KR20010063381A - 음극선관용 후면유리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 후면유리에 관한 것이다. 본 발명의 음극선관은 전면유리와 후면유리가 접합되어 구성되며, 후면유리는 외부의 기계적인 충격에 안전성을 가지도록 후면유리는 그 압축 응력(σ)의 범위가 3MPa≤σ<15MPa이다. 본 발명에 의하면, 전면유리의 스커트부 두께가 얇아짐에 따라 전면유리의 시일에지와 접촉되는 후면유리의 강도가 물리 강화에 의한 압축 응력층의 형성으로 증가되고, 음극선관의 무게가 감소되어 경량화되는 것이다. 또한, 후면유리에 일정한 범위의 압축 응력을 부여하여 전면유리의 경량화 설계에 따른 진공 인장 응력의 피로 및 동적 파괴가 후면유리에 전파되는 것을 약화시키는 효과가 있다.

Description

음극선관용 후면유리{FUNNEL FOR CATHODE RAY TUBE}

본 발명은 음극선관용 후면유리(Funnel)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축 응력을 내외면에 부여하여 외부의 기계적인 충격에 강한 음극선관용 후면유리에 관한 것이다.

컬러텔레비전이나 컴퓨터 모니터 등의 제조에 사용되는 음극선관용 유리 벌브(Glass Bulb)는 기본적으로 세 가지의 구성 요소, 즉 화상이 투시되는 전면유리

(Panel)와, 원추형의 후면유리, 관형상의 네크(Neck)로 이루어진다. 전면유리, 후면유리 및 네크는 모두 유리로 제조된다. 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.

또한, 후면유리(22)는 전면유리(12)의 시일에지(16)에 접합되어 접합부(24)를 형성하는 시일에지(26)를 갖는 바디부(Body Portion: 28)와, 이 바디부(28)의 후방으로 연장되는 시일에지(30)를 갖는 요크부(Yoke Portion: 32)를 갖추고 있다. 후면유리(22)의 요크부(32)의 시일에지(30)에는 네크(34)의 시일에지(36)가 접합되어 접합부(38)를 형성한다. 관축(40)은 전면유리(12)의 페이스부(14)의 중심과 네크(40)의 중심을 표시한다. 그리고, 전면유리(12)의 스커트부(18)에 복수의 구멍을 갖는 섀도우마스크(42)가 스터드핀(Stud Pin: 44)에 의해 지지되며, 네크(34)에는 섀도우마스크(42)의 구멍을 통하여 페이스부(14)의 내면에 도포되어 있는 결상용 형광체로 전자빔을 발사하는 전자총(46)이 설치된다.

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.

그러나, 미국 특허의 음극선관용 유리 벌브에서는, 물리 강화 방법에 의한 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.

특히, 전면유리에 가해지는 기계적인 충격이 큰 경우 균열(Crack)이 스커트부를 따라 후면유리까지 전파되는 것에 의해 후면유리의 깨진 조각들이 전면유리와 부딪혀 음극선관 전체가 파괴되고, 그 결과 소비자 안전도에 심각한 문제가 있었다. 상세히 설명하면, 외부로부터 전면유리의 페이스부에 가해진 기계적인 충격으로 인하여 폐이스부에서 발생하는 균열의 전파 속도보다 충격에 의한 파동이 먼저 후면유리에 도달되어 압축 응력이 부여되지 않은 후면유리의 경우 일정한 형태를유지할 수 없었다. 뿐만 아니라, UL규격(Underwriters Laboratories Inc.)의 방폭 특성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 전면유리와 후면유리의 접합부에서 전면유리로부터 후면유리에 파괴가 전파되는 것을 방지하기 위하여 전면유리의 스커트부와 후면유리의 바디부의 두께를 두껍게 설계하고 있다.

