KR20010106546A - 음극선관용 섀도우마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섀도우마스크의 표면에 제올라이트를 주성분으로 하는 단열막과 산화텅스텐을 주성분으로 하는 전자반사막을 적층하고, 선택적으로 알루미늄을 주성분으로 하는 열전도막을 더 적층하여 도밍저감물질층을 형성함으로써, 도밍저감물질층이 열전자의 전자반사, 열전달 및 단열 역할을 복합적으로 갖기 때문에 섀도우마스크의 열적 변형을 감소하여 도밍 현상을 실질적으로 감소시킴과 아울러 스크린 상의 전자빔의 미스랜딩을 방지하여 음극선관의 색순도를 향상시킬 수 있는 음극선관용 섀도우마스크를 제공한다.

Description

음극선관용 섀도우마스크{Shadow-mask for Cathode Ray Tube}

본 발명은 칼라 음극선관에 관한 것으로, 특히 섀도우마스크의 도밍량을 감소시키기 위하여 그 표면에 단열막과 전자반사막을 형성하거나 단열막, 열전도막 및 전자반사막을 순차적으로 형성하여 각 도막의 복합효과에 의한 도밍(Doming) 현상을 억제하는 음극선관용 섀도우마스크에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관을 도시한 부분 단면도로서, 전방에 위치한 장방형의 패널(10)과, 패널의 후방에 위치한 펀넬(14), 그리고 펀넬의 끝단에서 연장 연결된 네크부(16)로 이루어진 진공용기가 전자의 원활한 비행을 위해 그 내부가 약 10^-7Torr의 고진공으로 유지되어 있다.

상기 패널(10)의 내측 표면에는 각각 적, 녹, 청의 색상으로 발광하는 형광체가 도트 혹은 스트라이프 형태로 도포되어진 형광막(12)이 형성되어져 있다.

전자총(17)에서 방사되어진 전자빔은 전 화면 영역으로 편향시키는 편향요크(18)의 역할에 따라 화면 전체의 색선별 기능을 하는 섀도우마스크(20)를 통과한 후 형광막(12)에 도착하여 화면을 발광시키게 된다.

이와 같이 구성된 칼라 음극선관에 전원이 인가되면 네크부(16)에 삽입된 전자총(17)으로부터 전자빔이 방사되고, 이 전자빔의 약 20는 섀도우마스크(20)의 개공을 통과한 후 형광막(12)을 타격하여 형광체를 발광시키게 된다.

한편, 전자빔의 나머지 80는 섀도우마스크(20)의 면에 충돌하여 온도상승을일으키게 되고, 이에 따라 섀도우마스크(20)는 열팽창이 일어나게 되어 그 면이 부풀어오르는 도밍 현상이 일어나게 된다.

이로 인해서 미스랜딩이 증가하여 색순도가 저하되는 현상을 보이게 되는 것이다.

섀도우마스크(20)의 도밍 현상을 저감하기 위하여 섀도우마스크(20)의 전자빔 조사면에 피복층을 형성하는 여러 방안이 고안되어 시행되고 있다.

미국특허 제3,562,518호에서는 섀도우마스크(20)의 면에 산화 비스무스(Bi₂O₃)와 유리 성분으로 전자막을 형성하는 것이 제안되었고, 일본공개특허 소55-76553호에서는 텅스텐(W), 납(Pb), 비스무스(Bi) 등을 함유하는 전자반사층을 10㎛ 두께로 형성하는 것이 제안되었으나, 그 예에서는 다음과 같은 문제점이 노출되었다.

또한, 미국특허 제3,562,518호에서는 전자반사 효과는 있지만 5㎎/㎠ 이상 스프레이 도포할 경우에는 섀도우마스크(20)에 구성해 높은 홀의 막힘 현상이 발생하여 다량의 불량이 발생하며, 한국특허공개 제97-63326호에서는 텅스텐(W), 비스무스(Bi) 등을 함유하는 전자반사재를 30∼60중량가량 사용하여 인쇄 방식을 이용하여 일정한 두께로 막을 형성하여 도밍 현상을 억제하고 있다.

