KR20030018464A - 개선된 댐퍼를 가지는 컬러 음극선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컬러 음극선관에 관한 것으로, 특히 외부 진동에 의한 화면의 떨림현상을 방지하는 댐퍼를 가지는 컬러 음극선관에 관한 것이다.

본 발명의 기술적 수단은 새도우마스크의 진동을 방지하는 댐퍼를 포함하는 컬러 음극선관에 있어서, 상기 새도우마스크는 전자빔 통과공이 형성되어 있는 유효면과 상기 유효면을 둘러싸는 비유효면으로 구분되며; 상기 댐퍼는 새도우마스크의 장변측 비유효면에 고정되는 기저부와, 상기 기저부에 연결되어 진동을 흡수하는 빗살형상으로 된 흡진부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 온도에 따라 고유진동수가 거의 변하지 않는 새도우마스크 시스템에 빗살형상으로 된 흡진부(외팔보)를 가지는 다중 동흡진기를 적용함으로써 각 지점에서의 새도우마스크의 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다. 또한 본 발명의 다중 동흡진기의 흡진부(외팔보) 형상을 변형시킴으로써 쉽게 마찰 및 충돌 댐핑력을 부가할 수 있고, 이를 통해 새도우마스크의 진동저감효과를 향상시킬 수 있다.

Description

개선된 댐퍼를 가지는 컬러 음극선관 {A Color Cathode-Ray-Tube Containing The Improved Damper}

본 발명은 컬러 음극선관에 관한 것으로, 특히 외부 진동에 의한 화면의 떨림현상을 방지하는 댐퍼를 가지는 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 메인프레임(7) 및 서브프레임(12)과 스프링(8), 음극선관이 외부 지자기의 영향을 적게 받도록 차폐하는 이너쉴드(9)와, 상기 패널의 측면부 둘레에 설치되어 외부 충격을 방지하는보강밴드(11)와, 외부 진동에 의한 화면의 떨림 현상을 방지하는 댐퍼선(13)과 상기 댐퍼선을 고정 지지하는 댐퍼스프링(14)으로 구성된다.

미설명부호 5는 편향요크이고, 10은 마그네트이다.

종래의 컬러 음극선관의 새도우마스크는 다수의 슬롯이 소정의 피치를 가지거나 슬롯간에 브릿지가 형성되어 있다. 또한 음극선관은 도 2a와 같이 대향하는 메인프레임(7)과 상기 메인프레임 양단에 용접, 지지되는 서브프레임(12)으로 구성된 금속 프레임을 가지며, 상기 메인프레임(7) 사이에 장력이 인가된 상태로 새도우마스크(3)가 용접된다. 그러나, 종래의 새도우마스크(3)는 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(13)을 3개정도 설치하는데, 상기 댐퍼선(13)을 새도우마스크(3)에 설치하기 위해서는 댐퍼스프링(14)이라고 하는 탄성 지지편이 필요하다. 상기 댐퍼스프링(14)을 이용하여 댐퍼선(13)에 장력을 인가하면 상기 댐퍼선(13)이 새도우마스크(3)에 압착되어 새도우마스크(3)의 떨림현상을 방지한다.

그러나 댐퍼선의 경우 직경이 30㎛ 내외로 매우 가늘기 때문에 작업 중에 끊어질 위험이 매우 크다. 또한 음극선관이 제품으로 출시된 후 소비자가 사용하는 중에 끊어지는 경우도 있는데, 이 경우 음극선관 내부가 진공상태이므로 끊어진 댐퍼선이 음극선관 내부에서 움직이게 되고, 이 그림자가 화면에 비치게 되어 불량이발생하는데, 이것은 수리가 전혀 불가능하다. 또한 제조공정 중 미세한 댐퍼선을 다루기 위한 고가의 정밀한 장비가 사용되므로 비용을 상승시키는 요인이 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 새도우마스크에 동흡진기를 적용할 수 있다. 상기 동흡진기의 원리를 설명하면 다음과 같다. 도 3a는 동흡진기를 1자유도계 시스템에 적용한 예이다. 진동을 감소시켜야 하는 목표 시스템은 질량1(m₁)과 스프링1(k₁)로 구성된 시스템1이다. 외부에서 주파수 w로 가진되는 힘이 시스템1로 전달되면 시스템1에 주파수 w인 진동이 발생하게 되는데, 이때 시스템1의 진동을 감소시키기 위해 주파수 w를 고유진동수로 가지는 시스템 2를 시스템1에 설치하는 것이다. 이렇게 하면 가진되더라도 시스템1의 진동이 시스템2로 전달되어 시스템1은 진동하지 않고 시스템2가 진동하게 되므로 시스템1의 진동을 저감시키는 효과를 얻을 수 있다. 상기에서 진동을 저감시키기 위해 부착된 시스템2를 동흡진기라고 하는데, 이것은 기계 시스템에서 널리 활용되는 방진(防振)기술이다.