그러나, 이것은 음극선관의 대형화 및 평면화에 따라 증가하는 무게를 감소시킬 수 없는 단점을 가지게 된다. 즉, 음극선관의 무게를 줄이는 것은 전면유리의 페이스부 및 블렌드 라운드부의 두께 조절에 국한되고 있으며, 스커트부의 경우 두께를 정상품에 비해 비교적 많이 줄일 수 없어 전체적인 무게 감소의 효과는 작게 되는 것이다. 그리고, 전면유리의 스커트부를 얇게 설계하는 것은 접합재료인 프리트의 고른 도포를 위하여 후면유리의 시일에지의 두께도 스커트부와 같은 크기로 얇게 설계해야 하는 바, 그 만큼 강도가 취약해지게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 후면유리의 압축 응력 범위를 조절하여 외부의 기계적인 충격으로부터 전파되어지는 균열 또는 충격에 의한 파동으로부터 후면유리의 파괴를 저지하기 위하여 물리 강화에 의해 소정의 압축 응력을 부여하여 충격에 강하고 경량인 음극선관용 후면유리를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 전면유리와, 이 전면유리와 접합되어 음극선관을 구성하는 후면유리에 있어서, 외부의 기계적인 충격에안전성을 가지도록 후면유리는 그 압축 응력(σ)의 범위가 3MPa≤σ<15MPa인 음극선관용 후면유리에 있다.

또한, 전면유리와 후면유리의 접합부의 두께는 10.5mm이하이고, 후면유리를 470도이상에서 냉각하여 표면에 압축 응력을 형성하는 열처리를 하는 것에 있다.

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

도 2는 후면유리의 응력 측정 위치를 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

12: 전면유리 16: 시일에지

18: 스커트부 22: 후면유리

24: 접합부 26: 시일에지

28: 바디부 32: 요크부

이하, 본 발명에 따른 음극선관용 후면유리에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 유리 벌브(12)는 전면유리(12)의 시일에지(16)와 후면유리(22)의 시일에지(26)는 접합되어 접합부(24)를 형성하고 있다. 후면유리

(22)는 전면유리(12)와 근본적으로 다른 조성을 가지며 표 1에 보여지는 바와 같이 유리 점성과 관련된 주요 온도가 전면유리(12)에 비해 대략 40∼50도 정도 낮다.

전면유리와 후면유리의 점성 온도를 나타낸 표

점성 온도	전면유리	후면유리
연화점	702도	654도
서냉점	520도	474도
변형점	478도	435도

본 발명에서는 후면유리(22)의 압축 응력값을 서냉로의 유지온도 및 시간, 그리고 냉각속도를 조절하여 바디부(28) 및 요크부(32)의 외면 및 내면에 걸리는 응력 크기를 조절하였다.

이와 같은 후면유리(22)의 압축 응력은 세나르몽법(Senarmont Method)에 의하여 도 2에 표시된 영역(A), (B), (C)를 측정하였다. 영역(A), (B), (C) 각각의 두께는 12,11. 9.4, 7.6mm이다.

일반적으로 두께가 두꺼울수록 후면유리(22)의 내외면 온도 구배가 커지므로 후면유리(22)에 걸리는 압축 응력이 커지며, 반면 두께가 얇아지면 반대의 경항을 나타낸다. 즉, 요크부(32)에 비하여 바디부(28)가 압축 응력이 크다. 본 발명의 실시예에서는 서냉로 안에서의 열처리 조건을 달리하여 후면유리(22)에 걸리는 압축 응력의 범위를 각각 다르게 하였다.

본 발명에서는 물리 강화 방법에 의하여 제조된 전면유리(12)와 이를 프리트로 접합시키는 후면유리(22)의 압축 응력 범위를 각각 다르게 하여 외부의 기계적인 충격에 대응하는 정도를 알아 보기 위하여 UL규격의 테스트를 실시하였다. 테스트에 의한 유리 벌브(10)의 안정성은 7J의 에너지를 가지는 볼에 의해 전면유리(12)의 지정된 타격 지점을 강타하여 전면유리(12) 또는 후면유리(22)의 비산 거리 및 비산량을 가지고 판단하였다. 아래 실시예에 있어서는 29인치 후면유리(22)를 사용하였으며, 이것에 의해 본 발명의 실시예가 국한되는 것은 아니다.

후면유리(22)의 성형 공정에 있어서 후면유리(22)의 온도가 대략 380도 정도 근처에 있을 때 버튼을 부착하고 대략 340도 근처일 때 선단계의 서냉로에 투입한다. 이후 가열에 의해 후면유리(22)는 요크부(30)의 시일에지(30)의 온도가 대략 480도 정도이고 바디부(28)의 온도가 대략 60도 정도가 되면 후단계의 서냉로에 투입한다.