그러나, 이와 같은 방식은 10㎛ 두께로 형성하면 전자반사 효과가 있으나 2∼3㎛ 정도로 얇게 도포하면 전자반사 효율이 약해 도밍저하 효과는 미약해 진다.

또한, 텅스텐을 이용하여 증착하거나 막을 형성하는 방안이 있으나, 섀도우마스크의 열처리하는 동안에 열처리 또는 프린트씰링 공정의 온도가 450∼500℃이기 때문에 텅스텐이 산화텅스텐(WO₃)으로 변화되어 막의 박리 현상이 발생하기도 한다.

전자반사막을 형성하는 방법은 통상적으로 전자반사물질, 바인더, 적당량의 알코올류 비이클 등을 이용, 슬러리화하여 스프레이 분사를 하거나 또는 고점성을 갖도록 점착물질을 제작하여 인쇄 방식으로 도포막을 형성하여 도막을 구성하기도 한다.

그러나, 이와 같이 산화텅스텐(WO₃), 비스무스(Bi) 등을 이용하여 제작한 도포막은 전자반사 효과에 한계가 있어 원하는 도밍 저감을 이룰 수 없다는 단점을 안고 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전자총에서 방사되는 열전자의 도밍 현상을 저감시키기 위하여 섀도우마스크의 표면에 단열효과를 위한 단열막과 열전도재인 알루미늄막 및 전자의 반사효과를 위한 전자반사막을 적어도 2개 이상 선별하여 적층함으로써, 섀도우마스크에 전달되는 열을 보다 효과적으로 차단하여 칼라 음극선관의 동작시 섀도우마스크가 부풀어오르는 도밍(Doming) 현상을 억제할 수 있는 음극선관용 섀도우마스크를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 섀도우마스크를 포함하는 음극선관에 있어서, 상기 섀도우마스크의 표면에 제올라이트와 산화텅스텐을 포함하는 단열 기능 및 전자반사 기능을 하는 코팅층을 형성하며, 바람직하게는 상기 단열 기능의 코팅층은 제올라이트를 주성분으로 하는 단열막이고, 전자반사 기능의 코팅층은 산화텅스텐을 주성분으로 하는 전자반사막인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 섀도우마스크의 표면에 알루미늄을 주성분으로 하는 열전도막을 더 형성한 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 음극선관의 단면을 나타낸 측면도이고,

도 2는 일반적인 섀도우마스크의 구조를 나타낸 도면이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 섀도우마스크의 코팅 구조를 나타낸 도면이고,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 섀도우마스크의 코팅 구조를 나타낸 도면이고,

도 5는 본 발명에 적용한 스크린 인쇄 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명의 도밍양 측정 위치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 섀도우마스크 21: 단열막

22: 열전도막(알루미늄) 23: 전자반사막

21,22,23: 도밍저감물질층

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 2는 일반적인 섀도우마스크의 구조를 도시한 것으로, 전자빔 통과홀이 형성된 유효면(20-1)과 홀이 형성되어 있지 않은 비유효면(20-2)으로 이루어져 있고, 통상적으로 도밍(Doming) 방지를 위해 섀도우마스크(20)의 유효면(20-1)에 도밍저감물질을 형성한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 섀도우마스크의 형성 구조를 보인 것으로, 섀도우마스크(20)의 표면에 단열효과를 위한 단열막(21)을 형성하고, 상기 단열막(21)의 상부에 전자의 반사효과를 위한 전자반사막(23)을 형성한 것을 도시하였다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 섀도우마스크의 형성 구조를 보인 것으로, 섀도우마스크(20)의 표면에 단열효과를 위한 단열막(21)을 형성하고, 상기 단열막(21)의 상부에 열전도재인 알루미늄막(22)을 형성하고, 상기 알루미늄막(22)의 상부에 전자의 반사효과를 위한 전자반사막(23)을 순차적으로 형성한 것을 도시하였다.

