KR20050013860A - 칼라음극선관의 색선택구조물 및 이를 구비한칼라음극선관과 그 색선택구조물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라음극선관의 색선택구조물 및 이를 구비한 칼라음극선관과 그 색선택구조물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 칼라음극선관의 색선택구조물은, 전자빔을 방출하는 전자총을 갖는 칼라음극선관에 마련되며, 상기 전자빔들을 스크린상의 해당 형광체들에 정확히 랜딩(landing)시켜 원하는 칼라화상이 얻어지게 하는 칼라음극선관의 색선택구조물에 있어서, 상기 전자총으로부터 방출된 전자빔이 통과하는 복수의 전자빔 통과공이 형성된 본체; 상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 형성되며, 상기 본체의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는 저열팽창막; 및 상기 본체의 상기 전자총과 대향되는 표면에 형성된 전자반사막;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 고가의 Fe-Ni계인 인바(invar)합금을 소재로 사용하지 않고서도 열팽창계수가 낮은 특성을 지니며 색번짐(Doming) 현상을 효과적으로 감소시켜 퓨리티 드리프트(Purity Drift) 특성을 개선시킴으로써 색순도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

칼라음극선관의 색선택구조물 및 이를 구비한 칼라음극선관과 그 색선택구조물의 제조방법{Color-Selecting Structure of Cathode Ray Tube and Cathode Ray Tube having with the same and Manufacturing Method of The Color-Selecting Structure}

본 발명은, 칼라음극선관의 색선택구조물 및 이를 구비한 칼라음극선관과 그 색선택구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 칼라음극선관의 색선택구조물 예를 들면 새도우마스크의 열변형으로 인하여 발생되는 색번짐(Doming) 현상을 방지할 수 있는 칼라음극선관의 색선택구조물 및 이를 구비한 칼라음극선관과 그 색선택구조물의 제조방법에 관한 것이다.

칼라음극선관(CRT : cathode ray tube)은 전기신호를 전자빔(electron beam)의 작용에 의해 영상이나 도형, 문자 등의 광학적인 상(象)으로 변환하여 표시하는 특수진공관을 말한다. 이는 인간과 기계를 연결시켜 주는 맨·머신 인터페이스로서의 대표적인 전자표시장치(영상디스플레이)로서, 여기서 지칭하는 칼라음극선관은, CRT(cathode ray tube), CDT(Color Display Tube: 모니터용)와 CPT(Color Picture Tube: 민생용)는 물론 전계방출소자(FED : field emission display)를 포함하는 개념이며, 색선택구조물은 전자빔들을 스크린상의 해당 형광체들에 정확히 랜딩(landing)시켜 원하는 칼라화상이 얻어지게 하는 것이라면 새도우마스크 방식 칼라음극선관에서의 새도우마스크와 텐션마스크(Tension Mask) 방식 칼라음극선관 예를 들면 플랫트론 등에서의 플랫 텐션 마스크(Flat Tension Mask)은 물론, 전계방출소자의 메탈그리드(Metal Grid)를 포함하는 의미이다. 그러나 이하에서는 칼라브라운관의 새도우마스크에 한정하여 설명하기로 한다.

도 1은 칼라음극선관의 구조를 도시한 측면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 칼라음극선관(100)은, 내측면에 형광막(101)이 형성된 패널(102)과 내측면에 전도성을 갖는 흑연이 도포된 펀넬(103)이 융착 글라스로 봉합되어 있고, 펀넬(103)의 네크부(104)에는 R(빨강), G(녹색), B(파랑)의 3색의 화소에 대응하는 3본(本)의 전자빔(105)을 발생시키는 전자총(106)이 장착되어 있다

그리고 형광막(101)에 근접 대향하는 위치에는 다수의 슬롯(Slot) 혹은 도트(Dot)형상의 홀(Hole)이 배열되어 전자총(106)에서 발사된 3색의 전자빔(105)이 영상면 즉 패널(102) 내부에 형성된 형광막(101)에 정확하게 도달할 수 있도록 하는 색선택구조물인 새도우마스크(110)가 프레임(107)에 의해 지지되어 있고, 펀넬(103)의 외주면에는 전자빔(105)을 좌우로 편향시켜 주는 편향요크(108)가 장착되어 있다. 그리고 전자빔(105)이 새도우마스크(110)의 홀(Hole)을 통과하여 형광막(101)에 도달되는데 있어서 지자기의 영향으로 전자빔(105)의 편향이 일어나는 것을 방지하기 위하여 패널(102)쪽에서 볼 때 프레임(107) 뒤쪽에 지자기 차폐를 하는 인너쉴드(Inner Shield)(109)가 부착되어 있다.

이러한 구성으로, 전자총(106)에 영상신호가 입력되면 전자총(106)의 캐소드로부터 열전자가 방출되며 방출된 전자는 전자총(106)의 각 전극에서 인가된 전압에 의하여 패널(102)쪽으로 가속 및 집속과정을 거치면서 진행하게 된다. 이때 전자는 패널(102)의 네크부(104)에 장착된 마그네트의 자계에 의하여 전자빔(105)의진행 경로가 조정되며 조정된 전자빔(105)은 편향요크(108)에 의하여 패널(102)의 내면에 주사되어지는데, 편향된 전자빔(105)의 약 20%는 새도우마스크(110)의 홀(Hole)을 통과하면서 색선별이 이루어지고 선별된 전자빔(105)은 패널(102) 내면의 형광막(101)에 충돌하여 발광시킴으로써 영상신호를 재현한다.

