CN1389896A - 彩色阴极射线管用玻壳及彩色阴极射线管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用化学强化处理达到减轻重量及/或屏面部分的平面化并能减少封接部产生的应力的阴极射线管用玻壳、以及采用该玻壳的安全性高的阴极射线管。上述阴极射线管用玻壳具有的玻屏对屏面的外表面短轴端部或长轴端部的至少一端部利用化学强化法赋予50MPa≤|бc|≤250MPa的压缩应力бc,用屏面中心壁厚t_c及最大壁厚t_mas表示的屏面平均壁厚t=(t_c+t_max)/2与密封部的壁厚t_sc之间有t/t_se≤1.4的关系,通过将内部抽真空而在屏面产生的拉伸应力最大值б_VTmax为20MPa≤б_Tmax<200MPa。

Description

彩色阴极射线管用玻壳及彩色阴极射线管

技术领域

本发明涉及电视接收机(下面称为电视机及计算机用显示器等使用的彩色阴极射线管用玻壳(glass bulb)及彩色阴极射线管。

背景技术

首先，参照说明图说明彩色阴极射线管的构成。图1为整个彩色阴极射线管的一部分剖面图，图2是图1的封接部附近S的放大图。另外，在本发明中指的是阴极射线管，在某此情况下只要不特别说明，指的是彩色阴极射线管。

阴极射线管1的外壳由玻壳2构成，所述玻壳2基本上由显示图像的玻屏3、与该玻屏3封接的漏斗形状的玻锥4、以及内装有电子枪17的管颈5构成。前述玻屏3由构成图像显示面的近似矩形的屏面7、以及相对于该屏面7从其边缘通过拐角R部分9实际上沿垂直方向延伸的裙边6构成。

在前述裙边6的外周上卷绕保持玻屏强度及防止破损时的飞溅用的防爆带8。在屏面7的内表面侧叠层了利用电子枪发射的电子束撞击而产生荧光的荧光膜12、以及将从该荧光膜12向阴极射线管后方(玻锥4一侧)发出的荧光向前方(屏面7一侧)反射用的铝膜13，还设有限定电子束照射位置的荫罩14。该荫罩14利用销钉15固定在裙边6的内表面上。又，图中A表示连接管颈5的中心轴与玻屏3的中心的管轴。

这样的玻屏3，如图2所示，利用在位于裙边6端部的密封部16上设置的焊料玻璃等的密封材料，而与玻锥4的密封部16对接，形成封接部10。

上述构成的阴极射线管用玻壳2，由于作为真空容器使用，因此大气压作用于其外表面，由于是与球壳不一样的非对称形状，因此处于不稳定的变形状态，应力在较大范围中产生作用(下面将玻壳内形成真空而产生的应力称为真空应力)。在外表面承受很高的拉伸性真空应力的状态下，产生由于大气中的水分作用而引起的滞后断裂，有可能成为安全性及可靠性下降的原因。

显示图像的部分即前述的屏面7，在阴极射线管中由于其平面度最高，故刚性低，在阴极射线管内部减压而承受大气压时，产生最大变形。另外，由于将前述屏面7支持在刚性高的拐角R部分9，因此随着屏面7的变形，在拐角R部分9的附近，产生很高的拉伸性真空应力。再有，屏面7的变形由于通过前述拐角R部分9而作为在外侧使裙边6变形的力发挥作用，因此在封接部10也产生很高的拉伸性真空应力。

但是，利用密封材料封接的封接部在玻壳中对于拉伸性真空应力的许可值最低，特别是在玻屏与玻锥的封接面平坦性的精度较低时，封接部的应力许可值更低。

采用阴极射线管的电视机，与等离子体显示器及液晶显示器相比，其缺点是重量重，因此希望玻壳的重量轻。另外，近年来为了尽量减少图像失真，提高视觉识别性，追求具有更高平面度的屏面的阴极射线管。但是，随着实现屏面的平面化，玻壳形状的不对称性增大，处于更不稳定的变形状态，所以在各部分上产生的拉伸性真空应力增大。再加上为了减轻重量，玻璃使用量比以往减少，因而在玻壳中积蓄更多的变形能量，损坏的可能性增加。

因而，若当为了减轻重量而减小玻屏的壁厚，并同时实现屏面实现平面化时，则如前述所述，屏面发生的拉伸性真空应力显著增大。为解决上述问题，至今开发了在玻屏表面赋予压缩应力的增化方法。

