KR100426571B1 - 음극선관용 펀넬구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펀넬 요크부의 구조를 최적화함으로써 음극선관의 내부 진공압에 의한 응력을 저감하는 칼라 음극선관에 관한 것이다.

본 발명의 기술적 수단은 칼라 음극선관에 있어서, 펀넬 요크부의 단면 형상은 코너부가 일정곡률을 가지는 사각형태이고; 상기 코너부의 외측곡률반경을 Rdo, 내측곡률반경을 Rdi라고 할 때 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Rdi / Rdo 〉 0.775 -------------식 1

본 발명은 펀넬 요크부의 코너부 곡률반경 및 두께를 조절함으로써 종래의 응력이 집중되던 요크부에서의 응력을 저감시키는 효과가 있다.

Description

음극선관용 펀넬구조{A Funnel Structure of The Cathode-Ray-Tube }

본 발명은 칼라 음극선관에 관한 것으로, 특히 펀넬 요크부의 구조를 최적화함으로써 음극선관의 내부 진공압에 의한 응력을 저감하는 칼라 음극선관에 관한 것이다.

종래의 컬러 음극선관은 도 1에 도시된 바와 같이 내측면에 R, G, B의 형광면(4)이 도포되어 있고, 전면부에는 방폭수단이 고정되어 있는 패널(1)과, 상기 패널의 후단에 융착된 펀넬(2)과, 상기 펀넬의 네크부(13)에 삽입되어 전자빔(6)을 방사하는 전자총과, 상기 전자빔(6)을 편향시키는 편향요크(5)와, 상기 패널의 내측에 일정한 간격을 두고 장착되어 전자빔(6)이 통과하도록 다수의 구멍이 형성된 새도우마스크(3)와, 상기 새도우마스크가 패널 내면과 일정한 간격을 유지하도록 새도우마스크를 고정 지지하는 메인프레임(7) 및 서브프레임(8)과, 상기 프레임과 패널을 연결 지지하는 코너스프링(9)과, 음극선관이 외부 지자기의 영향을 적게 받도록 차폐하는 이너쉴드(10)와, 상기 패널의 측면부 둘레에 설치되어 외부 충격을 방지하는 보강밴드(12)로 구성된다.

그리고 전자빔이 소정의 형광체에 정확히 타격되도록 진행궤도를 수정해 주는 마그네트(Magnet)(11)가 있어 색순도 불량을 방지한다.

일반적인 칼라 음극선관의 제작공정은 크게 전공정과 후공정으로 구분되는데, 상기 전공정은 패널의 내면에 형광면을 도포하는 과정이고 후공정은 다시 다음의 여러 공정으로 이루어진다.

먼저 형광면이 도포되고 내부에 마스크 어셈블리가 내장된 패널과 실면에 프리트가 도포된 펀넬이 고온의 노공정에서 접합되는 실링(Sealing)공정을 거치고, 이후 봉지공정에서 펀넬의 네크부 내면에 전자총을 삽입한 후 배기공정을 통해 음극선관 내부를 진공상태로 만든 후 봉입한다.

이때 음극선관이 진공상태가 되면 패널과 펀넬은 높은 인장 및 압축응력을 받게 된다. 따라서 상기와 같이 배기공정 후 패널 전면에 걸리는 고응력을 분산시키기 위한 보강밴드가 부착되는 보강공정을 거치면 음극선관이 완성된다.

최근에는 음극선관이 디지털화와 더불어 전장을 줄여 슬림화되는 경향이 있다. 상기와 같이 패널 글라스의 전장이 짧아지면 음극선관의 부피는 감소하지만 진공량은 일정하므로 부피가 감소한 만큼 글라스에 더 많은 응력이 발생하게 된다. 또한 상기와 같이 음극선관의 전장을 줄일 경우 패널보다 상대적으로 두께가 얇은 펀넬부에 고응력이 가해지고, 특히 패널과 펀넬이 접합되는 실라인(Seal Line)부에 높은 인장응력이 가해지므로 열공정에서 파손되기 쉽다.

음극선관의 전장을 줄이는 방법은 도 2에서 패널의 전장을 줄이는 방법과 펀넬 바디(Body)의 전장을 줄이는 방법이 있다. 그런데 패널의 전장을 줄이는 방법은 배기공정 후 진공에 의해 실라인부에 높은 인장응력이 형성될 뿐만 아니라, 보강밴드를 체결할 공간이 줄어들어서 보강밴드 설계시 밴드폭이 제한되어 응력분산 효과가 감소한다.

