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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumumhüllung für eine Anzeigevorrichtung,
wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre, welche vor allem für den Empfang
eines Fernsehübertragungssignals
oder als Industrieausstattung verwendet wird, oder eine Feldemissions-Anzeigeeinheit
(nachfolgend als FED bezeichnet).
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Bei
einer bekannten Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, FED
oder dgl., bei der Leuchtstoffe für das Aussenden von Licht unter
Verwendung der kinetischen Energie von Elektronen, welche sich mit
einer hohen Geschwindigkeit unter Hochvakuumbedingungen bewegen,
angeregt werden, war es schwierig, einen Bereich, der direkt die
Innenseite der Vakuumumhüllung
kontaktiert, mit einem harzartigen Material auszubilden, da das
harzartige Material schlecht in seinen dichtenden Eigenschaften
ist, obwohl es den Vorteil besitzt, daß es eine geringe Dichte aufweist.
Es wurde angenommen, daß es
für ein
für die
Innenseite der Vakuumumhüllung,
zu verwendendes Material unerläßlich ist,
unter den Gesichtspunkten der mechanischen Festigkeit, der Röntgenstrahlen-Absorptionseigenschaften,
der Eigenschaften des elektrischen Widerstands, der Wärmewiderstandseigenschaften
beim Herstellungsprozeß,
des Risikos eines Bewirkens eines Schadens durch die Elektronenstrahlen
usw., zusätzlich
zu dem Erfordernis einer Aufrechterhaltung der Hochvakuumbedingung,
Glas, welches fähig
ist, dem atmosphärischen
Druck zu widerstehen, zu verwenden.
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In
einer typischen Kathodenstrahlröhre,
wie sie in 3 gezeigt ist, ist eine Vakuumumhüllung als Glaskolben 2 aus
einem Schirmbereich 3 zum Anzeigen eines Bilds und einem
Trichterbereich 4 mit einem Halsabschnitt 5 zusammengesetzt,
in welchem eine Elektronenkanone 17 angeordnet ist.
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In 3 bezeichnet
das Bezugszeichen 6 einen Schirmrandabschnitt, das Bezugszeichen 7 eine Schirmfläche zum
Anzeigen eines Bilds, das Bezugszei chen 8 ein Implosionsschutz-Verstärkungsband
zur Bereitstellung einer ausreichenden Festigkeit, das Bezugszeichen 10 einen
Dichtbereich zum Abdichten des Schirmbereichs 3 an dem
Trichterbereich 4 mit einem Lötglas oder dgl., ein Bezugszeichen 12 Leuchtstoffe zur
Emission von Fluoreszenz durch Bestrahlen mit den Elektronenstrahlen,
das Bezugszeichen 13 einen Aluminiumfilm, welcher die Fluoreszenz
nach vorne reflektiert, das Bezugszeichen 14 eine Lochmaske
zum Auftreffen von Elektronenstrahlen an vorbestimmten Positionen
auf den Leuchtstoffen und das Bezugszeichen 15 einen Schraubbolzen
zum Festlegen der Lochmaske 14 an einer Innenwand des Schirmrandabschnitts 6.
Das Bezugszeichen A zeigt eine Röhrenachse
an, welche sich durch eine Mittellinie des Halsabschnitts 5 und
eine Mittellinie des Schirmabschnitts 3 erstreckt.
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Die
Kathodenstrahlröhre
ist so adaptiert, dass ein Bild durch das Auftreffen von Elektronenstrahlen
auf die Leuchtstoffe mit einer hohen Geschwindigkeit in einem Innenraum
der Vakuumumhüllung
angezeigt wird, indem die Leuchtstoffe angeregt werden, wodurch
Licht emittiert wird.
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Demgemäß muß das Innere
der Vakuumumhüllung
unter einer Hochvakuumbedingung von etwa 1,3 × 10–6 Pa
gehalten werden. Da die Kathodenstrahlröhre eine asymmetrische Struktur
abweichend von einer sphärischen
Form aufweist, wird ein Atmosphärendruck
als eine Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite
der Vakuumumhüllung
daran angelegt. Derart besteht immer eine hohe Deformationsenergie in
der Vakuumumhüllung
und sie befindet sich in einem instabilen Zustand im Hinblick auf
eine Deformation. Wenn ein Riß oder
Sprung in dem Glaskolben der Kathodenstrahlröhre in einem derartigen instabilen
Zustand erzeugt wird, resultiert eine Kraft, um eine existierende,
hohe Deformationsenergie freizugeben, wodurch sich der Riß bzw. Sprung
entwickeln wird, um einen Bruch zu bewirken. Weiterhin resultiert
in dem Fall daß eine hohe
Zugspannung an der äußeren Oberfläche der
Kathodenstrahlröhre
vorliegt, ein verzögerter
Bruch wegen Spannungskorrosion aufgrund von Feuchtigkeit in der
Luft, wodurch auch die Zuverlässigkeit
verlorengeht. Aus den obengenannten Gründen ist es ein Erfordernis,
die Dicke des Glaskolbens zu erhöhen,
so daß eine ausreichende
mechanische Festigkeit zur Verfügung
gestellt werden kann. Als Resultat wird beispielsweise das Gewicht
eines Glaskolbens mit einem Schirmdurchmesser von etwa 29 Zoll an
einer diagonalen Achse etwa 25 kg.