아울러, 본 발명에 의한 단열막(21), 알루미늄막(22), 전자반사막(23)은 섀도우마스크(20)의 유효면(20-1)에만 형성할 수도 있지만, 비유효면(20-2)까지 확장하여 형성하면 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 섀도우마스크(20)는 음극선관의 동작시 전자빔의 충돌에 의한 섀도우마스크(20)의 표면 온도가 증가하는 것을 방지하며, 표면에서 발생하는 열이 차단되도록 하기 위하여 섀도우마스크(20)의 표면에 단열 효과가 우수한 소재인 제올라이트(Zeolite)를 이용하여 단열막(21)을 구성하고 그 상부에 재차 전자반사막(23)을 형성하여 음극선관 동작시 섀도우마스크(20)의 표면온도가 상승하는 것을 근본적으로 차단하는 도 3과 같은 구조로 구성되어 있다.

여기에서, 단열막(21)을 위해 사용하는 인쇄용 잉크는 용제와 바인더를 포함하는 비이클, 프릿 글라스(Frit Glass) 및 단열재 분말로 구성되는 데, 단열재 분말로는 미세한 다공성이 있는 제올라이트 분말을 사용하며, 전자반사막(23)을 형성하기 위한 인쇄용 잉크는 용제와 바인더를 포함하는 비이클, 프릿 글라스 및 전자반사재로 구성되며, 전자반사재로서는 기존의 산화 텅스텐(WO₃) 분말을 이용한다.

이와 같은 방법으로 단열막(21)과 전자반사막(23) 사이에 열전도재인 알루미늄막(22)을 10 내지 50Å 두께로 증착하여 도 4와 같이 구성할 수도 있다.

상기 단열막(21)을 형성하기 위한 인쇄용 잉크의 구성 성분 중 단열재는 대략 40 내지 60중량를 사용하고, 프릿 글라스는 5 내지 20중량를 사용하며, 비이클은 20 내지 55중량를 사용한다. 그리고, 상기 전자반사막(23)을 형성하기 위한 인쇄용 잉크의 구성 성분 중 전자반사재는 대략 40 내지 60중량를 사용하고, 프릿 글라스는 5 내지 20중량를 사용하며, 비이클은 20 내지 55중량를 사용한다.

상기 단열재와 프릿글라스 및 비이클로 이루어진 혼합물질을 제조하여 소둔 공정이 완료된 섀도우마스크(20)에 인쇄방식으로 10 내지 30㎛의 두께로 단열막(21)을 형성한 후 80 내지 100℃ 온도에서 건조하고, 전자반사재와 플릿 글라스 및 비이클로 이루어진 혼합물질을 단열막(21)의 상부에 재차 인쇄 방식으로 10 내지 30㎛의 두께로 전자반사막(23)을 형성한 후 건조하여 흑화 공정을 통해 섀도우마스크(20)를 제조하였다.

한편, 저융점 프릿 글라스는 대략 500 내지 600℃에서 열처리하여 완전 유리화하며, 전자반사재 및 세라믹 재료가 흐트러지지 않게 서로를 결합해 주고 더 나아가서 이들을 섀도우마스크 상에 견고하게 부착하는 역할을 하며, 비이클은 인쇄공정시 원활한 인쇄공정이 진행되도록 인쇄 조성물인 잉크의 점도, 농도를 조절하는 역할을 하는 물질로서 점착성 부여제, 결합제 및 용제로 이루어져 있다.

상기 비이클의 점착성 부여제는 피막 상호간에 밀착성을 좋게 하기 위하여 첨가되는 물질로서, 실리콘계통 및 광유 등이 사용되며, 결합제로서는 에틸셀룰로오즈, 아크릴수지, 에폭시수지 등이 사용된다.

상기와 같은 방법으로 제조한 도밍저감물질, 즉 페이스트(21, 23)를 도 5의 스크린 인쇄 공정을 이용하여 섀도우마스크(20)에 각각 프린팅하는 데, 도 5에서보듯이 사각형의 프레임(31)에 튼튼하게 고정된 스크린 메쉬(33; Mesh)에 인쇄용 조성물로 구성된 페이스트(21, 23)를 스크래퍼(35)를 이용하여 골고루 도포하고 난 후, 인쇄기판(37) 상부에 인쇄하고자 하는 섀도우마스크(20)를 올려놓은 다음, 스퀴지(39)로 균일한 압력을 가하면서 페이스트(21, 23)를 이동시켜 원하는 형태로 인쇄한다.