도 3은 배기공정 후 음극선관 내부가 진공상태가 될 때 패널 및 펀넬 글라스에 가해지는 응력의 분포를 도시한 것으로 점선은 압축응력을, 실선은 인장응력을 나타낸 것이다. 글라스가 외부로부터 충격을 받으면 크랙이 발생하게 되는데, 이때 글라스 표면에 인가된 인장응력은 상기 크랙의 진전을 가속시킬 뿐 아니라 강도가 심하면 글라스가 완파될 수도 있다. 반대로, 압축응력은 크랙이 더 이상 진전되지 않도록 방지하는 역할을 한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 패널의 센터부, 스커트 중앙 및 펀넬의 중앙에는 압축응력이 가해지므로 비교적 충격에 강하지만, 패널의 코너부 및 실라인부에는 인장응력이 가해지므로 충격에 민감하다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이 펀넬 요크부의 장변과 단변에는 압축응력이 가해지는 반면, 코너부에는 인장응력이 가해지므로 조그만 충격에도 파손될 수 있다.

그러므로 글라스 설계시에는 진공에 의한 인장응력을 충분히 고려해야 하는데, 종래에는 글라스의 한계 응력값을 12㎫ 이하로 설계하였다. 이때 펀넬 바디부의 경우는 형상에 일정한 비율을 적용하거나 두께를 증가시켜서 효과적으로 응력을 저감할 수 있으나 요크부의 경우 도 4와 같은 일반적인 형상을 적용할 경우 도 5와 같이 15~20㎫의 인장응력이 가해지므로 한계응력값이 12㎫인 글라스로는 응력을 효과적으로 저감시킬 수 없을 뿐만 아니라, 상기와 같이 높은 응력이 발생할 경우 제조 공정에서도 어려움이 많다.

또한 종래에는 글라스의 충격성을 확보하기 위한 방법으로 보강밴드를 장착하는 방법 이외에 글라스를 열처리하여 표면의 물리적 강성을 높인 강화유리를 사용하거나 패널 표면에 필름을 부착하는 방법 등이 사용되었다. 그러나 상기 방법들은 모두 패널에 적용한 것이며, 펀넬의 경우에는 밴드 체결에 대한 효과가 미비할 뿐 아니라 강화 열처리에 의한 강화 글라스를 사용하는 예가 없다. 또한 펀넬 요크부의 글라스 두께를 두껍게 하면 이 부분의 인장응력이 감소되나 전자빔이 요크부 내면에 부딪쳐서 스크린에 그림자가 생기기 때문에 요크부의 글라스 두께를 증가시키는 데는 한계가 있다. 그러므로 펀넬 요크부의 내충격성을 확보하고 응력을 저감할 수 있는 기술적인 대책이 필요하다.

따라서 본 발명은 펀넬 요크부의 구조를 최적화함으로써 음극선관의 내부 진공압에 의해 펀넬에 가해지는 응력을 효과적으로 저감하는 칼라 음극선관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 음극선관의 구조도.

도 2는 패널 및 펀넬 글라스의 주요부를 정의한 도.

도 3은 진공시 응력이 가해지는 것을 나타낸 도.

도 4는 종래의 펀넬 요크부의 형상을 나타낸 도.

도 5는 종래의 펀넬 요크부에서의 응력값을 나타내는 도.

도 6은 본 발명의 펀넬 요크부의 형상을 나타내는 도.

도 7은 본 발명의 펀넬 요크부에서의 응력 분포를 나타낸 도.

도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 주요 요소들을 정의한 도.

도 9는 Rdi / Rdo값에 따른 요크부 코너부에 인가되는 인장응력을 나타낸 도.

도 10a 내지 도 10b는 Rdi / Rdo값에 따른 성형성 및 열공정파손율을 나타낸 도.

