DE19959694A1

DE19959694A1 - Glasschirm für eine Kathodenstrahlröhre

Info

Publication number: DE19959694A1
Application number: DE19959694A
Authority: DE
Inventors: Cheon Yoon; Dong-Sang Kim; Byung-Chui Lim; Chang-Wook Bin
Original assignee: Samsung Corning Co Ltd
Current assignee: Corning Precision Materials Co Ltd
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2000-06-08
Also published as: US6448707B1

Abstract

Im wesentlichen rechteckiger Glasschirm für eine Kathodenstrahlröhre, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A der Glasschirm aus einem Glas mit einem Röntgenstrahl-Längenabsorptionskoeffizienten von wenigstens 34 cm·-1· bei einer Wellenlänge von 0, 6 Å hergestellt ist; wobei die Abmessungen des Glasschirmes die Bedingung erfüllen: 0,07 T/D·1/2· 0,09; und der Glasschirm vorgespannt ist, so daß die Oberfläche der Front des Glasschirmes eine Restdruckspannung im Bereich von 5 bis 25 MPa aufweist, wobei T die mittige Dicke der Front des Glasschirmes in Zoll und D die maximale Diagonallänge der Front des Glasschirmes in Zoll ist, und eine Kathodenstrahlröhre mit einem Glasschirm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Glasschirm für eine Kathodenstrahlröhre und insbe sondere einen leichten Kathodenstrahlröhrenglasschirm mit einer verringerten Glasdicke und einem hohen Röntgenstrahlabsorptionskoeffizienten.

Eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube (CRT)), wie z. B. eine Computermonitor- oder Fernsehbildröhre, umfaßt drei Hauptteile: einen Glasschirm, über den Videos angezeigt wer den können, einen Trichter, der ein Joch, das die Bahn des von einer Elektronenquelle er zeugten Elektronenstrahls bestimmt, aufweist und an dem Glasschirm angebracht ist, und ei nen mit der Elektronenquelle ausgestatteten Ansatz. Der Glasschirm muß unter anderem eine Stärke zum Aushalten einer statischen Beanspruchung, die aus einem Druckunterschied zwi schen der Außenatmosphäre und dem inneren Vakuum resultiert, sowie die Fähigkeit aufwei sen, gefährliche Röntgenstrahlung unter einem Sicherheitsbestimmungswert abzuschirmen.

Aus diesem Grund sind herkömmliche CRT-Glasschirme relativ dick geblieben, was Nach teile, wie niedrige Produktivität und hohe Materialkosten mit sich bringt. Demzufolge sind Versuche unternommen worden, einen leichten Glasschirm mit hoher mechanischer Festigkeit und verminderter Glasdicke zu entwickeln.

Zum Beispiel schlägt US-Patentnummer 2,991,591 vor, daß die Dicke eines Glasschirmes durch Geben einer Restdruckspannung auf die Front des Glasschirmes, z. B. durch Vorspan nen der Platte zum Kompensieren der statischen Beanspruchung reduziert werden kann. Die offengelegten japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 8-138579 und 7-21944 offenbaren, daß die Dicke des Frontgebietes eines Glasschirmes durch Verwendung eines ähnlichen phy sikalischen Verstärkungsverfahrens verringert werden kann. Das Ausmaß der durch die obi gen Verfahren erzielbaren Dickenverringerung ist jedoch aufgrund des Unvermögens, die Röntgenstrahlemissionsanforderungen zu erfüllen, begrenzt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen leichten, dünnen Glasschirm für eine Kathodenstrahlröhre mit einem hohen Röntgenstrahlabsorptionskoeffizienten und hoher me chanischer Festigkeit bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Kathodenstrahlröhre mit einem leichten, dünnen Glasschirm mit einem hohen Röntgenstrahlabsorptionskoeffizienten und hoher mechanischer Festigkeit bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen im wesentlichen rechteckigen Glas schirm für eine Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasschirm aus einem Glas mit einem Röntgenstrahl-Längenabsorptionskoeffizienten von wenigstens 34 cm^-1 bei einer Wellenlänge von 0,6 Å hergestellt ist; wobei die Abmessungen des Glasschirmes die Bedingung erfüllen: 0,07 ≦ T/√D ≦ 0,09; und der Glasschirm vorgespannt ist, so daß die Oberfläche der Front des Glasschirmes eine Restdruckspannung im Bereich von 5 bis 25 MPa aufweist, wobei T die mittige Dicke der Front des Glasschirmes in Zoll und D die maximale Diagonallänge der Front des Glasschirmes in Zoll ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Glas bezogen auf die gesamte Oxidmenge 56,0 bis 58,5 Gew.-% SiO₂, 11,0 bis 13,0 Gew.-% BaO, 7,5 bis 9,0 Gew.-% SrO, 2,5 bis 3,5 Gew.-% ZrO₂, 1,0 bis 2,5 Gew.-% ZnO, 0 bis 0,5 Gew.-% Li₂O, 4 bis 7,5 Gew.-% Na₂O, 7 bis 11 Gew.-% K₂O, 1 bis 3 Gew.-% Al₂O₃, 0 bis 0,2 Gew.-% MgO, 0 bis 0,3 Gew.-% CaO, 0,3 bis 0,5 TiO₂, 0,2 bis 0,5 Gew.-% CeO₂ und 0,2 bis 0,5 Gew.-% Sb₂O₃ auf weist.

