KR19990047277A

KR19990047277A - 음극선관용 새도우마스크 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR19990047277A
Application number: KR1019970065620A
Authority: KR
Inventors: 오명훈; 박노진; 김상문
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-07-05
Also published as: KR100244233B1; US6130500A; CN1132216C; CN1218975A

Abstract

본 발명은 칼라음극선관용 새도우마스크 판재에 대하여 에칭에 적합한 이상적인 집합조직을 갖게 하여 에칭시 전자빔 통과구멍의 형성이 균일하고 진원도가 우수하며 에칭편차가 없게 함으로써 도밍(Doming)현상이 억제된 새도우마스크에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 철-니켈을 주성분으로 하는 새도우마스크 판재가 CUBE 방위를 갖는 결정의 부피분율이 β-FIBER를 갖는 결정의 부피분율의 2-20배 범위로 이루어진 새도우마스크로 구성되고, 또한 이를 제조함에 있어서는 새도우마스크 원재를 단조후 열간압연, 냉간압연, 열처리 조질압연 및 열처리하여 CUBE 방위를 갖는 결정의 부피분율이 β-FIBER를 갖는 결정의 부피분율의 2-20배 범위인 새도우마스크 박판을 얻고, 에칭에 이어서 성형하고 흑화처리하여서된 음극선관용 새도우마스크의 제조방법으로 구성된 기술이다.

Description

음극선관용 새도우마스크 및 그 제조방법

본 발명은 칼라음극선관용 새도우마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 인바(Invar)합금 박판에 대하여 에칭에 적합한 이상적인 집합조직(TEXTURE)을 갖게하여 에칭시 전자빔 통과구멍의 형성이 균일하고 진원도가 우수하며 에칭편차가 없게 함으로써 도밍(Doming)현상이 억제된 새도우마스크에 관한 것이다.

칼라음극선관은 화면의 섬세함과 선명한 색의 재현성이 요구되고 있으며 또한 주사선의 수를 증가시킨 송신방식으로 발전되어 가고 있음에 따라 이에 대응하기 위한 음극선관이 요구되고 있다.

칼라음극선관은 도 1에 도시한 바와 같이, 내측면에 형광막(3)이 도포된 패널(1)과 내측면에 전도성을 갖는 흑연이 도포된 펀넬(2)이 융착글라스로 결합되고, 펀넬의 네크부(4)에는전자빔(5)을 발생시키는 전자총(6)이 장착되어 있고, 패널(1)의 내측에는 색선별 전극인 새도우마스크(7)가 프레임(8)에 의해 지지되어 있으며, 펀넬(2)의 외주면에는 전자빔을 좌우로 편향시켜 주는 편향요크(9)가 장착되어 있다.

그리고 전자총에서 방사되는 전자빔(5)이 지자계나 누설자계에 의해 진로가 변형되지 않도록 막아주는 인너쉴드(Inner Shield)가 프레임(8)에 고정되어 있다.

이렇게 구성된 칼라브라운관은 전자총(6)에 영상신호를 입력하면 전자총의 캐소드로부터 열전자가 방출되며 방출된 전자는 전자총의 각 전극에 인가된 전압에 의하여 패널쪽으로 가속 및 집속과정을 거치면서 진행하게 된다.

이때 전자는 펀넬(2)의 네크부(4)에 장착된 편향요크(9)의 자계에 의하여 전자의 진행경로가 조정되며 조정된 전자빔(5)은 인너쉴드(10)에 의해 변형이 방지되면서 패널(1)의 전면에 주사되는데, 이 편향된 전자빔은 상기 패널의 내측 프레임(8)에 결합된 새도우마스크(7)의 슬롯을 통과하면서 색선별이 이루어지고, 선별된 전자빔은 패널(1) 내면의 형광막(3)에 충돌하여 발광시킴으로써 영상신호를 재현한다.

상기 구조에서 새도우마스크는 JISG 3141의 스펙(Spec)계열의 림드강 또는 순철(AK강 : Aluminum Killed강)이 사용되고 있다.

