DE10041628B4

DE10041628B4 - Vakuumumhüllung für eine Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE10041628B4
Application number: DE10041628A
Authority: DE
Inventors: Tsunehiko Funabashi Sugawara; Jiro Nishihama; Shunichi Samejima
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: GB2355109A; US6407493B1; JP3817983B2; CN1286490A; GB2355109B; GB0020439D0; KR100409408B1; KR20010030112A; CN1136602C; JP2001068041A; DE10041628A1

Abstract

Vakuumumhüllung für eine Anzeige, welche einen im wesentlichen rechteckigen Bildanzeigebereich aufweist, wobei der Bildanzeigebereich im wesentlichen aus einem komplexen Schichtenelement gebildet ist, mit wenigstens Glas als einer Innenschicht, welche an den evakuierten, inneren Bereich grenzt, und einem transparenten Poly(paraphenylen)harz als einer Außenschicht, und bei der das Verhältnis des Young-Moduls E_P des transparenten Poly(paraphenylen)harzes zu dem Young-Modul E_G des Glases 1/10 bis 1/5 beträgt.

Description

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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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/cm³ und die Dichte des Polycarbonats beträgt etwa 1,1 g/cm³. Demgemäß kann eine Gewichtsreduktion von etwa 30% erzielt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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 E_P des transparenten Poly(paraphenylen)harzes zu dem Young-Modul E_G des Glases 1/10 bis 1/5 beträgt.
Weiterhin wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Vakuumumhüllung, wie oben beschrieben, zur Verfügung gestellt, wobei das Verhältnis von E_P zu E_G 1/10 bis 1/7 beträgt und ρ_P ³/E_P kleiner ist als ρ_G ³/E_G, wobei ρ_P die Dichte des transparenten Poly(paraphenylen)harzes darstellt und ρ_G die Dichte des Glases.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den weiteren abhängigen Unteransprüchen definiert
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt.
In der Zeichnung sind:
1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der Kathodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf eine Ausführungsform einer FED gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Kathodenstrahlröhre gemäß einer konventionellen Technik; und
4 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf eine FED gemäß einer konventionellen Technik.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in größerem Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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 E_G 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 E_G 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.
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 E_G 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 E_P zu erhalten, welcher den Wert von 1/5 von E_G 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.
Für das transparente Harz als ein strukturelles Element des komplexen Schichtenelements ist es bevorzugt, ein Harz zu verwenden, welches einen Young-Modul E_P von etwa 7,845 bis 10,787 GPa bei Raumtemperatur aufweist, d. h. es weist einen Young-Modul E_P von etwa 1/10 bis 1/7 des Young-Moduls E_G 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.
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 ρ_P ³/E_P geringer ist als ρ_G ³/E_G, worin ρ_P die Dichte des transparenten Poly(paraphenylen)harzes und ρ_P die Dichte des Glases darstellt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 ρ_P ³/E_P größer ist als ρ_G ³/E_G. 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.
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.
[Beispiel]
(Beispiel 1)
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.
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.
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.
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.
(Beispiel 2)
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.
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.
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.

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

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.

Claims

Vakuumumhüllung für eine Anzeige, welche einen im wesentlichen rechteckigen Bildanzeigebereich aufweist, wobei der Bildanzeigebereich im wesentlichen aus einem komplexen Schichtenelement gebildet ist, mit wenigstens Glas als einer Innenschicht, welche an den evakuierten, inneren Bereich grenzt, und einem transparenten Poly(paraphenylen)harz als einer Außenschicht, und bei der das Verhältnis des Young-Moduls E_P des transparenten Poly(paraphenylen)harzes zu dem Young-Modul E_G des Glases 1/10 bis 1/5 beträgt.
Vakuumumhüllung für eine Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von E_P zu E_G 1/10 bis 1/7 beträgt.
Vakuumumhüllung für eine Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ρ_P ³/E_P kleiner ist als ρ_G ³/E_G, wobei ρ_P die Dichte des transparenten Poly(paraphenylen)harzes und ρ_G die Dichte des Glases ist.
Vakuumumhüllung für eine Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas als eine Innenschicht durch Verbinden mit dem transparenten Poly(paraphenylen)harz als eine Außenschicht festgelegt ist.
Vakuumumhüllung für eine Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Glases als Bauelement des komplexen Schichtenelements 2 mm oder mehr beträgt und nicht mehr als die Hälfte der gesamten Dicke des komplexen Schichtenelements ist.
Vakuumumhüllung für eine Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumumhüllung für eine Feldemissionsanzeige verwendbar ist und die Dicke des Glases als ein Bauelement des komplexen Schichtenelements 0,7 mm oder mehr beträgt und nicht mehr als die Hälfte der gesamten Dicke des komplexen Schichtenelements ist.