그리고, 전자빔(105)의 나머지 80%는 새도우마스크(110)의 표면에 충돌하여 온도 상승을 일으키고 이에 따라 새도우마스크(110)는 열팽창이 일어나게 됨에 따라 새도우마스크(110)의 면이 부풀어오르는 것에 의해 전자빔(105)의 랜딩(landing)위치가 변화하게 되는 도밍(Doming) 현상이 일어나게 됨에 따라 미스랜딩(mislanding)이 증가하여 이는 결국 퓨리티 드리프트(Purity Drift)로 불리는 색순도(purity)의 저하를 초래하게 된다.

한편, 새도우마스크의 소재로는 림드강(rimmed steel) 또는 알루미늄 킬드강(AK강:Aluminium Killed)강 등의 고순도 저탄소 강판이 사용되는데 이것은 소재의 공급능력, 가격, 가공성, 강도 등의 여러 가지 조건들을 고려하여 정해진 것이다. 그러나, 이 순철 즉 알루미늄 킬드강은 열팽창계수가 큰(예컨대, 0∼100℃에서 약 1.2×10^-5/℃) 결점을 가지고 있어, 이를 소재로 제작된 새도우마스크가 스크린 방향으로 열팽창되는 전술한 도밍(Doming) 현상이 심하게 나타나게 된다.

이러한 문제점을 고려하여, 즉 도밍현상을 억제하기 위하여, 열팽창 계수가 적은 Fe-Ni계인 인바(invar)합금으로 제작하는 방법과, 대한민국 특허공보 제93-1182호에 개시되어 있는, 새도우마스크의 표면에 알미늄막과 질화알미늄막을 순차증착하는 방법 등의 다양한 방법이 제시되고 있다. .

그러나, 종래의 칼라음극선관의 색선택구조물 및 그 제조방법에 있어서는, 열팽창특성(약 1.5×10^-6/℃)이 우수한 Fe-Ni계인 인바(invar)합금을 사용하는 전자의 경우에, 인바합금이 가격적인 면에서 알루미늄 킬드 강보다 월등히 고가이므로 경제적이지 못하며 기계적인 가공성이 매우 좋지 않으므로 어닐링 공정 온도가 900℃ 이상으로 매우 높으며 새도우마스크의 포밍(forming)시 금형을 가열하여야 하는 등 공정이 복잡하게 되는 문제점이 있었으며, 후자의 경우에, 새도우마스크의 표면에 알루미늄을 증착한 후 증착의 종료 단계에서 질소 가스를 투입하여 알루미늄막 상부에 질화알루미늄막을 형성하여야 하는데 이 때 알루미늄막과 질화알루미늄막의 두께를 일정하게 형성하기가 어려울 뿐 아니라 제조 원가를 상승시키는 원인으로 작용하게 되어 실용화에는 한계가 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고가의 Fe-Ni계인 인바(invar)합금을 소재로 사용하지 않고서도 열팽창계수가 낮은 특성을 지니며 색번짐(Doming) 현상을 효과적으로 감소시켜 퓨리티 드리프트(Purity Drift) 특성을 개선시킴으로써 색순도를 향상시킬 수 있는 칼라음극선관의 색선택구조물 및 이를 구비한 칼라음극선관과 그 색선택구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 칼라음극선관의 구조를 도시한 측단면도,

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 새도우마스크의 본체 표면에 저열팽창막과 전자반사막을 형성한 상태를 개념적으로 도시한 도면들,

도 3은 본 발명에 따른 칼라음극선관의 새도우마스크의 제조공정 중 일부를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예와 제1비교예 및 제2비교예를 비교한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 도가니 3 : 증발장치

10 : 색선택구조물 11 : 본체

12 : 제1증착막 13 : 제2증착막

15 : 저열팽창막 16 : 완충층

17 : 제1저열팽창층 18 : 제2저열팽창층

19 : 전자반사막 100 : 칼라음극선관

상기 목적은, 본 발명에 따라, 전자빔을 방출하는 전자총을 갖는 칼라음극선관에 마련되며, 상기 전자빔들을 스크린상의 해당 형광체들에 정확히 랜딩(landing)시켜 원하는 칼라화상이 얻어지게 하는 칼라음극선관의 색선택구조물에 있어서, 상기 전자총으로부터 방출된 전자빔이 통과하는 복수의 전자빔 통과공이 형성된 본체; 상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 형성되며, 상기 본체의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는 저열팽창막; 및 상기 본체의 상기 전자총과 대향되는 표면에 형성된 전자반사막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물에 의해 달성된다.

여기서, 상기 색선택구조물은 새도우마스크인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 저열팽창막은, 상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 Ni층과 Ni-Fe층을 형성한 후 소정의 조직결정화 온도에서 열처리하여 형성될 수 있다.