그러나 최근 고정세화면으로 발전되어 감에 따라 이들 재료의 열팽창 계수가 11.5×10^-6deg^-1수준으로 크기 때문에 전자총에서 발산된 전자가 새도우마스크에 충돌하여 발생되는 열로 인하여 새도우마스크가 열팽창하게 되고 이로 인하여 전자빔이 정해진 형광면에 도달하지 못하고 타색을 치게 되는 색선짐현상 즉, 도밍(Doming)현상이 발생하여 이 도밍현상은 테레비, 디스플레이 등에서 고정세화, 고휘도화로 발전해감에 따라 큰 문제점이 대두되고 있다.

저열팽창 특성의 재료를 새도우마스크에 사용하여 도밍현상을 제어하기 위해 열팽창 계수가 1.5×10^-6deg^-1수준으로 낮은 Fe-Ni계 인바합금(Invar)(Ni36%, Fe64%)이 사용되고 있다.(JPA 61-78033, JPA 04-56107)

그리고 인바계 합금의 새도우마스크는 박판인 원판에 전자빔 통과구멍을 형성시키기 위하여 에칭하여 수십만 내지 수백만개의 구멍을 형성한 후 열처리하고 성형하여 곡면으로 조립된다.

즉 0.1∼0.2㎜의 박판을 탈지, 세정, 포토레지스트를 도포, 노광, 현상, 에칭, 포토레지스트막 제거, 절단 등의 공정을 거쳐 에칭공정 완료후 소둔(ANNEALING), 프레스 성형, 흑화처리, 용접조립, PACKING 등으로 이루어진 공정을 통하여 제조된다.

순철을 이용한 새도우마스크의 경우는 열팽창계수가 11.5×10^-6deg^-1인데반해 인바재질을 이용한 새도우마스크는 열팽창계수(1.5×10^-6deg^-1)가 작고 새도우마스크에 전자빔이 관통하는 구멍의 위치정도를 온도에 의존하지 않고 정확하게 얻을 수가 있기 때문에 인바재질은 향후 고품질 테레비젼 방송 및 고정세 표시 정지 화상을 필요로 하는 컴퓨터의 표시장치 등에 적합한 새도우마스크 소재로서 유망시되고 있으나, 에칭성 및 성형성 등의 개선이 요구되고 있다.

즉, 고정세화된 새도우마스크를 얻기 위하여는 새도우마스크 소재에 피치(PITCH)가 작고 균일한 형상을 갖는 구멍을 에칭에 의하여 형성하지 않으면 않된다.

그러나 Fe-Ni 합금이 순철보다 에칭이 잘되지 않고 에칭시 구멍의 형상을 균일화기가 어렵기 때문에 Fe-Ni계 합금의 에칭성은 현재 중요한 과제로서 종래부터 주목되고 있다.

예를 들면 JPA 소61-82453에서는 탄소함량을 0.01% 이하로 규제하였으며, JPA 소61-84356에서는 비금속 개재물을 규제함으로써 에칭성을 개선할 수가 있음을 나타내고 있다.

JPA 소59-32859와 JPA 소61-19737와 한국 공고특허공보 KR88-102와 USPAT 4,528,246과 한국 공고특허공보 KR97-147에는 인바 새도우마스크 원재의 제조공정중 냉간가공 공정과 어닐링 공정을 조절하여 {100} 집합조직이 35% 이상 형성되도록 하여 제조한 인바합금의 새도우마스크재를 이용하고 있다.

그러나 이는 에칭이 잘 되어 균일한 크기의 전자빔 통과구멍이 형성되고 이로 인하여 도밍특성이 개선되어 섬세한 색재현을 할 수 있게됨을 주장하고 있다.

그러나 탄소함량이 0.01% 미만이 되어도 S,B,N 등의 불순물이 존재한다.