후면유리(22)의 열처리 공정은 크게 성형 공정에서 발생하는 과잉 일시 응력을 조절하는 선단계와 네크(34)와의 접합을 통해 발생하는 일시 응력을 재조절하는 후단계의 서냉 공정으로 나뉜다. 먼저, 선단계에서 서냉점에서 변형점에 이르는 구간에서 냉각 공기를 불어 표면에 압축 응력이 생기도록 하였으며, 후단계에서 후면유리(22)의 표면에 발생하는 유용한 압축 응력의 범위를 좀더 세밀하게 조절하고, 또한 불안정한 인장 응력을 조절하였다. 후단계 서냉 공정의 주 목적은 네크(34)와의 접합부(38)에서의 불안한 일시적인 비틀림을 해소하는 것이지만 본 발명은 전단계에서 생기는 불안정한 인장 응력을 해소하기 위한 부가적인 목적도 있다.

이와 같은 열처리 공정으로 후면유리(22)의 내외면에 물리 강화에 의한 압축 응력층을 형성하고, 바디부(28)와 요크부(32)의 압축 응력크기에 의해 외부의 기계적인 충격에도 안전한 음극선관이 구성되도록 압축 응력(σ)의 범위가 3MPa≤σ<15MPa인 후면유리(22)를 제조하였다.

표 2를 보면, 후면유리(22)의 압축 응력이 3MPa보다 작은 경우에는 후면유리(22) 전체에 걸리는 압축 응력의 크기는 전체적으로 작아지며, 그 결과 전면유리(12)로부터 전파되는 균열과 충격에 의한 파동으로부터 안전한 음극선관을 구성할 수 없다.

또한, 15MPa보다 큰 경우 일시적인 비틀림이 후면유리(22)에 분포하게 되어 음극선관의 조립 공정중 편향요크 등의 장착시 외부의 스크래치 생성으로 인하여 파괴가 일어나기 쉽다. 뿐만 아니라, 전면유리(12)로부터 전파되는 균열이 비정상적으로 진행하게 되어 테스트에 불리하다.

후면유리의 압축 생성을 위한 열처리 방법

구분	선 단 계	후 단 계
	유지온도	냉각속도	유지온도	냉각속도
실시예 1	450도	10℃/min	495도	7℃/min
실시예 2	470도	10℃/min	495도	7℃/min
실시예 3	490도	10℃/min	495도	7℃/min
비교예 4	510도	10℃/min	500도	7℃/min

본 발명의 상세한 실시예는 표 3에 나타나 있다. 각각의 테스트에 5본을 실시하여 비교예와 비교하였으며, 비교예는 전면유리(12)의 스커트부(18)가 정상품이고 실시예는 스커트부(18)의 경량 설계에 따라 후면유리(22)에 압축 응력을 부여한 것이다.

후면유리의 압축 응력 분포에 따른 안정성 테스트 결과

구분	위치별 압축 응력크기(MPa)	전면유리의시일에지두께	후면유리의시일에지두께	UL 테스트합격률
	영역(A)				영역(B)	영역(C)
실시예 1	27	40	19	10.5mm	10.5mm	2/5
실시예 2	13	15	7	10.5mm	10.5mm	5/5
실시예 3	6	6	3	10.5mm	10.5mm	5/5
비교예 4	2	1	1	11.4mm	11.4mm	5/5

표 3에서 알 수 있듯이 3MPa≤σ<15MPa의 압축 응력(σ)를 가지는 본 발명의 후면유리(22)는 정상품과 같은 우수한 방폭 특성을 가지며, 전면유리(12)와 후면유리(22)의 접합부(24)의 두께 감소로 인하여 음극선관의 무게가 크게 감소된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 음극선관용 후면유리에 의하면, 전면유리의 스커트부 두께가 얇아짐에 따라 전면유리의 시일에지와 접촉되는 후면유리의 강도를 물리 강화에 의한 압축 응력층의 형성으로 증가시키고, 음극선관의 무게가 감소되어 경량화되는 것이다. 또한, 후면유리에 일정한 범위의 압축 응력을 부여하여 전면유리의 경량화 설계에 따른 진공 인장 응력의 피로 및 동적 파괴가 후면유리에 전파되는 것을 약화시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 전면유리와, 이 전면유리와 접합되어 음극선관을 구성하는 후면유리에 있어서,

   외부의 기계적인 충격에 안전성을 가지도록 후면유리는 그 압축 응력(σ)의 범위가 3MPa≤σ<15MPa인 것을 특징으로 하는 음극선관용 후면유리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전면유리와 상기 후면유리의 접합부 두께는 10.5mm이하인 것을 특징으로 하는 음극선관용 후면유리.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 후면유리를 470도이상에서 냉각하여 표면에 압축 응력을 형성하는 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 후면유리.