이와 같은 방식을 이용할 경우에 종래 기술의 일종인 스프레이 코팅법을 적용하는 경우보다 두껍고, 전체적으로 균일한 막 두께를 갖는 도밍저감막의 구성이 가능하다.

즉, 본 발명은 이와 같은 스크린 인쇄를 이용하여 피막의 두께 조절이 자유롭고, 섀도우마스크(20)에 도밍억제물질을 도포하여 도밍 현상을 저감시키고 있다.

아울러, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 도밍저감물질(21∼23)의 두께가 수십 ㎛이상, 바람직하게는 20 내지 60㎛정도의 두꺼운 피막을 형성해야 효과가 있으며, 섀도우마스크의 홀을 막아 전자빔의 직진에 방해가 없도록 인쇄방식으로 피막을 형성한 후 건조, 소성하는 과정으로 완성하였으며, 단열막(21)과 전자반사막(23) 사이의 알루미늄막(22)의 경우에는 증착 방식으로 형성하였다.

전자반사막 인쇄용 잉크는 기존의 경우 산화텅스텐 분말이 거의 60 내지 70중량정도의 비율로 사용하였으며, 그 효과 또한 막을 도포하기 전의 칼라 음극선관에 비해 도밍억제 능력이 30 내지 35정도밖에 안되기 때문에 추가적으로 도밍억제 효과를 향상시키는 방법이 필요로 하게 된다.

본 발명에서는 섀도우마스크 표면에서 발생하는 열을 효과적으로 차단하기위하여 섀도우마스크(20)의 표면에 제올라이트 분말과 저융점 프릿 글라스 및 비이클을 혼합하여 제작한 잉크를 이용하여 인쇄 방식으로 형성하고 건조 후 약 500 내지 600℃에서 가열하여 융착 고정하고 완성한다.

이때, 섀도우마스크(20)의 홀이 막히지 않도록 잉크의 점성을 조절해야 한다.

단열재로 사용한 제올라이트는 점토광물로서 수십 Å의 미세한 세공이 있어 흡습제나 효소의 담체, 단열재로서 폭넓게 사용되며, 본 발명에서는 전자의 충돌에 의해 발생한 열이 섀도우마스크(20)에 전달되는 것을 방지하는 역할을 한다.

섀도우마스크(20)의 최외각 표면은 전자총에서 방사되는 열전자가 섀도우마스크(20)의 표면에 부딪힐 때 전자를 반사하는 효과가 큰 전자반사재료로서, 비스무스(Bi), 텅스텐(W) 및 그 산화물(Bi₂O₃, WO₃)이 있으며, 이러한 산화물은 전자빔의 반사효율(0.45∼0.50)이 큰 재질로서, 섀도우마스크(20)에 입사된 전자빔의 흡수량을 감소시켜 섀도우마스크(20)가 부풀어오르는 도밍량을 감소시킨다.

또한, 비스무스, 텅스텐 등의 산화물은 열방사율이 높은 재질로서, 산화텅스텐은 열방사율 ε＝0.9이고, 비스무스는 열방사율이 ε＝0.85로서 열방사율이 우수한 재질이다.

또한, 단열막(21)과 전자반사막(23) 사이에 증착 설치하는 알루미늄막(22)은 열전도율이 높은 재질로서 전자반사막(23)에서 전달되는 열을 알루미늄막(23)에서 효과적으로 열을 차단하며 섀도우마스크(20)와 용접 지지하는 프레임(19)쪽으로 열을 전달시키는 역할을 하며, 그 일부 열은 단열막(21)에서 다시 차단한다.

본 발명에 사용되는 인쇄용 잉크의 제작 방법은 비이클과 프릿 글라스에 해당하는 유리원료, 전자반사재 또는 단열재를 롤-밀(Roll-mill)에 함께 투입하여 디스퍼서(Disperser) 등의 기구를 이용하여 2시간 이상 균일 혼합하여 제작하였다.