도 11a 내지 도 11b는 Rdo와 Dt에 따른 인장응력감소를 나타낸 도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 패널 2 : 펀넬

3 : 새도우마스크 4 : 형광면

5 : 편향요크 10 : 이너쉴드

12 : 보강밴드

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 진공상태로 봉인된 펀넬과, 상기 펀넬의 네크부에 장착되어 상기 형광체 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총과, 상기 펀넬의 요크부에 장착되어 전자빔을 편향시키는 편향요크를 포함하는 칼라 음극선관에 있어서, 상기 요크부의 단면 형상은 코너부가 일정곡률을 가지는 사각형태이고; 상기코너부의 외측곡률반경을 Rdo, 내측곡률반경을 Rdi라고 할 때 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Rdi / Rdo 〉 0.775 -------------식 1

또한 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 진공상태로 봉인된 펀넬과, 상기 펀넬의 네크부에 장착되어 상기 형광체 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총과, 상기 펀넬의 요크부에 장착되어 전자빔을 편향시키는 편향요크를 포함하는 칼라 음극선관에 있어서, 상기 요크부의 단면 형상은 코너부가 일정곡률을 가지는 사각형태이고; 상기 패널의 전장을 PL, 패널과 펀넬이 만나는 실라인(Seal Line)에서 펀넬의 요크라인까지의 관축상 거리를 BL, 상기 요크라인에서 네크라인까지의 관축상 거리를 YL이라 하고, 요크부의 코너부 두께를 Dt, 요크부의 장변 두께를 Lt, 요크부의 단변 두께를 St라고 할 때 하기 식을 동시에 만족하는 것을 특징으로 한다.

0.6 ≤ PL / BL ≤ 1.6 ------식 5

Dt ≥ 3 ------식 6

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 통해 상세히 설명하도록 한다.

앞서 기술한 바와 같이 종래의 펀넬, 특히 전장이 짧은 음극선관의 펀넬의 경우 패널과 펀넬이 봉합되는 실라인(Seal Line)과 펀넬 요크부의 대각곡률반경부에서 높은 응력을 나타내었다. 상기 대각곡률반경부는 관측에 수직단면을 잘랐을 때 대략 사각형의 단면을 가지는 요크부에서 사각형의 모서리부를 지징한다. 상기요크라인은 전자빔 편향을 위한 편향요크가 최대한 패널방향으로 위치하는 선을 말한다. 이때 상기 실라인에 가해지는 응력은 그 부분의 글라스 두께를 증가시키면 효과적으로 저감시킬 수 있으나 펀넬의 요크부의 경우는 글라스 두께를 두껍게 하면 이 부분의 인장응력은 감소되나 전자빔이 요크부 내면에 부딪쳐서 스크린에 그림자가 생기기 때문에 요크부의 글라스 두께를 증가시키는 데는 한계가 있다. 따라서 본 발명은 상기 요크부에 가해지는 높은 응력을 저감함으로써 내충격성 확보뿐만 아니라 공정상의 수율도 확보할 수 있다.

도 6은 관축에 수직단면을 잘랐을 때 본 발명의 펀넬 요크부 형상에서 ¼분면을 나타낸 것이고, 도 8a와 도 8b는 본 발명의 구성을 설명하기 위한 요소들을 나타낸 것이다. 먼저 도 8b에 도시된 바와 같이 패널 내면에서 레퍼런스라인까지의 관축상 거리를 L이라 하고, 상기 패널 내면에서 펀넬의 요크라인까지의 관축상 거리를 L1이라 하고, 상기 패널 내면에서 펀넬의 네크라인까지의 관축상 거리를 L2라고 하고, 스크린의 유효면 대각길이의 1/2을 D라고 한다. 또한 도 8a에 도시된 바와 같이 요크부 수직 단면의 코너부 두께를 Dt, 요크부의 장변 두께를 Lt, 요크부의 단변 두께를 St라고 한다.

본 발명은 상기 펀넬 요크부의 두께 및 코너부의 곡률반경을 조절함으로써 요크부에 인가되는 고응력을 저감하는 것으로, 먼저 요크부의 코너부 외측곡률반경(Rdo) 및 내측곡률반경(Rdi)을 변화시켜가면서 요크부의 코너부에 인가되는 인장응력을 측정하여 최적의 설계값을 얻었다.

도 9는 사각형 요크부를 가진 120도 편향의 17인치 음극선관에서 Rdi / Rdo의 값에 따른 요크부 코너부에 인가되는 인장응력을 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 Rdi / Rdo ＜ 0.775일 때 요크부 코너부에 인가되는 인장응력은 허용 한계응력인 12㎫을 초과하게 된다. 그러므로 Rdi와 Rdo는 하기 식 1을 만족하도록 설계한다.

Rdi / Rdo 〉 0.775 --------------식 1

또한 내외면 곡률반경의 차이가 클수록 열공정 과정에서 파손율이 높으므로 열공정 파손율 및 펀넬의 형상을 고려할 때 다음 식 2를 만족하는 것이 바람직하다.