이 때, 상기 저열팽창막은, 99.9중량%의 Ni와 나머지 중량%의 불순물을 이루어지는 제1증착막; 및 상기 제1증착막 위에 형성되며, 33∼45중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 이루어지는 Ni-Fe 합금층인 제2증착막;을 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제1증착막의 두께는 1∼3μm이고, 상기 제2증착막의 두께는 2∼15μm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 조직결정화 온도는 400℃∼900℃인 것이 보통이다.

이와 다르게, 상기 저열팽창막은, 상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 복수의 Ni-Fe 합금층을 형성한 후 소정의 조직결정화온도에서 열처리하여 형성되며, 상기복수의 Ni-Fe 합금층은, 열팽창시 완충특성을 갖는 완충층; 및 상기 완충층 위에 형성된 복수의 저열팽창층;을 포함하도록 구성할 수도 있다.

이 때, 상기 완충층은, 70∼85중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe을 이루어지는 Ni-Fe 합금층으로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 저열팽창층은, 상기 완충층보다 열팽창계수가 30%∼50% 더 낮게 상기 완충층 위에 형성되며, 50∼70중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe을 이루어지는 Ni-Fe합금층인 제1저열팽창층; 및 상기 제1열팽창층 위에 형성되며, 상기 제1저열팽창층보다 열팽창계수가 더 낮게 37∼50중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 이루어지는 Ni-Fe 합금층인 제2저열팽창층;을 포함하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 완충층의 막두께는 0.5 내지 3μm이고, 상기 제1저열팽창층의 막두께는 상기 완충층의 막두께 대비 1배 내지 5배로 형성되며, 상기 제2저열팽창층의 막두께는 상기 제1저열팽창층의 막두께보다 5μm 더 두껍게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 조직결정화온도는 400℃∼900℃인 것이 보통이다.

한편, 상기 전자반사막은, WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x, CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종을 재료로 전자빔을 이용한 진공증착에 의하여 형성될 수 있으며 이 때 두께는 1∼10μm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 전자반사막은, WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x, CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종을 재료로 스크린 인쇄에 의하여 형성될 수도 있으며 이 때 두께가 5∼20μm인 것이 바람직하다.

본 발명은, 전술한 색선택구조물을 구비한 칼라음극선관을 제공한다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 전자빔을 방출하는 전자총을 갖는 칼라음극선관에 마련되며, 상기 전자빔들을 스크린상의 해당 형광체들에 정확히 랜딩(landing)시켜 원하는 칼라화상이 얻어지게 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법에 있어서, (a) 상기 전자총으로부터 방출된 전자빔이 통과하는 복수의 전자빔 통과공이 형성된 본체를 마련하는 단계; (b) 상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 상기 본체의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는 저열팽창막을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 본체의 상기 전자총과 대향되는 표면에 전자반사막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법이 제공된다.

여기서, 상기 색선택구조물은 새도우마스크인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 저열팽창막을 형성하는 단계는, 99.9중량%의 Ni와 나머지 중량%의 불순물로 이루어진 제1증착층을 형성하는 단계; 33∼45중량%의 Ni와 나머지 중량%의 Fe로 구성된 Ni-Fe 합금층으로 이루어진 제2증착층을 형성하는 단계; 및 소정의 조직결정화 온도에서 열처리를 하는 단계;를 포함하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 조직결정화 온도는 400℃∼900℃이며, 상기 열처리는 10분 내지 60분간 수행되는 것이 보통이다.

한편, 상기 전자반사막을 형성하는 단계는, WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x,CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종을 재료로 하여 두께가 1∼10μm가 되도록 전자빔을 이용한 진공증착으로 상기 전자반사막을 형성하는 것이 제조시간 및 저가 대량생산에 유리하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은, 칼라브라운관(CRT: cathode ray tube), CDT(Color Display Tube: 모니터용)와 CPT(Color Picture Tube: 민생용)의 새도우마스크, 플랫트론에서의 플랫 텐션 마스크(Flat Tension Mask)는 물론 전계방출소자(FED : field emission display)의 메탈그리드(Metal Grid) 등과 같이 전자빔들을 스크린상의 해당 형광체들에 정확히 랜딩(landing)시켜 원하는 칼라화상이 얻어지게 하는 칼라음극선관의 색선택구조물이면 다양하게 적용할 수 있으나, 이하에서는 칼라브라운관의 새도우마스크에 한정하여 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 새도우마스크의 본체 표면에 저열팽창막과 전자반사막을 형성한 상태를 개념적으로 도시한 도면들로서, 각 실시 예들은 저열팽창막(15)과 전자반사막(19)의 두께와 형성방법에 있어서 약간 다르다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 새도우마스크(10)는, 전자총으로부터 방출된 전자빔이 통과하는 복수의 전자빔 통과공(미도시)이 형성되어 있는 본체(11)와, 본체(11)의 적어도 한쪽 표면, 본 실시 예들에서는 본체(11)의 전자총과 상호 대향되는 표면의 반대측 표면에 본체(11)의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는 저열팽창막(15)과, 전자총과 상호 대향되는 본체(11)의 표면에 원자번호 60 이상의 원소를 가지도록 형성되어 전자총으로부터 방출되는 전자빔을 반사시키는 전자반사막(19)을 구비한다. 여기서 본체(11)는 보통 순철 박판(AK강 : Aluminium Killed)재질로 제작된다.

