CN1267079A - 用于彩色阴极射线管的张力荫罩和张力荫罩与框架组件 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于彩色阴极射线管(CRT)的张力荫罩和张力荫罩与框架组件。张力荫罩与框架组件包括:张力荫罩,该张力荫罩包括带孔部分和无孔部分,带孔部分具有以预定间隔设置从而确定狭缝的一系列条和互连相邻条的连杆,无孔部分具有平行于带孔部分侧边附近的条设置的侧边部件,其中带孔部分侧边附近的条和侧边部件具有预定的部分枕形曲率;和框架,该框架包括互相平行设置的一对支撑部件和一对弹性部件,支撑部件用于在作用于条的垂直方向的张力下支撑张力荫罩,从而由于张力荫罩的曲率而使张力通过连杆作用于张力荫罩的水平方向,弹性部件固定于支撑部件的两端并用于支撑支撑部件。
Description
本发明涉及彩色阴极射线管(CRTs),特别是,涉及用于彩色CRT的具有选色功能的张力荫罩和张力荫罩与框架组件。
在彩色CRTs中,从电子枪发射的三束电子束通过具有选色功能的荫罩中的孔着落在荧光屏上以激发形成在屏盘内表面上的荧光屏中的红、绿和蓝荧光粉线。考虑到在从电子枪发射之后被偏转系统偏转的电子束的偏转轨迹,如上所述形成图象的常规彩色CRT的屏盘设计成具有预定内部曲率。其荫罩也设计成具有对应屏盘曲率的曲率。
在CRT的操作中,随着从电子枪发射的电子束的动能被转换成热能,制造成具有与面板的内表面的曲率相同的曲率的荫罩被加热,因此荫罩由于热膨胀而变形为隆起形状,这被称为“隆起现象”。隆起现象使形成在荫罩上的孔的位置移位,因而电子束的着落位置改变。结果,激发了不希望的荧光粉线,从而使显示图象的颜色纯度降低。
上述荫罩是由厚度为0.1-0.25mm的钢箔制成。在钢箔上经过腐蚀形成多个孔,然后将钢箔模制成具有预定曲率。如果荫罩的曲率小于预定水平,在CRT制造过程中荫罩很容易发生永久性热变形。因而,荫罩由于其结构脆弱而不能进行正常选色功能。
而且,具有上述结构的荫罩在平面CRTs的制造中有限制,同时增加了对平面CRTs的需求。
为了满足对平面CRTs的需求并防止荫罩隆起,US专利No.3638063已经建议了一种障栅型荫罩。如图1所示,包括以预定间隔设置的多个条12即格栅元件的荫罩10在一个方向的张力下由框架11支撑。具有格栅结构的荫罩10被设计成使在CRT的操作过程中产生的热应变可以与由荫罩-框架组装施加的张力相对抗,由此防止荫罩隆起。但是,具有条12的荫罩10是由厚度为0.1mm的钢箔制成并只由框架11在其两边缘支撑,而相邻条之间没有任何互连,因此当受到小的冲击时,单个条12容易振动,由此在显示图象中产生颤噪现象。施加于条12的张力与单个条的厚度成正比。这样,为了在CRT操作过程中使结构强度承受热膨胀,不可避免地增加框架11的重量。
考虑到这个问题,US专利No.4942332公开了图2所示的一种荫罩。如图2所示,荫罩20包括以预定间隔设置以确定狭缝21的一系列平行条和互连相邻条的多个连杆。而且,荫罩的长边固定于支撑部件(未示出)。
在荫罩20中,互连相邻条的连杆23可以减小由于荫罩受到外部冲击而振动产生的显示图象的颤噪现象,但是对减小泊松收缩(Poisson contraction)不起作用。特别是,当在荫罩材料的弹性限度内使张力施加于荫罩的垂直方向时,荫罩20在纵向伸展,但在横向收缩。由于横向收缩,荫罩20的最外面的狭缝发生位移。此外,在CRT操作过程中在荫罩20发生热膨胀时,荫罩20的短边向外膨胀。
该公开还确定了大于16的狭缝的垂直-水平间距比(PV/PH),从而在荫罩的可使用图象区域的一侧产生狭缝的横向位移。
