KR100665028B1

KR100665028B1 - 음극선관용 유리 벌브

Info

Publication number: KR100665028B1
Application number: KR1019990060459A
Authority: KR
Inventors: 임병철; 정현민; 최한호; 빈창욱; 이기연
Original assignee: 삼성코닝 주식회사
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2007-01-04
Also published as: KR20010063388A

Abstract

본 발명은 음극선관용 유리 벌브에 관한 것이다. 본 발명의 유리 벌브는 전면유리와, 이 전면유리에 접합되는 후면유리 및 네크로 구성된다. 전면유리는 유리 벌브 내외면의 기압차에 의하여 최대 진공 인장 응력(σ_TS)이 형성되는 부위에서 압축 응력(σ_CS)이최대 진공 인장 응력(σ_TS)과 유리 벌브 파괴 강도(σ _BS)에 대하여 (σ_{TS -}σ_BS/3)≤σ_CS≤σ_TS인 관계식을 만족한다. 본 발명에 의하면, 경량시에도 충분한 수명을 지니면서도 외부 충격에 대한 파손 저항성을 지녀 충격에 잘 견디고, 폭축 등에 보다 안전한 형태의 방폭 특성을 갖는다.

Description

음극선관용 유리 벌브{GLASS BULB FOR CATHODE RAY TUBE}

도 1은 전면유리 및 후면유리, 네크로 구성되는 음극선관용 유리 벌브를 나타낸 단면도,

도 2는 전면유리의 코너부를 나타낸 배면도,

도 3은 유리 벌브에 작용하는 응력을 나타내는 도면,

도 4는 기계적인 충격을 가하기 위하여 전면유리의 코너부 내면에 임의로 스크래치를 부여하여 안정성을 시험하는 전면유리의 배면도,

도 5는 기계적인 충격에 의하여 발생되는 전면유리의 코너부의 파손 형태를 나타내는 사시도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 유리 벌브 12: 전면유리

14: 페이스부 16: 시일에지

18: 스커트부 20: 블렌드 라운드부

22: 장변 24: 단변

26: 코너부 28: 후면유리

30: 네크

본 발명은 음극선관용 유리 벌브(Glass Blub)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리 벌브에 물리 강화에 의해 생성되는 표면 압축 응력과 최대 진공 인장 응력의 상관 관계를 규정하여 적정 수준의 압축 응력을 형성한 음극선관용 유리 벌브에 관한 것이다.

컬러텔레비전이나 컴퓨터 모니터 등의 제조에 사용되는 음극선관용 유리 벌브는 기본적으로 세 가지의 구성 요소, 즉 화상이 투시되는 전면유리(Fanel)와 원추형의 후면유리(Funnel), 관형상의 네크(Neck)로 이루어진다. 전면유리, 후면유리 및 네크는 모두 유리로 제조되며, 특히 전면유리와 후면유리는 곱(Gob)이라 불리는 용융유리 덩어리를 원하는 크기 및 형상으로 프레스 성형에 의해 제조하고 있다.

음극선관용 유리 벌브의 구성을 도 1에 의거하여 살펴보면, 유리 벌브(10)의 전면유리(12)는 영상을 표시하는 페이스부(Face Portion: 14)와, 이 페이스부(14)의 가장자리로부터 후방으로 연장되는 시일에지(Seal Edge: 16)를 갖는 스커트부(Skirt Portion: 18)와, 페이스부(14)와 스커트부(18)를 연결하는 블렌드 라운드부(Blend Round Portion: 20)를 갖추고 있다.

도 2에 보이는 바와 같이, 전면유리(12)는 장변(22) 및 단변(24)을 갖는 대략 직사각형으로 형성된다. 그리고, 전면유리(12)는 4개의 코너부(Conner Portion: 26)를 갖는다.

도 1을 다시 보면, 전면유리(12)의 시일에지(16)에 원추형의 후면유리(28)가 접합되며, 후면유리(28)의 꼭지점에는 네크(30)가 접합된다. 관축(32)은 전면유리

(12)의 페이스부(14)의 중심과 네크(30)의 중심을 표시한다. 전면유리(12)의 스커트부(18)에 복수의 구멍을 갖는 섀도우마스크(34)가 스터드핀(Stud Pin: 36)에 의해 지지되고, 네크(30)에는 섀도우마스크(34)의 구멍을 통하여 페이스부(14)의 내면에 도포되어 있는 결상용 형광체로 전자빔을 발사하는 전자총(38)이 설치된다.