저열팽창막(15)은, 본체(11) 표면에 Ni층과 Ni-Fe층을 형성한 후 소정의 조직결정화 온도 즉 400℃∼900℃에서 열처리하여 형성하거나, 본체(11) 표면에 복수의 Ni-Fe 합금층을 형성한 후 소정의 조직결정화온도 즉 400℃∼900℃에서 열처리하여 형성할 수 있다. 여기서 복수의 Ni-Fe 합금층은 다시 열팽창 시 완충특성을 갖는 완충층(16)과 완충층(16) 위에 형성된 복수의 저열팽창층(16, 17)으로 구분될 수 있다.

우선, 본체(11) 표면에 Ni층과 Ni-Fe층을 형성한 후 400℃∼900℃에서 열처리하여 형성된 저열팽창막(15)을 보다 자세히 살펴보면, 이 저열팽창막(15)은, 99.9중량%의 Ni와 나머지 중량%의 불순물로 이루어진 Ni층의 제1증착막(12)과, 33∼45중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 구성된 Ni-Fe 합금층의 제2증착막(13)을 구비한다. 여기서, 제1증착막(12)의 두께는 1∼3μm로 형성되고, 제2증착막(13)의 두께는 2∼15μm로 형성된다.

다음으로, 본체(11) 표면에 복수의 Ni-Fe 합금층 즉 완충층(16)과 저열팽창층(16, 17)을 형성한 후 400℃∼900℃에서 열처리하여 형성된 저열팽창막(15)을 보다 자세히 살펴보면, 완충층(16)은 70∼85중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 구성된 Ni-Fe 합금층이며, 저열팽창층(16, 17)은, 0∼70중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 이루어지며 완충층(16)보다 열팽창계수가 30%∼50% 더 낮은 Ni-Fe합금층인제1저열팽창층(17)과, 37∼50중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 이루어지며 제1저열팽창층(17)보다 열팽창계수가 낮은 Ni-Fe 합금층인 제2저열팽창층(18)을 구비한다. 여기서, 완충층(16)의 막두께는 0.5 내지 3μm이며, 제1저열팽창층(17)의 막은 그 두께가 완충층(16)의 막두께 대비 1배 내지 5배로 형성되며, 제2저열팽창층(18)의 막은 그 두께가 제1저열팽창층(17)의 막두께보다 5μm 더 두껍게 형성된다.

한편, 전자총과 상호 대향되는 본체(11)의 표면에는 전자반사막(19)이 형성된다. 전자반사막(19)의 재료는 WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x, CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종을 들 수 있다. 위 재료는 공통적으로 전자 반사를 시켜주는 원자번호 60이상의 중금속 원소를 포함한다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 색선택구조물의 제조방법에 대하여 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 전자총으로부터 방출된 전자빔이 통과하는 복수의 전자빔 통과공이 형성된 본체(11)를 마련한다. 본체(11)의 재질은 순철 박판(AK강:Aluminium Killed)이 통상적으로 사용되며, 또한 본체(11)의 전자빔 통과 구멍은 일반적으로 식각법으로 에칭하여 형성된다.

그런 다음에, 본체(11)의 적어도 일 표면 즉 본체(11)의 전자총과 상호 대향되는 표면의 반대측 표면에 본체(11)의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는 저열팽창막(15)을 형성한다. 본 실시 예들에서는 저열팽착막이 본체(11)의 전자총과 대향되는 표면의 반대 표면에 전자빔 증착방법으로 형성된다. 도 3은 본 발명에 따른 칼라음극선관의 새도우마스크의 제조공정 중 일부를 도시한 도면으로서, 전자빔 증착방법은, 복수개의 도가니(1) 속에 본체(11)를 장착하고 순도 3N 이상의 즉 99.9중량% 이상의 Ni와 Ni-Fe합금의 증착물질을 넣어두고 진공을 만든 다음 증발장치(3)에 장착된 전자빔를 쏘아 증착 물질이 녹아서 증발하게 하여 본체(11)에 증착이 되도록 하는 것이다. 여기서 증착물질로 99.9중량% 이상의 Ni와 Ni-Fe합금을 사용하는 대신에 99.9중량% 이상의 철(Fe)과 니켈(Ni)을 각각 집어넣고 진공을 만든 후 증착하고자 하는 조성의 저열팽창막(15)이 형성되도록 전자의 충돌 에너지를 조절하여 증착막을 형성할 수도 있다.

우선 본체(11) 표면에 Ni층과 Ni-Fe층을 형성한 후 400℃∼900℃에서 열처리하여 저열팽창막(15)을 형성하는 경우를 보다 자세히 살펴보면, 순도 3N이상의 Ni를 1∼3㎛ 우선 증착하고, 그 다음에 순도 3N이상의 Ni와 Ni-Fe 합금을 증착물질로 하거나 순도3N 이상의 Fe와 Ni를 증착물질로 하여 전자빔 파워 제어를 통해 Ni가 중량%로 30∼45%가 되도록 Ni-Fe합금층을 2∼15㎛ 증착한다.