이들 불순물은 열처리시 결정립 내에서 편석되거나 결정내에 침입형 원자로 존재하기 때문에 에칭성에 영향을 미치므로 이들을 제어하지 않으면 않된다.

그리고 압연면 위에 {100}면을 집합시키면 {100}결정면이 에칭속도가 가장 빠른 결정면이기 때문에 에칭을 효율적으로 할 수 있지만 {100}결정면의 집적도가 높을 경우 에칭속도가 빨라져 진원의 형태가 아닌 모양으로 되며, 특히 집적도가 95% 이상이 되면 에칭가공시 결정격자를 따라 에칭이 되어 진원모양의 구멍이 아닌 불균일한 형상의 구멍을 만들기 때문에 JPA61-19737에서 주장한대로 {100} 결정면이 35% 이상 집합되도록 하였을 경우가 꼭 에칭에 충분한 결정방위라고 말할 수 없다.

본 발명은 상기한 인바합금 박판에 대한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 새도우마스크의 결정조직에 있어서 냉간압연 조직인 β-FIBER를 줄이고 CUBE 방위를 증가시켜 β-FIBER의 평균 방위를 갖는 결정면의 부피분율대비 CUBE방위를 갖는 결정면의 부피분율의 비가 2∼20배 범위가 되도록 하여 에칭시 전자빔 통과구멍의 형상이 균일하고 진원도가 우수하며 에칭편차가 적게 됨에 따라 도밍현상이 억제되는 새도우마스크를 얻는데 그 목적이 있다.

도 1은 음극선관의 구조를 나타낸 단면도

도 2는 시편좌표계를 결정좌표계로 변환시키는데 필요한 회전방위를 나타낸 상태도

도 3은 면심입방구조를 갖는 금속에서 FIBER와 방위를 갖는 환산된 EULER 공간을 나타낸 상태도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 새도우마스크

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 에칭, 성형전의 철-니켈을 주성분으로 하는 새도우마스크 박판에 있어서, 상기 새도우마스크 박판의 CUBE 방위를 갖는 결정의 부피분율이 β-FIBER를 갖는 결정의 부피분율의 2∼20배 범위로 됨을 특징으로 하는 새도우마스크로 구성된다.

또한 본 발명은 에칭전의 상기 새도우마스크 박판을 제조함에 있어서는 면심입장격자(FCC)구조를 가지는 새도우마스크 원재를 단조후 열간압연하는 단계와, 냉간압연하는 단계와 800∼1200℃에서 열처리하여 CUBE 방위를 갖게 하는 단계와 조질압연후 소둔하는 단계로 하여 CUBE 방위를 갖는 결정의 부피분율이 β-FIBER를 갖는 결정의 부피분율의 2∼20배 범위를 갖는 새도우마스크 원판을 얻는다.

상기 제조를 마친 새도우마스크 원판은 에칭, 성형, 흑화처리함으로써 새도우마스크가 얻어진다.

상기 조질압연후의 소둔은 600∼700℃에서 실시한다.

또한 상기와 같이 조질압연후 소둔하여서된 새도우마스크 원판에 대해 에칭후 800∼1000℃에서 열처리할 수 있다.

상기 열처리(냉간압연후 열처리, 조질압연후 열처리, 에칭후 열처리)들은 수소분위기하에서 실시함이 바람직하다.

상기 냉간압연시 1회 냉간압연율은 30∼50% 실시하며, 이때 냉간압연은 복수회에 걸쳐 실시할 수 있다.

조질압연시 압연율은 30% 이하로 실시되며 성형은 온간성형이 바람직하다.

대부분의 금속은 미세한 다결정립으로 구성되어 있다.

이러한 다결정립들이 결정학적으로 무질서한 방위분포를 나타내는 경우는 매우 드물며 열간가공 또는 냉간가공 등을 통한 소성변형이나 열처리와 같은 제조공정을 통하여 우선방위 또는 집합조직을 나타내고 있다.