Schließlich kann auch vorgesehen sein, daß die Bestandteile des Glases die folgenden For meln (II) bis (IV) erfüllen:

0,58 ≦ C_BaO/(C_BaO + C_SrO) ≦ 0,62 (II)

4,5 ≦ C_ZrO2 + C_ZnO ≦ 6,0 (III)

0,52 ≦ [C_K2O/(C_K2O + C_Na2O)]-0,43 C_Li2O ≦ 0,58 (IV)

wobei C_BaO, C_SrO, C_ZrO2, C_ZnO, C_K2O, C_Na2O und C_Li2O die Gehalte in Gew.-% jeweils von BaO, SrO, ZrO₂, ZnO, K₂O, Na₂O und Li₂O darstellen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer im wesentlichen rechteckigen Front eines Glasschirmes ge mäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 2 eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Glasschirmes.

Die vorliegende Erfindung dient zur Bereitstellung eines leichten Glasschirmes zur Verwen dung in einem Kathodenstrahlröhrenkolben. Dies gelingt durch Verwendung einer Glaszu sammensetzung mit einem hohen Röntgenstrahlabsorptionskoeffizienten und durch Vorspan nen des Glasschirmes.

Das Ausmaß der Verringerung der Dicke und des Gewichtes eines Glasschirmes kann als Gewichtsverringerungsparameter K ausgedrückt werden, der durch die folgende Formel defi niert ist:

K = T/√D (I),

wobei T die mittige Dicke der Glasschirmfront in Zoll und D die maximale Diagonallänge der Glasschirmfront in Zoll ist.

Eine herkömmliche Glaszusammensetzung für einen CRT-Glasschirm weist einen Röntgen strahlabsorptionskoeffizienten von ungefähr 28 cm^-1 bei einer Wellenlänge von 0,6 Å auf. Um den festgelegten Sicherheitswert für Röntgenstrahlemission von 0,5 mR/hr zu erfüllen, muß ein daraus hergestellter CRT-Glasschirm relativ dick sein, wobei der Gewichtsverringerungs parameter K im Bereich von 0,09 bis 0,10 liegt.

Im Gegensatz dazu kann der CRT-Glasschirm gemäß der vorliegenden Erfindung derart ge staltet werden, daß der Gewichtsverringerungsparameter im Bereich von 0,07 bis 0,9 liegt, was verglichen mit der herkömmlichen Glaszusammensetzung einer Gewichtsverringerung um 10 bis 25% entspricht. Wenn K kleiner als 0,07 ist, weist der Glasschirm keine ausrei chende Festigkeit auf, und wenn K größer als 0,09 ist, wird der Glasschirm unnötig dick.

Ferner kann entsprechend der vorliegenden Erfindung das Randgebiet verglichen mit der her kömmlichen Glaszusammensetzung auch um 5 bis 15% verringert werden.

