는 구조가 충분한 강도를 확보할 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 의한 섀도우 마스크(20)는 유효화면부(22)를 변곡 패턴으로 형성하는 것에 의해 기계적인 강도를 향상시키며, 이로서 평면 음극선관에 대응하여 곡률반경을 증가시켜 제작되는 경우에도 강도 저하에 의한 화질 저하를 유발하지 않게 된다.

그러나, 유효화면부(22)에 형성되는 빔통과용 어퍼쳐(22a)는 유효화면부(22)의 변곡에 의해 형광막 스크린(2)에 대하여 근접 또는 후퇴하게 되므로, 이러한 위치 변동에 의해 전자빔(6)의 경로가 어긋나게 되어 오히려 화질을 저하시킬 수 있다.

따라서 유효화면부(22)의 변곡량은 빔통과용 어퍼쳐(22a)를 통과한 세줄기의 전자빔(6)이 타색 형광체를 발광시키지 않는 범위 이내로 한정되어야 한다.

이를 위하여 전자빔 시그마(σ) 특성을 기준으로 유효화면부(22)의 바람직한 변곡량을 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 패널(4)과 유효화면부(22)의 관계를 나타내는 개략도로서, 형광막 스크린(2)내의 각각의 R, G, B 형광체는 블랙 매트릭스막(2a)에 의해 일정한 간격을 사이에 두고 배치되는데, 전자빔 시그마(σ) 설계는 이러한 형광체의 간격과, 상기 형광체에 랜딩하는 세줄기의 전자빔(6) 사이의 간격을 동일하게 제어하여 정확한 랜딩이 이루어지도록 하는 것을 말한다.

상기 전자빔 시그마(σ)는 표준편차의 개념으로서, 전자빔 시그마(σ)가 1이면 형광체의 간격과 전자빔(6)의 간격이 실질적으로 동일한 것을 의미하는데, 이처럼 모든 지점에서 전자빔 시그마(σ)가 1이 되는 유효화면부(22)의 배치 상태를 A선으로 가정한다.

그리고 상기 A선을 기준으로, B선으로 도시하는 바와 같이 유효화면부(22)가 패널(4)에 근접 배치되면 형광막 스크린(2)에 랜딩하는 전자빔(6)은 중앙의 G 전자빔(6b)을 중심으로 R과 B 전자빔(6a, 6c) 사이의 간격이 좁아지게 된다. 이를 grouping이라 하며, 이 때의 전자빔 시그마(σ)는 1보다 작은 값을 나타낸다.

또한 C선으로 도시하는 바와 같이 유효화면부(22)가 패널(4)에서 이격 배치되면 형광막 스크린(2)에 랜딩하는 전자빔(6)은 중앙의 G 전자빔(6b)을 중심으로 R과 B 전자빔(6a, 6c) 사이의 간격이 넓어지게 되는바, 이를 degrouping이라 하며, 이 때의 전자빔 시그마(σ)는 1보다 큰 값을 나타낸다.

이와 같이 grouping이나 degrouping의 경우가 발생하면 형광막 스크린(2)에랜딩하는 전자빔(6)은 인접한 타색 형광체를 발광시키므로 정확한 화상을 구현할 수 없게 된다. 따라서 일반적으로 타색 형광체를 발광시키지 않는 전자빔 시그마(σ)의 범위는 다음의 수학식 9로 표현된다.

0.97 < σ < 1.03

따라서 본 실시예에 의한 섀도우 마스크(20)는 소정의 곡면 패턴으로 형성된 유효화면부(22) 내의 각 변곡점 부근에서 상기한 grouping이나 degrouping을 방지하기 위하여, 전자빔 시그마(σ)를 종래 범위대로 유지하여야 한다.

이를 도 6~도 7을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 6은 패널과 본 실시예에 의한 섀도우 마스크를 나타내는 개략도이며, 도 7은 도 6의 일부 확대도이다.

도시하는 바와 같이 모든 지점에서 전자빔 시그마(σ)가 1이 되는 가상의 선을 G선으로 가정하고, 상기 G 선상에 형성된 특정의 빔통과용 어퍼쳐를 D점으로 가정하여, 중앙의 G 전자빔(6b)이 상기한 D점을 통과하여 형광막 스크린(2)에 랜딩한 지점을 O점, 특정의 사이드 전자빔, 일례로 B 전자빔(6a)이 상기한 D점을 통과하여 형광막 스크린(2)에 랜딩한 지점을 I점으로 나타낸다.

그리고 이때의 유효화면부(22)와 패널(4) 내면까지의 거리, 즉 상기 D점에서 O점까지의 거리를 Q라 하고, 형광막 스크린(2)에 주사된 G 전자빔(6b)과 B 전자빔(6a) 사이의 거리, 즉 상기 O점에서 I점까지의 거리를 P로 나타낸다.

그리고 본 실시예에 의해 소정의 변곡 패턴으로 형성된 유효화면부(22)를 H선으로 가정하고, 상기 H선상의 특정의 변곡점을 E점으로 가정한다.