도 3에 보이는 바와 같이, 전면유리(12)의 페이스부(14)와 스커트부(18)를 연결하는 블렌드 라운드부(20)는 유리 벌브(10)의 내외부의 기압차에 의해 최대 진공 인장 응력(Maximum Tensile Stress: σ_TS)이 작용하는 영역으로 취약한 구조를 가지고 있다. 그리고, 유리는 특성상 인장 응력에 약하므로 유리 벌브(10)는 음극선관의 장기간의 수명을 고려하여 유리 벌브(10)의 파괴 강도(Bulb Strength: σ_BS)에 비하여 최대 진공 인장 응력(σ_TS)이 3분의 1이하가 되도록 설계되어 왔다.

최근 음극선관의 대형화와 평탄화의 추세에 따라 유리 벌브(10)의 두께와 무게가 필연적으로 증가되는 추세에 있다. 따라서, 유리 벌브(10)의 무게를 감소시키기 위하여 전면유리(12)의 형상을 개선하여 기압차에 따른 진공 인장 응력 분포를 완화시키거나 줄이고 있다.

한편으로, 미국 특허 제5,445,285호의 음극선관용 유리 벌브에는 물리 강화 방법으로 전면유리의 표면에 압축 응력층을 형성하여 유리 강도를 향상시키고, 그 결과 유리 벌브의 내외부의 가압차로 생기는 최대 진공 인장 응력에 대응하여 유리 벌브의 제조 중의 열적 파손이나 완성 후의 피로 파괴를 방지하는 기술이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허공개 평11-96941호의 음극선관용 유리 벌브에는 압축 응력과 인장 응력 사이의 관계식을 규정한 기술이 제안되어 있다.

그러나, 이들 종래기술에서 제안된 물리 강화 방법에 의한 압축 응력의 범위에 따르면, 압축 응력에 의하여 유리의 기계적 강도는 향상되지만, 필연적으로 스트레인 에너지(Strain Energy)의 증가가 초래되어 유리 벌브의 파손시 폭축, 즉 전면유리와 후면유리의 폭발적인 수축 현상과 비산 등 방폭 특성이 저하되는 심각한 문제점과 응력의 불균형에 의한 유리 벌브의 특정 부분에 생성되는 표면 결함에 의하여 자발적인 파손이 일어날 수 있는 문제가 있었다.

또한, 물리 강화 방법에 의해서 제조되는 전면유리에 있어서는, 곱으로부터 성형될 때 형성되는 일시적인 응력을 서냉로 안에서 조절하여 상온으로 냉각한다. 이렇게 표면에 압축 응력을 형성하는 종래기술로는 전면유리가 균일한 응력 분포를 가질 수 없었다. 특히, 전면유리의 블렌드 라운드부에서는 가열된 서냉로 안의 공기 흐름 분포가 페이스부 영역과 스커트부 영역이 달라지기 때문에 스커트부 영역 주위에 과잉 일시 응력이 생겨 외부의 작은 기계적인 충격으로도 전면유리의 형태를 유지할 수 없었다. 뿐만 아니라, UL규격(Underwriters Laboratories Inc.)의 방폭 특성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유리 벌브에 물리 강화에 의해 생성되는 표면 압축 응력 과 최대 진공 인장 응력의 상관 관계를 규정하여 적정 수준의 압축 응력을 형성함으로써, 가벼우면서도 기압차에 의한 정적 파괴와 외부의 기계적인 충격에도 폭축이 방지되는 음극선관용 유리 벌브를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 전면유리와, 이 전면유리에 접합되는 후면유리 및 네크로 이루어지는 음극선관용 유리 벌브에 있어서, 전면유리는 유리 벌브 내외면의 기압차에 의하여 최대 진공 인장 응력(σ_TS)이 형성되는 부위에서 압축 응력(σ_CS)이최대 진공 인장 응력(σ_TS)과 유리 벌브 파괴 강도(σ_BS)에 대하여 (σ_TS-σ_BS/3)≤σ_CS≤σ_TS인 관계식을 만족하는 음극선관용 유리 벌브에 있다.

또한, 유리 벌브 파괴 강도(σ_BS)는 최대 진공 인장 응력(σ_TS)에 대하여 σ_BS/3〈σ_TS를 만족하는 것에 있다.

이하, 본 발명에 따른 음극선관용 유리 벌브에 대한 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1을 참조하면, 유리 벌브(10)는 전면유리(12)의 시일에지(16)에 후면유리(28)가 접합되어 구성된다. 본 발명은 전면유리(12)가 물리 강화에 의한 압축 응력층을 가지고, 특히 진공 인장 응력이 최대로 작용하는 영역에 스트레인 에너지를 최소가 되도록 압축 응력을 형성하여 기압차에 의한 정적 파괴뿐만 아니 라, 외부의 기계적인 충격에도 충분한 안전성을 가지도록 제조하였다.

