KR100407147B1

KR100407147B1 - Pvd에 의한 디스플레이 소자 코팅방법

Info

Publication number: KR100407147B1
Application number: KR10-2003-0011530A
Authority: KR
Inventors: 주철완
Original assignee: 주철완
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2003-11-28
Also published as: KR20030024742A

Abstract

본 발명은 디스플레이 소자 코팅방법에 관한 것으로,

증착재료로서 인바합금 재료를 사용하고, 코팅파워 5∼300kW, 전압 50kV, 진공도 1 x 10^-4∼1 x 10^-5torr의 영역을 조건으로 하여 8초 이내의 시간으로 AK 강판 위에 4∼20㎛의 Ni-Fe 합금층을 제조하는 것을 특징으로 하는 PVD에 의한 디스플레이 소자 코팅방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 코팅 시 밀착성이 우수하고 박막이 치밀하여지며 가공시의 변형에 대해서도 더 안정적으로 부착되어 있는 것을 알 수 있다.

Description

PVD에 의한 디스플레이 소자 코팅방법{COATING METHOD OF DISPLAY ELEMENT FOR PVD}

본 발명은 다결정 냉연강판인 AK(Al-Killed Steel)상에 박막을 제조하는 기술인 물리기상증착(Physical Vapor Deposition : PVD)방식을 이용한 전자빔 증발(Electron Beam Evaporation)을 통하여 진공 증착된 저 열팽창 금속(텅스텐, 비스무스, Ni, Ni-Fe합금) 또는 무기물질(Si화합물)을 형성하여 CRT 등과 같은 디스플레이 소자에서 스크린 내에서의 전자충돌에 의한 새도우 마스크와 평판전극에 대한 열팽창을 최소화시키는 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 CRT 등의 내부에 장착된 새도우 마스크와 평판전극은 전자총에서주사되는 전자빔을 기술적으로 설계된 스크린의 형광체에 도달 발광시켜 화면을 표시하고 있으며, 이때 주사되는 전자빔의 약 2/3가량은 새도우 마스크와 평판전극에 충돌하여 열에너지로 바뀌어 새도우 마스크와 평판전극의 온도를 상승시킨다.

상기와 같이 전자빔에 의하여 발열한 새도우 마스크와 평판전극은 주변의 프레임에 고정됨에 따른 열팽창이 스크린 수상방향으로 나타나고, 이로 인하여 마스크 공경을 통과한 전자빔의 위치는 소정의 스크린에 있는 형광체 위치와 다른 곳으로 이동시켜 다른 형광체를 발광시킴에 따라 도밍효과(doming effect)라는 색번짐이 발생하며, 따라서 현재 많은 디스플레이 업계에서는 도밍효과를 해결하기 위하여 열팽창이 낮은 재료를 사용하고 있다.

한편, 새도우 마스크용 재료는 열팽창 계수에 저급용과 고급용으로 구분하는데 저급용은 AK재를 사용하고, 고급용은 36.5% Ni - 63.5% Fe 합금인 Invar 합금을 주로 사용하며, Invar 합금은 열팽창 계수가 섭씨 0∼100도 사이에서 0.6 × 10^-6정도로 AK재에 비하여 열팽창 계수가 1/10 정도이기 때문에 고화질 또는 대형 모니터 및 TV용 CRT에 채택하여 사용되어 오고 있다.

따라서, 현재 TV 및 PC용 모니터가 대형화됨에 따라 고화질의 브라운관이 요구되는 바, 상기의 새도우 마스크와 평판전극은 주요한 부품임에도 불구하고 세계 디스플레이 시장의 50% 정도를 점유하여 1위를 고수하고 있는 국내업계들에서도 고가의 Invar를 독일과 일본에서 수입하여 사용하고 있어 재료비 상승에 따른 부담이 가중되고 외화낭비가 심화되고 있는 실정이다.

한편, 국내 제강공장에서 공급할 수 있는 AK재는 근본적으로 그 소재자체가고품질을 요구하는 새도우 마스크나 평판전극의 역할을 할 수 있는 적합한 저열팽창 특성을 지니고 있지 않기 때문에 고품질의 디스플레이 부품용으로는 적합하지 않는 문제점을 가지고 있다.

또한, 종래에도 전기도금방법으로 투자율과 열팽창 특성이 우수한 새도우 마스크의 제조방법이 제시되고 있지만 모서리 부분이나 전기적인 집중이 발생하는 가장자리 부분에 막이 두꺼워지는 현상이 발생되어지는 문제점이 있었다.