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Andererseits
wurden verschiedene Arten von Bildanzeigevorrichtungen abweichend
von Kathodenstrahlröhren
in jüngster
Zeit vorgeschlagen. Es ist gut bekannt, daß Nachteile der Kathodenstrahlröhren im Vergleich
mit diesen Bildanzeigevorrichtungen insbesondere darin liegen, daß die Tiefe
und das Gewicht von derartigen Anzeigevorrichtungen groß ist. Demgemäß wurden
Versuche gemacht, die Tiefe zu verkürzen oder das Gewicht zu reduzieren.
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In
einer konventionellen Kathodenstrahlröhre wird, wenn die Tiefe verkürzt wird,
das Ausmaß der Asymmetrie
der Struktur der Kathodenstrahlröhre
erhöht
und dies erzeugt das Problem, daß eine zusätzliche Menge an Deformationsenergie
in der Vakuumumhüllung
gespeichert wird. Weiterhin wird bei dem Versuch, das Gewicht zu
reduzieren, die Deformationsenergie im allgemeinen aufgrund einer
Reduktion in der Steifigkeit des Glases erhöht. Die Erhöhung der Deformationsenergie
wird Spannungen im Glas erhöhen.
Demgemäß werden
eine Reduktion der Sicherheit aufgrund eines möglichen Brechens und eine Reduktion
in der Zuverlässigkeit
aufgrund eines eventuellen verzögerten
Brechens beschleunigt. Wenn die Wanddicke des Glases erhöht wird,
um die Erhöhung
von Spannungen zu vermeiden, wird unvermeidlich das Gewicht erhöht.
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In
einer typischen FED, wie sie in 4 gezeigt
ist, ist die Vakuumumhüllung
im wesentlichen aus einer aus Glas hergestellten vorderen Platte
bzw. einem vorderen Schirm 23 zur Anzeige eines Bilds,
einer hinteren Platte bzw. einem hinteren Schirm 24 als
ein Substrat für
eine Elektronen emittierende Quelle, welche Elektronen in einem
Feldemissionsmodus emittiert, und einem äußeren Rahmen 25 zusammengesetzt.
Das Bezugszeichen 26 bezeichnet eine Kathode, auf welcher
ein Elektronenemitter 27 ausgebildet ist. Eine Gateelektrode 28 ist
an dem hinteren Schirm 24 unter Zwischenschaltung einer
Isolationsschicht 29 ausgebildet, so daß die Gateelektrode einen Elektronenstrom
steuert. Eine Anode 30 ist an dem vorderen Schirm 23 ausgebildet
und Bildpunkte 31 sind auf der Anode 30 ausgebildet,
so daß jeder
Bildpunkt einem Elektronenemitter 27 entspricht. Der vordere
Schirm 23 und der hintere Schirm 24 sind mit dem äußeren Rahmen 25 verbunden, dessen
Umfang hermetisch mit einem Lötglas
oder dgl. abgedichtet ist. Der Innenraum, welcher durch diese Elemente
umgeben ist, wird unter einer Hochvakuumbedingung von besser als
1,3 × 10–6 Pa
gehalten.
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Demgemäß sollte
die FED eine Struktur aufweisen, welche dem Atmosphärendruck
in derselben Weise wie die Kathodenstrahlröhre widersteht. Jede Wanddicke
des vorderen Schirms 23 und des hinteren Schirms 24,
welche beide aus Glas hergestellt sind, muß erhöht werden, um eine vorbestimmte
Festigkeit sicherzustellen. Demgemäß ist das Gewicht der Vakuumumhüllung ziemlich
erhöht.
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Bisher
wurde in einer Veröffentlichung
(
JP-A-8-007793 )
vorgeschlagen, ein Verstärkungselement,
welches aus einem Harz hergestellt ist, an der äußeren Oberfläche des
Glaskolbens vorzusehen, um das Gewicht der Vakuumumhüllung, welche
für die
Kathodenstrahlröhre
verwendet wird, zu reduzieren, worin das aus einem Harz hergestellte
Verstärkungsglied
eine geringere Dichte als Glas aufweist. Im allgemeinen ist die
Wanddicke des Schirmflächenmittelpunkts
eines 29-Zoll-Modell-Glaskolbens etwa 14 bis 15 mm. Aus der Veröffentlichung
geht hervor, daß die
Wanddicke des Glasschirms beispielsweise 7 bis 8 mm beträgt und die
Dicke eines Polycarbonats als ein Verstärkungsglied aus Kunststoffen
dieselbe ist, d. h. 7 bis 8 mm in diesem Beispiel. Im allgemeinen
beträgt
die Dichte des Glasschirms für
eine Farb-Kathodenstrahlröhre
etwa 2,8 g/cm
3 und die Dichte des Polycarbonats
beträgt
etwa 1,1 g/cm
3. Demgemäß kann eine Gewichtsreduktion
von etwa 30% erzielt werden.