0.9 〈 Rdi / Rdo 〈 1.1 --------------식 2

상기 Rdi / Rdo값에 따른 성형성 및 열공정파손율을 도 10a, 도 10b에 각각 도시하였다.

또한 내면곡률반경(Rdi)이 클수록 전자총에서 방출된 전자빔이 요크부 내면에 부딪쳐서 화면에 그림자가 생기는 현상을 줄일 수 있고, 요크부의 코너부에 인가되는 인장응력도 감소하여 열공정 및 내충격 특성이 향상될 뿐만 아니라 글라스의 성형성도 우수해진다. 그러나 Rdi를 무한정 크게할 수는 없으므로 상기 Rdi를 Rdo와 같을 때 즉, Rdi / Rdo = 1일 때 가장 바람직하다.

마찬가지로 Rdo가 클수록 요크부의 코너부에 인가되는 인장응력이 감소하고 열공정, 내충격성 및 글라스 성형성이 우수해지지만, 상기 Rdo가 커질수록 편향요크의 감도는 떨어지게 되므로 7〈 Rdo〈 13인 것이 바람직하다.

또한 레퍼런스라인은 펀넬의 설계를 위한 기준선으로서 육안으로 확인이 불가능한 선이다. 일반적으로 상기 레퍼런스라인의 위치는 편향요크에 의한 전자빔 편향시 그 편향중심으로 정의하며 이것은 요크부 중심 근처에서 유동적이다. 따라서 본 발명은 요크부 전체의 높이를 100이라 할 때, 상기 레퍼런스라인의 위치가 상기 요크부의 중심을 기준으로 ±5의 범위에 있도록 설계하였다. 즉, 패널 내면에서 레퍼런스라인까지의 관축상 거리 L은 다음 식 3을 만족하고, 편향각 θ를 결정하는 L과 D의 관계는 식 4를 만족하도록 한다.

L1+(L2-L1)×0.45 ≤ L ≤ L1+(L2-L1)×0.55 -------식 3

θ = Tan^-1(D/L) 〉 1.1 --------식 4

특히 상기 식 4는 Tan^-1(D/L) 〉1.15인 것이 바람직하다.

또한 도 2에서 펀넬 바디 전장(BL)과 패널 전장(PL)의 관계는 식 5를 만족하고, 도 8a의 펀넬 요크부의 코너부 두께 Dt는 식 6을 만족하도록 설계한다.

0.6 ≤ PL / BL ≤ 1.6 ------식 5

Dt ≥ 3 ------식 6

바람직하게는 Dt ≤ St, Dt ≤ Lt이고 St 〉4, Dt〉4이고 BL≤YL을 만족한다.

또한 상기 PL과 BL의 관계가 하기 식 7을 만족할 때 응력 감소가 더욱 효과적이다.

0.8 ≤ PL / BL ≤ 1.3 --------식 7

하기 표 1과 도 11a 및 도 11b는 각각 요크부 코너부의 외면곡률반경(Rdo)과두께(Dt)에 따른 인장응력감소를 나타낸 것이다.

[표 1]

단위 : ㎫

Rdo[㎜]Dt[㎜]	6.0	8.4	10.0	13.0	14.0
2.4	2.52	2.23	1.76	1.48	1.28
3.0	1.96	1.83	7.45	1.22	1.05
4.0	1.25	1.19	1.07	0.96	0.91
4.6	1.10	1.03	0.90	0.82	0.70
4.8	0.98	0.88	0.80	0.71	0.63

도 11a에 도시된 바와 같이 Dt가 작을수록 Rdo에 의한 인장응력 감소율이 커진다. 즉, 요크부 코너부의 두께가 얇을수록 외면곡률반경이 인장응력 감소에 미치는 영향이 커진다. 또한 도 11b에서 보면 Dt가 4㎜이하일 경우 Rdo가 작을수록 응력감소가 효과적이며, Dt가 4㎜이상이 되면 Rdo에 관계없이 인장응력 감소 비율이 비슷함을 알 수 있다.

본 발명의 시뮬레이션 결과를 종래의 것과 비교해 보면, 종래의 경우에는 도 5와 같이 펀넬 요크부에서의 최대응력이 18.3MPa로 글라스의 한계응력값인 12MPa을 초과한데 반해, 본 발명은 도 7과 같이 펀넬 요크부에서의 최대응력이 11.2㎫로 종래보다 39%정도 저감되었으며 진공시 발생하는 요크부 코너부 외면의 응력집중 현상이 좌우로 분산되는 효과가 나타났다.

