KR20000010137A - 칼라음극선관용 섀도우마스크 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법에 관한 것으로, 특히 섀도우 마스크의 제작공정시 열팽창율이 적은 물질중 하나인 철-니켈 합금분말을 이용하여 용융분사, 롤러 레벨링, 에칭, 재열처리 등의 단계를 거쳐 피막을 마스크의 전자빔 조사면측에 형성하여 섀도우마스크의 구멍막힘과 피막의 균일성 및 충진성, 접착성 등을 향상시키고 그때의 피막이 저열팽창 특성을 지니게끔 하여 마스크의 도밍량을 저감시키도록 하기위한 것이다.

Description

칼라음극선관용 섀도우마스크 제작방법

본 발명은 칼라음극선관용 섀도우마스크에 관한 것으로서, 특히 패널의 내측에 장착되어 전자빔의 형광체 랜딩시 색선별기능을 수행하는 섀도우마스크가 전자빔의 충돌에 의해 열팽창 되어 변형되는 것을 방지하기 위한 섀도우마스크의 제작방법에 관한 것이다.

일반적인 칼라음극선관의 구성은 도 1 에 도시된 바와같이 음극선관의 전면에 장착되는 패널(1)과, 상기 패널(1)의 내측면에 형성되어 발광 역할을 하는 적,청,녹의 형광체가 스트라이프 또는 도트형태로 도포된 형광면(3)과, 상기 패널(1) 후단에 프릿글라스로 융착되어 음극선관의 내부진공을 이루는 펀넬(2)과, 상기 형광면(3)을 발광시키도록 전자빔(4)을 방사하는 전자총(5)과, 상기 전자총(5)에서 방사된 전자빔(4)을 편향시켜 주는 편향요크(6)와, 상기 전자빔(4)이 정확히 형광체를 타격하도록 진행궤도를 수정해 주는 마그네트(7)와, 상기 전자빔(4)이 소정의 형광체를 발광시키도록 슬릿을 통해 색을 선별해주는 역할을 하는 섀도우마스크(8)와, 음극선관의 동작중 전자빔(4)이 외부 지자계에 영향을 적게 받도록 차폐 역할을 해주기 위한 인너쉴드(9)와, 상기 섀도우마스크(8)를 지지하는 프레임(10)과, 상기 인너쉴드(9)를 프레임(10)에 고정하는 고정스프링(11)과, 상기 프레임 어셈블리(8,9,10)가 패널(1)에 결합되도록 지지해주는 스프링(12)과, 상기 패널(1)의 측면에 음극선관의 진공으로 인한 응력을 보상해 주기위해 결합되는 보강밴드(13)로 구성된다.

이와같이 구성되는 종래의 음극선관의 동작을 살펴보면 전자총(5)에서 방사된 전자빔(4)이 편향요크(6)에 의해 형광면(3)의 전체면을 주사하도록 편향되어 섀도우마스크(8)에 형성된 슬릿을 통과하고, 상기 슬릿에 대응하는 형광면(3)의 형광체를 타격하여 발광시킴으로써 화상을 재현하게 된다.

한편, 상기 섀도우마스크(8)는 음극선관 내에서 일정한 곡률을 가지며 적,청,녹 3개의 전자빔(4)이 각각 해당되는 패널(1) 내면의 형광면(3)에 정확하게 도달되도록 하는 색선별 기능을 하며 밝기, 해상도, 랜딩 등의 품질 성능을 좌우하는 중요한 부품이다. 이러한 이유로 섀도우마스크(8)는 공정 중에서 뿐만 아니라 음극선관이 완성된 후에도 그 곡률을 유지하기 위하여 일정한 강도를 계속 유지하여야 한다. 또한, 섀도우마스크(8)의 원재료는 전자총(5)에서 방사된 전자빔(4)의 빛에너지중 약 20%정도만 슬릿을 통과하여 형광면(3)에 랜딩되고 나머지 약 80%는 섀도우마스크(8) 면에 충돌되면서 열에너지로 변환되어 섀도우마스크(8) 부풀음현상(도밍현상)을 발생시키게 된다. 그 결과 정확하게 대응하도록 설정되어 있는 섀도우마스크(8)의 슬릿과 형광체 스트라이프 또는 도트의 위치관계가 어긋나서 생기는 색번짐현상이 발생하여 화질이 저하되는 문제가 생긴다.