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Es
ist jedoch der Young-Modul des Glasschirms 68,647 GPa bis 78,453
GPa, während
der Young-Modul des Polycarbonats etwa 2,354 GPa beträgt, wobei
dies etwa 1/30 des Young-Moduls des Glasschirms ist. Demgemäß beträgt, wenn
die Belastung des Atmosphärendrucks
auf die Vakuumumhüllung,
welche die obengenannte Struktur aufweist, aufgebracht wird, die
maximale Zugspannung, welche in der äußeren Oberfläche an einem
Randbereich der Bildschirmfläche
des Glasschirms der Vakuumumhüllung
erzeugt wird, etwa das Doppelte der maximalen Zugspannung, welche
in einer Vakuumumhüllung
einer einlagigen Struktur erzeugt wird. Insbesondere ergibt sich,
wenn eine derart komplex geschichtete Struktur verwendet wird, eine
Zugspannung jenseits der Festigkeit von Glas, wodurch die Möglichkeit
des Brechens bewirkt wird.
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Darüber hinaus
wird in dem Fall des aufgebrachten Atmosphärendrucks das Ausmaß der Ablenkung, welche
in der Vakuumumhüllung
erzeugt wird, welche eine komplex geschichtete Struktur aufweist,
etwa das Dreifache von derjenigen, welche in einer Vakuumumhüllung erzeugt
wird, welche eine einlagige Struktur aufweist. Als Resultat können korrekte,
relative Positionen zwischen den Positionen der Leuchtstoffe und
den Auftreffpositionen der Elektronenstrahlen nicht sichergestellt
werden, wodurch gewünschte
Betriebsarten für
eine Anzeige nicht erwartet werden können. Folglich konnte die komplex
geschichtete Struktur gemäß der konventionellen
Technik eine große
Reduktion des Gewichts der Vakuumumhüllung nicht erreichen, während die
mechanische Festigkeit der Vakuumumhüllung und die notwendige Präzision für den Betrieb
einer Anzeige in einem praktisch verwendbaren Bereich gehalten werden
kann.
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Selbst
bei einer FED, welche für
eine Emission von Elektronen unter Hochvakuumbedingungen adaptiert
ist, um Leuchtstoffe anzuregen, so daß Licht emittiert wird, wird
eine aus Glas hergestellte Vakuumumhüllung auf dieselbe Weise wie
bei der Kathodenstrahlröhre
verwendet. Eine Publikation (
JP-A-10-188857 ) schlägt eine
Technik vor, um das Gewicht der Vakuumumhüllung für eine FED zu reduzieren. Insbesondere weist
die Vakuumumhüllung
eine Struktur auf, welche durch gegenüberliegendes Anordnen von zwei
dünnen Platten
aus Glas mit einem vorbestimmten Abstand gebildet ist; die Umfangsbereiche
der dünnen
Platten aus Glas werden abgedichtet und der abgedichtete Innenraum
wird evakuiert, worin ein Verstärkungsblatt
einstückig
mit einer hinteren Fläche
von wenigstens einem der dünnen
Schirme ausgebildet wird, um bis zu einem Atmosphärendruck
haltbar zu sein, worin das Verstärkungsblatt
aus einem Material besteht, welches einen größeren Young-Modul als denjenigen
eines Materials für
die dünnen
Platten aufweist.
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Die
Veröffentlichung
beschreibt jedoch, daß Materialien,
welche einen größeren Young-Modul
und eine geringere Dichte als diejenigen von Glas aufweisen, wodurch
die Reduktion des Gewichts erzielt werden kann, Keramiken, wie beispielsweise
Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder dgl., sind. Diese
Materialien sind opak im Wellenlängenbereich
von sichtbarem Licht. Dies bedeutet, daß Materialien, welche einen
größeren Young-Modul als Glas aufweisen,
aus optischer Sicht für
ein daß Verstärkungsglied,
welches für
die Schirmfläche
verwendet wird, ungeeignet sind. Andererseits weist ein transparentes
Methacrylatharz eine geringere Dichte, wie beispielsweise etwa 1,2
g/cm3, auf. Es stellt jedoch keine ausreichende
Festigkeit zur Verfügung,
da der Young-Modul nur wie etwa 2,548 GPa ist. Demgemäß ist es
für das
Verstärkungsglied
ungeeignet.
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Es
ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumumhüllung für eine Kathodenstrahlröhre oder
FED zur Verfügung
zu stellen, welche das Gewicht reduzieren kann, ohne eine wesentliche
Erhöhung
der Belastung und Ablenkung zu bewirken und welche sicher und zuverlässig ist.
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In
der vorliegenden Erfindung wird eine Vakuumumhüllung für eine Anzeige zur Verfügung gestellt, welche
eine im wesentlichen rechteckige Bildschirmfläche aufweist, wobei der Bildanzeigebereich
im wesentlichen aus einem komplexen Schichtenelement gebildet ist,
mit wenigstens Glas als einer Innenschicht, welche an den evakuierten
Bereich grenzt, und einem transparenten Harz als einer Außenschicht,
und bei der das Verhältnis
des Young-Moduls EP des transparenten Poly(paraphenylen)harzes
zu dem Young-Modul EG des Glases 1/10 bis
1/5 beträgt.