상기 동흡진기는 시스템2의 고유진동수를 가진주파수와 얼마나 잘 튜닝(Tuning)시키느냐 하는 것이 중요하다. 가진주파수와 시스템2의 주파수의 튜닝이 잘 이루어지지 않으면 진동저감효과가 전혀 없을 뿐만 아니라 오히려 시스템1의 고유진동수만 증가시키게 된다.

상기와 같은 동흡진기의 단점을 보완할 수 있는 방법이 동흡진기(시스템2)에 댐핑을 추가하는 방법이다. 도3a와 같이 적절히 설계된 댐핑 c2를 시스템2에 설치하면 튜닝이 약간 잘못되더라도 진동저감효과를 얻을 수 있다.

도 3은 미국특허 4827179의 동흡진기를 나타낸 것으로, 상기에서 상술한 1자유도 동흡진기를 다(多)자유도 시스템인 새도우마스크에 적용한 것이다. 상기 특허는 제품 동작시 화면의 온도에 따라 마스크의 고유진동수가 변하는 시스템에 다중 동흡진기를 적용한 것으로 온도에 따라 변하는 마스크의 첫 번째 고유진동수만을 목표로 설계하였다. 종래에는 동흡진기를 적용하여도 어떤 온도에서 튜닝이 잘 되면 진동이 감소하지만 어떤 온도에서는 새도우마스크의 첫 번째 고유진동수와 일치하는 외팔보가 없어서 진동저감효과가 급격히 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서 미국특허 4827179는 동흡진기에 댐핑을 추가하여 미스튜닝(Mis-tuning) 문제를 극복하고자 한 것이다. 그런데 새도우마스크의 첫 번째 고유진동수는 화면 온도에 따라 100㎐이상 변하므로 상기 다중 동흡진기가 이러한 주파수 변화를 커버할 수 없다.

또한 미국특허 4827179는 다중 동흡진기의 외팔보 길이 변화를 이용하여 고유진동수를 튜닝하는데, 상기 튜닝된 외팔보들은 부가적인 강체인 브라킷에 부착하고 상기 강체 브라킷을 다시 새도우마스크 비유효면에 부착시키는 제작 방법을 사용하고 있다. 그러나 상기와 같은 방법은 복수의 외팔보를 각각 강체 브라킷에 부착해야 하므로 그 작업 공정수가 늘어나서 제작에 어려움이 따른다. 게다가 상기 특허의 다중 동흡진기는 새도우마스크에 존재하는 각 고유진동수에 맞는 외팔보를 부착하는 형태로 구성되는데, 이때 새도우마스크와 외팔보의 연결부분에 강체 브라킷이 있어서 진동 에너지 전달이 원활히 이루어지지 못하게 되어 그만큼 진동감소효과가 떨어지게 된다.

또한 미국특허 4827179는 외팔보가 새도우마스크면에 수직으로 부착되어 있기 때문에 마찰이나 충돌에 의한 댐핑력을 부가하기 위해서는 도 5와 같이 부수적인 댐핑 부가장치를 장착할 수밖에 없다. 예를 들어 도 5a는 고리가 달린 쇠줄을 이용하여 댐핑을 부가한 것인데, 상기와 같은 방법은 제작비용이 높을 뿐만 아니라 음극선관의 충격시험에서 불량이 발생하므로 양산이 불가능하다.

따라서 본 발명은 온도에 따라 고유진동수가 거의 변하지 않는 새도우마스크 시스템에 다중 동흡진기를 적용하고 댐핑을 부가함으로써 설계오차 및 제품 산포로 인한 미스튜닝(Mis-tuning)을 해결하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 컬러 음극선관의 단면도,

