본 발명은 적어도 형광체 스크린을 내면에 갖는 패널부, 상기 스크린에 대향하여 배치되는 전자총을 내면에 갖는 네크부 및 상기 네크부의 스크린측에 연결되는 요크부로 이루어지고, 상기 패널의 외면 형상은 상기 스크린 중앙으로부터 상기 스크린 대각단에서의 관축 방향의 상기 네크부측으로의 낙차를 기초로 원근사(圓近似)할 때, 상기 원근사의 패널 외면 형상의 곡률반경이 상기 스크린 대각 유효 직경의 2배 이상의 평탄도인 진공 외관 용기와, 상기 요크부로부터 상기 네크부에 걸쳐 상기 진공 외관 용기의 외면에 배치되고, 상기 전자총으로부터 방출되는 전자빔을 종횡비 M:N(스크린의 수직축 방향 길이와 수평축 방향 길이의 비)의 거의 직사각형 스크린 영역에 편향 주사하는 편향요크로 구성되는 음극선관장치에 있어서,
상기 요크부는 상기 네크부의 연결 위치로부터 적어도 상기 편향 요크의 스크린측 단까지로 하고, 관축에 수직인 단면에서 관축과 상기 요크부 외면의 간격을 요크부 외부 직경으로 할 때,
상기 요크부의 상기 네크부 연결 위치로부터 적어도 상기 편향 요크의 스크린측 단까지의 사이에서 상기 관축에 수직인 적어도 하나의 단면은 상기 스크린의 수직축 방향 및 수평축 방향 사이에서 최대가 되는 요크부 외부 직경을 갖는 비원형 형상을 이루고,
상기 M:N의 스크린 대각단과 관축의 상기 스크린에서 전자총측의 점을 연결하는 직선이 관축과 이루는 각도가 상기 음극선관의 편향각의 1/2이 되는 관축상의 점을 편향 기준위치로 할 때,
상기 편향 기준 위치에서의 수직축 방향 요크부 외부 직경을 "SA", 수평축 방향 요크부 외부 직경을 "LA", 최대 요크부 외부 직경을 "DA"라 하면,
(M+N)/(2(M2+N2)1/2)〈(SA+LA)/(2DA)≤ 0.86
이 되도록 요크부 형상을 구성했다.
또한 이 경우, 상기 편향 기준 위치에서의 관축에 수직인 단면의 상기 요크부 외면 형상 단면은 관축측으로 돌출하지 않은 상기 스크린에 기준한 거의 직사각형이고, 상기 거의 직사각형 형상을 수직축상에 중심을 갖는 반경(Rv)의 원호와 수평축상에 중심을 갖는 반경(Rh)의 원호와 최대 외부 직경이 되는 점과 관축을 연결하는 직선상 근방에 중심을 갖는 반경(Rd)의 원호로 근사할 때,
"Rh" 또는 "Rv"가 900㎜ 이하가 되도록 요크부 형상을 구성했다.