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Weiterhin
wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ein Vakuumumhüllung, wie
oben beschrieben, zur Verfügung
gestellt, wobei das Verhältnis
von EP zu EG 1/10
bis 1/7 beträgt
und ρP 3/EP kleiner
ist als ρG 3/EG,
wobei ρP die Dichte des transparenten Poly(paraphenylen)harzes
darstellt und ρG die Dichte des Glases.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
sind in den weiteren abhängigen
Unteransprüchen
definiert
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Ausführungsbeispiele
sind in den Figuren dargestellt.
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In
der Zeichnung sind:
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1 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der Kathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf eine Ausführungsform einer FED gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Kathodenstrahlröhre gemäß einer
konventionellen Technik; und
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4 eine
Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf eine FED gemäß einer
konventionellen Technik.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden in größerem Detail unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die
Vakuumumhüllung
für eine
Anzeigevorrichtung wird vor allem für eine Kathodenstrahlröhre oder FED
verwendet. Die Schirmfläche
der Vakuumum hüllung
ist im wesentlichen aus einem komplexen Schichtenelement aus einzelnen
Schichten zusammengesetzt, mit wenigstens einem Glas als einer Innenschicht
und einem transparenten Poly(paraphenylen)harz als einer Außenschicht.
Es ist wesentlich, daß das
Verhältnis des
Young-Moduls des transparenten Poly(paraphenylen)harzes als einer
Außenschicht
zu dem Young-Modul des Glases als eine Innenschicht 1/10 bis 1/5
beträgt,
so daß die
mechanische Festigkeit der Vakuumumhüllung aufrechterhalten werden
kann, um ausreichend der aufgebrachten Belastung des Atmosphärendrucks
zu widerstehen, und das Ausmaß der
Ablenkung, welche durch eine derartige Last bewirkt wird, in einem
zulässigen
Bereich im Hinblick auf den Betrieb der Vorrichtung liegen kann,
während
das Gewicht der Vorrichtung reduziert werden kann. Der Young-Modul
EG von Glas, welches für die Vakuumumhüllung verwendet
wird, welcher mehr oder weniger in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
des Glases variiert, beträgt
etwa 68,647 GPa bis 78,453 GPa. Wenn eine Vakuumumhüllung mit
einer aus einem komplexen Schichtenelement zusammengesetzten Schirmfläche und
in welcher ein transparentes Harz mit einem Young-Modul von weniger
als 1/10 von EG verwendet wird, mit derselben
Festigkeit wie eine aus einer einzigen Glasschicht hergestellten
Vakuumumhüllung
ausgebildet wird, wird die Wanddicke der Schirmfläche erhöht, um eine
ausreichende Festigkeit zur Verfügung
zu stellen, so daß der
Gewichtsreduktionseffekt schlecht ist.
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Andererseits
wird eine Vakuumumhüllung,
welche durch ein Verbinden eines transparenten Harzes gebildet wird,
welches einen Young-Modul von mehr als einem Wert von 1/5 von EG aufweist, ein derartiges Problem erzeugen,
daß eine
große
Spannung an der Zwischenfläche
des Verbindens erzeugt wird, wodurch die Festigkeit reduziert wird.
Weiterhin ist es schwierig, ein transparentes, harzartiges Material
auszuwählen, welches
selbst einen derartig großen
Young-Modul zur Verfügung
stellt. Um einen Young-Modul EP zu erhalten, welcher
den Wert von 1/5 von EG überschreitet, wird angenommen,
daß eine
große
Menge eines Füllstoffes, wie
beispielsweise Glasfasern, welche einen hohen Young-Modul aufweisen,
verteilt wird, um einen Verstärkungseffekt
zu kompensieren. Wenn jedoch eine große Menge eines Füllstoffes
eingebettet wird, geht die Einheitlichkeit des Brechungsindex der
Harzschicht verloren. Demgemäß ergibt
sich, wenn Licht, welches in der Vakuumumhüllung erzeugt wird, durch die
Harzschicht hindurchtritt, eine starke Streuung aufgrund der Uneinheitlichkeit
des Brechungskoeffizienten, wodurch die Qualität des anzuzeigenden Bildes
schlecht ist.
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Für das transparente
Harz als ein strukturelles Element des komplexen Schichtenelements
ist es bevorzugt, ein Harz zu verwenden, welches einen Young-Modul
EP von etwa 7,845 bis 10,787 GPa bei Raumtemperatur
aufweist, d. h. es weist einen Young-Modul EP von
etwa 1/10 bis 1/7 des Young-Moduls EG des
Glases auf, wodurch ein geeignetes, spezifisches Lichtbrechungsvermögen und
eine geeignete Reflektivität
aufrecht erhalten werden kann. Ein typisches Beispiel von Harz,
welches einen derartigen Young-Modul aufweist, ist ein Poly(paraphenylen)harz.
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Das
transparente Poly(paraphenylen)harz ist erforderlich, um die Festigkeit
zu erhöhen
und wirksam das Gewicht im Zusammenhang mit dem Glasmaterial zu
reduzieren, welches eine Innenschicht des komplexen Schichtenelements
darstellt. Um die Gewichtsreduktion zu erzielen, ist es weiterhin
wünschenswert,
daß ρP 3/EP geringer ist
als ρG 3/EG,
worin ρP die Dichte des transparenten Poly(paraphenylen)harzes
und ρP die Dichte des Glases darstellt.