Der Glasschirm gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch einen herkömmlichen Form prozeß unter Verwendung einer Glaszusammensetzung mit einem Röntgenstrahl-Längen absorptionskoeffizienten von 34 cm^-1 oder mehr bei einer Wellenlänge 0,6 Å hergestellt. Die Glaszusammensetzung zur Verwendung beim Formen des erfindungsgemäßen Glasschirmes kann bezogen auf die gesamte Oxidmenge 56,0 bis 58,5 Gew.-% SiO₂, 11,0 bis 13,0 Gew.-% BaO, 7,5 bis 9,0 Gew.-% SrO, 2,5 bis 3,5 Gew.-% ZrO₂, 1,0 bis 2,5 Gew.-% ZnO, 0 bis 0,5 Gew.-% Li₂O, 4 bis 7,5 Gew.-% Na₂O, 7 bis 11 Gew.-% K₂O, 1 bis 3 Gew.-% Al₂O₃, 0 bis 0,2 Gew.-% MgO, 0 bis 0,3 Gew.-% CaO, 0,3 bis 0,5 Gew.-% TiO₂, 0,2 bis 0,5 Gew.-% CeO₂ und 0,2 bis 0,5 Gew.-% Sb₂O₃ enthalten. Vorzugsweise erfüllen die Bestandteile der Glaszusammen setzung die folgenden Formeln (II) bis (IV):

0,58 ≦ C_BaO/(C_BaO + C_SrO) ≦ 0,62 (II)

4,5 ≦ C_ZrO2 + C_ZnO ≦ 6,0 (III)

0,52 ≦ [C_K2O/(C_K2O + C_Na2O)]-0,43 C_Li2O ≦ 0,58 (IV),

Zur Umsetzung der Erfindung wird der Glasschirm entsprechend einem herkömmlichen Vor spannverfahren einem physikalischen Verstärkungsprozeß unterzogen, um eine Restdruck spannung auf die Oberfläche der Glasschirmfront zu geben, die der statischen Beanspruchung entgegenwirkt, die beim Evakuieren des Inneren der Kathodenstrahlröhre erzeugt wird.

Wenn der Glasschirm sehr langsam auf eine Temperatur abgekühlt wird, die im Bereich der Temperatur, beider die Viskosität der Glaszusammensetzung entsprechend dem ASTM- Standard 10^13,4 (eine langsame Kühltemperatur von Glas) erreicht, und der Temperatur liegt, bei der die Viskosität des Glases entsprechend dem ASTM-Standard 10^14,6 (eine Umwand lungstemperatur von Glas) erreicht, wird ein herkömmlicher unbelasteter Schirm erhalten.

Im Gegensatz dazu wird entsprechend dem physikalischen Verstärkungsprozeß der vorliegen den Erfindung das Kühlen des Glasschirmes mit einer gesteuerten Temperatur, Zeit und Ge schwindigkeit durchgeführt, so daß eine gewünschte Restdruckspannung erhalten wird. Vor zugsweise wird der Glasschirm auf eine Temperatur im Bereich von 470 bis 500°C für eine Stunde oder weniger abgekühlt, um eine Restdruckspannung im Bereich von 5 bis 25 MPa auf der Oberfläche der Schirmfront zu ergeben.

Wenn die Restdruckspannung der Oberfläche der Schirmfront geringer als 5 MPa ist, ist die Festigkeit des Glasschirmes ungenügend, während, wenn sie größer als 25 MPa ist, der Ka thodenstrahlröhrenkolben so unstabil wird, daß er leicht durch die während eines Geschoß- oder Kugeltests ausgeübte äußere Kraft zerstört werden kann.

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch eine Kathodenstrahlröhre mit dem erfindungsgemä ßen Glasschirm. Die Kathodenstrahlröhre umfaßt ferner ein Trichterglas, das ein Joch, das die Bahn eines von einer Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls bestimmt, aufweist und an dem Schirm angebracht ist, und einen mit der Elektronenquelle ausgestatteten Ansatz. Die Kathodenstrahlröhre kann durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt werden.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Darstellung der vorliegenden Erfindung und sollen deren Schutzbereiche jedoch nicht einschränken.

Die Eigenschaften der Glasschirme in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurden entsprechend den folgenden Verfahren bestimmt.

1) Maximale Vakuumdehnungsspannung (kgf/cm²)

Die maximale Vakuumdehnungsspannung bedeutet die maximale statische Belastung, die durch den Druckunterschied zwischen der Außenatmosphäre ausgeübt wird, und wird durch Verwendung eines Simulationsprogramms (Winbulb, Samsung Corning, ANSYS) unter Berücksichtigung der zahlreichen Abmessungen, z. B. maximale Länge der Diago nalen des Frontgebietes (D), die Dicke der Mitte des Frontgebietes (T) und die Dicke der Dichtungskante des Glasschirmes (S/E) bestimmt.