한편으로, 일정한 크기의 에너지를 가지는 볼에 의해 전면유리(12)의 지정된 타격 지점을 강타하여 외부의 기계적인 충격에 대응하는 정도를 알아보는 UL규격의 테스트에서는, 외부 충격에 의한 전면유리(12)의 균열(Crack)이 스커트부(18)를 따라 후면유리(28)까지 전파될 때, 최대 인장 응력이 작용하는 페이스부(14)의 영역에 필요 이상의 과잉 압축 응력이 부여되는 경우 압축 응력에 비례해서 생성되는 인장 응력뿐만 아니라, 불균일하게 생성된 표면 인장 응력이 균열로 분기되는 정도와 개수를 크게 하여 세편화 되기 쉽다. 또한, 유리 내에 잔류 응력이 커질수록 스트레인 에너지도 커져서 외부의 기계적, 열적 충격 후 방출 될 수 있는 에너지양도 커진다.

따라서, 전면유리(12)가 외부의 기계적인 충격에 대응하는 정도를 알아 보기 위하여 스크래치 테스트를 실시하였다. 스크래치 테스트는 도 4에 표시된 바와 같이 유리 절단용 칼을 이용하여 코너부(26)의 내면에 임의로 스트래치를 가한 후, 5분간 방치하여 도 5에 보여지는 바와 같은 전면유리(12)에서 코너부(26)의 깨어짐을 측정하는 것이다. 도 4는 본 발명에 따른 스커트부(18)의 응력 크기에 따라 임의적으로 내면의 화살표 방향으로 기계적인 충격을 가하는 스크래치 테스트를 도시한 것이다. 방폭 등의 테스트에 있어서, 외부에서 가해주는 충격은 짧은 시간 동안 빨리 일어나는 동적인 테스트이다.

이것을 구체적으로 살펴보면, 최대 진공 인장 응력(σ_TS)이 압축 응력(σ_CS)에 대하여

되면, 압축 응력이 과잉으로 걸리면서 더불어 생기는 내부 인장 응력 등에 의해 잔류 스트레인 에너지가 유리 벌브(10)의 안전성에 불안한 요소가 된다. 뿐만 아니라, 표면상에 존재하는 불균일한 표면 인장 응력들이 압축 응력이 커짐에 따라 같이 커지게 되고, 이런 불필요한 응력들을 제거하기 위하여 기존 성형 공정을 변경, 정비 혹은 공간 확보 등 경제적 손실이 있다. 또한, 전면유리(12)의 성형 공정상에서 벌브 형태를 만드는 도구인 몰드에 가장 먼저 접촉하는 부분이 전면유리(12)의 페이스부(14)의 외면이고, 이곳은 다른 영역에 비해 비교적 냉각속도가 빨라서 압축 응력도 다른 부분에 비해 크다. 따라서, 최대 진공 인장 응력이 작용하는 전면유리의 페이스부(14)와 스커트부(18) 주위, 특히 블렌드 라운드부(20)에 과잉으로 압축 응력을 부여하는 경우에 있어서 페이스부(14) 중앙 영역의 압축값은 이보다 휠씬 커진다. 이로 인하여 불균일한 표면 응력과 더불어 외부의 충격에 의해 균열이 진전되는 경우, 균열의 분기 정도가 심하게 되어 안전한 유리 벌브(10)를 가질수 없게 된다.

전면유리(12)의 표면에 압축 응력을 과잉으로 부여하는 과정에서, 전면유리(12)의 스커트부(18)에는 일시적인 비틀림에 의한 인장 응력의 크기가 과잉 압축응력에 비례하여 증가하고, 그 결과 외부의 기계적인 충격 스크래치 테스트시 전면유리(12)의 코너부(26)가 파괴되기 쉬우며 방폭 테스트에도 좋지 않은 결과를 보이고 있다.

또한, σ_CS〈(σ_TS-σ_BS/3)가 되면, 유리 벌브(10)에 작용하는 σ_TS의 크기를 감소시키기 위하여 표면에 압축 응력을 부여해도 유리 벌브(10)가 견딜수 있는 파 괴 강도를 초과하기 때문에 정적 파괴가 일어난다. 즉, 균열 또는 흠(Flaw)의 진행을 저지하는 유용한 압축 응력이 모자라서 경량화 및 평면화된 유리 벌브(10)를 얻을 수 없다.

