KR20030059584A - 개선된 스프링을 가지는 칼라 음극선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라 음극선관에 관한 것으로, 특히 마스크 어셈블리를 지지하기 위해 프레임의 장변과 단변에 부착되는 스프링의 재질을 다르게 하여 음극선관의 외부 온도변화에 따른 새도우마스크의 도밍(Doming)을 조기에 보정함으로써 전자빔의 랜딩 에러를 방지하는 칼라 음극선관에 관한 것으로,

상기 프레임의 장변에 장착되는 한 쌍의 스프링의 만곡계수가 서로 같고, 상기 프레임의 단변에 장착되는 한 쌍의 스프링의 만곡계수가 서로 같으며; 상기 장변과 단변에 장착되는 각 스프링의 만곡계수가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

본 발명은 프레임의 장변과 단변에 용접되는 스프링의 재질을 다르게 함으로써 외부환경의 온도변화에 따른 전자빔의 랜딩 에러를 최소화할 수 있다.

Description

개선된 스프링을 가지는 칼라 음극선관{A Flat Cathode-ray Tube Having The Improved Spring}

본 발명은 칼라 음극선관에 관한 것으로, 특히 마스크 어셈블리를 지지하기 위해 프레임의 장변과 단변에 부착되는 스프링의 재질을 다르게 하여 음극선관의 외부 온도변화에 따른 새도우마스크의 도밍을 조기에 보정함으로써 전자빔의 랜딩 에러를 방지하는 칼라 음극선관에 관한 것이다.

종래의 칼라 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 융착된 펀넬(2)과, 상기 펀넬의 네크부에 삽입되어 전자빔(6)을 방사하는 전자총(12)과, 상기 전자빔(6)을 편향시키는 편향요크(5)와, 상기 패널의 내측에 일정한 간격을 두고 장착되어 전자빔(6)이 통과하도록 다수의 구멍이 형성된 새도우마스크(3)와, 상기 새도우마스크가 패널 내면과 일정한 간격을 유지하도록 새도우마스크를 고정 지지하는 프레임(7)과, 상기 프레임과 패널을 연결 지지하는 스프링(8)과, 패널의 스커트부 내측면에 부착되어 상기 스프링과 결합되는 스터드핀(9)과, 음극선관이 외부 지자기의 영향을 적게 받도록 차폐하는 이너쉴드(10)와, 상기 패널의 측면부 둘레에 설치되어 외부 충격을 방지하는 보강밴드(11)로 구성된다.

도 2는 종래의 마스크 어셈블리의 구조를 나타낸 것이다. 상기 마스크 어셈블리는 내면에 형광막이 도포된 패널에 평행하게 근접 배치되어 전자총에서 발사된 세 종류(적색, 녹색, 청색)의 전자빔을 형광체에 각각 분리 랜딩시키는 부품으로서, 이를 위하여 마스크 어셈블리는 다수개의 스프링(8)을 포함하여 이루어진다.

상기 스프링(8)은 두께가 0.6~1.0㎜ 정도인 판상구조로서, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 프레임(7)의 장변 및 단변과 용접 고정되는 용접부(13)와, 상기 용접부의 끝단에 연장 형성되어 탄성력을 부여하기 위해 절곡되는 절곡부(14)와, 상기 절곡부에 연장되어 프레임 측벽과 직각방향으로 틸팅(Tilting)작용을 하는 가동부(15)와, 패널의 스터드핀(9)에 결합되는 결합홀(16)이 형성되어 있는 결합부(17)로 구성된다.

상기 절곡부(14)는 상기 용접부(13)에 대해 θ의 각도를 유지한다. 상기 θ값은 스프링의 결합홀(16)이 스터드핀(9)에 체결되었을 때 용접부(13)와 결합부(17)가 평행이 되도록 설계되며, 일반적으로 스터드핀(9)과 프레임(7) 외측벽과의 간격 및 스프링(8)의 두께에 의해 결정된다.

상기와 같은 종래 칼라 음극선관의 스프링(8)은 음극선관의 내구성 측정을 위한 낙하시험 후의 새도우마스크(3)의 변형을 방지하는 역할을 한다. 상기 낙하시험은 일반적으로 76㎝에서 자유낙하를 실시하며, 음극선관의 전후면, 상하좌우면 및 모서리를 각각 하단으로 하여 낙하시킨다.

상기와 같은 낙하시험 과정에서 음극선관에 낙하에 의한 충격이 가해지면 프레임(7)의 하중이 스프링(8)에 전달된다. 이때, 프레임(9)과 용접 고정되어 있는 스프링(8)의 용접부(13)는 절곡부(14) 및 가동부(17)의 자체 탄성력으로 인해 X축 또는 Y축 방향으로 틸팅(Tilting)됨으로써 충격량을 흡수하게 되어 새도우마스크(3)의 변형을 방지하는 작용을 하게된다.

