KR20050023623A - 텐션마스크를 포함하는 음극선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 색선별 기능을 하는 새도우마스크에 있어서, 새도우마스크의 수직 방향으로 형성된 슬롯과 슬롯을 연결하는 브릿지의 단면 형상에서 새도우마스크의 두께에 대한 브릿지 폭의 비가 0.7보다 크고 1.0보다 작은 것을 특징으로 한다. 이 때, 새도우마스크에 X축 방향에 대한 인장율을 , Y축 방향에 대한 인장율을 라 할 때, 이 보다 큰 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 새도우마스크의 브릿지의 형상과 X축 및 Y축 방향의 스트레인을 최적화함으로써 고휘도 구동 조건에서 로컬 도밍에 의한 색순도 저하를 최소화할 수 있다.

Description

텐션마스크를 포함하는 음극선관{Cathode Ray Tube Including Tension Mask}

본 발명은 새도우마스크를 포함하는 음극선관 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 새도우마스크를 패널과 고정된 레일에 고정시키기 위하여 새도우마스크에 인장력을 가하는 텐션 타입(tension type)의 새도우마스크를 포함하는 음극선관에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 평면 음극선관의 구조도로서, 전면이 실질적으로 평면인 패널(1)과, 상기 패널(1)의 전면에 레진수지로 결합되어 음극선관의 방폭특성을 유지하는 안전유리(2)와, 상기 패널(1)의 배면에 프릿 글라스로 고정되는 레일(3)과, 레일(3)에 고정되며 색선별 역할을 하도록 슬롯(4a)이 무수히 형성된 새도우마스크(4)와, 패널(1)에 프릿 글라스로 고정되며 후방에 네크부(5a)가 일체로 형성된 펀넬(5)과, 펀넬(5)의 네크부(5a)에 봉입되어 적,녹,청 3개의 전자빔을 발사하는 전자총(6)과, 네크부(5a)의 외주면에 설치되어 전자빔을 수직 및 수평방향으로 편향시키는 편향요크(7) 등으로 구성된다.

이와 같이 구성된 일반적인 평면 음극선관은 전자총(6)의 캐소드에 전원이 인가되면 전자는 캐소드의 음극산화물에서 활성화되어 전기장에 의해 방출된다. 이렇게 방출된 전자는 수십 kv가 인가되는 가속전극에 의해 가속되고 인라인방향으로 위치된 여러 개의 전극에 의하여 가속 및 집속된다.

집속된 전자는 편향코일(7)에 의해 수직 및 수평방향으로 편향되어 새도우마스크(4)의 슬롯(4a)을 통과하고, 새도우마스크(4)의 슬롯(4a)을 통과한 전자는 패널(1)의 내면에 도포된 형광면에 충돌하여 형광체를 발광시킴으로써 화상이 재현된다.

상기와 같이 전자총(6)에 의하여 주사된 전체 전자빔의 75%~80%는 새도우마스크(4)를 통과할 때 구멍 이외의 부분에 부딪혀 차단되고 나머지만이 패널(1)의 형광면에 도달하여 형광체를 발광시킨다.

이 때, 새도우마스크(4)에 부딪친 전자빔의 운동에너지는 거의 모두 열에너지로 변환되므로 새도우마스크(4)가 열팽창한다.

따라서, 열팽창한 새도우마스크(4)는 패널(1)의 형광체로 입사되는 전자빔의 경로를 변화시켜 색순도를 저하시키는데, 이러한 현상을 도밍현상이라고 한다.

최근 모니터용 음극선관을 통하여 동영상이 많이 구현됨으로써 고휘도의 모니터용 음극선관이 요구되고 있는데, 고휘도가 구현되기 위해서는 전자총에 인가되는 전류가 종전보다는 커져야 하고 이에 따라 도밍 현상 또한 커지므로 이에 대한 대응이 중요하게 대두되고 있다.

도밍 개선을 위하여 적용되고 있는 종래 기술은 크게 2가지로 볼 수 있다.

한 가지는 새도우마스크(4)에 열팽창계수가 낮은 재질을 적용하는 것이고, 나머지 하나는 성형 방식 대신 도 2와 같이 새도우마스크(4)에 인장력을 가하는 텐션마스크를 적용하는 것이다.