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Für das Glas
zur Ausbildung des komplexen Schichtenelements der Vakuumumhüllung für eine Kathodenstrahlröhre in der
vorliegenden Erfindung kann eine allgemein für eine Kathodenstrahlröhre verwendete Glasplatte,
verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Glasplatte dünn ist.
Es ist weiterhin erwünscht,
ein Glas zu verwenden, welches einen Röntgenstrahlen-Absorptionskoeffizienten
von 32 cm
–1 oder
mehr in Bezug auf eine Röntgenstrahlung
mit einer Wellenlänge
von 0,06 nm aufweist, um eine Röntgenstrahl-Absorptionsfähigkeit
in der dünner
ausgebildeten Glasschicht zu erhöhen,
wie dies beispielsweise in der
JP-A-7-206466 beschrieben ist.
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Es
ist bevorzugt, daß die
durchschnittliche Dicke einer Glasschicht zur Ausbildung des komplexen Schichtenelements
in der Schirmfläche
der Vakuumumhüllung
für eine
Kathodenstrahlröhre
2 mm oder mehr beträgt
und die Hälfte
oder weniger der gesamten Dicke des komplexen Schichtenelements
ausmacht. Wenn die Dicke weniger als 2 mm beträgt, ist es schwierig, eine
mechanische Festigkeit aufrecht zu erhalten, welche während des
Zusammenbauvorgangs der Kathodenstrahlröhre erforderlich ist. Da eine
Kathodenstrahlröhre im
allgemeinen mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV oder mehr
betrieben wird, treffen Elektro nenstrahlen mit einer hohen Geschwindigkeit
auf Substanzen auf, welche die Lochmaske bilden, wodurch Röntgenstrahlen
erzeugt werden. Um ausreichend die in der Kathodenstrahlröhre erzeugten
Röntgenstrahlen durch
das Glas der Vakuumumhüllung
zu absorbieren, beträgt
die Dicke des Glases, welches die Vakuumumhüllung bildet, vorzugsweise
5 mm oder mehr. Andererseits kann, wenn die Dicke der Glasschicht
den halben Wert der gesamten Dicke übersteigt, ein ausreichender
Effekt der Reduktion nicht erwartet werden.
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Es
wird nun eine Erläuterung
des komplexen Schichtenelements der Vakuumumhüllung für eine FED der vorliegenden
Erfindung durchgeführt.
Die Bildschirmfläche
der Umhüllung
ist aus einem komplexen Schichtenelement zusammengesetzt, mit wenigstens
einer Innenschicht aus Glas, welche an den evakuierten Innenraum
der Umhüllung
grenzt, und einer Außenschicht
aus einem transparenten Poly(paraphenylen)harz. Von dem Glas wird
gefordert, daß es
gute elektrische Widerstandseigenschaften, Elektronenstrahl-Widerstandseigenschaften
und Röntgenstrahl-Absorptionsfähigkeit
aufweist. Demgemäß ist eine
Verwendung eines Glasschirms bzw. einer Glasplatte für eine Kathodenstrahlröhre, eines
Glases für
eine Plasmaanzeige, eines Glases für einen Flüssigkristall vom aktiven Matrixtyp
oder dgl. bevorzugt.
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Es
ist bevorzugt, daß die
Dicke der Glasschicht des komplexen Schichtenelements der Vakuumumhüllung für eine FED
0,7 mm oder mehr beträgt
und nicht mehr als die Hälfte
der gesamten Dicke des komplexen Schichtenelements beträgt. Wenn
die Dicke weniger als 0,7 mm beträgt, ist es schwierig, die mechanische Festigkeit
aufrecht zu erhalten, welche während
des Zusammenbauvorgangs der FED erforderlich ist. Weiterhin werden,
da eine Hochspannungsbetätigungstyp-FED
im allgemeinen eine Beschleunigungsspannung von einigen kV oder
mehr verwendet, Röntgenstrahlen
durch beschleunigte Elektronenstrahlen auf dieselbe Weise wie in
der Kathodenstrahlröhre
erzeugt. Um ausreichend die in der FED erzeugten Röntgenstrahlen
durch das die Vakuumumhüllung
ausbildende Glas zu absorbieren, ist die Dicke des die Vakuumumhüllung bildenden Glases
vorzugsweise 2 mm oder mehr. Andererseits kann, wenn die Dicke der
Glasschicht größer ist
als ein Wert der Hälfte
der gesamten Dicke des komplexen Schichtenelements, ein ausreichender
Effekt einer Gewichtsreduktion nicht erwartet werden, selbst wenn
eine ausreichende Festigkeit aufrecht erhalten werden kann.
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In
der vorliegenden Erfindung sind das Glas und das transparente Harz
aneinander durch Anhaften zusammengefaßt, wodurch eine komplexe Schicht
gebildet wird. Der Brechungsindex des Bindemittels, welches für ein Anhaften
verwendet wird, wird unter Berücksichtigung
der Brechungsindizes der Glasschicht und des transparenten Poly(paraphenylen)harzes
gewählt,
um nicht eine unnötige
Erhöhung
der Reflexion von Außenlicht
zu veranlassen. Es ist bevorzugt, daß das Bindemittel Transparenz,
elektrische Leitfähigkeit
und hohe Röntgenstrahlen-Absorptionsfähigkeit
gegenüber
sichtbarem Licht aufweist.