이와같은 도밍현상을 해결하기 위해 종래에는 섀도우마스크(8)의 전자빔 조사면에 섀도우마스크(8)를 구성하는 물질보다 전자빔의 반사율이 큰 물질로 이루어진 전자빔 반사피막을 형성하여 도밍량을 저감하려 하였다.

섀도우마스크(8)의 전자빔 조사면에 전자반사피막을 형성함에 있어서는 미국특허 3,562,518에서는 섀도우마스크의 전자빔 조사면에 두께가 20mg/cm²으로 비스무스(Bi₂0₃)와 유리로 전자반사막을 성형하는 것이 제안되었으며, 일본공개특허55-76553에서는 텅스텐(W), 납(Pb), 비스무스를 함유하는 전자반사층을 10㎛정도 도포하여 전자반사층을 형성하는 것이 제안되었으며, 한국공고특허85-1589에서는 1㎛이하의 Bi₂0₃입자를 물유리와 함께 1mg/cm²으로 도포하고 섀도우마스크 구멍부분에는 0.2mg/cm²이하로 도포하는 것이 제안되었다.

그러나 상기와 같이 전자 반사피막을 형성함에 있어 섀도우마스크의 구멍 막힘, 전자반사물질의 충진성, 완벽한 막의 균일성 및 막의 접착력 등에 어려움이 있고 또한 도밍 억제효과가 20∼30%정도밖에 나타나지 않는다.

또한, 한국공개특허97-008278에서는 알루미늄 킬드강(일명 AK재) 재질의 외표면에 니켈(Ni)층을 도금함으로서 열처리를 통한 물질의 확산 현상으로 그 니켈층과 AK강 사이에 철-니켈 합금층을 형성하는 것이 제안되어 있다.

그러나 이는 하기 [표 1]을 참고로 철의 확산계수(D)와 니켈의 확산계수(D)를 다음 [수학식 1]의 확산공식에 대입하여 온도별 확산계수를 살펴보면 [표 2]와 같은 결과를 도출해 낼 수 있다.

막의 원소	기판의 원소	D0(m2/sec)	Q(cal/mol)	E(J/atom)
니켈	니켈	1.77*10-4	67.97*103
니켈	철(면심입방격자)	0.77*10-4	67000	0.465*10-18
철	철(면심입방격자)	0.22*10-4	64000	0.445*10-18
철	철(체심입방격자)	2.0*10-4	57500	0.400*10-18
철	니켈	0.22*10-4	60400

[수학식 1]

여기서, D:확산계수, D₀:비례상수, k:볼쯔만상수(13.8*10^-24J/atm·K), T:절대온도(K), Q:열량(cal/mole), R: 1,987cal/atm·K, E:활성화에너지.

막의원소	기판의원소	온도별 확산계수(m2/sec)
		750℃	800℃	850℃	900℃	950℃
니켈	니켈	5.30E-19	2.50E-18	1.00E-17	3.80E-17	1.20E-16
니켈	철(면심입방격자)	3.80E-19	1.70E-18	7.20E-18	2.50E-17	8.30E-17
철	철(체심입방격자)	1.00E-16	3.80E-16
철	철(면심입방격자)		2.00E-18	7.70E-18	2.60E-17	8.00E-17
철	니켈	2.70E-18	1.00E-17	3.80E-17	1.20E-16	3.50E-16

상기 [표 2]로부터 알 수 있는 내용은 열처리를 하여도 원소들이 확산할 수 있는 거리가 매우 짧기 때문에 저열팽창 특성을 갖는 철-니켈 합금층을 형성하기 위해서는 1000℃이상의 고온에서 10시간 이상 열처리를 행해야 하고, 또 그렇게 열처리 할 경우 섀도우마스크의 미세 결정립이 거대하게 성장하게 되어 성형시 마스크의 변형을 초래하기 때문에 한국특허공개97-008278은 섀도우마스크로서 사용하기 어려운 문제점들이 있다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 마스크의 제작공정시 열팽창율이 적은 물질중 하나인 철-니켈 합금분말을 이용하여 용융분사, 롤러 레벨링, 에칭, 재열처리 등의 단계를 거쳐 피막을 마스크의 전자빔 조사면측에 형성시킴으로서, 섀도우마스크의 구멍막힘과 피막의 균일성 및 충진성, 접착성 등을 향상시키고 그때의 피막이 저열팽창 특성을 지니게끔 하여 마스크의 도밍량을 저감시키도록 하는데 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 칼라음극선관의 개략도.