도 2에서와 같이 새도우마스크(4)의 외주부(42)에 형성된 클램프(44)를 이용, 외주방향으로 힘이 가해지면 새도우마스크(4)가 일정량 인장되면서 스트레인(strain)이 인가된다.

이 때, 가해지는 스트레인은 음극선관의 구동 중에 전자빔이 새도우마스크(4)에 충돌할 때 발생하는 열적 스트레인 저하를 견딜 수 있도록 설정된다. 이 때, 스트레인은 일반적으로 X축, Y축 방향 각각에 동일하게 인장율이 0.120% ~ 0.130%만큼 인가된다.

이와 같은 관계는 다음과 같은 수식으로 일반화될 수 있다.

이와 같은 수학식 1에서 는 각각 역학적 스트레인(mechanical strain)과 열적 스트레인(thermal strain)을 나타내며, 는 응력(stress), E는 영스 모듈러스(Young's modulus), 는 열팽창계수, 는 음극선관 구동에 따른 온도 변화를 나타낸다.

이 때, 인가되는 역학적 스트레인( )은 음극선관의 구동 중의 도밍 현상에 대응하기 위하여 열적 스트레인보다 크게 설계된다. 이 때, 는 서로 반대 부호를 갖는데 이는 작용되는 텐션 방향이 서로 반대임을 의미하며, 도밍이 발생하는 시점은 일 때이다.

이와 같은 음극선관에서의 도밍현상은 라스터 도밍현상(raster doming)과 로컬 도밍현상(local doming)으로 구분될 수 있다.

도 3a와 도 3b는 각각 라스터 도밍현상과 로컬 도밍현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a에 도시된 바와 같이 라스터 도밍은 화면 전체에 전자빔이 주사될 때 새도우마스크 전체에 전자빔이 충돌하여 발생하는 열에너지로 인한 열팽창으로 인하여 색순도가 저하되는 현상이다.

도 3b에 도시된 바와 같이 로컬 도밍은 화면의 일부 영역에 전자빔이 집중 주사될 때에 그 일부 영역에 해당하는 새도우마스크의 열팽창에 의한 색순도 저하를 일으키는 현상이다.

텐션마스크를 적용한 음극선관에서는 라스터 도밍은 거의 발생되지 않으나 로컬 도밍은 텐션마스크를 적용한 음극선관에서 더 심각하게 발생된다.

특히, 도 3c와 같이 화면의 좌우 한쪽만 백색 화상을 표현하고, 반대쪽은 화상이 표현되지 않는 하프 윈도우 패턴(half window pattern)(31)에서 로컬 도밍현상이 심하게 일어나며, 이 때 나타나는 현상은 새도우마스크의 중앙부(32)에 전자빔이 집중되는 백색 화상 영역의 새도우마스크가 열팽창에 의해 반대쪽, 즉 전자빔이 집중되지 않는 쪽으로 이동하여 전자빔이 타색을 발광시킴으로써 색순도가 저하된다.

도 4a는 로컬 도밍현상의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 로컬 도밍현상을 구조해석 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션하면, 도 4에 도시한 바와 같이 하프 윈도우 패턴에서 화면 중앙부에 해당하는 새도우마스크의 변위량이 가장 크며 새도우마스크가 고정된 상하끝 쪽으로 가면서 변위량이 줄어든다.

도 4b는 도 4a의 로컬 도밍현상의 시뮬레이션 결과 텐션타입 새도우마스크의 변위량을 나타내는 그래프이다. 이 때, 도 4b에 도시된 그래프의 X축은 새도우마스크의 수평축을 의미하고, 그래프의 Y축은 새도우마스크 중앙부의 수평축 방향의 변위량을 나타낸다. 따라서, 그래프의 수평축 중심은 새도우마스크의 수평축의 중심부분이다.

도 4b에 도시된 바와 같이 로컬 도밍현상의 시뮬레이션 결과 텐션타입 새도우마스크 중앙부의 X축 방향의 변위량은 30㎛이며, 패널의 형광체가 수직으로 형성되어 있기 때문에 이와 같은 X축 방향의 변위량이 조금만 퓨리티 마진을 넘어서면 타색을 발광시키게 된다. 이 때, 퓨리티 마진은 타색 발광의 한계를 의미한다.