다음으로, 본체(11) 표면에 복수의 Ni-Fe 합금층 즉 완충층(16)과 저열팽창층(17, 18)을 형성한 후 400℃∼900℃에서 열처리하여 저열팽창막(15)을 형성하는 경우를 보다 자세히 살펴보면, 열팽창계수가 Fe과 유사한 층을 형성하기 위하여 Ni 함량이 70중량% 이상 85중량% 미만 함유하고 나머지가 Fe로 되는 Ni-Fe합금층을 완충층(16)으로 형성한 후 제1저열팽창층(17)으로 완충층(16)보다 열팽창 계수가 30% 내지 50% 더 낮으면서 Ni을 50중량% 이상 70중량% 미만 함유하고 나머지가 Fe로 되는 Ni-Fe합금층을 형성하고 그 위에 제1저열팽창층(17)보다 열팽창계수가 낮으면서Ni을 33중량%이상 50중량% 미만 함유하고 나머지가 Fe로 된 Ni-Fe합금층인 제2저열팽창층(18)을 형성한 후 열처리를 수행하여 저열팽창막(15)을 형성한다.

여기서 완충층(16)은, 제1저열팽창층(17), 제2저열팽창층(18)이 형성될 경우 새도우마스크 본체(11)와의 열팽창 차이로 인한 저열팽창막(15)의 변형을 방지시켜주는 완충 역할을 하며, 제1저열팽창층(17), 제2저열팽창층(18)은 새도우마스크(10)의 열팽창을 저감시켜주는 역할을 한다. 완충층(16)은 열팽창 차이로 인한 완충 역할을 하므로 막두께는 0.5 내지 3㎛ 정도 형성하고 제1저열팽창층(17)은 완충층(16)의 두께 대비 1배 내지 5배로 형성하고 제2저열팽창층(18)은 열팽창계수가 가장 낮고 전체적으로 열팽창을 줄이는데 가장 많이 기여하므로 제1저열팽창층(17) 보다 5㎛ 더 높게 형성하여 전체 막두께는 5㎛ 내지 27㎛으로 한다. 만약 5㎛ 이내가 되면 막의 두께가 얇아서 새도우마스크의 열팽창 저감 효과가 적게 되고 27㎛ 이상이 되면 증착 비용이 증가하여 경제성이 떨어진다.

한편, 증착이 완료된 새도우마스크(10)는 전술한 바와 같이 증착막이 최대의 저열팽창 효과를 내게 하기 위하여 400℃∼900℃에서 열처리를 실시하여야 한다. 이 열처리의 궁극적인 목적은 Ni의 확산을 통한 알루미늄 킬드강 표면의 Ni-Fe 합금화를 실현하여 저열팽창 특성 효과를 얻고 알루미늄 킬드강, Ni증착층, Ni-Fe증착층 또는 알루미늄 킬드강, Ni-Fe증착층의 조직결합 강도를 향상시키기 위함이다. 조직결정화를 위한 열처리는 10분 내지 60분간 수행하는데, 이는 새도우마스크 본체(11)를 성형을 위한 열처리를 한 후에 증착을 하고 이 증착을 수행한 후 저열팽창막(15)을 조직결정화 시키기 위하여 열처리할 때로서 만약 성형을 위한 열처리와조직결정화를 위한 열처리를 저열팽창막(15)이 형성된 후 하나의 열처리로 수행하는 경우에는 다소 변경될 수 있으며, 본 시간은 순수 열처리 가열시간이며 서냉 또는 이하 열처리 준비 시간은 포함되지 않은 시간이다.

마지막으로, 본체(11)의 전자총과 상호 대향되게 배치되는 표면에 전자반사막(19)을 형성한다. 전자반사막(19)을 형성하는 방법은 3가지로 대별될 수 있는데, 전자 반사를 시켜주는 원자번호 60이상의 중금속 원소 물질을 갖는 프리트(frit)와 유기바인더 용액을 함께 혼합한 페이스트(paste)를 스크린 인쇄하는 방법과, 전자반사재와 물유리를 함께 혼합한 슬러리를 스프레이(spray) 도포하는 방법과, 전자빔을 이용하여 원자번호가 60이상인 중금속산화물(예 : WO_3,텅스텐 옥사이드)을 진공증착하는 방법이다. 스크린 인쇄를 수행한 경우 인쇄막의 두께가 5내지 10㎛ 이어서 막은 두껍고 전자반사 효과가 탁월하지만 칼라음극선관 제조 시 제조공정의 조건을 확립하는 것이 어렵고, 스프레이 도포한 경우는 제조공정이 간단하여 칼라음극선관의 생산이 쉽지만 전자반사 효과는 스크린 인쇄한 경우와 대비하여 60 내지 80% 수준으로 효과가 다소 떨어지는 것이 흠이다. 전자빔으로 진공증착한 경우는 초기 투자비용이 많이 드는 단점이 있으나 제조시간 및 저가로 대량생산이 가능한 이점을 가지고 있다.