또한, 적어도 형광체 스크린을 내면에 갖는 패널부, 상기 스크린에 대향하여 배치되는 전자총을 내면에 갖는 네크부 및 상기 네크부의 스크린측에 연결되는 요크부로 이루어지고, 상기 패널의 외면 형상은 상기 스크린 중앙으로부터 상기 스크린 대각단에서의 관축방향의 상기 네크부측으로의 낙차를 기초로 원근사 할 때, 상기 원근사의 패널 외면 형상의 곡률반경은 상기 스크린 대각 유효 직경의 2배 이상이 되는 평탄도인 진공 외관 용기와,
상기 요크부로부터 상기 네크부에 걸쳐 상기 진공 외관 용기의 외면에 배치되고, 상기 전자총으로부터 방출되는 전자빔을 종횡비 M:N의 거의 직사각형 형상의 스크린 영역에 편향 주사하는 편향요크로 구성되는 음극선관장치에 있어서,
상기 요크부의 상기 네크부 연결 위치로부터 적어도 상기 편향요크의 스크린측 단까지의 사이에서, 상기 관축에 수직인 적어도 하나의 단면은 상기 스크린의 수직축 방향 및 수평축 방향 사이에서 최대가 되는 요크부 외부 직경을 갖는 비원형 형상을 이루고,
상기 M:N의 스크린 대각단과 관축의 상기 스크린에서 전자총측의 점을 연결하는 직선이 관축과 이루는 각도가 상기 음극선관의 편향각의 1/2이 되는 관축상의 점을 편향 기준 위치로 할 때,
상기 편향 기준 위치에서의 관축에 수직인 단면의 상기 요크부 외면 형상 단면은 관축 방향으로 돌출하지 않은 상기 스크린에 기준한 거의 직사각형 형상이고, 상기 거의 직사각형 형상을 수직축상에 중심을 갖는 반경(Rv)의 원호와 수평축상에 중심을 갖는 반경(Rh)의 원호와 최대 외부 직경이 되는 점과 관축을 연결하는 직선상 근방에 중심을 갖는 반경(Rd)의 원호로 근사할 때,
5㎜≤ Rd≤ 15㎜
가 되도록 요크부 형상을 구성했다.
발명자들은 요크부 및 편향 요크를 각추화한 경우의 편향 특성, 진공 응력의 고찰과 여러 실험에 의해 편향 전력과 강도가 양립하는 최적형상을 발견했다.
본 발명에 관한 음극선관 외관 용기는 도 4에 도시한 바와 같이 스크린 중앙(17a)으로부터 스크린 대각단(17d)에서의 관축 Z방향의 네크부(15)측으로의 낙차를 기초로 원근사하여 패널 외부면의 평탄도를 나타내면, 원근사의 외부면 형상의 곡률 반경이 스크린 대각 유효 직경의 2배 이상의 평탄도를 갖고 있는 것에 적용된다.
도 3에 관축에 수직인 요크부 단면을 도시한다.
단면에서 스크린의 수평방향의 축 "H", 수직방향의 축 "V", 요크부 단면의 대각방향의 축 "D"에 있어서의 관축 "Z"로부터 요크부 외부면까지의 거리를 각각 "LA","SA","DA"로 하면, 각추형상 요크부(14)에서는 "LA" 및 "SA"가 "DA"보다 작아지고, 그 결과, 수평, 수직축 근방의 편향 코일을 전자빔에 접근시켜 편향 전력을 감소시킬 수 있다. 여기에서 최대 직경이 되는 단면의 대각축 거리(DA)는 스크린의 대각축 방향이지만, 엄밀히 일치하지 않는 것도 있다.
상술한 3축 이외의 형상은 수평축 상에 중심을 갖는 반경(Rh)의 원호와 수직축상에 중심을 갖는 반경(Rv)의 원호와 대각축 상 근방에 중심을 갖는 반경(Rd)의 원호로 연결된 형상이 된다. 그 밖에 여러종류의 수식을 사용하여 거의 직사각형 형상의 단면을 만들어도 좋다.
이상과 같이 요크부의 횡단면은 직사각형의 장변(L), 단변(S) 보다도 관축 방향으로 돌출하지 않는 비원형 형상이고, 한 예로서 둥근 통 형상의 단면을 갖고 있다.
요크부 단면 형상을 직사각형에 가깝게 할 수록 진공 외관 용기로서의 강도는 악화되고 편향 전력이 감소하는 것은 앞서 서술했다. 그래서 직사각형 정도를 나타내는 지표로서
[수학식 1]
(LA+SA)/(2DA)
을 설정한다. 통상의 원추형상 요크부이면 "LA","SA"는 "DA"와 같으므로 상기 값은 1이다.