상술한 바와 같이 유효화면부(22)가 패널(4)에서 이격 배치되면 degrouping이 발생하여 전자빔(6) 사이의 간격이 멀어지게 되므로, 상기한 E점을 통과한 B 전자빔은 I'점에 랜딩하게 된다.

이와 같이 변곡에 의한 유효화면부(22)의 위치 변화량, 즉 D점과 E점과의 거리를 ΔQ, 형광막 스크린(2)에 주사된 B 전자빔(6a)의 랜딩 이동량, 즉 I점에서 I'점 까지의 거리를 ΔP로 나타내면, 이는 삼각함수 공식에 의해 다음의 수학식 10과 11로 표현될 수 있다.

여기서, α와 β는 도시하는 바와 같이 α<β의 관계이므로, 다음의 수학식 12로 나타낼 수 있다.

이 때, 최대 변곡점인 E점에 의해 발생하는 degrouping에서의 전자빔 시그마를 σ'라고 가정하면, 상기 σ'는 다음의 수학식 13으로 표현된다.

따라서 전자빔의 grouping 또는 degrouping을 방지하기 위하여, 수학식 9에서 나타낸 바와 같이 전자빔 시그마(σ)를 0.97~1.03 범위로 유지하는 것은 결국 최대 변곡점에서의 전자빔 시그마인 σ'를 0.97~1.03 범위로 유지하는 것을 의미한다. 이로서 수학식 13은 다음의 수학식 14로 표현될 수 있다.

여기서 ΔP/P는 상기한 수학식 12로부터 유도된 다음의 수학식 15에 의해 표현될 수 있다.

따라서 전자빔 시그마(σ)가 1일 때의 D점에 대해서 유효화면부(22)의 변곡에 의한 유효화면부(22)의 위치 변화량(ΔQ)과 Q와의 비는 상기한 수학식 15에 의해 최소한 상기한 수학식 14의 범위를 만족하여야 하므로, 본 실시예에 의한 섀도우 마스크(20)는 다음의 수학식 16을 만족시키도록 이루어져야 한다.

여기서, Q는 전자빔 시그마(σ)가 1일 때의 유효화면부(22)와 패널(4) 내면과의 거리를 나타내며, ΔQ는 변곡에 의한 유효화면부(22)의 위치 변화량을 나타낸다.

이 때, 상기한 E점에서와 같이 변곡에 의해 유효화면부(22)가 패널(4)에서 멀어지는 경우, 상기한 ΔQ/Q값은 플러스(+) 값을 나타내고, F점에서와 같이 변곡에 의해 유효화면부(22)가 패널(4)에 근접되면 상기한 ΔQ/Q값은 마이너스(-) 값을 나타낸다.

이로서 본 실시예에 의한 섀도우 마스크(20)는 상기한 수학식 16을 만족시키는 범위 내에서 변곡 패턴을 형성함으로써 변곡에 의한 grouping이나 degrouping을 방지할 수 있다. 따라서 전자총에서 방출된 세줄기의 전자빔은 타색 형광체를 발광시키지 않는 범위내에서 형광막 스크린에 랜딩하므로 변곡에 의한 화질 저하를 유발하지 않는다.

이와 동시에, 본 실시예에 의한 섀도우 마스크는 변곡에 의해 유효화면부의 강도를 효과적으로 보강할 수 있으므로, 평면 음극선관 제조에 더욱 유리한 특성을 갖는다.

이와 같이 본 발명에 의한 섀도우 마스크는 평면 음극선관에 대응하여 더욱 증가된 곡률반경을 가지며, 유효화면부에 소정의 변곡 패턴을 형성함으로써 유효화면부의 강도를 효과적으로 보강하는 동시에 변곡에 의한 grouping 또는 degrouping을 방지하여 전자빔 특성 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 내면으로 형광막 스크린을 형성하는 패널과,

   상기 형광막 스크린을 향하여 세줄기의 전자빔을 방출하는 전자총과,

   상기 형광막 스크린과 전자총 사이에 배치되어 세줄기의 전자빔을 형광막 스크린내의 해당 R, G, B 형광체로 분리 랜딩시키는 섀도우 마스크와,

   상기 섀도우 마스크를 패널에 고정시키는 마스크 프레임을 포함하는 음극선관에 있어서,

   상기 섀도우 마스크는 다수개의 빔통과용 어퍼쳐를 형성하여 패널과 마주하도록 배치되고, 적어도 한방향으로 일정한 변곡 패턴을 형성하며

   을 만족하는 유효화면부와;

   마스크 프레임에 고정될 수 있도록 상기한 유효화면부의 네 가장자리로부터 굽힘된 스커트부로 이루어지는 음극선관용 섀도우 마스크.

   여기서, Q는 전자빔 시그마가 1일 때의 유효화면부와 패널 내면과의 거리(mm), ΔQ는 변곡에 의한 유효화면부의 위치 변화량(mm).
2. 제 1항에 있어서, 상기 유효화면부는 일단변부에서 이와 마주하는 반대편 일단부를 향하여 일정한 변곡 패턴을 형성하는 음극선관용 섀도우 마스크.