在对荫罩边缘的狭缝位移量的研究过程中,本发明人已经相对于狭缝的垂直-水平间距比(PV/PH)进行了以下数值分析。特别是,荫罩的规格和实验条件如下:荫罩的宽度(W)为298.4mm;荫罩的高度(H)为312mm;狭缝的水平间距(PH)为0.8mm;单个条的宽度(W1)为0.6mm;荫罩的厚度(t)为0.1mm;杨氏模量(Young’s Modulus)(E)为2.1×10-6kgf/mm2;热膨胀系数(α)为13×106/℃;泊松比为0.27;使用的材料是铝脱氧(AK)钢(aluminumkilled steel)。
在具有上述规格的荫罩中,假设可使用的图象区域的面积为387.4×288mm,并且条的总数量为484。为在温度上升到100℃时保持张力恒定,由ε=αΔT表示的施加于荫罩的条的初始张力的量等于0.0013(=13×10-6/100),其中由f条=E·ε·(单个条的面积)表示的施加于单个条的张力等于1.638kgf。而且,由ΔW1=ν·ε·W1表示的单个条的横向收缩量等于0.211μm。这里,由于条的总数量为484,在施加张力之后,有用的图象区域的最大横向收缩(ΔW)为102μm。结果,有用的图象区域的边缘向外位移了52μm。
图4比较性地示出了US专利No.4942332的公开中的狭缝的横向位移量和由本发明人做出的相对于狭缝的垂直-水平间距比(PV/PH)的数值分析。如图4所示,根据该公开,对于PV/PH为5时,狭缝的横向位移为64μm;对于PV/PH为15时,狭缝的横向位移为8μm;对于PV/PH为30时,狭缝的横向位移为15μm。同时,在与该公开相同的条件下进行的数值分析表明对PV/PH为5时横向位移为50μm,对于PV/PH为30时横向位移为32.2μm。
从上述结果注意到,在该公开和数值分析结果中都出现了带有PV/PH的位移的降低趋势的增加。但是,与数值分析相反,在该公开中出现了要被扩大的荫罩有用图象区域边缘的泊松收缩的减少。
详细地说,根据由本发明人做出的数值分析,在PV/PH为30时,荫罩的最外部狭缝由于施加张力而从初始位置收缩33.7μm,在CRT制造过程中当荫罩温度升高到80℃时,最外部狭缝从初始位置膨胀28.1μm。因而,由于泊松收缩和热膨胀引起的最外部狭缝的横向位移总量为61.8μm。
如上所述,通过增加该公开中所述的狭缝的PV/PH比可以在某种程度上减小泊松收缩量。但是,与现有技术中的判断不一样,很可能增加PV/PH比并不足以减小荫罩的绝对横向收缩。此外,如果PV/PH比太高,由于条被宽的连杆松散耦合,这些条很容易振动,结果增加了对图象质量下降的担心。
本发明的目的是提供用于彩色阴极射线管(CRTs)的张力荫罩和张力荫罩与框架组件,对荫罩呈现双轴的张力,一个在条的纵向(Y-轴方向),另一个在互连相邻条的连杆的方向(X-轴方向),因而可以减小荫罩边缘的狭缝位移量。
本发明的另一目的是提供用于彩色CRTs的张力荫罩和张力荫罩与框架组件,能够将荫罩纵向的泊松收缩量减小到最小水平。
为实现本发明的第一目的,提供具有部分为枕形形状的用于彩色阴极射线管(CRT)的张力荫罩,其包括:包含以预定间隔设置从而确定狭缝的一系列条和互连相邻条的连杆的带孔部分,其中带孔部分一侧附近的条具有预定的部分枕形曲率;和具有在带孔部分的两侧上平行于条设置的侧边部件的无孔部分,该侧边部件也具有预定的部分枕形曲率,其中当张力在条和侧边部件的垂直方向施加于张力荫罩上时,条的水平方向的张力也施加于张力荫罩。
优选地,假设张力荫罩的最大曲率为δ,张力荫罩的高度为H,张力荫罩的宽度为W,则满足以下关系:0.00027W/2≤δ≤0.01H。而且,假设狭缝的垂直间距为PV,狭缝的水平间距为PH,则垂直-水平间距比PV/PH大于或等于2。