이때, 점도를 일정하게 조절하기 위하여 비이클의 선택과 첨가량이 중요하다.

본 발명에 따른 도밍 저감 효과를 나타내기 위하여 21" 칼라 음극선관의 섀도우마스크의 표면에 적용하여 그 도밍양을 측정한 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

그리고, 도 6은 섀도우마스크상의 도밍측정 지점을 표시한 도면으로서, 전체 화면의 X축으로 1/8되는 지점(A지점)과, 1/16되는 지점(B지점)에서 각각 측정하였다.

실 험 예	도 밍 양[㎛]
비 교 예	A지점	40∼55
	B지점	35∼45
실 시 예 1	A지점	31∼38
	B지점	25∼32
실 시 예 2	A지점	30∼37
	B지점	26∼31

☞ 비교예는 종래기술에 의한 도밍저감물질인 전자반사재료(WO₃), 고열전달재료(AlN), 열방사재료(MnO) 또는 그 혼합물(WO₃+MnO, WO₃+AlN)의 선택적 코팅시 측정한 도밍량이고, 실시예 1은 전자반사막과 단열막을 각각 형성한 후 측정한 도밍량이고, 실시예 2는 전자반사막과 알루미늄막 및 단열막을 각각 형성한 후 측정한 도밍량임.

상기 표 1과 같이 도밍저감물질로 전자반사재료, 고열전달재료 및 열방사재료를 택일적으로 사용하여 제작한 코팅액을 섀도우마스크(20)의 표면에 코팅한 시료(비교예)와, 본 발명에 의한 단열막(21) 및 전자반사막(23)을 각기 코팅한 시료(실시예 1)와, 단열막(21)과 알루미늄막(22) 및 전자반사막(23)을 각기 코팅한 시료(실시예 2)를 각각 제작하여 그 도밍량을 측정해 본 결과, 본 발명에 의한 코팅 방법이 보다 우수한 것임을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 섀도우마스크(20)의 표면에 제올라이트와 산화텅스텐을 포함하는 단열 기능 및 전자반사 기능을 하는 코팅층(21, 23)을 형성하며, 선택적으로 섀도우마스크(20)의 표면에 알루미늄을 주성분으로 하는 열전도막(22)을 더 형성하여 도밍량을 감소시킨다.

따라서, 본 발명에서는 섀도우마스크의 표면에 단열효과를 위한 단열막과 전자의 반사효과를 위한 전자반사막을 적층하고, 선택적으로 알루미늄을 주성분으로 하는 열전도막을 더 적층함으로써, 도밍저감물질층이 열전자의 전자반사, 열전달 및 단열 역할을 복합적으로 갖기 때문에 섀도우마스크의 열적 변형을 감소하여 도밍 현상을 실질적으로 감소시킴과 아울러 스크린 상의 전자빔의 미스랜딩을 방지하여 음극선관의 색순도를 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 섀도우마스크를 포함하는 음극선관에 있어서,

   상기 섀도우마스크의 표면에 제올라이트와 산화텅스텐을 포함하는 단열 기능 및 전자반사 기능을 하는 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 섀도우마스크의 표면에 제올라이트를 주성분으로 하는 단열막과, 산화 텅스텐을 주성분으로 하는 전자반사막을 형성한 것을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우마스크.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 단열막은,

   40 내지 60중량의 제올라이트, 5 내지 20중량의 프릿 글라스 및 20 내지 55중량의 비이클을 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우마스크.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전자반사막은,

   40 내지 60중량의 산화 텅스텐, 5 내지 20중량의 프릿 글라스 및 20 내지 55중량의 비이클을 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우마스크.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 코팅층은 인쇄 방식으로 형성한 것을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우마스크.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 섀도우마스크의 표면에 열전도재로 형성된 열전도막을 더 형성한 것을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우마스크.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 열전도막은 알루미늄을 주성분으로 하여 형성한 것을 특징으로 하는 음극선관용 섀도우마스크.