도 4는 새도우마스크(3)의 열팽창 현상을 도시한 것이다. 전자빔 랜딩에 따른 열팽창에 의해 새도우마스크(3)가 돔(Dome) 형상으로 부풀어오르고 새도우마스크가 화살표 방향 즉, 스크린 쪽으로 이동하게 되며, 이로 인해 MI 만큼의 랜딩 오차를 발생하게 된다.

상기 기술한 바와 같이 스프링(8)은 도밍현상 및 외부로부터 전달되는 충격을 보상하며 새도우마스크(3)를 스터드핀(9)에 고정시키는 역할을 한다. 그런데, 종래의 스프링은 도 5에 도시된 바와 같이 단일재질로 이루어져 있으며, 상기 단일재 스프링은 새도우마스크의 재질이 열팽창계수가 적은 인바르(Invar)일 때 주로 사용한다. 그러나 프레임의 열팽창계수는 보통 인바르 새도우마스크의 10배 정도로, 음극선관의 동작 중에 마스크어셈블리의 온도가 상승하게 되면 프레임이 팽창하게 되고, 새도우마스크는 상기 팽창된 프레임에 의하여 펀넬방향으로 이동하여 랜딩오차가 커지게 되는 것을 방지하지 못한다.

도 6은 상기 문제점을 해결하기 위한 스프링으로, 바이메탈 원리인 재질의 열팽창 차이를 이용하여 랜딩오차를 보상하나 주위의 환경변화 특히, 온도변화에 민감하여 랜딩변화의 폭이 커서 음극선관 사용장소의 온도에 따른 대응이 불가피하게 된다. 또한 음극선관이 평면화되고 고정세화됨에 따라 상기와 같은 주위온도에 따른 음극선관 화질저하 개선의 필요성이 대두되고 있다.

따라서 본 발명은 마스크 어셈블리를 지지하기 위해 프레임의 장변과 단변에 부착되는 스프링의 재질을 다르게 하여 음극선관의 외부 온도변화에 따른 새도우마스크의 도밍(Doming)을 조기에 보정함으로써 전자빔의 랜딩 에러를 방지하는 칼라 음극선관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 구조도,

도 2는 마스크어셈블리가 패널에 결합된 상태를 나타낸 도,

도 3은 종래기술의 스프링이 장착된 마스크어셈블리의 측면도,

도 4는 종래기술에 따른 새도우마스크의 열팽창을 나타내는 도,

도 5는 단일재 스프링의 구조도,

도 6은 바이메탈 스프링의 구조도,

도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예를 나타낸 도,

도 8은 종래기술과 본 발명의 스프링에 따른 전자빔 이동량을 나타낸 도,

도 9는 스프링에 따른 도밍량을 나타낸 것으로서,

도 9a는 바이메탈 스프링을 적용한 것,

도 9b는 바이메탈 스프링과 단일재 스프링을 혼용한 것,

도 9c는 바이메탈 스프링과 단일재 스프링을 혼용한 다른 예,

도 9d는 단일재 스프링을 적용한 것,

도 10은 바이메탈의 만곡계수를 측정하기 위한 수치를 나타낸 도,

도 11은 바이메탈의 만곡계수 비에 대한 전자빔이동량을 나타낸 도이고

도 12는 블랙매트릭스와 전자빔랜딩을 나타낸 도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 패널 2 : 펀넬 3 : 새도우마스크

4 : 형광면 7 : 프레임 8 : 스프링

9 : 스터드핀13 : 용접부 14 : 절곡부

15 : 가동부16 : 결합홀17 : 결합부

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 프레임과, 상기 프레임에 장착되어 상기 프레임과 패널을 연결 지지하는 두 쌍의 스프링을 포함하는 칼라 음극선관에 있어서, 상기 프레임의 장변에 장착되는 한 쌍의 스프링의 만곡계수가 서로 같고, 상기 프레임의 단변에 장착되는 한 쌍의 스프링의 만곡계수가 서로 같으며; 상기 장변과 단변에 장착되는 각 스프링의 만곡계수가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

상기 서로 다른 스프링 만곡계수가 각각 C1, C2이고, C1 > C2일 때 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

C2 < 0.7C1

또한, 상기 프레임의 장변에 장착되는 한 쌍의 스프링 재질이 서로 같고, 상기 프레임의 단변에 장착되는 한 쌍의 스프링 재질이 서로 같으며; 상기 장변과 단변에 장착된 각 스프링의 재질이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 마주보는 두 쌍의 스프링 중 어느 한 쌍은 단일재로 형성되고, 다른 한 쌍은 바이메탈로 형성된 것을 특징으로 한다.