종래의 텐션마스크를 채용한 음극선관에서 일반적인 구동 조건으로 적용되는 한계 휘도인 30fL 이내에서는 로컬 도밍에 의한 중앙부의 변위량이 상기의 퓨리티 마진(purity margin)보다 작기 때문에 색순도 저하를 일으키는 경우가 적으나, 동영상을 구현하는 고휘도 구동 조건, 즉 50fL에서는 새도우마스크 중앙부의 X축 방향의 변위량이 퓨리티 마진보다 크기 때문에 색순도 저하가 발생하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 고휘도 구동 조건에서 로컬 도밍현상을 최소화할 수 있는 텐션 타입 새도우마스크를 포함하는 음극선관을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 색선별 기능을 하는 새도우마스크에 있어서, 새도우마스크의 수직 방향으로 형성된 슬롯과 슬롯을 연결하는 브릿지의 단면 형상에서 새도우마스크의 두께에 대한 브릿지 폭의 비가 0.7보다 크고 1.0보다 작은 것을 특징으로 한다.

이 때, 새도우마스크에 X축 방향에 대한 인장율을 , Y축 방향에 대한 인장율을 라 할 때, 이 보다 큰 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

앞서 기재된 바와 같이 텐션타입 새도우마스크는 레일 위에 고정되기 전에 소정의 힘을 가하여 인장되는데, 이 때 텐션타입 새도우마스크 상에는 응력이 분포된다.

그리고 음극선관의 구동시 일부 영역에 전자빔이 집중되어 로컬 도밍현상이 발생하면 로컬 도밍현상이 발생한 영역은 열에너지에 의하여 응력이 풀리는데 이 때, 응력이 균형을 이루기 위하여 로컬 도밍현상이 일어난 영역의 경계부분에서 로컬 도밍현상이 일어나지 않은 반대쪽으로 변위가 발생한다. 이 때 전자빔이 집중되는 영역과 집중되지 않는 영역의 응력의 변화가 크면 클수록 변위량은 증가하게 된다.

아래의 일반화된 수식에서 알 수 있듯이 새도우마스크상에 작용하는 응력()은 적용된 스트레인()과 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)에 비례하고, 이를 식으로 나타내면 다음의 수학식2와 같다.

수학식 2에서 알 수 있듯이 열에 의한 텐션타입 새도우마스크의 변위량을 줄이려면 스트레인( )이 줄어들거나 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)가 낮아져야 하므로 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)와 텐션타입 새도우마스크에 인가되는 스트레인( )을 적절히 낮춤으로써 음극선관의 고휘도 구동조건에서 로컬 도밍에 의한 새도우마스크의 변위량이 퓨리티 마진보다 작게 할 수 있다.

먼저, 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)를 낮추기 위하여 최적의 브릿지 폭과 브릿지 단면 형상을 설정함으로써 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)를 낮출 수 있다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 인장력과 브릿지의 관계를 설명하기 위한 텐션타입 새도우마스크의 형상을 도시한 것이다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 브릿지(51)는 수직 방향으로 배열된 슬롯(52)과 슬롯(52)을 연결하는 부분으로 수평 방향으로 작용하는 인장력이 집중되기 때문에 수평 방향의 유효 물성 즉, 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)에 가장 큰 영향을 끼치는 부분이다.

만약, 브릿지(51)의 폭이 증가되면 텐션타입 새도우마스크는 인장에 의한 파단에 강해지는 반면 수평방향 강성계수가 높아져 로컬 도밍에 불리하게 작용한다. 즉, 형광체가 수직으로 길게 형성되어 있으므로 수평방향 강성계수가 변화하면 로컬 도밍현상 또한 민감하게 변화한다.

다음의 표 1은 브릿지(51)의 폭에 따른 로컬 도밍에 의한 변위량을 측정한 데이터이다.

	브릿지의 폭(단위: ㎛)	로컬 도밍의 변위량(600㎂에서, 단위 : ㎛)	Ex	Ey
type A	35	25	47622	132510
type B	40	31	50081	132430
type C	45	35	52696	132165

표 1에서 보듯이 브릿지의 폭이 약 5㎛씩 감소함에 따라 로컬 도밍에 의한 텐션타입 새도우마스크의 변위량도 약 5㎛ 축소됨을 알 수 있다.

도 6은 종래 텐션타입 새도우마스크의 브릿지 형상을 나타낸 도면이다. 이 때, Br은 브릿지 폭이라 하고, Bb는 전자총쪽의 브릿지 폭이라 하며, Bf는 스크린쪽의 브릿지 폭이라 한다.