우선, 스크린 인쇄방법을 보다 자세히 설명하면, 스크린 인쇄방법으로 전자반사막(19)을 형성할 경우 페이스트(Paste)의 조성은 WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x, CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종이 100중량%이고, 범랑 재료인 프리트(Frit)가40∼70중량%, 비히클(Vehicle)이 30∼60중량%로 조성되게 한다. 여기서, 프리트가 70중량% 이상 되면 점도가 높아져 스크린 인쇄가 어려울 뿐만 아니라 접착력이 저하되고, 40중량% 이하가 되면 점도가 낮아져 스크린 인쇄 시 새도우마스크 구멍의 막힘 등이 발생할 수도 있다. 그리고 비히클은 30중량% 이하이면 인쇄 조성물의 점도가 높아져 인쇄가 어려울 뿐만 아니라 인쇄막의 건조 후 막의 접착력이 저하되며, 60중량% 이상이면 인쇄 조성물의 점도가 저하되어 인쇄 시 새도우마스크 구멍의 막힘 등이 발생할 수도 있다.

또한 비히클을 구성하는 유기바인더를 녹이기 위해 사용되는 용제는 휘발점 180∼250℃의 용제를 사용한다. 그 예로서 부틸카비톨, 부틸카비톨아세테이트 등을 들 수 있으며 여기에 첨가되는 첨가제로서 부틸아세테이트 등을 사용할 수도 있다. 그리고 유기바인더로 에틸셀루로즈, 나이트로셀루로즈, 에폭시 등을 사용할 수 있다. 그리고 비히클의 점도는 5,000∼100,000cps로 하는데, 상기 점도가 3000cps이하면 점도가 너무 낮아서 스크린 인쇄 조성물을 인쇄할 경우 새도우마스크 구멍의 막힘이 발생할 수 있고, 100,000cps 이상에서는 점도가 너무 높아져 인쇄가 어려워진다.

이 비히클에 무기질 원료를 넣은 후 믹서로 반죽한 다음 3본(本) 로울러로 믹싱하여 스크린 인쇄용 조성물을 제조한다. 이렇게 제조된 스크린 인쇄 조성물을 새도우마스크 전자총 대향 면 위에 스크린 인쇄하여 전자반사막(19)을 형성하게 된다.

또한, 전자반사막(19)은 진공증착하는 방법에 의하여 형성될 수도 있는데,이 떼에는 두께가 1∼10μm가 되도록 전자빔을 이용한 진공증착으로 전자반사막(19)을 형성하게 된다.

다음은 각 실시 예에 따라 설명한다.

제1실시예

전자빔 증착을 위한 2개의 증발 도가니에 순도 3N이상의 Ni와 Ni-Fe합금을 각각 올려놓고 6×10^-5torr 이상의 진공을 만든 후 전자빔의 에너지를 조절하여 제1증착막을 중량% 기준 Ni가 99.9%가 되도록 1∼3㎛ 형성하고, 제2증착막은 중량%기준 Ni 조성비가 33∼45%가 되도록 Ni-Fe합금을 2∼15㎛ 증착형성한다. 증착 형성이 완료되면 800℃에서 1시간 열처리한 다음 전자총과 대향되는 표면 위에 텅스텐 옥사이드(WO₃) 그리고 프리트(Frit)와 에칠셀루로즈가 녹아 있는 바인더와 함께 혼합된 페이스트(Paste)를 스크린 인쇄하여 전자 반사막을 5∼10㎛ 두께로 형성하여 새도우마스크를 제조하고 이를 이용하여 칼라음극선관을 제조하였다.

제2실시예

전자빔 증착을 위한 2개의 증발 도가니에 순도 3N이상의 Fe와 Ni을 각각 올려놓고 6×10^-5torr의 진공을 만든 후 전자빔의 에너지를 조절하여 Ni이 82중량%이고 Fe가 18중량%인 조성의 완충층을 1㎛ 증착 후 제1저열팽창층으로 Ni 68중량% Fe 32중량%인 막을 2㎛ 형성 후 Ni이 38중량%이고 Fe가 62중량%인 제2저열팽창층을 7㎛ 형성한 후 800℃에서 1시간 열처리한 다음 전자총 대향되는 표면 위에 텅스텐옥사이드(WO₃)와 프리트(Frit)와 에칠셀루로즈가가 녹아 있는 바인더와 함께 혼합된 페이스트(Paste)를 스크린 인쇄하여 전자반사막을 5∼10㎛ 두께로 형성하여 새도우마스크를 제조하고 이를 이용하여 칼라음극선관을 제조하였다.

제3실시예

전자빔 증착을 위한 2개의 증발 도가니에 순도 3N이상의 Fe와 Ni을 각각 올려놓고 6×10^-5torr의 진공을 만든 후 우선 제1증착층으로 Ni가 99.9중량%가 되도록 1∼3㎛ 증착하고, 그 다음으로 제2증착층으로 Ni와 Fe가 각각 담겨진 도가니에, 대응하는 전자빔의 에너지를 조절하여 중량% 기준 Fe 대비 Ni의 증착막 순도가 33∼45중량%가 되도록 증착을 형성한 후 800℃에서 1시간 열처리한 다음 전자총 대향되는 표면 위에 텅스텐 옥사이드(WO₃)와 프리트(Frit)와 에칠셀루로즈가가 녹아 있는 바인더와 함께 혼합된 페이스트(Paste)를 스크린 인쇄하여 전자반사막을 5∼10㎛ 두께로 형성하여 새도우마스크를 제조하고 이를 이용하여 칼라음극선관을 제조하였다.