이로인한 결정의 조직적 배열에 따라 금속은 기계적, 자기적, 화학적 특성이 변하게된 결정의 방위에 따라 에칭성이 달라지며 {100} 결정면을 갖는 조직이 많을수록 에칭성이 좋아지나 정확한 판단을 위하여 재료내부의 결정방위에 대하여 3차원적인 분석이 필요하다.

집합조직을 이해하기 위하여 결정립들의 방위분포를 살펴보면 먼저 도 2와 같이 시편 개개의 결정립의 방위와 시편좌표계의 관계를 설정해줄 필요가 있다.

시편좌표계(K_A)를 결정좌표계(K_B)로 변환시키는데 필요한 회전방위를 g라 하면 집합조직은 방위분포함수 f(g)로 표현할 수 있는데 이것은 시편내에서 특정한 방위 g를 갖는 결정의 부피분율을 나타내고 집합조직이 없는 무질서한 방위분포 일때의 배수로 나타낸다.

방위 g는 도 3과 같이 오일러각 {Φ₁, Ψ, Φ₂}로 혹은 밀러지수(hkl)[uvw]로 나타낸다.

판재에서 밀러지수로 나타낼 경우에는 (hkl)은 압연방향과 평행한 면을, [uvw]는 압연방향을 나타내도록 좌표를 설정한다.

면심입방 격자구조를 갖는 인바 새도우마스크재료에서의 집합조직은 도 3에 나타낸 것처럼 3개의 방위인 Cu방위와 S방위와 Bs방위가 연결된 β-FIBER와 한개의 CUBE 방위로 나타낼 수 있다.

β-FIBER 성분은 면심입방 격자구조의 인바합금을 냉간압연하였을 때 나타나기 쉬운 조직이며 CUBE방위를 갖는 조직은 압연된 면심입방 격자구조의 이들 집합조직의 의미하는 바를 살펴보면 다음과 같다.

Cu방위는 g 의 위치{Φ₁, Ψ, Φ₂}가 {90°, 35°, 45°}이고 {112}<111>방위를 나타내는 결정면들의 방위이고, S방위는 g의 위치{Φ₁, Ψ, Φ₂}가 {59°, 37°, 63°}이고 {123}<634>방위를 나타내는 결정면들의 방위이고, Bs방위는 g의 위치 {Φ₁, Ψ, Φ₂}가 {35°, 45°, 0°}이고 {011}<211>방위를 나타내는 결정면들의 방위를 이고, CUBE방위는 g의 위치 {Φ₁, Ψ, Φ₂}가 {0°, 0°, 0°}이고 {100}<1>방위를 나타내는 결정면들의 방위이다.

이들 방위에 대한 분포는 X 선 회절방법으로 POLE FIGURE를 측정하고 결정방위의 3차원적 해석결과 방위분포함수(ODF)의 값f(g)를 이용하면 쉽게 구할 수 있다.

우선 면심입방 격자구조의 인바 새도우마스크에서 (111), (200), (220), (311) 네개의 POLE FIGURE를 고니오메타를 이용하여 가능한한 모든 방향으로 회전시키면서 X선 회절방법으로 결정립들의 회절강도를 측정하였다.

이때 회절강도는 시편내에서 특정면 (hkl)이 회절면과 일치하는 결정립들의 체적에 비례하게 된다.

이렇게 (111), (200), (220), (311) 네개의 POLE FIGURE를 측정한 후 조화함수법(HARMONIC METHOD)과 POSITIVITY를 이용하여 완전한 방위분포함수(ODF)를 계산하여 Bs방위, Cu방위, CUBE방위의 부피분율f(g)를 구할 수가 있다.

상기의 식으로 구한 부피분율로부터 CUBE집합조직의 부피분율f(g)_CUBE와 압연집합조직의 부피분율 f(g)_β-FIBER의 비인 RD값은 다음과 같이 나타난다.

으로 나타낼 수 있으며 다음과 같이 계산할 수 있다.