도 6에 도시된 바와 같이 텐션타입 새도우마스크의 변위량을 축소하기 위하여 브릿지 폭을 감소시키기 위해서는 스크린 쪽의 브릿지 폭(Bf)이 매우 작아지게 되므로 새도우마스크의 인장에 의한 파단의 위험성이 증가된다.

구체적으로 스크린 쪽의 브릿지 폭(Bf)이 12㎛ 이하가 되면 새도우마스크를 인장하는 공정에서 파단이 발생되므로 스크린 쪽의 브릿지 폭(Bf)은 최소 15㎛ 이상되어야 한다.

이와 같이 파단이 발생하지 않으면서도 본발명의 목적인 고휘도 구동조건에서 로컬 도밍을 최소화하기 위해서는 브릿지 폭(Br)의 두께를 적절히 설정해야 한다.

도 7은 본 발명의 텐션타입 새도우마스크의 브릿지 형상을 나타낸 도면이다.

일반적으로 텐션타입 새도우마스크의 슬롯 형상은 도 6에 도시된 바와 같이 전자총에서 출사된 전자빔의 난반사를 줄이기 위하여 전자총 쪽의 테이퍼(T1)는 작게 형성되고, 스크린 쪽의 테이퍼(T2)는 크게 형성된다.

따라서, 일반적인 텐션타입 새도우마스크에서는 브릿지 폭(Br)은 새도우마스크 두께의 0.9배 ~ 1.0배로 설계되고, 다시 전자총쪽의 브릿지 폭(Bb)은 새도우마스크 두께의 0.85배 ~ 1.0배로 설계되며, 스크린쪽의 브릿지 폭(Bf)는 전자총쪽의 브릿지 폭(Bb)의 0.35배 ~ 0.5배로 설계된다.

그러나, 텐션타입 새도우마스크는 그 두께가 얇기 때문에 전자총 쪽의 테이퍼(T3)를 다소 크게 형성하여도 테이퍼(T3)의 면적이 종래에 비하여 그리 넓지 않아 전자빔 난반사의 문제가 발생하지 않기 때문에 본 발명에서는 슬롯의 테이퍼(T3, T4)를 도 7과 같이 변경하여 스크린쪽 브릿지 폭(Bf)이 극도로 작아지지 않도록 하였다.

이 때, 본 발명에 따른 브릿지 형상에서 새도우 마스크의 두께가 25㎛보다 크고 100㎛보다 작을 때, 브릿지 폭(Br')은 새도우마스크 두께의 0.7배 ~ 1.0배일 때 가장 최적화되고, 전자총쪽 브릿지 폭(Bb')은 브릿지 폭(Br')의 0.4배 ~ 0.9배일 때 최적화되며, 스크린쪽 브릿지 폭(Bf')은 전자총쪽 브릿지 폭(Bb')의 0.5배 ~ 1.0배일 때 가장 최적화된다.

보다 구체적인 예를 들면, 본 발명에 따른 브릿지 형상을 지닌 새도우 마스크의 두께를 50㎛라 할 때, 브릿지 폭(Br')은 35㎛보다 크고 50㎛보다 작으며, 전자총쪽 브릿지 폭(Bb')은 20㎛보다 크고 30㎛보다 작으며, 스크린쪽 브릿지 폭(Bf')는 15㎛보다 크고 20㎛보다 작다.

이 때, 상기 범위를 벗어나게 되면 즉, 새도우마스크를 인장할 때 파단이 생길 수도 있고 전자빔의 흐름을 막아 새도우마스크의 색선별 기능을 저하시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 브릿지 형상을 설정함으로써 텐션 타입 새도우마스크의 파단이 발생하지 않으면서도 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)를 낮출 수 있어 본발명의 목적인 고휘도 구동조건에서 로컬 도밍을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 브릿지 폭의 축소되므로 부수적으로 본 발명의 새도우마스크를 통한 전자빔의 투과율이 약 4% 향상된다.

앞서 수학식2에 기재한 바와 같이 열에 의한 텐션타입 새도우마스크의 변위량을 줄이기 위한 스트레인( )의 감소에 대해 표 2를 참조하여 상세히 설명한다.

표 2는 스트레인( )의 변화에 따라 변하는 로컬 도밍에 의한 텐션타입 새도우마스크의 X축 및 Y축의 변위량을 나타낸 것이다.

