KR100379871B1

KR100379871B1 - 철-니켈합금으로만든섀도마스크제조방법

Info

Publication number: KR100379871B1
Application number: KR1019950056509A
Authority: KR
Inventors: 보드리 쟈끄; 파랄 미셸; 티에르 쟝-프랑소와
Original assignee: 엥피 유진 프레시지옹(소시에떼 아노님)
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 2003-06-19
Also published as: JP2007231423A; DK0719873T3; JPH08333638A; US5643697A; EP0719873A1; FR2728724A1; PL186742B1; KR960026015A; EP0719873B1; DE69517577T2; FR2728724B1; CN1050639C; CN1133896A; PL312029A1; DE69517577D1

Abstract

본 발명은 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크(shadow mask)의 제조방법에 관한 것으로, 균일하게 분포한 구멍을 가지는 철-니켈 합금으로 제작된 박막이 화학 조성(중량%)이 35.5%≤Ni≤37%; Co≤0.5%; Cr≤0.1%, Cu≤0.1%; Mo≤0.1%; N≤0.1%; Nb≤0.1%; Mn≤0.1%; 0.03%≤Si≤0.15%; S≤0.001%; 0.0001%≤Ca≤0.001%; 0.0001%≤Mg≤0.001%; Al≤0.005%; 0.03%≤Si≤0.15%; 0≤0.01%; C≤0.02%; N≤0.005%; P≤0.003%; H≤0.001%; B≤0.001%;와 같이 구성되고, 나머지는 철과 제조상 불가피한 불순물을 가지며, 관계식: S≤0.02×Mn+0.8×Ca+0.6×Mg 및 Cr+Cu+Mo+V+Nb+Si≤0.15%를 만족한다. 이 박막을 열처리하고, ASTM규격 E112-88, 12.4로 정의된 입자 크기가 ASTM7 이상이고 섀도 마스크의 형상으로 형성한다.

Description

철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법{PROCESS FOR MANUFACTURING A SHADOW MASK MADE OF AN IRON-NICKEL ALLOY}

본 발명은 컬러 디스플레이(color display)용 음극선관의 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 킬러 디스플레이의 음극선관은 디스플레이 윈도를 가지는 유리의 포락선(envelope)을 가지고, 그 디스플레이 스크린과 적색, 녹색 및 청색의 발광소가 배치된다. 섀도 마스크는 무수히 많은 작은 구멍을 가지며, 음극선관 내부에서 디스플레이 스크린의 반대측에 스크린으로부터 짧은 거리를 두고 배치된다. 음극선관의 동작시에는 음걱선관 내에서 3개의 전자총으로부터 나온 3개의 전자빔이 섀도 마스크의 구멍을 통해 인발광(燐發光) 영역으로 조사(照射)한다.

섀도 마스크의 구멍과 발광소와의 상대적인 위치는 전자빔이 특정 색에 상당하는 인광발광 영역을 조사하여 1개의 화상을 형성하도록 되어 있다.

그러나, 전자의 대부분은 섀도 마스크에 의해 차단되고, 전자의 운동 에너지는 열로 변환된다. 그 결과, 섀도 마스크의 온도가 상승하고 이 온도 상승에 의해 생기는 섀도 마스크의 열팽창으로 섀도 마스크가 국부적으로 왜곡을 일으킨다. 이때문에, 대응하는 발광소에 대한 구멍의 배치에 방해를 일으킨다.

실제로는 화상의 색에 하자가 생기고, 이러한 색의 하자는 섀도 마스크가 평탄해질수록 심각하게 되며, 디스플레이 윈도가 점점 더 평탄해지는 현재의 음극선관에서 이 문제가 증가하고 있다.

이 문제는 열의 영향으로 생기는 것으로, 팽창계수가 매우 낮은 재료를 사용하여 섀도 마스크를 제조하면 해결할 수 있다는 것이 널리 알려져 있다. 그 재료는, 예컨대 약 36%의 니켈을 함유하는 철-니켈 합금이지만 이 재료는 기계특성이 높고 압연이 곤란하기 때문에, 이러한 용도로서의 이용에는 한계가 있다.

미국 특허 제 4,685,321호(유럽특허 제 179,506호)에는, 이 재료로 제작된 섀도 마스크용 박막을 우선 최초로 열처리하여 실온에서의 항복 응력(yield stress)을 0.2% 낮추어 실온보다도 높은 온도에서 성형(shaping)을 행하여 항복 응력을 0.2% 낮추고 있다. 이 방법에서 이용되고 있는 철-니켈 함금의 선팽창계수는 1×10^-6K^-1~1.5×10^-6k^-11이다. 팽창계수를 더 낮추는 것은 니켈의 일부를 2∼12중량%의 코발트로 치환하면 가능하다.

그러나, 니켈 대신에 코발트를 이용하면 많은 결점이 생긴다. 즉, 코발트는 팽창성이 매우 높은 원소이고 또한 화학 에칭에서 섀도 마스크에 구멍을 뚫을때 이용하는 에칭 시약을 오염시킨다.