도 2a 내지 도 2b는 새도우마스크 어셈블리를 나타내는 도,

도 3a는 1자유도계시스템에 동흡진기를 적용한 것을 나타낸 도,

도 3b는 도 3a의 효과를 나타낸 도,

도 4는 종래의 다중 동흡진기의 구조를 나타내는 도,

도 5a 내지 도 5d는 종래의 동흡진기에 댐핑을 부가한 형상을 나타내는 도,

도 6은 본 발명의 다중 동흡진기의 구조를 나타내는 도,

도 7은 본 발명의 다중 동흡진기의 장착 형태를 나타내는 도,

도 8은 새도우마스크의 고유진동수 분포를 나타내는 도,

도 9는 본 발명의 실시 예를 나타내는 도,

도 10은 본 발명의 다중 동흡진기의 진동 모드 형상을 나타낸 도,

도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다중 동흡진기에 댐핑력을 부가한 형태를 나타낸 도 및

도 12는 본 발명의 진동감쇠효과를 검증하기 위한 실험장치이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 패널 2 : 펀넬 3 : 새도우마스크

4 : 형광면 7 : 메인프레임 12 : 서브프레임

13 : 댐퍼선 14 : 댐퍼스프링 16 : 다중동흡진기

17 : 흡진부 18 : 기저부19 : 흡진부 끝단

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 연결된 펀넬과, 상기 패널 내면의 형광체 스크린에 대해 일정 간격을 두고 배치되어 색 선별 역할을 하는 새도우마스크와, 상기 새도우마스크를 고정 지지하는 메인프레임과, 상기 메인프레임을 지지하는 서브프레임과, 상기 새도우마스크의 진동을 방지하는 댐퍼를 포함하는 컬러 음극선관에 있어서, 상기 새도우마스크는 전자빔 통과공이 형성되어 있는 유효면과 상기 유효면을 둘러싸는 비유효면으로 구분되며; 상기 댐퍼는 새도우마스크의 비유효면에 고정되는 기저부와, 상기 기저부에 연결되어 진동을 흡수하는 빗살형상으로 된 흡진부로구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 다중 동흡진기(16)의 구조를 나타낸 것이다. 본 발명의 다중 동흡진기는 크게 기저부(18)와 흡진부(17)의 두 부분으로 나뉜다. 상기 기저부(18)는 새도우마스크의 비유효면에 스크린을 향해 고정되고, 흡진부(17)는 빗살 형상으로 된 외팔보가 상기 기저부(18)에 연결되어 새도우마스크 외측으로 향하고 다시 메인프레임의 측면을 따라 꺾인 형태로 부착되며, 상기 외팔보의 끝단은 네크측을 향한다. 상기 흡진부는 각 외팔보가 부착되는 지점의 새도우마스크의 고유진동수에 맞게 길이와 폭이 결정되고, 상기 기저부(18)의 폭은 새도우마스크의 비유효면 폭에 의해 결정된다.

상기 새도우마스크의 비유효면에 부착되는 기저부(18)는 빗살형상으로 된 외팔보로 이루어진 흡진부(17)와 일체형으로 프레스 성형이나 판금으로 제작된다. 또한 상기 기저부(18)는 흡진부(17)의 외팔보와 같은 재료를 사용하여 동흡진기의 진동이 새도우마스크로 잘 전달되도록 한다.

상기 기저부(18)는 용접을 통해 새도우마스크에 부착되는데, 용접시 흡진부(외팔보)의 시작점이 메인프레임 상에 있지 않도록 주의하여야 한다. 흡진부의 시작점이 메인프레임 상에 있으면 다중 동흡진기의 흡진부가 진동을 할 때 그 진동이 메인프레임으로 인해 저감될 수 있기 때문이다.

도 7은 본 발명의 다중 동흡진기(16)가 새도우마스크(3)에 결합된 모습을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 진동 저감을 원하는 새도우마스크의 가로축상의 위치에 본 발명의 다중 동흡진기(16)를 부착한다. 진동저감효과를 높이기 위해서는 새도우마스크의 상단 및 하단의 가로축 상에 모두 부착하는 것이 좋으나, 이 경우 제작비용 및 작업시간이 증가하므로 상단 또는 하단의 일단에만 적용하는 것이 제작측면에서 유리하다. 이때 흡진부(17)의 질량을 새도우마스크 질량의 10~20% 정도로 하면 일단에만 적용해도 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다중 동흡진기의 설계는 유한 요소법을 이용한다. 먼저 새도우마스크의 수평축상의 각 지점별 고유진동수의 분포를 파악한다. 텐션타입 새도우마스크의 경우는 도 8과 같이 V자 형태의 분포를 나타낸다. 그런 다음 상기 고유진동수의 분포를 바탕으로 다중 동흡진기를 적용할 영역을 선택한다. 이론적으로 새도우마스크의 전체 진동을 감소시키는 것이 좋지만 제작공정 및 비용을 고려하여 진동이 가장 심한 영역을 선택한다.