제4실시예

전자빔 증착을 위한 3개의 증발 도가니 중 1개에 80중량%의 Ni과 20중량%의 Fe로 구성된 합금 조각을 넣고 60중량%의 니켈과 40중량%의 철로 구성된 합금 조각을 다른 도가니 속에 넣은 후 니켈 37중량%이고 철이 63중량%인 합금 조각을 또 다른 도가니 속에 넣은 후 성형을 위한 열처리가 끝난 새도우마스크 본체를 장착하고3×10^-5torr의 진공을 만든 후 전자빔의 에너지를 조절하여 Ni 78중량%이고 Fe가 22중량%인 조성의 완충층을 0.5㎛ 증착한 후 제1저열팽창층으로 Ni가 57중량%이고 Fe가 43중량%인 제1저열팽창층을 2㎛ 형성한 후 Ni이 36중량% Fe가 64중량%인 제2저열팽창층을 7㎛형성하고 670℃에서 15분간 열처리한 후 전자총 대향되는 표면 위에 Bi₂O₃와 물유리로 된 슬러리를 스프레이 도포하여 3㎛ 두께를 갖는 새도우마스크를 제조하고 이를 이용하여 칼라음극선관을 제조하였다.

제1비교예

종래의 알루미늄 킬드강 소재의 새도우마스크에 대하여 성형을 위한 열처리를 실시한 후 성형, 흑화처리하고 패널 유리 내면에 스크린을 만든 다음 새도우마스크의 전자총 대향되는 표면에 Bi₂O₃와 물유리로 된 슬러리를 스프레이 도포하여 3㎛ 두께를 갖는 새도우마스크를 제조하고 이를 이용하여 칼라음극선관을 제조하였다.

제2비교예

종래의 알루미늄 킬드강 소재의 새도우마스크에 대하여 성형을 위한 열처리를 실시한 후 성형, 흑화처리하고 패널 유리 내면에 스크린을 만든 다음 새도우마스크의 전자총 대향 표면에 전자반사막을 형성하지 않는 새도우마스크를 제조하고 이를 이용하여 칼라음극선관을 제조하였다.

본 발명의 각 실시 예와 각 비교 예를, 막표면에서의 Ni 함량, 열팽창계수, 전자빔의 랜딩 시 퓨리티 드리프트 과정에서 미스랜딩되는 정도를 측정한 래스트도밍 피크값(Raster Doming Peak)의 항목에 대하여 비교하여 도 4에 나타내었다.

이상과 같이, 칼라음극선관의 색선택구조물 특히 새도우마스크에 있어서, 본체의 양 표면 중 적어도 한쪽 표면에 전자빔 증착을 이용하여 저열팽창막(15)을 형성하고 본체의 전자총 대향되는 표면에 전자반사막(19)을 형성함으로써, 알루미늄 킬드 강을 소재로 사용하면서도 열팽창계수가 낮아지고 아울러 도밍특성이 향상되어 퓨리티 드리프트(Purity Drift) 특성이 개선되어 색순도가 향상될 수 있게 된다.

전술한 실시 예들에서는, 색선택구조물이 칼라음극선관의 섀도우마스크인 것에 대하여 상술하였으나, 색선택구조물은 텐션마스크(Tension Mask) 방식의 칼라음극선관의 경우 텐션마스크 예를 들면 플랫트론에서의 플랫텐션 마스크(Flat Tension Mask)일 수 있음은 물론 전계방출소자(FED : field emission display)의 메탈그리드(Metal Grid)일 수 있음은 당연하다.

또한, 전술한 실시 예들에서는, 저열팽창막이 본체의 전자총과 상호 대향되는 표면의 반대측 표면에 형성된 것에 대하여 상술하였으나, 저열팽창막은 본체의 전자총 대향되는 표면에 형성될 수도 있으며 본체의 양면 모두에 형성될 수 있음은 물론이다.

그리고, 전술한 실시 예들에서는, 새도우마스크 성형을 위한 열처리 후에 저열팽창층을 증착하고 조직결정화 열처리를 한 것에 대하여 상술하였으나, 성형을 위한 열처리를 하지 않고 저열팽창층을 증착한 후 하나의 열처리로 성형을 위한 열처리와 조직결정화 열처리를 동시에 수행할 수 있으며, 또한 새도우마스크 원재 즉롤타입 철판을 에칭하기 전에 저열팽창층을 증착하고 식각법으로 에칭하여 전자빔 통과 구멍을 형성한 후 하나의 열처리를 수행할 수도 있음도 또한 당연하다.

또한, 전술한 실시 예들에서는, 본체의 재질이 순철 박판(AK강:Aluminium Killed)인 경우에 대하여 상술하였으나, 본체의 전자총 대향 표면에 전자반사막을 형성하고 본체의 양 표면 중 어느 일 표면에 전자반사막을 형성하여 색번짐(Doming) 현상을 저감시킬 수 있다면 본체의 재질은 림드강(rimmed steel) 등 다양한 재질이 사용될 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고가의 Ni-Fe계인 인바(invar)합금을 소재로 사용하지 않고서도 열팽창계수가 낮은 특성을 지니며 색번짐(Doming) 현상을 효과적으로 감소시켜 퓨리티 드리프트(Purity Drift) 특성을 개선시킴으로써 색순도를 향상시킬 수 있도록 한 칼라음극선관의 색선택구조물 및 이를 구비한 칼라음극선관과 그 색선택구조물의 제조방법이 제공된다.

