KR100385548B1 - 개선된 댐퍼선 장착 구조를 갖는 컬러 음극선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컬러 음극선관에 관한 것으로, 특히 외부 진동에 의한 화면의 떨림현상을 방지하는 댐퍼선의 위치를 최적화하여 새도우마스크 떨림 현상을 최소화하기 위한 컬러 음극선관에 관한 것이다.

본 발명은 컬러 음극선관에 있어서, 적어도 세 개의 댐퍼선을 새도우마스크의 장변부와 평행하게 설치하되 -2L/5과 2L/5 사이에 설치하고, 그 중 적어도 하나는 -L/14과 L/14 사이에 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 식에서 L은 새도우마스크의 단변부의 길이이고, (-)부호는 댐퍼선이 새도우마스크 장변부 중심선 하부에 위치하는 것을 말한다.

본 발명은 댐퍼선 장착 위치를 최적화함으로써 새도우마스크와 댐퍼선의 마찰력에 의해 새도우마스크 진동을 감소시키는 효과가 있다.

Description

개선된 댐퍼선 장착 구조를 갖는 컬러 음극선관 {A Color Cathode-Ray-Tube Having The Improved Mounting Structure of Damper Wire}

본 발명은 컬러 음극선관에 관한 것으로, 특히 외부 진동에 의한 화면의 떨림 현상을 방지하는 댐퍼선의 장착 위치를 최적화하여 새도우마스크 떨림 현상을 최소화하기 위한 컬러 음극선관에 관한 것이다.

종래의 컬러 음극선관은 도 1에 도시된 바와 같이 내측면에 R, G, B의 형광면(4)이 도포되어 있고, 전면부에는 방폭수단이 고정되어 있는 패널(1)과, 상기 패널의 후단에 융착되어진 펀넬(2)과, 상기 펀넬의 네크부에 삽입되어 전자빔(6)을 방사하는 전자총과, 상기 판넬의 내측에 일정한 간격을 두고 장착되어 전자빔이 통과하도록 다수의 구멍이 형성된 새도우마스크(3)와, 상기 새도우마스크가 판넬 내면과 일정한 간격을 유지하도록 새도우마스크를 고정 지지하는 프레임(7)과 스프링(8), 음극선관이 외부 지자기의 영향을 적게 받도록 차폐하는 이너쉴드(9)와, 상기 패널의 측면부 둘레에 설치되어 외부 충격을 방지하는 보강밴드(11)와 외부 진동에 의한 화면의 떨림 현상을 방지하는 댐퍼선(15)과 상기 댐퍼선을 고정 지지하는 댐퍼스프링(14)으로 구성된다.

미설명부호 5는 편향요크이고, 10은 마그네트이다.

종래의 컬러 음극선관의 새도우마스크(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 슬롯이 소정의 피치를 가지거나 슬롯간에 브릿지가 형성되어 있으며 그 간격이 크게 형성된다. 상기 음극선관은 대향하는 메인 프레임(13)과 상기 메인프레임 양단에 용접, 지지된 서브프레임(12)으로 구성된 금속 프레임을 가지며, 상기 메인프레임 사이에 장력이 인가된 상태로 새도우마스크(3)가 용접된다. 그러나, 종래의 새도우마스크는 브릿지가 없거나 그 간격이 크기 때문에 스피커 등의 외부 진동에 의하여 새도우마스크(3)에 진동이 발생하기 쉽고, 이 진동에 의해 전자빔에 의한 화면 형성시 색오차가 발생하고 화질이 노화된다.

이러한 현상을 해결하기 위해 새도우마스크(3)에 진동방지용 댐퍼선(15)을 3개정도 설치하는데, 상기 댐퍼선(15)을 새도우마스크(3)에 설치하기 위해서는 댐퍼스프링(12)이라고 하는 탄성 지지편이 필요하다. 상기 댐퍼스프링(14)을 이용하여 댐퍼선(15)에 장력을 인가하면 상기 댐퍼선(15)이 새도우마스크(3)에 압착되어 새도우마스크(3)의 떨림현상을 방지한다.

상기 댐퍼선이 새도우마스크 떨림을 감소시키는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 댐퍼선은 새도우마스크의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 댐퍼선에 장력이 인가되어 새도우마스크를 누르게 되면 새도우마스크는 더 큰 장력을 받게되고 새도우마스크의 고유진동수는 약 1∼3㎐정도 향상되고 새도우마스크의 진동량은 줄어든다. 그러나 대부분의 새도우마스크 고유진동수는 150㎐ 이상으로 상기 1∼3㎐의 상승은 새도우마스크 진동량에 큰 영향을 미치지 못한다. 또한 진동을 흡수하는 에너지 흡수 메커니즘 없이 강도의 증가로 진폭이 감소하는 것이다.