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

도 7은 본 발명의 실시 예를 도시한 것이다. 즉, 프레임에 장착된 마주보는 두 쌍의 스프링 중 어느 한 쌍은 단일재로 형성되고, 다른 한 쌍은 바이메탈로 형성하였다. 상기 스프링에 의한 미스랜딩 보상과정을 설명하면 다음과 같다.

음극선관을 충분히 가동한 후 내부 구조물의 온도가 열평형상태가 이루어지면 외부의 온도변화가 내부로 전달된다. 그런데, 상기 외부의 온도변화는 패널 및 펀넬을 통해 스프링으로 이동하여 스프링의 열팽창량을 변화시키고, 이것이 마스크어셈블리를 패널 또는 펀넬방향으로 이동시킴으로서 열평형상태에서의 전자빔의 경로를 변화시키고 미스랜딩을 유발한다. 뿐만 아니라, 상기 미스랜딩은 음극선관의색순도를 저하시키는 중요한 요인으로 작용한다.

본 발명의 경우, 외부의 온도변화에 따른 열전달로 인해 바이메탈로 된 스프링이 열팽창하여 패널 및 펀넬방향으로 마스크어셈블리를 이동시켜 전자빔의 경로를 변화시키는 것을 단일재 스프링이 억제하여 미스랜딩을 방지하는 효과를 가져온다.

본 발명의 스프링 적용방법은 다음과 같다. 먼저 새도우마스크의 코너부, 엣지부, 2/3지점(이하 도밍부라 칭함)의 외부 환경의 온도변화에 따른 전자빔의 이동량을 측정한 다음 상기 엣지부의 전자빔 이동량이 가장 클 경우 프레임의 장변부에 용접되는 한 쌍의 스프링을 상대적으로 보상량이 작은 스프링으로 하고, 상기 도밍부 및 도밍부 상, 하 영역에서 전자빔의 이동량이 가장 클 경우 프레임의 단변부에 용접되는 스프링을 상대적으로 보상량이 작은 스프링으로 하여 마스크 어셈블리를 제작하면 된다. 또한, 상기 코너부에서 전자빔의 이동량이 가장 클 경우는 장변 및 단변의 스프링을 바꿔가면서 측정한 후 최적의 조건으로 설정한다. 즉, 각 음극선관의 도밍 보상량에 따라 스프링의 저팽창, 고팽창제의 구성비율이 다르기 때문에 스프링을 적용하는 음극선관에 따라 최적의 조건으로 설정하면 된다.

도 8과 도 9는 각각 종래기술 및 본 발명의 실시 예에 따른 주변환경 온도변화에 대한 전자빔의 이동량과 도밍량을 나타낸 것이다.

종래기술과 같이 프레임의 네 변에 모두 스틸 단일재 스프링을 사용할 경우 도 8 및 도 9d에 도시된 바와 같이 주변환경의 온도변화에 따른 전자빔의 이동량은 최소화할 수 있으나, 도밍량을 보상할 수 없다.

따라서 본 발명은 상기 도밍량을 보상해주기 위해 바이메탈을 사용하는데, 이 경우 새도우마스크와 프레임의 열팽창에 의해 발생하는 도밍량에 대해 마스크 어셈블리를 일정한 값만큼 스크린방향 혹은 스크린반대방향으로 수직 이동시키기 위해서는 도 10에서 도시한 바와 같이 바이메탈의 온도에 대한 변위량 D를 알아야 한다.

상기 변위량 D를 결정하는 요소 중 만곡계수 C와 온도변화 ΔT는 스프링 재질의 특성과 음극선관 내부 조건에 의해 결정되는 값이므로 스프링의 길이 L과 바이메탈의 두께 t로서 변위량 D를 구할 수 있으며, 상기 바이메탈의 두께 t(t=t1+t2)에서 고팽창측 두께와 저팽창측 두께를 다르게 할 경우 만곡계수가 변화하므로 이에 따른 만곡계수를 고려하여 적용하면 된다.

또한 온도변화에 대한 상기 스프링에 의한 마스크 어셈블리의 관축방향으로의 수직 이동량을 계산하기 위해 사용되는 변위량 D는 스프링 설계 초기 만곡계수 C의 측정에 의해 쉽게 계산할 수 있다. 먼저, 도 10에서 보는 바와 같이 시편의 한쪽 끝단을 고정시키고 30~100℃ 의 온도(ΔT)에서 변위량 D를 측정한 후 하기 식에 의해 만곡계수 C를 계산한다. 단, 측정하는 시편의 길이 L은 100㎜로 하고 고팽창 및 저팽창의 폭 t1, t2는 각각 5㎜로 하여 합이 10㎜로 한다.