요크부를 각추화하는 경우, "DA"는 가장 바깥의 전자빔 궤도와의 여백 확보로부터 거의 일정하지만, "LA","SA"가 작아지고, 상기 값은 작아진다. 완전히 각추화한 경우에는 직사각형의 종횡비를 M:N으로 하면,
[수학식 2]
(M+N)/(2(M2+N2)1/2)
이 된다.
상기 지표는 수평, 수직 방향 요크부 외부 직경 축소분을 맞춘 형이지만, 시뮬레이션 해석 결과에서는 수평방향만을 직사각형으로 한 경우에도 수직방향만을 직사각형화한 경우에도 거의 동일한 편향 전력 감소 효과가 있고 "LA","SA" 중 어느 것인가를 중시할 필요는 없으며, 상기 지표에서 문제는 없다.
또한, 관축 위치의 차이에 의한 요크부 직사각형의 효과도 해석하고, 그 결과, 도 4에 도시한 바와 같이 편향 기준 위치(통상 기준 라인이라 부름)(25)로부터 편향 요크(20)의 스크린측 단(21)의 영역의 직사각형화가 중요하다는 것을 발견했다.
여기에서 편향 기준 위치는 도 6 (a),(b)에 도시한 바와 같이 관축을 끼고 있는 스크린 대각 양단(17d)로부터 관축(Z)의 어느 점(O)에 직선을 연결한 경우에 두 직선이 이루는 각도가 음극선관 규정의 최대 편향각 θ이 되는 관축상 위치로서, 편향의 중심이 되는 위치이다.
도 4는 요크부 네크측의 편향 코일(20)에 의한 전자빔(22)의 스크린 대각단(17d)으로 조사하는 전자빔 궤도의 변화를 도시한 것이다. 이 경우, 편향 자계가 편향 기준 위치(25)보다 네크측(15)에 접근하면 자계가 네크측에서 강해지므로 전자빔(22)이 빠르게 편향되어 요크부 내벽에 충돌한다. 반대로 편향 기준 위치(25)보다 스크린(17)측에 있으면, 전자빔(22)과 요크부 내벽의 여유가 증가하게 되어 그 만큼 편향 요크 네크측을 연장하여 편향 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 네크 직경이 다른 음극선관에서도 요크부 형상의 차이는 대체로 편향 기준 위치(25)까지이고, 그보다 스크린측에 있어서의 요크부 형상은 거의 동일하므로, 해석 결과는 거의 동일하다.
우선 편향 전력의 감소 효과에 대해서 설명한다.
도 7은 상기 직사각형 정도의 지표값에 대한 편향전력의 감소 정도를 도시한 것이다. 여기에서는 편향 요크의 사양을 고정하고 요크부가 직사각형화된 만큼 편향 코일, 코어를 접근시켜 계산했다. 편향 전력에 대해서는 수평 편향 전력을 사용했다.
도면에서 지표값이 거의 0.86보다 작아지면 급격히 감소 효과가 나타나며, 원추형 요크부에 대해서 약10∼30%의 전력이 삭감된다. 반대로 0.86 이상이면 감소 효과는 10% 이하에 지나지 않게 된다.
상술한 종래의 1R각형 요크부관에서는 29.1㎜시리즈로 상기 지표값이 0.84가 되지만, 36.5㎜시리즈에서는 0.88이다.
종래의 1R각형 요크부관에서는 0.84∼0.88이 실현되었지만, 벌브 강도의 면에서 보다 엄격한 평탄한 패널을 갖는 음극선관에 있어서 편향 요크의 각추화에 따른 곤란도를 고려하면, 감소효과는 10%이상, 즉 지표값에서 0.86 이하의 직사각형 정도를 실현할 수 없으면 이점이 되지 않는다.
상기 0.86 이하의 지표값을 실현하는 경우의 문제점은 진공 응력이다. 평탄한 패널의 경우에는 패널면 충격시의 강도 특성면도 고려하여 종래의 1R각형 요크부관보다 낮은 진공 응력으로 눌려질 필요가 있다.