2) Röntgenstrahlabsorptionskoeffizient (µ, cm^-1)

Der Röntgenstrahlabsorptionskoeffizient (µ, cm^-1) des Glases wurde durch Multiplizieren der Dichte des Glases mit der Summe der bei einer Wellenlänge von 0,6 Å gemessenen Massenabsorptionskoeffizienten der Bestandteile berechnet.

3) Restdruckspannung

Die Restdruckspannung, die auf die Oberfläche der Schirmfront durch eine Vorspannpro zedur ausgeübt wurde, wurde durch Verwendung des Senarmont-Verfahrens bestimmt.

4) Hydrostatischer Drucktest

Das Innere eines Kolbens mit dem in jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel hergestellten Glasschirm wurde mit Wasser gefüllt und der Kolben wurde im Wasser angeordnet. Dann wurde ein äußerer Druck ausgeübt und der Druck, bei dem der Kolben zerbrach, wurde als der hydrostatische Druck des Kolbens aufgezeichnet.

5) Röntgenstrahlemissionsrate

Die Röntgenstrahlemissionsrate wurde durch UL-Standard bestimmt.

Beispiel 1

Durch einen herkömmlichen Formprozeß wurde ein CRT-Glasschirm mit einer wesentlichen rechteckigen Gestalt unter Verwendung einer Glaszusammensetzung mit einem Röntgen strahlabsorptionskoeffizienten (µ) von 34 cm^-1 bei einer Wellenlänge von 0,6 Å ausgebildet. Die maximale Diagonallänge des Frontgebietes, D, betrug 39,1 cm (15,4 Zoll) und die Dicke des zentralen Frontgebietes, T, betrug 0,749 cm (0,295 Zoll).

Nach dem Formprozeß wurde der Glasschirm für 40 Minuten auf einer Temperatur von 475°C gehalten, um eine Restdruckspannung von 12 MPa auf das Frontgebiet zu geben.

Die Glaszusammensetzung enthielt bezogen auf die gesamte Oxidmenge 57,10 Gew.-% SiO₂, 1,50 Gew.-% Al₂O₃, 0,25 Gew.-% Li₂O, 4,86 Gew.-% Na₂O, 10,07 Gew.-% K₂O, 0,1 Gew.-% (MgO + CaO), 7,91 Gew.-% SrO, 12,46 Gew.-% BaO, 4,75 Gew.-% (ZnO + ZrO₂), 0,4 Gew.-% TiO₂, 0,3 Gew.-% CeO₂ und 0,4 Gew.-% Sb₂O₃.

Es wurden zahlreiche Eigenschaften des resultierenden Schirmes bestimmt, wobei die Ergeb nisse in Tabelle I gezeigt sind.

Vergleichsbeispiel 1

In einem herkömmlichen Formprozeß wurde ein CRT-Glasschirm unter Verwendung einer Glaszusammensetzung mit einem Röntgenstrahlabsorptionskoeffizienten (µ) von 28 cm^-1 bei einer Wellenlänge von 0,6 Å (Samsung Corning Co., Ltd., CP044) ausgebildet. D betrug 39,1 cm (15,4 Zoll) und T betrug 0,749 cm (0,295 Zoll).

Nach dem Formprozeß wurde der Glasschirm über 40 Minuten bei 520°C geglüht, wodurch keine Restdruckspannung auf die Schirmfront ausgeübt wurde.

In Tabelle I sind zahlreiche Eigenschaften der resultierenden Schirme gezeigt.

Vergleichsbeispiel 2

Mit der Ausnahme, daß die Abmessungen in der in Tabelle I gezeigten Weise geändert wur den, wurde die Prozedur von Vergleichsbeispiel 1 wiederholt.

Die Ergebnisse sind in Tabelle I dargestellt.

Beispiel 2

Mit der Ausnahme, daß die Abmessungen des Schirmes in der in Tabelle I gezeigten Weise geändert wurden, wurde die Prozedur von Beispiel 1 wiederholt.

Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt.

Vergleichsbeispiele 3 und 4

Abgesehen davon, daß die Abmessungen des Schirmes in der in Tabelle I gezeigten Weise geändert wurden, wurde die Prozedur von Vergleichsbeispiel 1 wiederholt.

Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt.

Tabelle I

Wie es in Tabelle I gezeigt ist, nimmt die maximale Vakuumdehnungsspannung, das heißt die maximale statische Belastung, die durch den Druckunterschied zwischen der Außenatmosphä re ausgeübt wird, zu, wenn der Gewichtsverringerungsparameter verringert wird. Das heißt, das der Schirm fester sein muß, wenn die Dicke des Glasschirmes abnimmt.

Die Festigkeit des Glasschirmes kann indirekt durch den hydrostatischen Drucktest bestimmt werden. Wenn eine Restdruckspannung von 12 oder 14 MP wie in Beispiel 1 oder 2 auf die Schirmfront ausgeübt wird, steigt der hydrostatische Druck im Vergleich mit Vergleichsbei spielen 1 bis 4 an.

Ferner weisen die Glasschirme der Vergleichsbeispiele 1 und 3, die aus einer herkömmlichen Glaszusammensetzung hergestellt sind, Röntgenstrahlemissionsraten jeweils von 1,9 und 1,5 mR/hr auf, die den festgelegten Wert von 0,5 mR/hr überschreiten. Im Gegensatz dazu weisen die erfindungsgemäßen Schirme der Beispiele 1 und 2, die aus einer Glaszusammensetzung mit einem Röntgenstrahlabsorptionskoeffizienten (µ) von 34,4 cm^-1 hergestellt sind, verrin gerte Röntgenstrahlemissionsraten auf, die unterhalb des festgelegten Wertes liegen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbar ten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10

Glasschirm
D maximale Diagonallänge
T mittige Dicke

Claims

1. Im wesentlichen rechteckiger Glasschirm für eine Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasschirm (10) aus einem Glas mit einem Röntgenstrahl-Längenabsorptionskoeffi zienten von wenigstens 34 cm^-1 bei einer Wellenlänge von 0,6 Å hergestellt ist; wobei die Abmessungen des Glasschirmes die Bedingung erfüllen: 0,07 ≦ T/√D ≦ 0,09; und der Glasschirm vorgespannt ist, so daß die Oberfläche der Front des Glasschirmes eine Rest druckspannung im Bereich von 5 bis 25 MPa aufweist, wobei T die mittige Dicke der Front des Glasschirmes in Zoll und D die maximale Diagonallänge der Front des Glas schirmes in Zoll ist.

2. Glasschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas bezogen auf die ge samte Oxidmenge 56,0 bis 58,5 Gew.-% SiO₂, 11,0 bis 13,0 Gew.-% BaO, 7,5 bis 9,0 Gew.-% SrO, 2,5 bis 3,5 Gew.-% ZrO₂, 1,0 bis 2,5 Gew.-% ZnO, 0 bis 0,5 Gew.-% Li₂O, 4 bis 7,5 Gew.-% Na₂O, 7 bis 11 Gew.-% K₂O, 1 bis 3 Gew.-% Al₂O₃, 0 bis 0,2 Gew.-% MgO, 0 bis 0,3 Gew.-% CaO, 0,3 bis 0,5 TiO₂, 0,2 bis 0,5 Gew.-% CeO₂ und 0,2 bis 0,5 Gew.-% Sb₂O₃ auf weist.

3. Glasschirm nach Anspruch 1, worin die Bestandteile des Glases die folgenden Formeln (II) bis (IV) erfüllen:
0,58 ≦ C_BaO/(C_BaO + C_SrO) ≦ 0,62 (II)
4,5 ≦ C_ZrO2 + C_ZnO ≦ 6,0 (III)
0,52 ≦ [C_K2O/(C_K2O + C_Na2O)]-0,43 C_Li2O ≦ 0,58 (IV)
wobei C_BaO, C_SrO, C_ZrO2, C_ZnO, C_K2O, C_Na2O und C_Li2O die Gehalte in Gew.-% jeweils von BaO, SrO, ZrO₂, ZnO, K₂O, Na₂O und Li₂O darstellen.

4. Kathodenstrahlröhre mit einem Glasschirm (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.