본 발명에서는 새도우마스크 수평축의 정 중앙(x=0)을 중심으로 양쪽으로 100~250㎜까지 150㎜길이의 구간에 적용하여 설계하였다. 도 9는 상기 적용구간에서의 새도우마스크 고유진동수에 따라 설계된 다중 동흡진기를 나타낸 것이다. 상기 도면에서 좌측의 첫 번째 흡진부(17a)가 새도우마스크 중앙에서 100㎜지점에 해당되는 것으로 고유진동수는 161㎐이고, 우측의 마지막 흡진부(17b)가 중앙에서 250㎜지점에 해당되는 것으로 고유진동수는 208㎐가 되도록 흡진부의 길이 및 폭이 설계되었다. 이때 흡진부의 고유진동수는 각 흡진부에 대응되는 새도우마스크의 고유진동수와 10%이하의 오차를 가지도록 한다. 상기 오차가 10%이상이 되면 새도우마스크 진동시 고유진동수가 일치하지 않아서 진동감쇠효과가 없다.

상기 각 흡진부의 진동모드형상을 도 10에 나타내었다. 도시된 바와 같이 각 흡진부의 고유진동수에 해당하는 새도우마스크 진동이 발생하면 그에 해당하는 흡진부만 진동을 하여 새도우마스크의 진동을 저감시키는 역할을 하게 된다. 특히 흡진부의 진동은 새도우마스크의 진동과 주파수는 같고 위상이 반대이므로 새도우마스크의 진동을 크게 억제할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다중 동흡진기(16)에 댐핑을 부가한 것이다. 본 발명의 동흡진기가 새도우마스크의 고유진동수를 잘 튜닝하더라도 제품의 산포나 제작과정에서 튜닝 정도가 떨어질 수 있으므로 이를 위해 댐핑을 부가팔 필요가 있다. 본 발명의 다중 동흡진기에 댐핑을 부가하기 위해서는 흡진부의 꺾인 각도를 조절한다. 도 11a는 댐핑을 부가하기 전의 모습을 나타낸 것이고, 도 11b는 흡진부의 끝단(19)과 메인프레임의 간격을 좁혀서 충돌 댐핑의 효과를 부여한 것이다. 이 경우 새도우마스크에 진동이 발생하면 이 진동이 동흡진기의 흡진부(18)로 전달되고 상기 흡진부 끝단(19)과 메인프레임(13)이 충돌하게 된다. 그런데 두 물체가 충돌할 경우 충돌하기 위해 접근하는 속도보다 충돌 후 멀어지는 속도가 작으므로 진동이 감소하게 되어 댐핑력을 얻을 수 있는 것이다. 또한 도 11c는 마찰 댐핑효과를 나타낸 것으로, 외팔보의 끝단 면이 프레임 면과 접촉하도록 함으로써 동흡진기의 흡진부(17)가 진동할 때 메인프레임(13)과 흡진부(17)가 마찰을 일으켜서 댐핑력을 얻을 수 있다. 상기와 같이 다중 동흡진기에 댐핑을 부가함으로써 어느 정도의 미스튜닝을 보완하는 효과가 있다.

본 발명의 효과를 검증하기 위해 진공 챔버 내에 도 7과 같은 새도우마스크조립체를 장착하고 진동평가 장비를 이용하여 실험을 하였다. 도 12는 상기 실험에 사용한 진동평가 장비를 나타낸 것이다. 먼저 새도우마스크를 진공상태의 음극선관 내부와 같은 진공 챔버 내에 설치하고 패널에 해당하는 유리를 가진한 다음, 진공 챔버 외부에서 레이저 도플러 센서를 이용하여 새도우마스크의 진동 변화를 측정하였다. 이때 가진하는 신호는 새도우마스크의 각 영역에 맞는 고유진동수를 갖는 사인파 신호를 사용하였다.

하기 표 1~표 4는 상기 실험 결과를 나타낸 것이다.