以往作为减轻阴极射线管用的玻壳的重量的手段，如专利第1904067号所示的例子，采用物理强化法等方法，在玻屏表面形成玻璃的六分之一左右厚度的压缩应力层，这已经获得实用化。但是，对于具有3维构造的不均匀壁厚分布的玻屏或玻锥，不可能均匀进行急冷处理。结果，将与压缩应力一起产生由于不均匀的温度分布而引起很大的拉伸性残留应力，因此压缩应力的大小最多限制在30Mpa左右，不能够附加过大的压缩应力。即采用物理强化法时，由于赋予的压缩应力较小，因此玻壳重量的减轻程度受到限制。

另一方面，还已知利用化学强化法来强化玻壳表面以减轻重量的方法。该方法是在应变点以下的温度将玻璃中的特定碱性离子用比它大的离子进行置换，利用容积增加而在表面形成压缩应力层。例如将含有5～8％左右的Na₂O及5～9％左右的K₂O的锶—钡—碱—氧化铝—硅酸盐玻璃在约450℃温度下浸渍在KNO₃的熔融液中，由此获得。在用化学强化法的情况下，能够得到从50MPa至300MPa左右的较大的压缩应力，而且不易形成不需要的拉伸应力，这一点与物理强化相比，对于减轻重量是有利的。

前述的化学强化法，由于通常是在波屏制造工序中，即经过压力成型再研磨后进行的，因此对于屏面及裙边能够赋予高的压缩应力。但是，封接部由于是在玻屏内侧安装荫罩等之后，将玻屏的密封部与玻锥的密封部对准，用焊料玻璃等密封材料熔接而设置的，因此利用化学强化法不能赋予压缩应力，前述屏面与封接部的强度差越来越扩大。

另一方面，屏面由于利用化学强化法赋予高的压缩应力，因为能够许可比以往高的拉伸性真空应力，结果能够大幅度减少屏面壁厚，轻减重量。但是，若根据利用化学强化法赋予的压缩应力值最大限度减少屏面的壁厚，则由于屏面的变形量增大，因此封接部产生的拉伸性真空应力更进一步增大。

封接部如前所述，是利用密封材料将玻屏与玻锥封接而形成的，但若与玻屏比较，焊料玻璃等密封材料的烧结体为60～70％的强度，由于这样的密封材料的原因，封接部的强度在玻壳中是最弱的，再加上，利用化学强化法对封接部未赋予压缩应力。

结果，在采用利用化学强化法而形成压缩应力层的薄壁玻屏的玻壳中，产生拉伸性真空应力时，即使作为玻屏的屏面是许可范围内的拉伸性真空应力，而问题是封接部将达到许可范围的上限，因此不能最大限度减少屏面的壁厚，这成为妨碍减轻重量的原因。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供不降低封接部的强度而利用化学强化法赋予高的压缩应力以便能够实现减轻重量及/或屏面平面化的阴极射线管用玻壳，并提供采用该阴极射线管用玻壳的安全性高的阴极射线管。

发明内容

为达到前述目的，本发明提供的彩色阴极射线管用玻壳是由玻屏、与该玻屏连接的玻锥、以及管颈构成的彩色阴极射线管用玻壳，其特征在于，前述玻屏由近似矩形的屏面、及构成该屏面的侧壁且在端部具有密封部的裙边构成，对前述屏面的外表面短轴端部及长轴端部中的至少一端部利用化学强化法赋予50MPa≤|σ_c|≤250MPa的压缩应力σ_c，用前述屏面中心壁厚t_c及屏面最大壁厚t_max表示的屏面平均壁厚t＝(t_c+t_max)/2与前述密封部的壁厚t_se这间有t/t_se≤1.4的关系，将内部抽真空而在前述屏面产生的拉伸应力最大值σ_VTmax为20MPa≤σ_VTmax＜200MPa。另外，本发明提供的彩色阴极射线管，其特征在于，是采用前述玻壳而构成的。

在前述彩色阴极射线管用玻壳中，若压缩应力σ_c为50MPa≤|σ_c|≤200MPa，则更好。再进一步，若为80MPa≤|σ_c|≤150MPa，拉伸应力最大值为σ_VTmax为20MPa≤σ_VTmax＜100MPa。则由于能够得高工业生产率，因此是最好的情况，另外，在本发明的彩色阴极射线管用玻壳中，若使前述屏面平均壁厚t与前述密封部的壁厚t_se之比例t/t_se为0.5≤t/t_se≤1.0，则由于没有使封接部产生高的拉伸性真空应力，因此能够更减轻重量，所以是理想的。