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Das
komplexe Schichtenelement für
eine Vakuumumhüllung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann für
einen Bereich, beinhaltend eine Bildschirmfläche, wie beispielsweise einen
Schirmabschnitt einer Kathodenstrahlröhre oder die Gesamtheit eines
vorderen Schirms einer FED oder einen anderen Bereich, verwendet werden.
Im allgemeinen ist das komplexe Schichtenelement aus zwei Schichten
zusammengesetzt; einer Glasschicht und einer Schicht aus transparentem
Poly(paraphenylen)harz. Es kann jedoch eine Zwischenschicht zwischen
den Elementen zur Einstellung von deren Expansionsdifferenz zwischengeschaltet
werden, so daß das
komplexe Schichtenelement eine komplexe Struktur von drei Schichten
oder mehr aufweist. Weiterhin kann eine äußerste Schicht zur Reduktion
des Reflexionsvermögens
von Außenlicht
an einer äußeren Oberfläche der
Schicht aus transparentem Poly(paraphenylen)harz unter Verwendung
einer Oberflächenbehandlung,
wie beispielsweise einem Sputtern, ausgebildet werden, wodurch die
Sichtbarkeit erhöht
werden kann.
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In
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Struktur des komplexen
Schichtenelements, welches im wesentlichen aus einer Glasschicht
als einer Innenschicht und einer Schicht aus transparentem Poly(paraphenylen)harz
als einer Außenschicht
zusammengesetzt ist, die obengenannte Struktur. Es ist wünschenswert, daß die durch
eine Oberflächenbehandlung
gebildete Schicht Lichtabsorptionseigenschaften, elektrische Leitfähigkeit
und eine hohe Röntgenstrahlen-Absorptionsfähigkeit
aufweist.
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Weiterhin
beträgt
die Gesamtdurchlässigkeit
des komplexen Schichtenelements, bestimmt durch Berücksichtigung
der Durchlässigkeit
von sowohl der Glasschicht, der Bindeschicht, der Schicht aus transparentem
Poly(paraphenylen)harz als auch der Oberflächenbehandlungsschicht, vorzugsweise
20% oder mehr. Es ist insbesondere bevorzugt, daß die Gesamtdurchlässigkeit
30 bis 70% beträgt.
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Die
Deformation, welche in der Vakuumumhüllung, welche eine im wesentlichen
flache Bildschirmfläche
aufweist, durch den Atmosphärendruck
bewirkt wird, ist hauptsächlich
eine Biegedeformation. Diese Biegedeformation in einer flachen Schicht
ist proportional zu der Last, welche von der Außenseite aufgebracht wird und
ist umgekehrt proportional zu der Biegesteifigkeit der flachen Schicht.
Die Biegesteifigkeit (Young-Modul x einem sekundären Moment einer Querschnittsfläche) ist
proportional zu der dritten Potenz der Dicke des Schichtmaterials
und ist umgekehrt proportional zu dem Young-Modul, bei dem das Schichtmaterial
eine einzelne Schicht ist.
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Andererseits
soll angenommen werden, daß eine
Schicht mit einem hohen Young-Modul
und einer hohen Dichte und eine Schicht mit einem niedrigen Young-Modul
und einer niedrigen Dichte laminiert sind. In diesem Fall kann die
Biegesteifigkeit erhöht
werden, wenn die Dicke der Schicht mit einem hohen Young-Modul dünn ist,
da die Schicht entfernt von dem Biegezentrum ist. Derart können laminierte
Schichten das Ausmaß der
Ablenkung im Vergleich zu einer einzelnen Schicht durch Optimierung
einer Kombination der Dicken der laminierten Schichten reduzieren
und dementsprechend kann das Gewicht der Vakuumumhüllung reduziert werden.
Beispielsweise kann, wenn ein Harz, welches eine Dichte von etwa
der Hälfte
des Glases und einen Young-Modul von etwa 1/8 bis 1/7 des Glases
aufweist, zur Ausbildung eines komplexen Schichtenelements verwendet
wird, eine Gewichtsreduktion von 20 bis 30% erzielt werden.
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Wenn
der Young-Modul des Harzes zu gering ist, nimmt jedoch die Reduktionsrate
des Gewichts ab. Ein sonst verwendetes Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat
weist eine geringe Festigkeit von etwa 1/30 von Glas auf, wobei ρP 3/EP größer ist
als ρG 3/EG.
Damit die Festigkeit der Vakuumumhüllung, welche lediglich Glas
umfaßt,
dieselbe ist wie die Steifigkeit einer Vakuumumhüllung, welche ein komplexes
Schichtenelement mit einem derartigen Harz umfaßt, ist es notwendig, die Dicke
des Harzes zu erhöhen,
so daß es
eine ausreichende Steifigkeit aufweist. Daraus resultierend ist
der Effekt einer Gewichtsreduktion gering oder überhaupt nicht vorhanden.