재료가 완전히 재결정되어 CUBE 집합조직이 발달하면 f(g)_CUBE값이 높아지며 상대적으로 압연집합조직이 β-FIBER 성분의 f(g)_β-FIBER값이 작아지기 때문에 CUBE 집합조직의 부피분율 f(g)_CUBE와 압연집합 조직의 부피분율f(g)_β-FIBER의 비인 RD값이 커지게 된다.

즉 RD값이 커질수록 (100) 결정면이 판재의 표면에 많이 집적됨을 나타낸다.

결정립들이 완전히 무질서(RANDOM)하게 분포되어 있으면 RD=1을 나타내고 재결정이 일어난 비율이 작으면 RD<1이 된다.

본 발명에서 균일한 에칭성을 확보하기 위하여는 RD값이 2이상 20이하가 되도록 하였다.

2 이하가 되면 냉간압연조직이 발달하기 때문에 균일한 에칭성을 확보하기 어려우며 구멍의 형상이 불균일해지기 때문에 적합하지 않으며 20 이상이 되면 {100}<1>의 집합도가 높아져서 불균일한 형상으로 에칭이되는 문제가 있다.

본 발명의 인바합금인 새도우마스크는 다음과 같이 제조된다.

우선 전로 또는 전기로에서 용제된 강을 주괴후 압연시켜 얻은 슬래브 또는 연속주조에 의하여 얻은 슬래브를 열간압연하여 두께 2∼5㎜의 강판으로 만들고 이 강판을 소둔 산세처리후 냉간압연하여 0.1∼0.2㎜의 박판으로 제조한다.

상기 냉간 가공은 재료의 경화를 해소하고 평탄도를 확보하기 위한 것으로, 1회 압연율을 30∼50%로 하여 복수회 실시하고 산세처리후 수소분위기에서 800℃ 이상의 온도로 중간소둔한다.

이어서 두께 조절과 표면성 조절을 위해 압연율을 10% 이내로 하여 조질압연한후 수소분위기에서 600∼700℃ 온도로 수둔한 다음 세척, 건조, 포토레지스트 도포한후 현상하여 염화철 용액으로 에칭한다.

그리고 세척, 건조하여 구멍이 형성된 새도우마스크 원판을 얻는다.

이어서 800∼1000℃에서 열처리하여 조직을 연하게 한 후 성형시 변형을 방지하기 위해 200℃의 온간 압연 프레스가공하여 성형후 흑화처리하여 새도우마스크를 얻게 된다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

중량%로써, Fe 63%, Ni 36%, Mn 0.2%, Cr 0.1%, C 0.01%, Mo 0.3%, Si 0.05%, B 0.001%, Cu 0.02%, Co 0.4% 조성되게 원료배합후 진공용해하여 인고트(Ingot)를 얻었다.

이 인고트를 연속열간 공정에 의하여 직경 10㎜의 선재로 만든후 이 선재를 길이방향으로 단조하여 두께 0.2㎜, 폭 1000㎜의 판재로 하였다.

그리고 연속적으로 1100℃에서 열간압연하고 복수회 연속냉간 압연하여 인바 새도우마스크 판재를 만든후, 수소분위기하에서 1000℃ 온도로 2시간 이상 열처리한 다음 압연율 27%로 복수회 조질압연하고 다시 650℃에서 소둔하여 0.1㎜의 새도우마스크 판재를 얻었다.

그리고 38%의 염화 제 2 철 용액으로 에칭하여 전자빔 통과구멍을 형성하였다.

상기 새도우마스크 판재에 대하여 RD값을 평가하여 RD값에 따른 에칭성 변화를 측정한 결과가 표 1과 같이 나타났다.

본 실시예에 대하여 다음과 같은 방법으로 평가하였다.