[표 1] [단위:㎐]

Point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
고유진동수	150.2	152.5	155.0	164.9	172.0	175.6	187.0	195.0	206.5	213.5	213.5
진동주파수	126.50	95.85	45.98	112.00	94.65	68.35	26.75	25.68	42.73	30.75	36.15

[표 2]

Point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
고유진동수[㎐]	150.1	152.5	155.1	164.6	171.9	175.6	187.0	195.0	206.4	213.4	213.4
진동주파수[㎐]	101.00	61.00	31.90	51.35	54.60	89.90	26.05	22.10	35.40	19.55	29.40
감소율[%]	20.2	36.4	30.6	54.2	42.3	-31.5	2.6	13.9	19.5	36.4	18.7
평균감소율	22.1%

[표 3]

Point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
고유진동수[㎐]	150.2	152.5	155.0	164.9	172.0	175.6	187.0	195.0	206.5	213.5	213.5
진동주파수[㎐]	89.45	75.95	26.30	68.75	46.65	41.90	16.60	11.35	36.15	25.25	32.45
감소율[%]	29.3	20.8	42.8	38.6	50.7	38.7	37.9	55.8	15.4	17.9	10.2
평균감소율	32.6%

[표 4]

Point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
고유진동수[㎐]	150.2	152.5	155.0	164.9	172.0	175.6	187.0	195.0	206.5	213.5	213.5
진동주파수[㎐]	91.15	24.90	18.35	89.65	54.15	42.50	19.95	15.65	22.85	15.85	22.35
감소율[%]	27.9	74.0	60.1	20.0	42.8	37.8	25.4	39.0	46.5	48.5	38.2
평균감소율	41.8%

상기 표에서 포인트(Point)1은 새도우마스크 중앙에 가까운 위치이고, 포인트 11은 새도우마스크 끝단쪽을 나타낸다. 먼저 표 1은 댐퍼가 없이 새도우마스크만 있을 때의 위치별, 고유진동수별 진동량을 나타낸 것이고, 표 2는 댐핑이 추가되지 않은 본 발명의 다중 동흡진기를 적용한 경우를 나타낸다. 상기 표 1과 표 2를 비교로 알 수 있듯이 본 발명의 다중 동흡진기를 적용했을 때 평균 22%정도의 진동감쇠효과를 얻을 수 있었다. 그런데 표 2의 경우 위치별 진동감소율의 차이가 크게 나타났으며, 이를 보완하기 위해 마찰 댐핑력을 추가하였고 그 결과는 표 3과 같다. 이 경우 평균 진동감쇠율이 33%정도로 표 2의 다중 동흡진기만 적용했을 경우에 비해 11%정도 상승 효과를 얻을 수 있었다. 또한 표 4에서 충돌 댐핑을 부가함으로써 약 42%의 진동감쇠효과를 얻을 수 있었다. 이와 같이 본 발명의 다중 동흡진기에 마찰 및 충돌 댐핑을 부가할 경우 전체적으로 높은 진동저감효과를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 온도에 따라 고유진동수가 거의 변하지 않는 새도우마스크 시스템에 빗살형상의 흡진부를 가지는 다중 동흡진기를 적용함으로써 각 지점에서의 새도우마스크의 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다. 또한 본 발명의 다중 동흡진기의 흡진부 형상을 변형시킴으로써 쉽게 마찰 및 충돌 댐핑력을 부가할 수 있고, 이를 통해 새도우마스크의 진동저감효과를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 다중 동흡진기는 종래 기술과 달리 일체형으로 형성함으로써 제작성이 우수할 뿐 아니라, 유연한 기저부로 구성되어 새도우마스크의 저감효율을 높일 수 있고, 종래의 스틸와이어 등과 같은 별도의 댐핑 부가장치 없이도 충돌 및 댐핑력을 부가할 수 있다.

Claims (7)

1. 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 연결된 펀넬과, 상기 패널 내면의 형광체 스크린에 대해 일정 간격을 두고 배치되어 색 선별 역할을 하는 새도우마스크와, 상기 새도우마스크를 고정 지지하는 메인프레임과, 상기 메인프레임을 지지하는 서브프레임을 포함하는 컬러 음극선관에 있어서,

   상기 새도우마스크는 전자빔 통과공이 형성되어 있는 유효면과 상기 유효면을 둘러싸는 비유효면으로 구분되며;

   상기 새도우마스크의 비유효면에 고정되는 기저부와, 상기 기저부에 연결되어 새도우마스크의 외부로 설치된 흡진부로 구성된 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 흡진부가 빗살의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 흡진부는 메인프레임을 따라 일정한 각도로 구부러진 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 기저부와 흡진부가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 흡진부의 공진주파수와 상기 흡진부에 상응하는 새도우마스크 면의 공진주파수가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 흡진부의 일부가 메인프레임과 접촉하는 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 흡진부의 공진주파수와, 상기 흡진부에 상응하는 새도우마스크 면의 공진주파수의 차가 10% 이하인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.