为实现本发明的第二目的,提供用于彩色阴极射线管(CRT)的张力荫罩与框架组件,包括:包含带孔部分和无孔部分的张力荫罩,带孔部分具有以预定间隔设置从而确定狭缝的一系列条和互连相邻条的连杆,无孔部分具有在带孔部分的两侧上平行条设置的侧边部件,其中带孔部分侧边附近的条和侧边部件具有预定的部分枕形曲率;和框架,该框架包括互相平行设置的一对支撑部件和固定于支撑部件两端的一对弹性部件,支撑部件用于在作用在条的垂直方向的张力下支撑张力荫罩,从而由于张力荫罩的曲率而使张力通过连杆作用于张力荫罩的水平方向上,而弹性部件用于支撑支撑部件。
通过下面参照附图详细介绍本发明的优选实施例,使本发明的上述目的和优点更明显,其中:
图1是常规彩色阴极射线管(CRT)的张力荫罩与框架组件的透视图;
图2是另一常规荫罩的平面图;
图3是常规平面彩色CRT的荫罩和框架组件的部分切除的透视图;
图4是比较性地表示根据常规技术和数值分析相对于狭缝垂直-水平间距比的荫罩的最外面狭缝位移的曲线;
图5是根据本发明的张力荫罩和框架组件的分解透视图;
图6是图5的张力荫罩与框架组件的平面图;
图7是表示由于张力作用于张力荫罩的侧边的条和侧边部件而使条变形的条件的部分切除的透视图;
图8是表示根据本发明的张力荫罩中的狭缝的垂直间距和连杆设置的关系的放大平面图;和
图9是表示张力荫罩的最大曲率和在张力荫罩侧边的狭缝位移的关系的曲线。
参见图5,其示出了根据本发明的张力荫罩与框架组件,其中张力荫罩由框架支撑,张力荫罩框架组件包括框架100和张力荫罩200。框架100具有互相以预定间隔分开的一对平行支撑部件101和102,和固定于支撑部件101和102上的一对弹性部件103和104。而且,张力荫罩200由框架100在其上边缘和下边缘支撑。
框架100的支撑部件101和102可以是直的,或者也可以是弯曲的,从而在CRT的屏盘内表面曲率的基础上具有预定曲率。弹性部件以在其中部具有与张力荫罩200的侧边接触的抗振部件105,以防止张力荫罩200振动。抗振部件105可以由箔型金属带或耐热合成树脂或橡胶形成。能减小张力荫罩200振动的任何材料都可用做抗振部件105。
由金属箔形成的张力荫罩200包括带孔部分210和围绕带孔部分210的无孔部分220。带孔部分210具有以预定间隔设置从而确定狭缝202的一系列条201,和互连相邻条从而以预定间隔分割狭缝202的多个连杆203。而且,无孔部分220具有用于支撑条201的顶部和底部部件221,和宽度等于或大于单个条的宽度的侧边部件222,侧边部件222设置在带孔部分210的侧边,同时互相间隔开。
如图6所示,张力荫罩200具有部分枕形形状。张力荫罩200固定于支撑部件101和102上时,部分枕形形状的张力荫罩200的侧边容许在条201与条201和侧边部件222的切线方向(X-轴方向)有张力。张力荫罩200的部分枕形形状使侧边部件222和带孔部分201的侧边条201各有预定曲率。这里,部分枕形形状的张力荫罩200的曲率从侧边部件222向带孔部分201的条201依次减小。优选地,侧边部件222具有均匀宽度。
考虑到张力荫罩200的宽度(W)和高度(H)、狭缝的垂直间距PV和单个条的宽度W1,可以控制带孔部分210的曲率的度数,特别是可以控制其侧边条和部分枕形形状的张力荫罩200的侧边部件222的曲率度数,从而在张力荫罩200与框架100组装时,可以改变在X-轴方向施加于张力荫罩200的张力。但是,如果曲率度数太小,就不能有效地减小在张力荫罩200侧边的狭缝202的位移。因此,曲率的度数应该在适当范围内。优选地,张力荫罩200的最大曲率(δ)定义为0.00027W/2≤δ≤0.01H,其中W和H分别表示张力荫罩200的宽度和高度。
特别是,在由AK钢制成的张力荫罩中,张力荫罩在Y-轴方向(平行于条)的拉伸应变是张力荫罩高度H的0.1%或更高。假设张力荫罩由金属箔形成且没有狭缝,张力荫罩的X-轴的拉伸应变等于Y-轴的拉伸应变(0.1%)和泊松常数ν(=0.27)的乘积。即,张力荫罩的X-轴的拉伸应变为0.0027%或更高。这样,张力荫罩的曲率度数应该高到足以消除张力荫罩的X-轴拉伸应变的程度。这里,由于侧边部件相对于张力荫罩的中心条互相对称,因此张力荫罩的曲率(δ)等于0.0027W/2或更高,其中W表示张力荫罩的宽度。