* RD값 : 인바 새도우마스크(111), (200), (220), (311) 네개의 POLE FIGURE를 고니오메타를 이용하여 가능한한 모든 방향으로 회전시키면서 X선 회절방법으로 결정립들의 회절강도를 측정하고 조화함수법(HARMONIC METHOD)과 POSITIVITY를 이용하여 완전한 방위분포함수(ODF)를 계산하여 Cu방위, S방위, Bs방위, CUBE방위의 부피분율f(g)를 구하여 RD를 구하였다.

* ETCHING FACTOR : SIDE 에칭량에 대한 에칭깊이의 비율을 현미경으로 축정하여 나타내었다.

직경 100㎛가 되었을 때 ETCHING FACTOR를 구하였다.

이때의 에칭조건은 용액의 농도 42바우메, 온도 50℃, 압력 2.5Kgf/㎠로 하였다.

* 마스크 구멍의 형상 : 광학현미경으로 전자빔 통과 구멍을 측정하여 이미지 편집용 컴퓨터로 화상처리하여 평가하고 a, b, c로 등급을 정하였다.

* 진원도 : 구멍에 평행한 2개의 직선을 그었을 때 두직선간의 거리가 최대가 되었을때와 최소가 되었을때의 비로 나타내었다.

	RD	ETCHING FACTOR	구멍의 형상	진원도
NO. 1	3.5	2.9	b	0.99
NO. 2	5.8	3.0	a	1.0
NO. 3	7.5	3.1	a	1.0
NO. 4	8.2	3.1	a	1.0
NO. 5	12.1	3.2	a	1.0
NO. 6	0.8	2.6	c	0.97
NO. 7	22.3	3.3	c	0.95
NO. 8	24.2	3.3	c	0.96

표 1로부터 RD값이 2배 이상이고 20배 이하일 경우 균일한 에칭이 가능하며 에칭성이 양호한 새도우마스크를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

그러나 RD값이 20배 이상이 되거나 2배 이하가 되면 균일한 에칭이 되지 않음을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 인바합금을 이용한 새도우마스크 원재에 대하여 냉간압연 조직인 β-FIBER를 줄이고 CUBE 방위조직을 증가시켜 CUBE 방위를 갖는 결정의 부피분율이 β-FIBER를 갖는 결정의 부피분율 대비 2∼20배 범위기 되도록 함으로써 에칭시 전자빔 통과구멍의 형상이 균일하고 진원도가 우수하며 에칭편차가 적게되어 도밍현상이 억제되는 새도우마스크를 얻게된다.

Claims

철-니켈을 주성분으로 하는 새도우마스크 판재가 CUBE 방위를 갖는 결정의 부피분율이 β-FIBER를 갖는 결정의 부피분율의 2∼20배 범위로 이루어짐을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크.
철-니켈을 주성분으로 하는 새도우마스크 제조에 있어서,

면심입방격자구조를 갖는 새도우마스크 원재를 단조후 열간압연하는 단계,

냉간압연하는 단계,

800∼1200℃에서 열처리하는 단계,

조질압연하고 열처리하여 CUBE 방위를 갖는 결정의 부피분율이 β-FIBER를 갖는 결정의 부피분율의 2∼20배 범위인 새도우마스크 박판을 얻는 단계,

결정의 부피분율의 2∼20배인 새도우마스크 박판에 에칭을 실시하는 단계, 성형하는 단계, 흑화처리하는 단계로 하여 이루어짐을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.
제 2 항에 있어서,

냉간압연시 1회 냉간압연율을 30∼50%로 함을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.
제 2 항에 있어서,

냉간압연은 복수회 실시함을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.
제 2 항에 있어서,

조질압연시 압연율이 10% 이하임을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.
제 2 항에 있어서,

조질압연후 열처리를 600∼700℃ 온도에서 실시함을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.
제 2 항에 있어서,

에칭에 이어서 800∼1000℃ 온도로 열처리한 후 성형함을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.
제 2 항, 제 6 항, 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

열처리는 수소분위기하에서 실시함을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.
제 2 항에 있어서,

성형은 온간성형임을 특징으로 하는 음극선관용 새도우마스크의 제조방법.