附图说明

图1所示为阴极射线管的构成说明图。

图2所示为封接部附近的放大说明图。

图3所示为屏面的平面图。

符号说明

1阴线射线管、2玻壳、3玻屏、4玻锥、5管颈、6裙边、7屏面、10封接部、21屏面中心、23屏面短轴、25屏面长轴、27屏面短轴端部、28屏面长轴端部

具体实施形态

下面详细说明本发明。另外，将彩色阴极射线管用的玻璃外壳称为玻壳，将玻璃屏面称为玻屏。

在本发明中，所谓玻屏的外表面，是形成玻壳时作为外侧的一侧的表面，所谓内表面是位于前述外表面的背面一侧，它是涂布荧光体的一侧并是形成玻壳时作为内侧的表面。

另外，如图3的屏面的平面图所示，通过屏面7的中心21的轴中，与屏面短边22平行的轴是屏面短轴23，与屏面长边24平行的轴是屏面长轴25。在本发明的屏面中，其特征在于，至少在屏面外表面的前述短轴23的端部27(下面称为短轴端部)或长轴25的端部28(下面称为长轴端部)，利用化学强化法形成具有50MPa≤|σ_c|≤250MPa的压缩应力σ_c的一层。另外，前述的所谓短轴端部27是指短轴23与有效画面端(图像区域端)26相交的位置及其附近区域，所谓长轴端部28是指长轴25与有效画面端26相交的位置及其附近区域。

作为玻璃的强化方法，虽然广泛采用物理强化法，但如前所述，对于具有三维构造的不均匀壁厚分布的玻屏或玻锥，利用物理强化法能够赋予的压缩应力|σ_c|最大为30MPa左右，不能赋予高的压缩应力。即由于采用物理强化时，赋予的压缩应力较小，因此玻壳的重量减轻程度受到限制。但是，用化学强化法的情况下，由于能够赋予最大300MPa的压缩应力|σ_c|，因此适合于玻壳减轻重量。

这里，为了形成安全性高的玻屏，屏面外表面的短轴端部及长轴端部中的至少一方位置上的压缩应力|σ_c|必须在50MPa以上，但若压缩应力|σ_c|超过250MPa，则在玻屏损坏时压缩应力层剥离而微细化，在安全上及生产上将引起各种问题。因而，前述压缩应力的值采用50MPa≤|σ_c|≤500MPa。

另外，前述化学强化法是下述那样的方法。

一般在硅酸盐玻璃中，以Si-O键构成的网状骨架中作为网状调节离子不规则地加入碱性或碱土元素。然后，在前述网状调节离子中，若利用1价阳离子能够较自由地在玻璃内部移动的特性，则能够将玻璃表面层的碱性离子与外部介质中的离子半径更大的1价阳离子进行交换。结果，在碱性离子跑掉的位置，比它大的离子压缩周围网状结构而进入，由此产生压缩应力。例如，已经知道有将含有5～8％左右的Na₂O及5～9％左右的K₂O的锶—钡—碱—氧化铝—硅酸盐玻璃在约450℃温度下浸渍KNO₃熔融液中的方法(本文明中称为“浸渍式离子交换法”)等。另外，本发明的化学强化法不限定于前述浸渍式离子交换式。

然后，在本发明中发现，通过使屏面与裙边的刚性之差(这里屏面的刚性＜裙边的刚性)比以往更大，能够抑制从屏面向封接部传递变形。在屏面与裙边的刚性之差增大时，屏面上产生的应力增大，然而，由于能够利用前述的化学强化法赋予屏面高的压缩力，因此不至于损坏。另外，由于裙边与屏面相比，相对来说刚性高，因此能够抑制封接部上产生应力。

具体来说，通过减小屏面壁厚相对于密封部壁厚的比例，能够增大屏面与裙边的刚性之差。另外，考虑到屏面的中心部分与中心部分以外的壁厚差，若设屏面的中心壁厚为t_c、屏面最大面积为t_max时屏面平均壁厚t＝(t_c+t_max)/2，而且设密封部的壁厚t_se，则前述的“屏面平均壁厚相对于密封部壁厚的比例”用t/t_se表示。

本发明的特征在于，使t/t_se的值比以往要小，具体来说，前述值为1.4以下，若t/t_se的值超过1.4，则屏面壁厚增加，不仅玻屏重量增加，而且即使在屏面产生的拉伸性真空应力对于许可范围的上限值还有余量时，封接部产生的拉伸性真空应力达到许可范围的上限值。与上不同的是，若t/t_se的在1.4以下，则由于能够解决上述问题，能够最大限度减少屏面的壁厚，使玻屏的重量减轻。前述t/t_se的值若为0.5≤t/t_se≤1.0，则由于屏面要变形而产生的力不传递到裙边，因此不使封接部产生高的拉伸性真空应力，能够减薄屏面，能够进一步减轻重，因此是理想的。