도 2 는 본 발명에 의한 마스크 피막의 롤링작업 상태도.

도 3 은 니켈함량에 따른 열팽창계수 곡선도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 패널 2 : 펀넬

3 : 형광면 4 : 전자빔

5 : 전자총 6 : 편향요크

7 : 마그네트 8 : 섀도우마스크

9 : 인너쉴드 10 : 프레임

11 : 고정스프링 12 : 스프링

13 : 보강밴드

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 섀도우마스크의 제조방법은 섀도우마스크에 구멍을 뚫기 위한 에칭작업 전 즉, 섀도우마스크의 원재에 열팽창률이 적은 물질인 철-니켈 합금분말을 사용하여 이를 용융분사방식으로 섀도우마스크의 표면에 막을 입히고 난 후 롤링(Rolling)과 재열처리 단계를 거쳐 피막을 완전히 저열팽창률을 가지게끔 막에서 니켈함량을 33∼38%로 조정한다.

상기한 용융분사방식이라 함은 양극과 음극 사이에 날아가는 아크(Arc) 전류에 의해 에너지가 부가되면 순간적으로 수만℃의 온도로 되며 부분적으로 플라즈마(Plasma)화 된다. 이와같이 고온에서 급팽창된 가스는 노즐의 미세구멍을 통해 제트(jet)로 되어 분출된다. 이 속에 분말투입구로 용융분사재료를 투입하면 입자는 순간적으로 용융되어 노즐 밖으로 날아간 후 급냉되면서 피분사체에 충돌, 적층됨으로 피막이 형성되게 되는 방법을 말한다.

본 발명에서는 섀도우마스크에 구멍을 뚫기 위한 에칭작업전 즉, 섀도우마스크의 원재에 도밍저감을 위한 표면처리를 함에 있어서 그 물질은 철-니켈 합금 분말을 사용한다. 이때 철대비 니켈함량을 도 3 에 나타낸 바와같이 저열팽창 특성을 갖도록 하기 위해 30∼50%로 조절하고, 각 분말의 입자 사이즈는 용융분사시 노즐 막힘 현상을 극복하기 위해 10∼150㎛이하의 것을 선택한다. 만일 10㎛이하가 될 경우 용융분사시 노즐 막힘현상이 증가하게 되고 150㎛이상이 되면 노즐 막힘과 용융분사된 피착면의 표면이 거칠어져 에칭하는데 문제점이 발생하게 된다.

이러한 입자들을 도 2 에서와 같이 노즐(24)을 통하여 용융분사 방식으로 두께가 5∼100㎛가 되도록 철-니켈피막(22)을 부착시키는데 두께가 5㎛이하에서는 도밍 저감효과가 거의 나타나지 않고 100㎛이상에서는 그 효과가 종래와 거의 동일하게 나타난다. 그리고 철-니켈피막(22)이 형성된 섀도우마스크의 원재(21)를 바로 에칭하거나, 에칭작업 전에 철-네켈피막(22)을 원하는 두께로 만들기 위하여 롤러(23)를 통해 레벨링(reveling) 작업을 한다. 이렇게 하여 피막이 형성된 섀도우마스크를 에칭 작업을 통해 원하는 형상의 구멍을 형성시킨 후, 일정 온도의 열처리를 통하여 원자의 확산으로 인한 표면에서의 니켈함량이 33∼38wt%가 되어 완벽한 저열팽창 특성을 지닌 피막을 형성시키게 된다. 이때의 열처리 온도는 입자의 확산현상으로 인한 섀도우마스크와 피막 사이의 계면에서 완벽한 합금층을 형성함으로서 우수한 막의 접착력을 가지도록 하기위해 700∼1000℃사이의 온도에서 또한 산화방지를 위해 수소분위기에서 행한다.

상기한 본 발명을 통한 실시예 및 이에 의한 효과를 이하에서 살펴보기로 한다.