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Eine
Biegebeanspruchung, welche direkt die Stärke steuert, ist proportional
zu einer Last und ist umgekehrt proportional zur zweiten Potenz
der Dicke einer Schicht, wobei die Schicht eine einzelne Schicht
ist. Eine in einem komplexen Schichtenelement erzeugte Spannung,
welche komplizierter ist, ist im allgemeinen proportional zum Ausmaß der Ablenkung
und der Dicke des komplexen Schichtenelements. Demgemäß kann, selbst
wenn die Biegespannung so gemacht wird wie diejenige der Einzelschicht,
die Reduktion des Gewichts im Vergleich zu einem Fall der Verwendung
der Einzelschicht auf dieselbe Weise erhalten werden, wie dies über die
Biegedeformation beschrieben wurde.
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[Beispiel]
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(Beispiel 1)
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1 zeigt
eine Konstruktion der Kathodenstrahlröhre, welche eine komplex geschichtete
Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Die Basiskonstruktion der Kathodenstrahlröhre ist
dieselbe wie diejenige der in 3 gezeigten
Kathodenstrahlröhre.
Eine Vakuumumhüllung 2 ist
aus einem Schirm 3 zur Anzeige eines Bilds und einem Trichter 4 gebildet.
Eine Schirmfläche 7,
auf welcher ein Bild gezeigt ist, ist aus einer Glasschicht 21 als
einer Innenschicht und einer Schicht 22 aus transparentem
Poly(paraphenylen)harz als einer Außenschicht zusammengesetzt.
Die Kathodenstrahlröhre
ist ein 29-Zoll-Typ, welcher einen im wesentlichen rechteckigen,
flachen Stirnflächenbereich
aufweist, worin das Längenverhältnis der
Schirmabschnitte 3:4 ist.
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In
diesem Beispiel weisen der Schirm 3 und der Trichter 4 physikalische
Werte auf, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind. Als die äußere Schicht
aus transparentem Harz als ein Bauelement des Schirms 3 wird
Parmax (registrierte Marke) verwendet. Parmax ist ein Poly(paraphenylen)harz,
welches beispielsweise eine Glasübergangstemperatur
von 160°C,
eine Dichte von 1,2 g/cm3 und einen Young-Modul
von 10,297 GPa aufweist. Ein Stirnflächenabschnitt des Schirms 3 weist
eine zweilagige Struktur auf, welche durch ein Verbinden der Schicht 22 aus
transparentem Poly(paraphenylen)harz mit der Glasschicht 21 gebildet
wird, worin die Dicke der Glasschicht 21 5 mm beträgt, die
Dicke der Schicht 22 aus transparentem Poly(paraphenylen)harz
14 mm beträgt und
die Gesamtdicke der Schirmfläche 7 19
mm beträgt.
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Da
Atmosphärendruck
auf die äußere Oberfläche der
Kathodenstrahlröhre
wirkt, wird ein Biegemoment erzeugt und es wird eine große Zugspannung
an einem Rand der effektiven Bildschirmfläche an einer kürzeren Achse
der Fläche
aufge bracht. Die Zugspannung war 10 MPa in einem äußeren Oberflächenabschnitt
der Glasschicht und 4 MPa in einem äußeren Oberflächenabschnitt
des transparenten Poly(paraphenylen)harzes. Das Ausmaß der Ablenkung
in einem zentralen Abschnitt des Stirnflächenabschnitts war 0,7 mm.
Im Vergleich der Kathodenstrahlröhre
des Vergleichsbeispiels 1 (Tabelle 2), welche eine Schirmfläche 7, bestehend
aus einer einzelnen Glasschicht aufweist, mit der Kathodenstrahlröhre von
Beispiel 1 war die Dicke der Schirmfläche 7 des Vergleichsbeispiels
1 16 mm, um dieselbe Zugbeanspruchung wie die Schirmfläche des
Beispiels 1 zur Verfügung
zu stellen. Daraus resultierend konnte Beispiel 1 einen Gewichtsreduktionseffekt von
etwa 30% im Vergleich mit der Kathodenstrahlröhre, umfassend eine einzelne
Glasschicht, erzielen. Tabelle 2 zeigt auch ein Vergleichsbeispiel
2, welches eine komplex geschichtete Struktur aufweist, umfassend als
eine Harzschicht ein Polycarbonat, welches einen kleineren Young-Modul
aufweist. In Vergleichsbeispiel 2 war die Dicke der Glasschicht
8 mm und die Dicke des Polycarbonats war 20 mm. Es war jedoch das
Gewicht im wesentlichen dasselbe wie in dem Fall mit einer einzelnen
Glasschicht, und eine effektive Gewichtsreduktion konnte nicht erzielt
werden, obwohl die maximale Zugspannung auf 11 MPa im Vergleich
zu Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 erhöht wurde.
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ρ3/E
(ρ bezeichnet
die Dichte und E den Young-Modul) der verwendeten Materialien war
wie folgt.
Glas: 0,0028, Parmax: 0,0016 und Polycarbonat: 0,0055.
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(Beispiel 2)
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2 zeigt
eine Konstruktion einer FED, welche die komplex geschichtete Struktur
der vorliegenden Erfindung verwendet. Die FED dieses Beispiels ist
eine 15-Zoll-Typ-FED,
welche eine im wesentlichen rechteckige Fläche aufweist, worin das Längenverhältnis der
Schirmabschnitte 3:4 ist. Die Vakuumumhüllung ist im wesentlichen aus
dem vorderen Schirm 23 zur Anzeige eines Bilds, dem hinteren
Schirm 24 als einem Substrat für eine Elektronen emittierende
Quelle, welche Elektronen in einem Feldemissionsmodus emittiert,
und dem äußeren Rahmen 53 zusammengesetzt.