图7表示在张力施加于侧边部件和与侧边部件相邻的条上时在张力荫罩侧边的变形的条件。
如果张力荫罩的曲率度数太大,条201和侧边部件222可能会变形。假设张力荫罩的高度用H表示,单个条的宽度用W1表示,则变形的量由W1×(δ/H)表示。作为由本发明人使用用于21-寸CRT的张力荫罩进行的实验结果,当δ/H=0.01时,条的最大变形为6μm。但是,对穿过由条201确定的狭缝202以着落在荧光屏上的电子束没有显著影响。因此应该指出,张力荫罩的曲率度数(δ)应小于或等于0.01H。
而且,应该考虑狭缝的垂直-水平间距比(PV/PH)以在荫罩的垂直方向提供张力。参见图8,在带有互连以预定间隔设置的相邻条的连杆203的狭缝式荫罩中,狭缝的垂直间距表示为PV,其水平间距表示为PH。如果张力在垂直方向施加于PV/PH为1或更小的张力荫罩上,应力作用于张力荫罩的角部,这会妨碍张力作用于张力荫罩的垂直方向。为获得荫罩上的足够的垂直张力,垂直-水平间距比PV/PH最好等于或大于2。
优选地,互连相邻条的连杆203设置成不在X-轴方向形成直线。这是为了防止在CRT操作过程中在X-轴方向的热膨胀的累积效应。更优选地,连杆203以交错形式任意地设置在具有恒定狭缝垂直间距PV的宽度W2的区域内的相邻狭缝中。宽度W2可以是狭缝的垂直间距PV的10-40%。
下面介绍张力是怎样作用于根据本发明的部分枕形形状的张力荫罩上的和在CRT操作过程中本发明的效果。
在部分枕形形状的张力荫罩的顶部和底部部件221焊接到框架100的支撑部件101和102上时,X-轴和Y-轴的张力施加于张力荫罩200。Y-轴的张力使张力荫罩200发生泊松收缩。而且,在Y-轴张力作用于张力荫罩200上时,形成有预定曲率的侧边部件222和形成在带孔部分210的侧边附近的侧边条201变直,并使X-轴张力作用于张力荫罩200上。这里,由于侧边部件222和带孔部分210的单个的侧边条201由连杆203互连,因此X-轴张力作用于带孔部分200的整个区域上。如上所述,由于连杆203任意地设置在狭缝202的垂直间距的10-40%的范围内,连杆203的反射图象不会出现在CRT的荧光屏上。
由于在张力荫罩200固定于框架100的支撑部件101和102上时双轴张力作用于张力荫罩200上,因此可以避免可能在荫罩-框架组装过程中发生的或在CRT操作过程中由于热膨胀引起的狭缝202的位移,特别是,张力荫罩200的侧边附近的狭缝的位移。即,由于Y-轴张力引起的泊松收缩和容许部分枕形形状的张力荫罩200的侧边变直的X-轴张力可能互相补偿,并且双轴张力很强足以抵抗CRT操作过程中的热膨胀,因而可以抑制带孔部分210侧边附近的狭缝的位移。
下面提供实验例子,使本公开详细和完整。
实验例子
在张力荫罩和框架组件在Y-轴张力下被电子能量加热时,观察带孔部分侧边附近的狭缝位移相对于张力荫罩的曲率度数的关系。这里,对于所有使用的张力荫罩的狭缝的垂直-水平间距比(PV/PH)为常数,即PV/PH=15。结果示于图9中。
如图9所示,对于没有曲率(δ=0)的张力荫罩,只由于在荫罩-框架组装过程中施加的Y-轴张力,在室温下狭缝的位置相对于在零张力下的参考位置向内位移(-)43.1μm。当温度升高到40℃时,狭缝的位置相对于参考位置稍微向外位移3.6μm。而且,由于张力荫罩的热膨胀,在80℃时狭缝的位置向外位移50.4μm。因而,从由于Y-轴张力的收缩到由于加热到80℃的膨胀,计算狭缝的总位移为94μm。当CRT开始操作时,狭缝的这种位移使电子束偏移,由此降低了显示图象的颜色纯度。