另外，本发明的玻壳，其特征在于，由于内部抽真空而在玻屏的屏面产生的拉伸应力、即屏面产生的拉伸性真空应力的最大值σ_VTmax为20MPa≤σ_VTmax＜200MPa。另外，在本发明中，所谓真空是指高真空状态。

在前述玻壳中，若σ_VTmax达到200MPa以上，则玻壳有产生滞后断裂的危险，因此最好为不到200MPa，另外若鉴于安全性，使其不到20MPa，则不能减少壁厚，不能达到以减轻重量的要求，因此，前述σ_VTmax为20MPa以上、200MPa以下。另外，前述σ_VTmax若为20MPa≤σ_Vtmax≤100MPa时，则在工业生产率方面更理想。

通过采用具有上述构成的玻壳，能够制造强度上可靠性等的安全性高、重量轻的阴极射线管。

[实施例]

制造7种宽高比为16∶9、屏面有效画面对角距离为860.0mm、屏面最大对角距离为912.0mm、屏面外表面曲率半径为17000.0mm、屏面内表面曲率半径为9400.0mm、裙边高度为120.0mm、屏面壁厚及密封部壁厚不同的玻壳，分别作为实施例1～4及比较例1～3。这时，作为玻璃材料，采用表1所示的旭硝子公司制的玻璃。另外，设计前述实施例及比较例的屏面壁厚及密封部壁厚，使得所有的封接部的许可应力值为8.5MPa。

表1

	屏玻璃	锥玻璃	管颈玻璃
				名称(商品名)	5008	0138	0150
密度(g/cm3)	2.79	3.00	3.29
				杨氏模量(Gpa)	75	69	62
泊松比	0.21	0.21	0.23
				软化点(℃)	703	663	643
退火点(℃)	521	491	466
				应变点(℃)	477	453	428

然后，对于实施例1～4、比较例1及比较例2，浸渍在KNO₃熔融液中，进行450℃×6小时的加热，利用前述的浸渍式离子交换法进行化学强化处理，在表面设置压缩应力层，另外，对于实施例3的玻屏，浸渍在KNO₃熔融液中，进行440℃×12小时的加热，对于实施例4的玻屏，浸渍在KNO₃熔融液中，进行440℃×24小时的加热，利用浸渍式离子交换法进行化学强化处理，在表面设置压缩应力层。对于比较例3的玻屏，在成型后吹冷却风，使其产生应变，然后在退火炉中调整温度并逐渐冷却，使不完全地去除前述应变，设置压缩应力层。各例中赋予短轴端部的压缩应力值|σ_c|值如下述表2所示。

然后，测量各玻屏的质量后，再将玻锥与前述各玻屏用旭硝子公司制的密封材料(商品名为ASF-1307R)以约440℃烧结35分钟而进行封接，另外将前述玻锥与管颈连接，形成玻壳。然后，使该玻壳内部处于真空状态，在封接部产生的拉伸性真空应力为封接部许可应力值(8.5MPa)时，测量屏面短抽端部产生的拉伸性真空应力的最大值σ_VTmax。

下面在表2中所示下述内容。即，

屏面中心壁厚：t_c(mm)、

屏面最大壁厚：t_max(mm)、

屏面平均壁厚：t(mm)＝(t_c+t_max)/2、

密封部壁厚：t_se(mm)、

t/t_se、

赋予玻屏外表面短轴端部的压缩应力值：|σ_c|(MPa)、

屏面许可应力值：σ_Af(MPa)、

封接部的许可应力值：σ_As(MPa)、

玻屏质量：m_p(kg)、

封接部产生的拉伸性真空应力：σ_VTS(Mpa)、以及

屏面产生的拉伸性真空应力的最大值：σ_VTmax(MPa)。

另外，在本实施例中，如下述那样测定压缩应力值σ_c。

作为玻璃的应力测定法的一种，是利用玻璃受力时产生的主应力方向折射率之差与该应力差成正比的性质进行测量的方法。若将直线偏振光通过产生应力的玻璃，则其透射光具有分别与主应力方向互相垂直的偏振面，而且被分解为速度不同的成分波。各成分波透过玻璃后，其中一个比另一个滞后，另外玻璃的折射率也因成分波的速度而在各主应力方向上有所不同。由于玻璃的应力差与折射率之差即所谓双折射率成正比，因此若知道成分波的相位差，则能够测量应力。