본 발명의 목적은 코발트의 함유량이 0 도는 매우 낮고, 선팽창계수가0.9×10^-6K^-1이하로 압연이 용이한 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법을 재공하는 것에 있다.

본 발명은 다음에 기재된 것을 특징으로 하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법을 제공한다:

- 균일하게 분산된 구멍을 가지는 박막이 제공되는데, 이 박막은 아래의 화학 조성식(중량%) :

을 가지는 철-니켈 합금으로 이루어져 있고, 나머지는 철과 제조상 불가피한 불순물을 가지며, 다음 관계식:

- 이 박막은 ASTM규격 E112-88, 12.4로 정의된 입자 크기가 ASTM7 이상으로 되도록 상기 박막을 열처리하고, 박막을 섀도 마스크형으로 성형한다.

[실시예]

상기 화학조성은 아래와 같이 선택하는 것이 바람직하다:

팽창계수를 가능한한 낮추기 위해서는 니켈 함유량을 35.9∼36.2%로 할 필요가 있다.

열처리는 산화되지 않는 대기하에서 온도를 750∼850℃로 유지하여 행하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 온도 20~100℃에서 선팽창계수가 0 9×10^-6K^-1이하, 바람직하게는 0.8×10^-6K^-1이하이고, 철-니켈 함금으로 구성되는 섀도 마스크를 제공한다.

이러한 철-니켈 합금은 아래의 화학 조성(중량%)을 가진다:

나머지는 철과 제조상 불가피한 불순물을 가지고, 다음 관계식을 만족한다.

이 섀도 마스크를 구성하는 철-니켈 합금의 화학 조성은 다음과 같은 것이 바람직하다.

니켈의 함유량은 35.9∼36.2%로 하는 것이 바람직하다.

철-니켈 합금의 입자는 ASTM규격 E112-88, 12.4로 규정한 크기가 ASTM지수 7이상인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 예를 설명하는데, 본 발명은 아래의 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다.

철-니켈 합금의 잉곳(ingot) 또는 슬래브(slab)를 열간(熱間) 압연하고, 냉간(冷間) 압연하여 두께가 약 150㎛인 시트를 제조하고 그것의 중량 조성은 다음과 같다:

나머지는 철과 제조상 불가피한 불순물을 가지고, 다음 관계식:

를 만족한다.

이 합금의 조성을 선팽창계수가 0.9×10^-6K^-1이하, 바람직하게는 0.8×10^-6K^-1이하이고 열간 압연 및 냉각 압연에 적합하며, 화학 에칭에 의해 시트 전체에 매우좁은 간극으로 분포한 매우 미세한 구멍이 형성될 수 있고, 드로잉(drawing) 가공으로 냉간 성형할 수 있도록 선택한다.

선팽창계수를 0.9×10^-6K^-1로 하기 위해서는, 니켈, 크롬, 구리, 몰리브덴, 바나듐, 니오브, 규소 및 망간의 함유율과 다음 관계식:

를 만족시킬 필요가 있다. 니켈 함유율을 35.9∼36.2중량%, 크롬 함유율을 0.07중량%이하, 구리, 몰리브덴 및 망간의 함유율을 0.05%이하, 규소 함유율을 0.08%이하로 하는 것이 바람직하고, 그렇게 함으로써 선팽창계수는 0.8×10^-6K^-1로 된다.

코발트 함유율은 화학 애칭 조작에서의 에칭 시약의 오염을 방지하기 위해 0.5%이하로 억제하지 않으면 안된다.

망간 함유율이 매우 낮아도 우수한 압연성을 얻기 위해서는 유황, 규소, 칼슐, 마그네슘, 실리콘, 산소 및 인의 함유율을 제한하고 다음 관계식:

를 만족시킬 필요가 있다. 또, 산소 함유율은 0.005%이하, 유황 함유율은 0.0005%이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 열간 성형에 바람직하지 않은 질화 알루미늄의 생성을 방지하기 위해서는 알루미늄 함유율이 0.005%이하, 질소 함유율은 0.005%이하, 비람직하게는 0.003%이하로 하지 않으면 안된다.

탄소 함유율은 항복 응력을 낮추기 위해 0.02%이하, 바람직하게는 0.005%이하로 억제하여야 하는데, 이것은 드로잉성(drawability)의 경우에 좋다.

수소 함유율은 기공(blowhole)의 형성을 방지하기 위해 0.001%이하로 제한한다.

붕소 함유율은 열처리중에 시트 표면에 분말의 질화물 형성을 방지하기 위해, 0.001%이하 바람직하게는 0.0004%이하로 억제해야 한다.

그 다음, 화학 포토(photo) 에칭법으로 스트립에 매우 미세한 구멍을 만든다. 이들 구멍은 임의의 형태, 예컨대 원 또는 길게 늘어난 구멍 등으로 할 수 있다.

에칭으로 구멍을 형성한 후, 에칭에 의해 분리선을 형성하고 시트를 절단하여 개별 박막으로 한다. 각 박막이 다수의 구멍을 가지는 섀도 마스크 박막을 구성한다.