표 1은 종래의 1R각형 요크부관과 본 발명의 실시예에 따른 요크부의 편향 기준 위치에서의 특성을 비교한 것이다
종래의 1R각형 요크부관은 대각축 근방의 요크부 외면형상을 네크직경보다 큰 곡률반경으로 완만하게 연결하고 있으므로, 29.1㎜시리즈(비교예 1, 표 1 참조)에서는 수직 축 근방이 평탄한, 36.5㎜시리즈(비교예 2, 표 1-참조)에서는 상술한 지표값이 작은, 즉 편향 전력 감소 효과가 작아지는 결점이 있었다.
물론, 대각 근방의 요크부 단면 형상의 곡률 반경은 지나치게 작으면 응력을 증대시킨다. 또한, 편향 요크의 종류나 개개의 편차에 의해 최외각 전자빔 궤도의 대각위치도 변화되므로, 곡률반경이 작으면 최대직경이 되는 범위가 작아지며, 전자빔과 요크부 내벽의 충돌이 발생하기 쉬워진다.
응력 실험을 거듭한 결과, 다른 형상 요인에도 좌우되지만 "Rd"에 관해서는 대체로 5㎜ 이상이면 과도한 응력 집중 방지 및 요크부 최대 직경의 최소 영역의 확보가 가능한 것을 확인했다. 표 1의 실시예서는 "Rd"를 8㎜이상으로 하여 여유를 두고 설정했다.
또한, 표 1에서 비교예 1,2는 종래의 1R각형 요크부관, 비교예 3은 패널 외면 곡률반경이 스크린 대각직경의 2배 이상인 평탄한 패널을 종래의 1R각형 요크부관인 비교예 1의 진공 외관용기에 적용한 경우의 음극선관, 실시예 1∼4는 동일한 평탄한 패널을 사용한 본 발명의 실시예에 따른 음극선관이다.
[표 1]
O: 적당, △: 약간 부적당, ×: 부적당. (단위: ㎜)
도 5에 실시예 1 내지 4, 비교예 3의 요크부(편향기준위치) 단면형상의 최대곡률반경과 최대진공응력을 나타낸다.
도면 중의 실선은 실시예 1∼4의 응력 데이터에서 추정한 최대 곡률 반경과 최대 진공 응력의 상관을 나타내는 곡선이다. 도면에서는 편향각이나 "Rd" 등이 약간 다르므로 편차가 있지만, 거의 최대 곡률반경의 증대에 수반하여 최대 진공 응력이 증대되어 간다. 외면 곡률 반경을 종래의 약 2배로 평탄화 된 패널을 사용한 경우, 진공 외관 용기의 최대 진공 응력값은 경험적으로 1200psi이다. 도면에서 요크부 단면형상의 최대 곡률 반경이 900㎜이하이면 요크부의 최대 응력은 착안의 1200psi를 밑도는 것으로 해석된다. 또한, 종래의 1R각형 요크부관(비교예 1)에 평탄한 패널을 적용한 비교예 3에서는 1200psi를 상회할 것으로 예상되고, 종래의 1R각형 요크부관의 설계에서는 평탄성, 벌브 강도와 편향 전력 감소를 만족시키는 것이 곤란했다.
이 해석사항은 일반적으로 타당하다고 생각되는 유리 두께(패널 중앙 두께로 10∼14㎜, 요크부 두께로 2∼8㎜: 대각부는 얇고/수평·수직축 근방은 두꺼움)를 대상으로 얻어진 것이다. 당연히, 유리 두께를 증대하여 가면 진공 응력은 감소해간다고 생각되지만, 음극선관 중량을 생각하면 현실적이지는 않다.