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Der
vordere Schirm 23 weist eine zweilagige Struktur auf, umfassend
eine Glasschicht 32 als eine innere Schicht und eine Schicht 33 aus
transparentem Poly(paraphenylen)harz als äußere Schicht. Der vordere Schirm 23 und
der hintere Schirm 24 sind mit einem Lötglas oder dgl. unter Zwischenschalten
des äußeren Rahmens 25 abgedichtet,
um einen hermetischen Zustand zur Verfügung zu stellen. Der Innenraum
der Vakuumumhüllung
wird in einem Hochvakuumzustand von besser als 1,3 × 10–6 Pa
gehalten. Kathoden 26 sind an dem hinteren Schirm 24 in
dem Innenraum der Umhüllung
angeordnet und ein Elektronenemitter 27 ist auf jeder der
Kathoden 26 ausgebildet. Gateelektroden 28 sind
auch auf dem hinteren Schirm 24 durch Zwischenschalten
von Isolierschichten 29 ausgebildet, so daß Elektronenströme gesteuert
bzw. geregelt werden können.
Andererseits sind Bildpunkte eines Leuchtstoffs 31 an dem
vorderen Schirm 23 durch Zwischenschalten einer Anode 30 vorgesehen,
um dem Elektronenemitter 27 gegenüberzuliegen.
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In
Beispiel 2 werden Glasmaterialien, welche die in Tabelle 1 gezeigten
physikalischen Eigenschaften aufweisen, für den vorderen Schirm 23,
den hinteren Schirm 24 und den Außenrahmen 25 verwendet.
Als das transparente Poly(paraphenylen)harz 33 als Außenschicht
zur Bildung des vorderen Schirms 23 wird Parmax, hergestellt
durch Maxdem in den USA, auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 verwendet.
Der vordere Schirm 23 weist eine zweilagige Struktur auf,
welche durch Anhaften des transparenten Poly(paraphenylen)harzes 33 an das
Glas 32 gebildet wird, worin die Dicke des Glases 32 3
mm beträgt,
die Dicke des transparenten Harzes 33 18 mm beträgt und die
Gesamtdicke des vorderen Schirms 23 21 mm beträgt.
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Da
Atmosphärendruck
auf eine äußere Oberfläche der
FED auf dieselbe Weise wie bei der Kathodenstrahlröhre wirkt,
wird ein Biegemoment erzeugt und eine große Zugbeanspruchung wird auf
einen Rand der effektiven Bildschirmfläche auf einer kurzen Achse
des vorderen Schirms
23 wirksam. Die Zugspannung war 7
MPa in einem äußeren Oberflächenabschnitt
der Glasschicht. Das Ausmaß der
Ablenkung bzw. Wölbung
in einem zentralen Abschnitt des vorderen Schirms
23 war
50 μm. Für einen
Vergleich wurde die Dicke des vorderen Schirms
23 einer
FED, welche eine Einzelschicht aus Glas umfaßt, welche dasselbe Ausmaß einer
Ablenkung wie in der FED, umfassend das komplexe Schichtenelement,
zur Verfügung
stellt, gemessen. Als ein Resultat war die Dicke 14 mm. Weiterhin
war die maximale Zugspannung, welche in einem Randabschnitt der effektiven
Fläche
auf einer kurzen Achse erzeugt wurde, 8 MPa. Insbesondere konnte
Beispiel 2 eine Gewichtsreduktion von etwa 25% im Vergleich zu der
Kathodenstrahlröhre,
umfassend eine einzelne Glasschicht, erzielen, während die maximale Zugspannung,
welche in einem Randabschnitt einer effektiven Fläche auf
einer kurzen Achse erzeugt wird, reduziert werden kann. Tabelle 1
Titel | Schirm | Glastrichter | Frontschirm |
Dichte
(g/cm3) | 2,78 | 3,00 | 2,77 |
Young-Modul
(GPa) | 73,55 | 67,666 | 76,492 |
Poisson-Verhältnis | 0,21 | 0,21 | 0,21 |
Röntgenstrahlen-Absorptionskoeffizient
(cm–1) | 28 | 65 | 19 |
Tabelle 2
| Beispiel | Vergleichsbeispiel 1 | Vergleichsbeispiel 2 |
Flächenstruktur | zwei
Schichten | Einzelschicht
aus Glas | zwei
Schichten |
Glasdicke
(mm) | 5 | 16 | 8 |
Harzmaterial | Parmax | - | Polycarbonat |
Harzdicke
(mm) | 14 | - | 20 |
Ablenkung
(mm) | 0,7 | 0,5 | 0,8 |
max.
Zugspannung (MPa) | 10 | 10 | 11 |
Gewicht
von effektivem Bildanzeigebereich (kg) | 8,9 | 12,8 | 12,7 |
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung kann eine sichere und hochzuverlässige Vakuumumhüllung für eine Anzeige
zur Verfügung
gestellt werden, ohne eine wesentliche Erhöhung einer Belastung und einer
Ablenkung zu bewirken, und das Gewicht der Vakuumumhüllung kann
reduziert werden.