이와 같은 방법으로 구해진 만곡계수 C는 온도변화에 대한 일정길이의 시편의 변위량을 계산하기 위한 계수로 사용할 수 있으며, 이 만곡계수를 이용해 향후온도변화(ΔT)에 대해 바이메탈 스프링의 보상량 D를 쉽게 계산할 수 있다.

종래기술과 같이 프레임의 네 변에 용접되는 스프링을 모두 동일하게 할 경우, 음극선관이 충분히 가동한 후 내부 구조물의 온도가 열평형이 이루어진 상태에서 외부의 온도변화에 의한 음극선관 내부로의 열전달에 의해 스프링 보상량이 변화하게 된다. 따라서 스프링은 초기의 새도우마스크의 열팽창에 의해 원래의 전자빔 궤적과 전자빔통과공 사이의 미스매칭에 의해 발생한 미스랜딩을 보상해서 원래의 전자빔 궤적으로 마스크어셈블리를 이동시키는 기능을 상실하게 된다.

그러나 본 발명의 스프링을 적용하면 외부의 온도변화가 발생하여 열전달에 의해 프레임의 장변 또는 단변에 고정된 마주보는 한 쌍의 스프링에 의해 외부온도 변화 이전의 전자빔 진행궤도에서 마스크 어셈블리를 관축방향으로 이동시키는 것을 마주보는 다른 한 쌍의 스프링이 억제함으로써 미스랜딩에 의한 음극선관의 색순도 저하를 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 결과, 도 11과 같이 보상량이 적은 스프링의 만곡계수 C2가 상대적으로 보상량이 큰 스프링의 만곡계수 C1의 70% 이하일 때에는 전자빔이동량이 감소하는 효과가 있었고, 그 이상에서는 전자빔 이동량이 급격히 증가함을 확인할 수 있었다.

일반적인 29〃TV의 예를 들면 도 12와 같이 블랙매트릭스의 폭 A는 190㎛ 이하이고 이에 대응하는 전자빔의 폭 B는 상기 블랙매트릭스 폭의 1/2가 되도록 설계한다. 이 경우 원래 전자빔의 궤도로 랜딩이 일어난 후 외부 온도변화에 의해 미스랜딩이 발생하여 원하지 않는 형광체가 발광하여 색순도를 저하시키기까지의 여유는 95㎛가 된다. 그러나 전자빔의 랜딩오차 및 전자빔 포커스의 불량에 의해 여유도는 약 40~50㎛로 떨어지게 된다. 이 경우 본 발명의 스프링을 적용하면 외부 환경의 온도변화에 따라 전자빔의 미스랜딩이 발생하더라도 스프링 만곡계수의 비(C2/C1)가 0.7 이하일 때 상기 전자빔 미스랜딩을 보상하는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

상기에서는 단일재 스프링과 바이메탈 스프링을 혼용한 예를 중심으로 기술하였으나, 보상량이 서로 다른 바이메탈 스프링을 혼용하여도 만곡계수가 서로 다르기 때문에 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 프레임의 장변과 단변에 용접되는 스프링의 재질을 다르게 함으로써 외부환경의 온도변화에 따른 전자빔의 랜딩 에러를 최소화하여 음극선관의 색순도 저하를 방지할 수 있다.

Claims (4)

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 프레임과, 상기 프레임에 장착되어 상기 프레임과 패널을 연결 지지하는 두 쌍의 스프링을 포함하는 칼라 음극선관에 있어서,

   상기 프레임의 장변에 장착되는 한 쌍의 스프링의 만곡계수가 서로 같고, 상기 프레임의 단변에 장착되는 한 쌍의 스프링의 만곡계수가 서로 같으며;

   상기 장변과 단변에 장착되는 각 스프링의 만곡계수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
2. 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 프레임과, 상기 프레임에 장착되어 상기 프레임과 패널을 연결 지지하는 스프링을 포함하는 칼라 음극선관에 있어서,

   상기 프레임의 장변에 장착되는 한 쌍의 스프링 재질이 서로 같고, 상기 프레임의 단변에 장착되는 한 쌍의 스프링 재질이 서로 같으며;

   상기 장변과 단변에 장착된 각 스프링의 재질이 서로 다른 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 서로 다른 스프링 만곡계수가 각각 C1, C2이고, C1 > C2일 때 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.

   C2 < 0.7C1
4. 제 2항에 있어서,

   상기 마주보는 두 쌍의 스프링 중 어느 한 쌍은 단일재로 형성되고, 다른 한 쌍은 바이메탈로 형성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.