이상을 정리하면 편향 전력의 감소와 진공응력·강도의 확보를 양립시킬 수 있는 방법으로서 편향 요크가 주사하는 거의 직사각형의 스크린비를 M:N으로 하여 편향 기준 위치(기준 라인)에서의 관축에 수직인 단면에서 수직방향 요크부 외부 직경을 "SA", 수평축 방향 요크부 외부 직경을 "LA", 최대 요크부 외부 직경을 "DA"로 했을 때,
(M+N)/(2(M2+N2)1/2)<(SA+LA)/(2DA)≤ 0.86
이 되도록 요크부 형상을 구성한다.
또한 이 때, 편향 기준 위치에서의 관축에 수직인 단면의 요크부 외면 형상 단면을 관축 방향으로 돌출하지 않는 거의 직사각형으로 하고, 상기 직사각형 형상을 수직축 상에 중심을 갖는 반경(Rv)의 원호, 수평축 상에 중심을 갖는 반경(Rh)의 원호 및 최대 외부 직경이 되는 점과 관축을 연결하는 직선상에 중심을 갖는 반경(Rd)의 원호로 근사했을 때, "Rh" 또는 "Rv"가 900㎜이하가 되도록 요크부 형상을 구성한다.
또한,
5㎜≤Rd≤15㎜
가 되도록 요크부 형상을 구성한다.
이상의 것은 스크린의 종횡비 4:3 이외에도 16:9나 3:4 등에도 적용할 수 있다.
[실시예]
(실시예 1)
도 1 내지 도 4에 의해 본 발명의 실시예 1(표 1)을 설명한다. 여기에서 도 4는 도 1을 관축 Z를 따라서 대각축 D면으로 잘랐을 때의 상반부의 단면 개략도이고, 도면 중에 편향 요크를 부가하고 있다.
상기 음극선관(10)은 표시부가 거의 직사각형의 유리로 만든 패널부(12), 상기 패널부(12)에 연결된 깔대기형상의 유리로 만든 퍼넬부(13) 및 상기 퍼넬부(13)의 소직경부에 연결된 요크부(14)와 상기 요크부(14)에 연결된 원통형상의 유리로 만든 네크부(15)를 관축 Z를 따라서 배치하여 이루어지는 진공 외관 용기(16)를 갖는다. 상기 패널(12)의 표시부의 내면에는 형광체 스크린(17)이 설치되어 있다. 또한, 네크부(15)내에 전자총(18)이 배치되어 있다. 그리고, 요크부(14)로부터 네크부(15)의 외측에 걸쳐 편향 요크(20)가 장착되고, 상기 편향 요크(20)가 발생하는 수평, 수직 편향 자계에 의해 상기 전자총으로부터 방출되는 전자빔(22)을 수평, 수직 방향으로 편향하고, 섀도우 마스크(19)를 지나 형광체 스크린(17)을 수평, 수직 주사함으로써 화상을 표시하는 구조로 형성되어 있다.
특히 상기 음극선관(10)에서는 상기 편향 요크(20)가 장착되는 요크부(14)가 거의 각추형상으로 구성되어 있다. 여기에서 편향요크(20)는 누설자계가 적은 새들(saddle)-새들형이고, 통형상의 합성 수지 프레임으로 수직, 수평 및 코어를 고정하고 있다.
또한, 외관 용기(16)의 관축 Z를 따른 외면 형상은 퍼넬부(13)로부터 네크부(15)에 걸쳐서 퍼넬부에서 바깥쪽으로 볼록, 요크부에서 오목한 거의 S자 곡선을 하고 있고, 퍼넬부(13)와 요크부(14)의 경계는 이 곡선의 변곡점(23)이다. 편향요크(20)는 상기 패널측의 단(端) 가장자리(21)가 상기 변곡점(23)의 근방에 위치하도록 장착되고, 실질적인 요크부(14)는 적어도 네크부(15)와의 연결부(24)로부터 단 가장자리(21)까지가 된다.