对于曲率为1.5mm的张力荫罩来说,甚至在室温的Y-轴张力下,狭缝的位置相对于参考位置向外位移68μm。而且,在温度升高到80℃时,狭缝的位置仅仅位移到距离室温时的狭缝位置为0.9μm。在这种情况下,由于CRT操作过程中的热膨胀引起的狭缝的位移减至最小,因此电子束的偏移也减至最小,从而容许CRT在短时间周期内显示稳定图象。
而且,在根据本发明的张力荫罩与框架组件中,由于有固定于框架的弹性部件中心的抗振部件固定张力荫罩的侧边,因此还可以抑制可能由外部冲击引起的张力荫罩的单个条的振动。
如上所述,通过给张力荫罩的侧边和带孔部分的侧边条提供预定曲率,根据本发明的用于CRT的张力荫罩和张力荫罩与框架组件被制造成具有部分枕形形状。因而,当在荫罩-框架组装过程中施加Y-轴张力时,张力荫罩的弯曲侧边变直,并通过任意互连相邻条的连杆使X-轴张力作用于张力荫罩的整个区域上。结果,几乎完全补偿由Y-轴张力引起的泊松收缩,并且可以抑制由泊松收缩引起的狭缝位移和在CRT操作过程中的热膨胀。
而且,根据本发明的张力荫罩被设计成具有部分枕形形状,从而使面板的内表面可以具有在垂直方向的预定曲率。因此,其长边附近的屏盘厚度可以大于其中部的厚度,这就容许屏盘为弹性以防止爆裂,并且CRT的中部不再凹陷。
上面已经参照特殊实施例展示并介绍了本发明,对于本领域技术人员来说,在由所附权利要求书确定的本发明的精神和范围内的其它修改和替换是显而易见的。
Claims (11)
1、用于彩色阴极射线管(CRT)的张力荫罩,其具有部分枕形形状,并包括:
带孔部分,其包括以预定间隔设置从而确定狭缝的一系列条,和互连相邻条的连杆,其中带孔部分侧边附近的条具有预定的部分枕形曲率;和
无孔部分,其具有在带孔部分两侧上平行于条设置的侧边部件,该侧边部件也具有预定的部分枕形曲率,
其中当张力在条和侧边部件的垂直方向施加于张力荫罩上时,条的水平方向的张力也施加于张力荫罩上。
2、根据权利要求1的张力荫罩,其中假设张力荫罩的最大曲率为δ,张力荫罩的高度为H,张力荫罩的宽度为W,则满足以下关系:0.00027W/2≤δ≤0.01H。
3、根据权利要求1的张力荫罩,其中侧边部件的宽度在垂直方向是恒定的。
4、根据权利要求1的张力荫罩,其中假设狭缝的垂直间距为PV,狭缝的水平间距为PH,则垂直-水平间距比PV/PH大于或等于2。
5、根据权利要求1的张力荫罩,其中张力荫罩的曲率从侧边部件向带孔部分的中心依次减小。
6、根据权利要求1的张力荫罩,其中狭缝的垂直间距是恒定的,连杆以交错形式任意设置在垂直间距的10-40%的范围内的相邻狭缝中。
7、用于彩色阴极射线管(CRT)的张力荫罩与框架组件,包括:
张力荫罩,该张力荫罩包括带孔部分和无孔部分,带孔部分具有以预定间隔设置从而确定狭缝的一系列条和互连相邻条的连杆,无孔部分具有平行于带孔部分侧边附近的条设置的侧边部件,其中带孔部分侧边附近的条和侧边部件具有预定的部分枕形曲率,和
框架,该框架包括互相平行设置的一对支撑部件和一对弹性部件,支撑部件用于在作用于条的垂直方向张力下支撑张力荫罩,从而由于张力荫罩的曲率而使张力通过连杆作用于张力荫罩的水平方向,弹性部件固定于支撑部件的两端并用于支撑支撑部件。
8、根据权利要求1的张力荫罩与框架组件,还包括与具有曲率的张力荫罩的侧边接触的抗振部件,该抗振部件由弹性部件支撑。
9、根据权利要求7的张力荫罩与框架组件,其中假设张力荫罩的最大曲率为δ,张力荫罩的高度为H,张力荫罩的宽度为W,则满足以下关系:0.00027W/2≤δ≤0.01H。
10、根据权利要求7的张力荫罩与框架组件,其中假设狭缝的垂直间距为PV,狭缝的水平间距为PH,则垂直-水平间距比PV/PH大于或等于2。
11、根据权利要求7的张力荫罩与框架组件,其中张力荫罩的曲率从侧边部件向带孔部分的中心依次减小。
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