따라서, 가장 바람직한 경우는 경량화 및 평면화 설계로 유리 벌브(10)에 존재한 잔류 스트레인 에너지가 과잉되지 않도록 압축 응력 범위를 설정하여 안전한 음극선관을 제조하는 것이다. 본 발명에 있어서, σ_TS-σ_BS/3≤σ_CS≤σ _TS를 만족하는 경우, 본 발명의 효과를 최대로 나타내는 것을 실시예와 비교예를 통하여 표 1에 나타냈다.

본 발명의 실시예는 도 2의 전면유리(12)에서 장변(22)의 길이가 600.8mm이고, 단변(24)의 길이가 471.2mm인 29인치 음극선관을 대상으로 하였다. 그리고, 유효화면은 그대로 두고 두께를 얇게 하여 전면유리(12)의 중앙부 두께를 기존의 12.5mm에서 10.0mm으로, 접합재료인 프리트의 두께를 11.4mm에서 10.0mm로 하였다. 이러한 전면유리(12)의 사용하여 음극선관용 유리 벌브(10)를 구성하였으며, 이때의 최대 진공 응력은 기존의 8.3MPa에서 11.3MPa로 증가시켰다.

구분	전면유리중앙부 두께 (mm)	최대 진공 인장 응력 (MPa)	압축 응력 (MPa)	스트레인에너지 (J)	σ_CS-(σ_TS-σ_BS/3)	스크레치 테스트 (코너부 탈락)
비교예 1	10	11.3	2.0	0.4	-1.0	0/10
실시예 1	10	11.3	5.3	3.1	2.0	0/10
실시예 2	10	11.3	8.2	7.4	5.2	0/10
비교예 2	10	11.3	12.5	17.3	9.5	4/10
비교예 3	10	11.3	16.5	30.1	13.5	10/10

표 1에서 스트레인 에너지(U)는 U(J)=6.0×V×(σ_CS/2) ²/E의 식을 이용하여 구하였다. 여기에서, V는 전면유리(12)의 부피로 5161㎤이며, E는 전면유리의 영률(Young's Modulus)로 70GPa이다. 그리고, 유리 벌브 파괴 강도(σ_BS)는 25MPa이다.

표 1에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 경우와 같이 압축 응력(σ_CS)의 크기가 (σ_TS-σ_BS/3)의 값보다 작게 되면 기존의 유리 벌브(10)에 비하여 수명이 짧아지고 물리 강화 효과를 볼수가 없다. 비교예 2와 비교예 3의 경우는 σ_CS-(σ_TS-σ_BS/3)의 값이 과도하게 크게 되어 스트레인 에너지가 적게는 2배에서 10배까지 커지고, 그 결과 스크래치 테스트에서 코너부(26)가 탈락되어 불안정한 형태의 전면유리(12)를 가진다.

본 발명의 목적에 적합한 압축 응력 크기를 가지는 실시예 1과 실시예 2에서 처럼 σ_CS-(σ_TS-σ_BS/3)의 값이 양이 되어 경량화된 경우에도 표면 응력이 크기가 기존의 제시된 방법처럼 과다하지 않아 외부의 스크래치에 대한 저항성을 지녀 안전한 형태의 전면유리(12)를 가지게 되었다.

상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 음극선관용 유리 벌브에 의하면,전면 유리의 표면에 물리강화에 의해 생성된 압축 응력(σ_CS)과 유리 벌브 강도(σ_BS)와 최대 진공 인장 응력(σ_TS)의 관계가(σ_TS-σ_BS/3)≤σ _CS≤σ_TS를 만족하도록 함으로써, 경량시에도 충분한 수명을 지니면서도 외부 충격에 대한 파손 저항성을 지녀 충격에 잘 견디고, 폭축 등에 보다 안전한 형태의 방폭 특성을 갖는다. 이 결과, 음극선관의 경량화와 평면화가 용이해지는 효과가 있다.

Claims

전면유리와, 이 전면유리에 접합되는 후면유리 및 네크로 이루어지는 음극선관용 유리 벌브에 있어서,

상기 전면유리는 유리 벌브 내외면의 기압차에 의하여 최대 진공 인장 응력(σ_TS)이 형성되는 부위에서 압축 응력(σ_CS)이최대 진공 인장 응력(σ _TS)과 유리 벌브 파괴 강도(σ_BS)에 대하여 (σ_TS-σ_BS/3)≤σ_CS≤σ_TS인 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 유리 벌브.
제 1 항에 있어서, 상기 유리 벌브 파괴 강도(σ_BS)는 상기 최대 진공 인장 응력(σ_TS)에 대하여 σ_BS/3〈σ_TS를 만족하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 유리 벌브.