通过利用该原理的偏光显微镜，将光透过具有残留应力的玻璃截面，测量透射后在主应力方向上振动分量的相位差，由此测量应力。此时，在玻璃透射前设置起偏镜，在玻璃透射后设置具有相位差的片及检测偏振光的检偏镜。作为具有相位差的片的例子，有贝列克补偿器、巴俾涅补偿器及1/4波片。由于利用它们能够形成暗线，使想要测量的区域的相位差为零，因此根据补偿器的调节量，能够获知应力值。

另外，代替上述各种补偿器，可以使其具有565nm左右的光路差的、利用因微小光路差的变化而使干扰色变化的灵敏色板，能够表示玻璃透射后因微量双折射而引起的相位差所对应的干扰色，能够利用颜色识别应力的大小，利用该性质，可通过观察玻璃截面，测量应力层的厚度。另外，在本实施例中，作为具有相位差的板，是采用贝列克补偿器。

另外σ_VTS及σ_VTmax是在所希望的位置粘贴共和电业公司制的应变片KFG-5-120-D16-11而测量到的值。

表2

	实施例1	实施例2	比较例1	比较例2	比较例3	实施例	实施例4
								tc(mm)	10.5	8.5	13.5	11.0	20.0	9.0	7.2
tmax(mm)	14.9	16.0	17.9	18.5	24.5	13.5	11.7
								t(mm)	12.7	12.3	15.7	14.8	22.3	11.3	9.5
tse(mm)	10.0	11.0	9.0	9.5	12.5	12.5	12.5
								t/tse	1.3	1.1	1.7	1.6	1.8	0.9	0.8
|σc|(MPa)	100	100	100	100	13	160	240.0
								σf(MPa)	50	50	50	50	11	80	160
σs(MPa)	8.5	8.5	8.5	8.5	8.5	8.5	8.5
								mp(kg)	24.2	24.5	26.8	26.3	34.8	23.4	21.4
σVTS(MPa)	8.5	8.5	8.5	8.5	8.5	8.0	8.5
								σVTmax(MPa)	49	44	49	40	11	78	143

与利用物理强化法设置压缩应力层的比较例3的产品相比，对于利用化学强化法设置压缩应力层的实施例1～4、比较例1及比较例2的产品，能够赋于高的外表面压缩应力，能够减少20％以上的质量。特别是对于其中的t/t_se的值在1.4以下的实施例1及实施例2的产品，与t/t_se＞1.4的比较例1及比较例2相比，由于能够减少屏面壁厚，故与比较例3相比，能够减轻约30％的重量。另外，t/t_se为0.9、压缩应力值|σc|为160MPa的实施例3的产品，能够达到减轻约33％的重量，t/t_se为0.8、压缩应力值|σc|为240MPa的实施例4的产品，能够达到减轻约39％的重量。

本发明的玻壳由于通过将玻屏的屏面与密封部的壁厚比设定在适当的范围内，以确保封接部的强度，同时利用化学强化法，至少在玻屏的屏面外表面短轴端部或长轴端部赋予与屏面产生的拉伸性真空应力最大值相抵消的压缩应力，因此能够最大限度减少屏面壁厚，结果能够提供重量轻的玻壳。另外，由于采用前述玻壳，因此具有能提供重轻而且安全的阴极射线管的效果。

Claims (5)

1.一种彩色阴极射线管用玻壳，由玻屏、与该玻屏连接的玻锥、以及管颈构成，其特征在于，

所述玻屏由屏面、及构成该屏面的侧壁且在端部具有密封部的裙边构成，对所述屏面的外表面短轴端部及长轴端部中的至少一端部利用化学强化法赋予50MPa≤|σ_c|≤250MPa的压缩应力σ_c，用所述屏面的中心壁厚t_c及屏面最大壁厚t_max表示的屏面平均壁厚t＝(t_c+t_max)/2与所述密封部的壁厚t_se之间有t/t_se≤1.4的关系，

通过将内部抽真空而产生于所述屏面上的拉伸应力的最大值σ_VTmax为20MPa≤σ_VTmax＜200MPa。

2.如权利要求1所述的彩色阴极射线管用玻壳，其特征在于，

所述压缩应力σ_c是50MPa≤|σ_c|≤200MPa。

3.如权利要求2所述的彩色阴极射线管用玻壳，其特征在于，

所述压缩应力σ_c为80MPa≤|σ_c|≤150MPa，所述拉伸应力的最大值σ_VTmax为20MPa≤σ_VTmax≤100MPa。

4.如权利要求3所述的彩色阴极射线管用玻壳，其特征在于，

所述屏面平均壁厚t与所述密封部的壁厚t_se之比例t/t_se为0.5≤t/t_se≤1.0。

5.一种彩色阴极射线管，其特征在于，

采用权利要求1～4所述的彩色阴极射线管用玻壳。

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