도 2에 상기 요크부(14)형상을 나타낸다. 곡선(26)은 네크부(15)와의 연결부(24)로부터 편향요크(20)의 스크린측단(21)에 걸친 대각축 방향 외부 직경(DA), 곡선(27)은 장축방향 외부 직경(LA), 곡선(28)은 단축 방향 외부 직경(SA)이다. 이 곡선(26∼28)에 도시하고 있는 바와 같이 요크부(14)는 네크부(15)와의 연결부(24)에서는 네크와 거의 동일한 형상의 원형 형상이지만, 스크린측(17)으로 가까이 감에 따라서 대각축 방향 외부 직경(DA)에 대해서 장축, 단축 방향 외부 직경(LA,SA)이 서서히 작아지도록 변화되고 관축에 수직인 단면에서의 형상이 거의 직사각형(비원형 형상)이 되어 있다.
이 경우, 스크린(17)의 종횡비 M:N은 4:3이다.
또한, 편향 기준 위치(25)에서의 요크부 단면에서
DA=28.4㎜, LA=25.2㎜, SA=21.0㎜이고
(LA+SA)/(2DA)=0.81
로 되어 있으며, 편향 전력은 원추형 요크부를 갖는 음극선관에 대해서 약 25%정도 감소시킬 수 있었다.
또한, 편향 기준 위치에서의 단면에서 요크부 외면의 곡률반경은 각각
Rh=113㎜, Rv=312㎜, Rd=8.8㎜
이고, 요크부의 진공 응력 최대는 1170psi로서 강도면에서도 문제는 없다.
또한, 요크부의 유리 두께도 대각축으로 2.5∼2.8㎜, 장축 및 단축에서 2.5∼5.7㎜이며, 패널 중앙 두께도 12.5㎜로 통상 대량생산품과 동등하고, 중량면에서도 문제는 없다.
(실시예 2)
마찬가지로 상기 표 1에 기재된 실시예 2에 있어서, 스크린 종횡비 M:N은 4:3,
DA=29.9㎜, LA=26.7㎜ SA=22.3㎜
이며,
(LA+SA)/(2DA)=0.82
로 되어 있고, 편향전력은 원추형 요크부를 갖는 음극선관에 대해서 약 22% 정도 감소시킬 수 있었다.
또한, 편향 기준 위치에서의 단면에서 요크부 외면의 곡률 반경은 각각
Rh=101㎜, Rv=439㎜ Rd=10.2㎜
이고, 요크부의 진공 응력 최대는 1000psi로서 강도면에서도 문제는 없다.
(실시예 3)
마찬가지로 상기 표 1에 기재된 실시예 3에 있어서, 스크린 종횡비 M:N은 4:3,
DA=30.2㎜, LA=27.1㎜, SA=22.5㎜
이고,
(LA+SA)/(2DA)=0.82
로 하고 있고, 편향 전력은 원추형의 요크부를 갖는 음극선관에 대해 약 20% 정도 감소시킬 수 있었다.
또한, 편향 기준 위치에서의 단면에서 요크부 외부면의 곡률 반경은 각각
Rh=75㎜, Rv=174㎜, Rd=8.7㎜
이고, 요크부의 진공 응력 최대는 920psi로서 강도면에서도 문제는 없다.
(실시예 4)
마찬가지로 상기 표 1에 기재된 실시예 4에 있어서, 스크린 종횡비 M:N은 4:3,
DA=30.2㎜, LA=27.5㎜ SA=22.5㎜
이고,
(LA+SA)/(2DA)=0.83
으로 하고 있고, 편향전력은 원추형의 요크부를 갖는 음극선관에 대해서 약 17%정도 감소시킬 수 있었다.
또한, 편향 기준 위치에서의 단면에서 요크부 외부면의 곡률 반경은 각각
Rh=61㎜, Rv=199㎜, Rd=9.0㎜
이고, 요크부의 진공 응력 최대는 1140psi로서 강도면에서도 문제는 없다.