Claims (19)

1. 전자빔을 방출하는 전자총을 갖는 칼라음극선관에 마련되며, 상기 전자빔들을 스크린상의 해당 형광체들에 정확히 랜딩(landing)시켜 원하는 칼라화상이 얻어지게 하는 칼라음극선관의 색선택구조물에 있어서,

   상기 전자총으로부터 방출된 전자빔이 통과하는 복수의 전자빔 통과공이 형성된 본체;

   상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 형성되며, 상기 본체의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는 저열팽창막; 및

   상기 본체의 상기 전자총과 대향되는 표면에 형성된 전자반사막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 색선택구조물은 새도우마스크인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
3. 제1항에 있어서,

   상기 저열팽창막은, 상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 Ni층과 Ni-Fe층을 형성한 후 소정의 조직결정화 온도에서 열처리하여 형성된 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
4. 제3항에 있어서,

   상기 저열팽창막은,

   99.9중량%의 Ni와 나머지 중량%의 불순물을 이루어지는 제1증착막; 및

   상기 제1증착막 위에 형성되며, 33∼45중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 이루어지는 Ni-Fe 합금층인 제2증착막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1증착막의 두께는 1∼3μm이고, 상기 제2증착막의 두께는 2∼15μm인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
6. 제3항에 있어서,

   상기 조직결정화 온도는 400℃∼900℃인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
7. 제1항에 있어서,

   상기 저열팽창막은,

   상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 복수의 Ni-Fe 합금층을 형성한 후 소정의 조직결정화온도에서 열처리하여 형성되며,

   상기 복수의 Ni-Fe 합금층은,

   열팽창시 완충특성을 갖는 완충층; 및

   상기 완충층 위에 형성된 복수의 저열팽창층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
8. 제7항에 있어서,

   상기 완충층은, 70∼85중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe을 이루어지는 Ni-Fe합금층인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
9. 제8항에 있어서,

   상기 저열팽창층은,

   상기 완충층보다 열팽창계수가 30%∼50% 더 낮게 상기 완충층 위에 형성되며, 50∼70중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe을 이루어지는 Ni-Fe합금층인 제1저열팽창층; 및

   상기 제1열팽창층 위에 형성되며, 상기 제1저열팽창층보다 열팽창계수가 더 낮게 37∼50중량%의 Ni과 나머지 중량%의 Fe로 이루어지는 Ni-Fe 합금층인 제2저열팽창층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
10. 제8항에 있어서,

    상기 완충층의 막두께는 0.5 내지 3μm이고, 상기 제1저열팽창층의 막두께는 상기 완충층의 막두께 대비 1배 내지 5배로 형성되며, 상기 제2저열팽창층의 막두께는 상기 제1저열팽창층의 막두께보다 5μm 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
11. 제7항에 있어서,

    상기 조직결정화온도는 400℃∼900℃인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
12. 제1항에 있어서,

    상기 전자반사막은, WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x, CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종을 재료로 전자빔을 이용한 진공증착에 의하여 형성되며 두께가 1∼10μm인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
13. 제1항에 있어서,

    상기 전자반사막은, WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x, CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종을 재료로 스크린 인쇄에 의하여 형성되며 두께가 5∼20μm인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 색선택구조물을 갖는 칼라음극선관.
15. 전자빔을 방출하는 전자총을 갖는 칼라음극선관에 마련되며, 상기 전자빔들을 스크린상의 해당 형광체들에 정확히 랜딩(landing)시켜 원하는 칼라화상이 얻어지게 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법에 있어서,

    (a) 상기 전자총으로부터 방출된 전자빔이 통과하는 복수의 전자빔 통과공이 형성된 본체를 마련하는 단계;

    (b) 상기 본체의 적어도 한쪽 표면에 상기 본체의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는 저열팽창막을 형성하는 단계; 및

    (b) 상기 본체의 상기 전자총과 대향되는 표면에 전자반사막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 색선택구조물은 새도우마스크인 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법.
17. 제16항에 있어서,

    상기 저열팽창막을 형성하는 단계는,

    99.9중량%의 Ni와 나머지 중량%의 불순물로 이루어진 제1증착층을 형성하는 단계;

    33∼45중량%의 Ni와 나머지 중량%의 Fe로 구성된 Ni-Fe 합금층으로 이루어진 제2증착층을 형성하는 단계; 및

    소정의 조직결정화 온도에서 열처리를 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 조직결정화 온도는 400℃∼900℃이며, 상기 열처리는 10분 내지 60분간 수행되는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법.
19. 제16항에 있어서,

    상기 전자반사막을 형성하는 단계는,

    WO₃, Bi₂O₃, PbO, Pb_2-xWO_5-x, CaWO₄, MgWO₄중에서 적어도 1종을 재료로 하여 두께가 1∼10μm가 되도록 전자빔을 이용한 진공증착으로 상기 전자반사막을 형성하는 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 색선택구조물의 제조방법.