아울러, 상기한 문제점을 보안한 코팅방법들이 안출되어 사용되고 있으나 밀착성이나 해상도 및 색번짐에서 제조방법이 난이함은 물론 그에 따른 구성이 복잡하여 그 효과에 실효성이 크게 발휘되지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 여러가지 문제점을 해결하고자 AK재를 코팅합금 하는데 있어서 밀착성과 해상도가 증가되고 색번짐이 감소하며 박막이 치밀하여 가공시의 변형에도 더 안정되게 부착될 수 있는 디스플레이 소자의 코팅방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 디스플레이 소자 코팅방법에 있어서, 증착재료로서 인바합금 재료를 사용하고, 코팅파워 5∼300kW, 전압 50kV, 진공도 1 x 10^-4∼ 1 x 10^-5torr의 영역을 조건으로 하여 8초 이내의 시간으로 AK 강판 위에 4∼20㎛의 Ni-Fe 합금층을 제조하는 것을 특징으로 하는 PVD에 의한 디스플레이 소자 코팅방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 새도우 마스크의 자기장 차폐원리도

도 2는 AK강판, 인바강판, Ni-Fe코팅처리 강판의 열 팽창 측정결과를 비교하여 나타낸 도표

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 냉연강판 2 : 합금코팅층

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 새도우 마스크의 자기장 차폐원리를 나타낸 것이고 도 2는 AK강판, 인바강판, Ni-Fe코팅처리 강판의 열 팽창 측정결과를 비교하여 나타낸 도표로서 같이 설명한다.

자기 특성은 판재의 경우 표면층의 자기 특성이 전체 재료의 자기특성을 거의 지배하기 때문에 표면층을 고투자율과 저보자력을 갖는 연자성(소프트 마그네틱)재료로 코팅처리하면 자기 차폐효과와 인바재료로 새도우 마스크와 같은 열팽창 특성을 얻을 수 있으며, 연자성 재료 중에서 성형성 및 냉연강판과의 밀착성을 고려할 때 세라믹계 재료는 적합치 않으며 퍼말로이(Permalloy) 또는 인바로 알려진 Ni-Fe 합금조성이 가장 적절한 것으로 인정된다.

도 1은 본 발명에 의하여 제조한 새도우 마스크의 자기장 차폐원리를 도식적으로 나타낸 것으로 {111} ＜uvw＞ 집합구조의 냉연강판(1)에 Ni-Fe 합금코팅층(2)이 형성되어 있어 투자율이 우수함을 나타내고 있다.

또한, Ni-Fe 합금은 면심입방구조(FCC)이며 자기용이방향은 ＜100＞이므로 이 방향이 판재면에 평행하게 놓이도록 코팅층을 제조하여야 하기 때문에 코팅층의 모재인 냉연강판이 다결정의 {111} ＜uvw＞ 집합구조라 할지라도 코팅층은 {100} ＜100＞ 집합구조를 형성해야 하고 불면특성을 가져야 한다.

본 발명에서 가장 중요한 것은 집합조직을 갖는 모재위에 코팅처리되는 물질 역시 방향성을 갖도록 즉 집합조직을 나타내도록 제어해야 하며, 우선 열팽창이 큰 AK재를 저열팽창으로 바꾸기 위해서는 상대적으로 열팽창 계수가 작은 Invar(Ni-Fe합금)와 Ni를 에 증착하여 박막을 형성함으로써 가능하며 이러한 방법을 고속 양산성을 갖추고 환경친화적인 생산시스템을 구현하기 위하여 전자 빔에 의한 증착방법이 가장 효과적이다.

전자 빔을 이용한 증착방법은 전자 빔 소스인 고 필라멘트에 전류를 공급하여 나오는 전자 빔을 전자석에 의한 자기장으로 유도하여 증착 재료인 인바합금에 위치시키면 전자의 충돌로 증착재료가 가열되어 증발하며 이때 윗부분에 위치한 새도우 마스크나 평판전극의 표면에 저열팽창의 Invar(Ni-Fe)증착박막이 형성된다.

이 때의 설비내는 고진공인 10^-4∼ 10^-5torr상태로 유지되어야 하며 상기 진공도 상태에서의 증착율은 통상 증발된 인바합금량의 70∼80% 수준이 되고 나머지 20∼30%는 설비내에 머물다가 진공해제 시 외부로 배출된다.