또한 댐퍼선은 새도우마스크 표면과의 마찰에 의해 새도우마스크 진동을 감소시킨다. 도 9와 같이 댐퍼선 양쪽에는 댐퍼선을 지지하는 댐퍼스프링이 장착되어 있어서 댐퍼선을 길이방향으로 움직일 수 있고, 새도우마스크가 진동할 때 댐퍼선과 새도우마스크 사이에 마찰이 발생한다. 이때 더 많은 새도우마스크의 진동을 흡수할 수 있는 댐핑력을 얻으며, 진동을 흡수하는 에너지 흡수 메커니즘에 의해 마찰이 발생하면 그 마찰은 열 에너지로 소멸된다.

그런데 이와 같이 댐퍼선의 장력이 클수록 에너지 흡수 메커니즘이 잘 이루어지는 것은 아니다. 특히 주어진 댐퍼선 장력 조건에서 장력이 너무 증가하면 댐퍼선과 새도우마스크 사이의 상호 압력이 증가하여 댐퍼선과 새도우마스크와의 상대운동이 일어나지 않고 일체인 것처럼 움직이게 된다. 또 마찰에 의한 흡수력은 마찰운동이 일어남으로 해서 진동에너지가 열 에너지로 소멸되는 것인데 상기와 같이 댐퍼선과 새도우마스크가 일체로 움직이면 마찰운동이 억제되므로 진동감쇠 역할을 거의 하지 못하게 된다.

댐퍼선이 새도우마스크 진동을 감소시키는 다른 방법은 댐퍼선과 새도우마스크 표면 충돌 메커니즘이다. 댐퍼선과 새도우마스크의 고유진동수가 다를 뿐 아니라, 새도우마스크는 도 8과 같이 x축 방향으로 U자 형태의 장력 분포를 가지고 있어서 x축 방향으로 새도우마스크 위치에 따라 각각 다른 고유진동수를 가진다. 그러므로 일정한 주파수의 진동이 외부에서 전달되면 새도우마스크 내 상기 주파수와 일치하는 고유진동수를 가진 부분만 진동을 일으키는 국부 진동 현상이 발생한다. 따라서 국부적으로 진동이 발생하는 부분에서는 댐퍼선과 새도우마스크가 충돌하게 되고, 상기 충돌로 인해 열에너지가 발생되어 새도우마스크의 진동이 감쇠되는 것이다.

상기에서 충돌로 인해 소멸되는 에너지를 증가시키려면 충돌시 충돌속도가 커야 한다. 그런데 도 10과 같이 진동하는 물체에서 진동 속도가 가장 큰 위치는 중립위치(변위가 +a에서 -a만큼 진동이 일어날 때 변위가 0인 지점)이다. 그러므로 댐퍼선과 새도우마스크 충돌시 속도가 최대가 되기 위해서는 새도우마스크 진동 변위가 최대인 곳에 댐퍼선을 설치하는 것이 바람직하다.

도 4는 실험을 통해 텐션 타입의 새도우마스크 진동 모양을 알아본 것이다. 새도우마스크가 용접된 두 곳을 지지점으로 해서 새도우마스크의 중심부에서 가장 큰 진폭을 나타내는 것을 알 수 있다. 그러므로 새도우마스크의 진동을 효율적으로 감소시키기 위해서는 새도우마스크의 진폭이 가장 큰 새도우마스크 중심부에 댐퍼선을 설치해야한다. 그러나 종래에는 도 5와 같이 중심부 하단부분(h1)에 댐퍼선을설치하였으므로 새도우마스크의 진동을 효과적으로 감소시키지 못하였다.

또한 새도우마스크 중심부에 댐퍼선을 설치하면 중심부의 진폭은 감소하지만 이 진폭이 상기 중심부에 설치된 댐퍼선에 의해 상하로 분리되고 도 6c와 같이 중심부를 기준으로 좌우 대칭인 산 모양을 형성한다. 즉, 중심부의 진폭은 어느 정도 감소되었으나 이 진폭이 완전히 소멸되는 것이 아니라 상하로 분리되어 진동하게 된다. 그러므로 분리된 진동을 감소시키기 위한 추가적인 댐퍼선이 필요하다.