본 발명은 도 2에서 대각 유효면 끝단과, 관축상의 레퍼런스라인의 교차점을 연결한 직선이 상기 관축과 이루는 각도 θ가 50~70°인 음극선관을 대상으로 실험한 것이나, 상기 범위에 속하지 않은 음극선관에도 본 발명의 펀넬을 적용할 수 있다.

상기 기술한 바와 같이 본 발명은 펀넬 요크부의 코너부 곡률반경 및 두께를 조절함으로써 종래의 응력이 집중되던 요크부에서의 응력을 저감시키는 효과가 있다. 또한 요크부의 코너부 내면곡률반경이 증가함에 따라 전자빔의 부딪침 현상이 감소할 뿐만 아니라 진공시 펀넬의 고응력 발생을 저감함으로써 내충격성 확보뿐만 아니라 공정상의 수율도 확보할 수 있다.

Claims (13)

1. 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 진공상태로 봉인된 펀넬과, 상기 펀넬의 네크부에 장착되어 상기 형광체 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총과, 상기 펀넬의 요크부에 장착되어 전자빔을 편향시키는 편향요크를 포함하는 칼라 음극선관에 있어서,

   상기 요크부의 단면 형상은 코너부가 일정곡률을 가지는 사각형태이고;

   상기 코너부의 외측곡률반경을 Rdo, 내측곡률반경을 Rdi라고 할 때 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.

   Rdi / Rdo 〉 0.775 --------식 1
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스크린의 대각 유효면 끝단과 관축상의 레퍼런스라인(Reference Line) 교차점을 연결한 직선이 상기 관축과 이루는 각도가 50~70°인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 Rdi와 Rdo의 관계가 0.9 〈 Rdi / Rdo 〈 1.1인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
4. 제 1항에 있어서,

   하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.

   7 〈 Rdo 〈 13 ------- 식 2
5. 제 1항에 있어서,

   상기 패널 내면에서 레퍼런스라인까지의 관축상 거리를 L이라 하고, 상기 패널 내면에서 펀넬의 요크라인까지의 관축상 거리를 L1이라 하고, 상기 패널 내면에서 펀넬의 네크라인까지의 관축상 거리를 L2라고 하고, 스크린의 대각길이의 1/2을 D라고 할 때 하기 식을 동시에 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.

   L1+(L2-L1)×0.45 ≤ L ≤ L1+(L2-L1)×0.55 -----식 3

   Tan^-1(D/L) 〉 1 -----식 4
6. 제 5항에 있어서,

   Tan^-1(D/L) 〉 1.15인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
7. 제 3항에 있어서,

   Rdi / Rdo = 1인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
8. 내면에 형광체 스크린을 갖는 패널과, 상기 패널에 진공상태로 봉인된 펀넬과, 상기 펀넬의 네크부에 장착되어 상기 형광체 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총과, 상기 펀넬의 요크부에 장착되어 전자빔을 편향시키는 편향요크를 포함하는 칼라 음극선관에 있어서,

   상기 요크부의 단면 형상은 코너부가 일정곡률을 가지는 사각형태이고;

   상기 패널의 전장을 PL, 패널과 펀넬이 만나는 실라인(Seal Line)에서 펀넬의 요크라인까지의 관축상 거리를 BL, 상기 요크라인에서 네크라인까지의 관축상 거리를 YL이라 하고, 요크부의 코너부 두께를 Dt, 요크부의 장변 두께를 Lt, 요크부의 단변 두께를 St라고 할 때 하기 식을 동시에 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.

   0.6 ≤ PL / BL ≤ 1.6 ------식 5

   Dt ≥ 3 ------식 6
9. 제 8항에 있어서,

   상기 스크린의 대각 유효면 끝단과 관축상의 레퍼런스라인(Reference Line) 교차점을 연결한 직선이 상기 관축과 이루는 각도가 50~70°인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
10. 제 8항에 있어서,

    Dt ≤ St이고, Dt ≤ Lt인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
11. 제 8항에 있어서,

    St 〉4이고, Dt 〉4인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.
12. 제 8항에 있어서,

    하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.

    0.8 ≤ PL / BL ≤ 1.3 --------식 7
13. 제 8항에 있어서,

    BL ≤ YL인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관.