먼저 제 1 실시예는 종래 칼라 음극선관의 공정에 사용되고 있는 섀도우마스크의 원재로서 0.1mm의 두께로 되어있는 알루미늄 킬드강(AK재)을 소재로 하고 그 표면에 철-36.5%니켈의 함량으로 구성된 소위 인바분말의 두께가 40㎛가 되도록하여 부착시키게 된다. 이를 바로 에칭작업을 통하여 원하는 간격의 구멍을 뚫은 후 700℃의 수소분위기에서 약 30분간 열처리를 행한다. 이렇게 하여 제조된 섀도우마스크를 먼저 열팽창계수를 측정하여 본 결과 상온에서 100℃사이에서 평균 6∼7E-06/℃로 종래 AK재의 열팽창계수인 12∼13E-06/℃㎛/m℃의 약 50% 정도의 저감효과가 나타났다.

상기 제 1 실시예 결과 도밍 특성은 저열팽창성막이 없는 칼라음극선관과 비교할 때 도밍량이 50% 감소하는 효과를 얻을 수 있으며, 막의 접착력은 매우 양호한 것으로 나타났다.

그리고 제 2 실시예로 종래 칼라음극선관의 공정에 사용되고 있는 섀도우마스크의 원재료로서 0.24mm의 두께로 되어있는 AK재를 그 소재로 하고 그 표면에 철-50%니켈의 함량으로 구성된 분말을 10,000℃의 초고온 상태에서의 용융분사방식을 이용하여 섀도우마스크 원재 표면에 두께가 60㎛가 되도록 하여 부착시킨다. 이를 상온에서 롤러 레벨링을 하는데 이때 롤러사이의 간격이 0.264mm가 되도록 하여 롤러 레벨링을 행하고 다음으로 에칭작업을 통하여 원하는 간격의 구멍을 뚫은후 1000℃의 수소분위기에서 약 60분간 열처리를 행한다. 이렇게 하여 제조된 섀도우마스크에 대하여 먼저 열팽창계수를 측정하여 본 결과 상온으로부터 100℃사이에서 평균 6∼7E-06/℃로 종래 AK재의 열팽창계수인 12∼13E-06/℃의 약 50%정도의 저감 효과가 나타났다.

또한 표면에서의 성분을 분석한 결과 열처리에 따른 원자의 확산현상으로 인해 니켈의 성분이 평균 철성분 대비 40∼45wt%로 나타났으며, 본 제 2 실시예의 결과 역시 제 1 실시예와 마찬가지로 도밍특성은 저열팽창성막이 없는 칼라음극선관과 비교할 때 도밍양이 50% 감소하는 효과를 얻을 수 있었으며, 막의 접착력은 매우 양호한 것으로 나타났다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 섀도우마스크 제조방법은 마스크 원재표면에 저열팽창성 물질인 철-니켈 합금 분말을 용융분사방식을 이용하여 표면처리를 행하고 이를 롤러 레벨링 단계를 거치고 난 후 에칭작업을 행하고 다시 일정온도의 열처리를 행함으로서 마스크 막힘현상을 완전히 해결하고, 또한 섀도우마스크와 피막 사이의 계면에서 완벽한 합금층을 형성함으로 접합성에 있어 막 떨어짐 현상을 없앨수 있게된다. 또한 용융분사방식을 적용하여 피막을 형성함으로 그 막의 충진성면에서도 종래에 비해 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작공정은 알루미늄 킬드강 재질의 마스크의 적어도 일면에 용융분사법을 이용하여 철-니켈 합금층을 형성하는 단계와,

   상기 합금층의 형성후 에칭공정을 통하여 마스크상에 전자빔 통과홀을 형성하는 단계와,

   상기 에칭공정후 마스크를 열처리하는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법.
2. 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작공정은 알루미늄 킬드강 재질의 마스크의 적어도 일면에 용융분사법을 이용하여 철-니켈 합금층을 형성하는 단계와,

   상기 형성된 합금층을 롤러 레벨링시키는 단계와,

   상기 롤러 레벨링 후 마스크를 에칭하고 열처리 시키는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 철-니켈 합금 분말은 철함량에 대비하여 니켈함량을 30∼50wt%로 이룸을 특징으로 하는 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 철-니켈 합금 분말의 입자크기는 10∼150㎛인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 마스크의 에칭작업후 열처리과정시 열처리온도는 700∼1000℃로 수행함을 특징으로 하는 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 철-니켈합금층의 두께는 5∼100㎛로 이룸을 특징으로 하는 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 롤러간의 간격은 섀도우마스크 원재 두께의 110% 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 섀도우마스크의 제작방법.