따라서 본 발명은 댐퍼선과 새도우마스크 사이의 상대운동을 활발히 하여 마찰 댐핑력과 충격 댐핑력을 증가시킬 수 있도록 댐퍼선 장착 위치를 최적화하여 새도우마스크 떨림 현상을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 평면 음극선관의 단면도,

도 2a 내지 c는 평면 음극선관의 새도우마스크 구조를 나타내는 도,

도 3a 내지 b는 댐퍼선 장착위치를 나타내는 도,

도 4는 외부 진동에 따른 새도우마스크의 진동 형태를 나타내는 도,

도 5는 종래의 댐퍼선 장착 위치를 나타내는 도,

도 6a 내지 c는 새도우마스크의 진동형태를 나타낸 것으로

도 6a는 도 3의 화살표(b) 방향에서 본 새도우마스크를 나타내는 도,

도 6b는 도 6a의 새도우마스크가 진동하는 모습을 나타낸 도,

도 6c는 도 6a에서 새도우마스크 중심부에 한 개의 댐퍼선을 설치했을 때 새도우마스크가 진동하는 모습을 나타낸 도,

도 7은 본 발명의 실시 예를 나타내는 도,

도 8은 x축 위치에 따른 새도우마스크의 장력 분포를 나타내는 도,

도 9는 댐퍼선 장착에 따른 진동 감쇠 메커니즘을 나타내는 도,

도 10은 댐퍼선 장착에 따른 충돌 감쇠 메커니즘을 나타내는 도

도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시 예를 나타내는 도,

도 15는 본 발명의 진동 실험 장치를 나타내는 도,

도 16은 본 발명에 따른 실험의 응답측정지점을 나타내는 도이고

도 17a 내지 b는 종래기술과 본 발명의 하울링을 실험한 결과를 나타내는 도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 패널 2 : 펀넬 3 : 새도우마스크 4 : 형광면

12 : 서브프레임 13 : 메인프레임 14 : 댐퍼스프링 15 : 댐퍼선

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 연결된 펀넬과, 상기 펀넬의 네크부에 장착되어 상기 형광체 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총과, 상기 패널 내면의 형광체 스크린에 대해 일정 간격을 두고 배치되어 색 선별 역할을 하는 새도우마스크와, 상기 새도우마스크를 고정 지지하는 프레임과, 상기 새도우마스크의 진동을 방지하는 댐퍼선과, 상기 댐퍼선을 고정 지지하는 댐퍼스프링을 포함하는 컬러 음극선관에 있어서, 적어도 세 개의 댐퍼선이 새도우마스크의 장변부와 평행하게 설치하되-2L/5과 2L/5 사이에 설치하고, 그 중 적어도 하나는 -L/14과 L/14 사이에 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 식에서 L은 새도우마스크의 단변부의 길이이고, (-)부호는 댐퍼선이 새도우마스크 장변부 중심선 하부에 위치하는 것을 말한다.

또한, 상기 -L/14과 L/14 사이에 설치한 댐퍼선은 설치된 댐퍼선 중 중간번째인 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타낸 것이다. 이것은 도 4 및 도 6의 새도우마스크 진동형상을 기초로 한 것이며, 특히 중심부에 설치된 댐퍼선의 상, 하부에 설치되는 두 개의 댐퍼선의 위치는 도 6c의 분리된 진동을 최소화할 수 있도록 실험을 통해 얻은 값이다.

본 발명의 댐퍼선 구조는 댐퍼선과 새도우마스크 표면과의 마찰 댐핑 에너지를 증가시킨다. 상기 댐퍼선과 새도우마스크의 상호관계는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

상기 식에서은 마찰에너지,은 마찰력,는동안의 진동변위,은 동적마찰력계수, N은 새도우마스크와 댐퍼선 사이의 압력,는에서의 진동속도이고,는의 신호(Signature)이다.

상기 식에서 보면 댐퍼선과 새도우마스크의 상호 압력 N을 높일 경우 마찰에너지가 증가할 것으로 보이지만 실제로는 마찰력이 너무 커져서 상호 운동이 발생하지 않게 되므로 이런 상태에서는 마찰 에너지를 기대할 수 없다. 그러므로 N을 작게 할 경우 즉, 댐퍼선이 작게될 수 있는 위치에 있을 경우 상기 마찰력이 줄어들어 댐퍼선과 새도우마스크와의 상호 운동이 발생한다. 이 상태에서 진동변위나 진동속도의 크기에 비례하는 마찰에너지를 얻을 수 있으므로 그만큼 진동 감쇠율도 커지게 된다. 상기 진동 감쇠 과정을 도 9에 블록도로 나타내었다.