스트레인(ε)	X축 변위량 (단위 : ㎛)	Y축 변위량 (단위 : ㎛)
0.125%	16	12
0.135%	18	13
0.145%	22	14

표 2에 기재된 바와 같이 스트레인( )이 크면 로컬 도밍에 의한 X축 및 Y축 변위량도 증가하게 된다. 이것은 수학식2에서 보듯이 스트레인( )이 증가하면 응력( )도 증가하여 로컬 도밍 패턴의 화상 구현시 응력의 변화가 커져 변위량이 커지고, 이 때 큰 영향을 끼치는 것은 도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이 Y축의 변위량보다는 X축의 변위량이 더 큰 영향을 끼친다.

따라서 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 새도우마스크에 스트레인을 X축, Y축 방향으로 동일하게 인가하는 대신에 X축 방향의 스트레인은 줄이고 Y축 방향의 스트레인은 증가시켜 로컬 도밍 발생시 X축 방향의 변위량이 상대적으로 줄어들도록 한다.

보다 구체적으로 본 발명의 새도우마스크의 X축 방향에 대한 인장율을 , Y축 방향에 대한 인장율을 라 할 때,는 0.100%보다는 크고 0.120보다는 작으며,는 0.120%보다는 크고 0.150보다는 작다. 또한, 이 때 는 1.2보다 크고 1.5보다 작다.

이상에서 설명한 바와 같이 수학식2의 응력( )을 줄이기 위하여 최적의 텐션타입 새도우마스크의 탄성계수(E)과 스트레인( )을 설정함으로써 새도우마스크의 파단없이 로컬 도밍을 줄일 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 음극선관은 새도우마스크의 브릿지의 형상과 X축 및 Y축 방향의 스트레인을 최적화함으로써 고휘도 구동 조건에서 로컬 도밍에 의한 색순도 저하를 최소화할 수 있다.

도 1은 일반적인 평면 음극선관의 구조도이다.

도 2는 일반적인 텐션마스크의 구조를 도시한 것이다.

도 3a와 도 3b는 각각 새도우마스크의 라스터 도밍현상과 로컬 도밍현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 3c는 로컬 도밍현상의 실례를 도시한 도면이다.

도 4a는 로컬 도밍현상의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.

도 4b는 도4a의 로컬 도밍현상의 시뮬레이션 결과 텐션타입 새도우마스크 중앙부의 변위량을 나타내는 그래프이다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 인장력과 브릿지의 관계를 설명하기 위한 텐션타입 새도우마스크의 형상을 도시한 것이다.

도 6은 종래 텐션타입 새도우마스크의 브릿지 형상을 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 텐션타입 새도우마스크의 브릿지 형상을 나타낸 도면이다.

Claims (7)

1. 색선별 기능을 하는 새도우마스크에 있어서,

   상기 새도우마스크의 수직 방향으로 형성된 슬롯과 슬롯을 연결하는 브릿지의 단면 형상에서 상기 새도우마스크의 두께에 대한 상기 브릿지 폭의 비가 0.7보다 크고 1.0보다 작은 것을 특징으로 하는 새도우마스크를 포함하는 음극선관.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 새도우마스크의 두께는 25㎛보다 크고 100㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 새도우마스크를 포함하는 음극선관.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 새도우마스크의 브릿지 폭에 대한 상기 새도우마스크의 전자총쪽 브릿지 폭의 비가 0.4보다 크고 0.9보다 작은 것을 특징으로 하는 새도우마스크를 포함하는 음극선관.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 새도우마스크의 전자총쪽 브릿지 폭에 대한 스크린쪽 브릿지 폭의 비가 0.5보다 크고 1.0보다 작은 것을 특징으로 하는 새도우마스크를 포함하는 음극선관.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 새도우마스크에 X축 방향에 대한 인장율을 , Y축 방향에 대한 인장율을 라 할 때, 이 보다 큰 것을 특징으로 하는 새도우마스크를 포함하는 음극선관.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 에 대한 상기 의 비가 1.0보다 크고 1.5보다 작은 것을 특징으로 하는 새도우마스크를 포함하는 음극선관.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 는 0.100%보다 크고 0.120%보다 작으며, 상기 는 0.120%보다 크고 0.150%보다 작은 것을 특징으로 하는 새도우마스크를 포함하는 음극선관.