이렇게 얻어진 섀도 마스크 박막을 구성하는 재료는 실온에서 580MPa~640MPa 사이의 0.2% 항복 응력을 가지고, 이 값은 원하는 곡률의 섀도 마스크 박막을 만들기에는 너무 높다. 이 항복 응력을 떨어뜨리기 위해서는, 섀도 마스크 박막을 수소가 포함된 대기(약 10%의 H₂, 나머지는 N₂)하에서 750℃~850℃의 온도로 약 15 분간 어닐링(annealing)하다. 이렇게 하여 얻어진 재료는 입자 크기가 약 15㎛, 최대 보자력(保磁力)이 약 40A/m, 20℃~100℃의 온도에서의 선팽창계수가 0.9×10^-6K^-1이하이다.

항복 응력은 280MPa로 떨어졌지만, 재현성(再現性)이 있는 섀도 마스크의 성형 공정용으로는 여전히 높은 값이다. 따라서, 항복 응력을 더 떨어뜨릴 필요가 있다. 이를 위해, 섀도 마스크 박막을 50∼250℃의 온도에서 성형한다.

200℃의 온도에서의 항복 응력은 약 130MPa이다.

예컨대, 다음 화학 조성을 가지는 본 발명의 재료를 이용하여 섀도 마스크를 제조하였다.

여기서, 「<:미만」으로 표시되는 함유율은 사용한 분석 방법의 감도 한계 이하인 것을 의미한다.

얻어진 섀도 마스크는 국소 돔 결함(local doming defect)이 종래기술의 철-니켈 합금으로 만들어진 비교용 섀도 마스크 상에서 관찰된 동일한 종류의 결함에 비해 적어도 15% 낮게 된다.

이 섀도 마스크는 코발트의 함유율이 낮은 것으로 화학 에칭 공정이 이 원소에 의해 영향을 받지 않는다. 보자력은 55A/m미만이고, 일단 음극관이 스위치 온(switch on)되면, 사용된 섀도 마스크의 감자(減磁;demagnetizing)공정에 특히 유리하다.

본 발명의 하나의 이점은 전자의 충돌에 의한 가열을 방지하기 위해 섀도 마스크에 피복층, 예컨대 Bi₂O₃, Al₂O₃또는 납 붕산염 유리 등의 층으로 피복할 필요가 없다는 것이다.

본 발명은 마스크의 높이 전체 및 마스크의 높이 방향의 일부에 원형의 구멍 또는 길게 늘어난 구멍을 가지는 섀도우 마스크에 관한 것으로, 특히 그 사이 공간이 매우 좁은 무수히 많은 구멍을 가지는 컬러 디스플레이용 음극선관의 섀도 마스크의 제조에 적합하다.

본 발명의 섀도 마스크용 박막은 Si, Mn 및 Cr을 매우 소량 함유하여 결정 구조가 보다 균질하게 되고, 따라서 화학 에칭성이 향상된다. 이것은 매우 좁은 간극에 무수히 많은 수의 구멍을 형성할 필요가 있는 컬러 음극선관용 섀도 마스크에 있어서는 매우 중요한 것이다.

Claims

균일하게 구멍이 뚫려 있고 화학 조성(중량%)이

와 같고, 나머지는 철이고 제련으로 인한 불순물이 발생하는 철-니켈 합금으로 구성된 박막에서 상기 화학적 조성은 다음과 같은 관계를 만족시킨다:

ASTM E112-88, 12.4 기준 이상이거나 ASTM 7과 같은 크기의 알갱이를 얻기 위해 열처리가 가해진 박막;

섀도 마스크 형태를 부여하기 위해 형성된 박막

과 같이 구성됨을 특징으로 하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법.
제 1항에 있어서,

과 같은 중량의 화학적 조성으로 구성됨을 특징으로 하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

와 같은 중량의 화학적 조성으로 구성됨을 특징으로 하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

산화되지 않은 환경의 750℃~850℃의 온도에서 열처리가 실시됨을 특징으로하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법.
나머지는 철이고 제련으로 인한 불순물이 발생하며,

와 같은 관계를 만족시키는 중량의 화학적 조성으로 구성됨을 특징으로 하는 20℃~100℃의 온도에서 0.9×10^-6K^-1 특히 0.8×10^-6K^-1이하의 선팽창계수를 갖는 철-니켈 합금으로 구성된 섀도 마스크.
제 5항에 있어서,

와 같은 중량의 화학적 조성으로 구성됨을 특징으로 하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

와 같은 중랑의 화학적 조성으로 구성됨을 특징으로 하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

ASTM규격 E112-88, 12.4 기준으로 측정된 ASTM7 이상 크기의 철-니켈 알갱이로 구성됨을 특징으로 하는 섀도 마스크.
제 3항에 있어서,

산화되지 않은 환경의 750℃~850℃의 온도에서 열처리가 실시됨을 특징으로 하는 철-니켈 합금으로 만든 섀도 마스크의 제조방법.
제 7항에 있어서,

ASTM규격 E112-88, 12.4 기준으로 측정된 ASTM7 이상 크기의 철-니켈 알갱이로 구성됨을 특징으로 하는 섀도 마스크.