또한 본 발명은 도 10과 같이 댐퍼선과 새도우마스크의 충돌 메커니즘을 가진다. 상기 기술한 바와 같이 새도우마스크는 x축으로 U자 형태의 장력분포를 보이며 위치에 따라 고유진동수가 다르다. 그러므로 일정 주파수를 가진 외부 진동이 새도우마스크로 전달되면 이 주파수와 고유진동수가 일치하는 부분에서만 국부적으로 진동이 일어난다. 이때 새도우마스크와 댐퍼선의 충돌로 열 에너지가 발생하게 되어 진동감쇠 댐핑력이 부가되는 것이다. 그러므로 새도우마스크의 진동시 진폭이 가장 큰 위치에 댐퍼선을 장착하면 새도우마스크의 진동 속도가 가장 큰 진동 중립면에서 댐퍼선과 새도우마스크 충돌이 더욱 활발하게 일어나고 충돌 에너지가 발생되어 새도우마스크의 진동이 보다 효율적으로 감소하게 되는 것이다.

본 발명의 효과 검증을 위해 도 11, 12, 13, 14와 같이 여러 형태로 댐퍼선의 장착위치를 변화시키면서 실험을 하였다.

도 11은 종래의 댐퍼선 위치(Case1)에서 중간부분에 위치한 댐퍼선의 효과를 검증하기 위해 중간 댐퍼선의 위치를 h1이라 할 때 이것을 새도우마스크 장변부 중심선을 기준으로 0(Case2), L/14(Case3), -L/14(Case4) 지점으로 변경하였다. 상기에서 L은 새도우마스크 단변부의 길이이고 (-)부호는 댐퍼선이 새도우마스크 장변부 중심선 하부에 위치하는 것을 나타낸다.

또한 도 12는 h1을 새도우마스크 장변부 중심부에 고정된 상태로 상, 하부 댐퍼선의 위치를 h2, h3라 할 때 상기 댐퍼선의 위치를 변경하였고, 도 13은 h1을 도 11의 Case3과 같이 L/14되는 지점에 고정한 상태로 도 12와 같이 h2, h3를 변경하였고, 도 14는 도 11의 Case4와 같이 -L/14되는 지점에 고정한 상태로 도 12와 같이 h2, h3을 변경하였다.

도 15는 상기 실험을 위한 장치이다. 도시된 바와 같이 프레임과 새도우마스크를 JIG에 고정한 상태로 제작하여 공기 중에서 실험을 한다. 그림에서 JIG는 음극선관의 패널을 대신하는 역할을 한다. 먼저 가진기(加振機)를 이용하여 패널에 해당하는 지그(JIG) 중앙 부분을 가진(加振)하면 갭 센서(Gap Sensor)가 새도우마스크의 진동량을 측정하고 댐퍼선 장착 위치에 따른 특성을 비교 평가한다. 상기 실험에서 비교하는 양은 주파수 응답함수(Frequency Response Function, FRF)로써 이것은 인가되는 진동의 힘 대비 발생하는 진동 변위로 정의되는 양이다. 즉 하기 식과 같다.

상기 식에서 f는 주파수, X는 변위이고, F는 진동하는 힘을 나타낸다. 상기주파수 응답함수는 입력값이 변하더라도 이에 대한 진동량을 비율로 나타내기 때문에 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있다. 또한 갭 센서(Gap Sensor)는 지그(JIG)에 고정되어 있기 때문에 이때 측정되는 변위는 패널에 대한 새도우마스크의 상대적인 진동량이다.

상기 실험에서는 도 16과 같이 하울링에 가장 큰 영향을 미치는 새도우마스크 영역 내의 두 지점인 새도우마스크 장변부 중앙선에서 x축으로 80㎜되는 지점(Point 1)과 160㎜되는 지점(Point 2)을 선택하였다. 상기 포인트(Point) 1과 포인트 2의 고유진동수는 각각 189㎐와 219㎐로 측정되었다. 그러므로 상기 두 주파수에 해당하는 FRF의 크기를 구하여 댐퍼선의 장착위치에 대한 새도우마스크 진동 감쇠 특성을 비교하였다.

상기 Case1∼Case13의 실험 결과는 표 1과 같다. 댐퍼선이 없는 상태(Free)에서 진동하도록 한 다음 Case1∼Case13의 각 경우에 대해 상기 포인트 1, 2의 지점에서 진동량의 크기를 측정한 후 상기 댐퍼선이 없는 경우와의 차이를 계산하였다.

먼저 Case1∼Case4를 보면 h1이 새도우마스크 장변부 중앙선에 가까울수록 새도우마스크 진동 감쇠 효과가 우수하다. 이것은 댐퍼선과 새도우마스크의 충돌이 잘 일어나는 위치로 댐퍼선을 이동한 결과이다.