구체적인 코팅조건은 코팅파워 5∼300kW, 전압 50kV, 진공도 1 x 10^-4∼ 1 x 10^-5torr의 영역을 조건으로 하여 8초 이내의 시간으로 AK 강판 위에 4∼20㎛의 Ni-Fe 합금층을 제조하는 것으로 이와 같이 AK재 표면에 인바합금의 박막을 형성할 경우 열팽창 특성이 뛰어난 특성과 아울러 밀착성과 해상도가 증가되며 색번짐이 감소가 되어지는 것을 알 수가 있으며 그리고 박막이 치밀해 지며 가공시의 변형에 대해서도 더 안정되게 부착된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 구성에 따른 작용을 살펴보면 표 1에서 보는 것처럼 인바합금과 동일한 Ni-Fe조성에서 가장 뛰어난 열팽창 특성을 나타냄을 알 수 있다. 표 1에 제시된 다른 조성들에 대한 열팽창 계수의 값들은 대한민국 특허출원 제1998-15858호(출원일자: 1998년 5월 2일)에 개시된 전기도금에 의하여 AK강판 상에 형성된 Ni-Fe 합금층들에 대한 것들이다.

본 발명에 따른 강판과 상용되고 있는 종래 제품과의 열팽창 특성을 비교하고 CRT 내 장착시 열적 안정성을 평가하기 위하여 도 2에서는 본 발명에 따라 인바합금과 동일한 조성을 갖는 코팅층을 4∼20㎛ 두께로 처리한 강판과 AK강판과 그리고 인바 새도우 마스크 강판의 열팽창을 섭씨 0 ∼ 200도 까지 각각 3회 반복 시험 측정한 결과를 나타내어 보았다.

도 2에서 보는 바와 같이 인바의 경우는 섭씨 0 ∼ 200도 사이에서 열팽창이 전혀 일어나지 않았으며 AK강판은 온도가 증가함에 따라 열팽창이 직선적으로 증가하여 섭씨 200도에서 최고 14.28 × 10³㎛의 열팽창이 일어났다.

한편, 본 발명에 따른 Ni-Fe코팅처리 강판의 열팽창은 온도증가에 따라 약간 증가하다가 섭씨 150 ∼ 200도에서 일정한 값을 나타내는 바 이는 종래의 AK강판의 약 1/7수준인 2.01 × 10³㎛정도로 우수한 열팽창 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 Ni-Fe코팅처리 강판은 실제 CRT내 장착시 새도우 마스크의 열팽창에 의한 AK강판에서 발생되는 색번짐(doming effect)과 같은 현상은 발생되지 않으므로 종래의 인바 새도우 마스크 강판을 충분히 대체할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 AK재를 열팽창이 우수한 금속으로 경제적으로 양산할 수 있으며 종래의 고가 인바재를 채용하던 CRT의 새도우마스크나 평판전극을 AK재로 대체할 수 있고, 특히 코팅막 자체가 내 부식성이 인바재인 만큼 CRT 등의 디스플레이 소자 제조공법 중에 흑화공정을 생략할 수 있으며 인바 박막에 따른 AK재의 구조적 강도 향상으로 CRT의 새도우 마스크 변형량 감소를 통한 Drop G값향상 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 AK재에 대한 Invar(Ni-Fe)금속을 전자 빔에 의한 증착공법 만으로 한정한 것은 아니며 열팽창 정도가 적은 텅스텐, 비스무스, 무기물질인 Si화합물에 대하여서도 전자 빔 공급에 따른 CRT 등의 디스플레이 소자에 사용이 가능하다.

이상에서 상술한 것과 같이 본 발명인 PVD에 의한 디스플레이 소자코팅방법을 사용하게 되면 AK재를 코팅합금 하는데 있어서 종래의 코팅방법보다 밀착성과 해상도가 증가되고 색번짐이 감소하며 박막이 치밀하여 가공시의 변형에도 더 안정되게 부착될 수 있고 고가의 인바재를 수입에 의존하던 것을 국내의 AK재로 대체할 수 있게 할 수 있는 유용한 방법이다.

Claims

디스플레이 소자 코팅방법에 있어서,

증착재료로서 인바합금 재료를 사용하고, 코팅파워 5∼300kW, 전압 50kV, 진공도 1 x 10^-4∼ 1 x 10^-5torr의 영역을 조건으로 하여 8초 이내의 시간으로 AK 강판 위에 4∼20㎛의 Ni-Fe 합금층을 제조하는 것을 특징으로 하는 PVD에 의한 디스플레이 소자 코팅방법.