[표 1]

실험예	구분	Point 1	Point 2
댐퍼선 없음	W/O	102	82.5
실험예1(종래)	W	90	52.7
	차이	12	29.8
실험예2	W	71	50.5
	차이	31	32.0
실험예3	W	82	51.7
	차이	20	30.8
실험예4	W	87	60.7
	차이	15	22.7
실험예5	W	60	38.7
	차이	42	43.8
실험예6	W	74	67.7
	차이	28	14.8
실험예7	W	67	64.5
	차이	34	28.0
실험예8	W	79	44.3
	차이	23	36.2
실험예9	W	78	68.6
	차이	24	13.9
실험예10	W	77.8	42.7
	차이	24.2	39.8
실험예11	W	78	45.2
	차이	24	37.3
실험예12	W	77	67.2
	차이	25	14.3
실험예13	W	78.5	40.5
	차이	23.5	42.0

※ 상기 표 1에서 W는 With, W/O는 Without을 나타낸 것이다.

또한 Case5∼Case13의 결과를 보면 상, 하부에 위치한 댐퍼선의 위치가 L/10인 경우와 2L/5인 경우보다 L/4인 경우가 가장 효과적인 것을 알 수 있다. 이것으로 중심부의 댐퍼선 설치로 인해 새도우마스크 진동이 상하로 분리되는 진동형태를 고려할 때 L/4되는 지점에서 충돌 효과를 가장 크게 낼 수 있다는 것을 알 수 있다.

상기에서 L/10인 경우에는 포인트 1에서는 L/4와 유사한 결과를 얻었으나 포인트 2에서는 L/4보다 효과가 감소하였다. 이것은 비록 새도우마스크 장변부 중심부에 댐퍼선을 장착하더라도 새도우마스크의 곡률로 인하여 전반적인 진동감쇠 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 또한 2L/5인 경우에는 L/10의 경우와 유사한 결과를 얻을 수 있었으며, L/10과 2L/5인 두 경우 모두 종래의 위치에 비해 효과적인 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 L/10과 2L/5인 지점이 종래의 L/4.35보다 진동 감쇠에 효과적인 위치임을 알 수 있다.

도 17은 Case1(종래)과 본 발명 중 진동 감쇠 효과가 가장 우수한 Case5에 해당하는 음극선관을 실제로 제작하여 하울링 특성을 실험한 결과이다. 가로축은 주파수이고, 세로축은 하울링 등급(Howling Grade)으로 A에 가까울수록 진동 감쇠 특성이 양호한 것이다. 두 그래프를 비교해보면 종래의 경우는 최대 하울링 등급이 D인 반면 본 발명의 경우 C로 한 단계 개선되었음을 확인할 수 있다.

본 발명은 댐퍼선의 장착 위치에 대한 것으로, 본 발명의 다른 실시 예로서 댐퍼스프링이 없는 경우와 곡률을 갖는 새도우마스크 구조에 본 발명의 댐퍼선 장착 위치를 적용한 경우를 들 수 있다.

이상에서 서술한 바와 같이 본 발명은 컬러 음극선관에 있어서, 적어도 세 개의 댐퍼선을 새도우마스크의 장변부와 평행하게 설치하되 -2L/5와 2L/5 사이에 설치하고, 적어도 하나는 -L/14와 L/14 사이에 설치하는 것과, -L/14와 L/14 사이에 설치한 댐퍼선이 설치한 댐퍼선들 중 중간번째일 경우에는 새도우마스크와 댐퍼선의 충돌에 의한 진동감쇄 특성의 향상에 의해 새도우마스크 진동을 감소시키는효과가 있다.

Claims (2)

1. 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 연결된 펀넬과, 상기 펀넬의 네크부에 장착되어 상기 형광체 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총과, 상기 패널 내면의 형광체 스크린에 대해 일정 간격을 두고 배치되어 색 선별 역할을 하는 새도우마스크와, 상기 새도우마스크를 고정 지지하는 프레임과, 상기 새도우마스크의 진동을 방지하는 댐퍼선과, 상기 댐퍼선을 고정 지지하는 댐퍼스프링을 포함하는 컬러 음극선관에 있어서,

   적어도 세 개의 댐퍼선을 새도우마스크의 장변부와 평행하게 설치하되 -2L/5과 2L/5 사이에 설치하고, 그 중 적어도 하나는 -L/14과 L/14 사이에 설치하는 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.

   상기 식에서 L은 새도우마스크의 단변부의 길이이고, (-)부호는 댐퍼선이 새도우마스크 장변부 중심선 하부에 위치하는 것을 말한다.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 -L/14과 L/14 사이에 설치한 댐퍼선은 설치된 댐퍼선 중 중간번째인 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.