KR20020083683A - 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리 공정과 시험규격을 위한 강도 향상의 목적으로 기존의 설계개념과는 다른 역방향의 반경을 펀넬인 후면유리 전체에 적용함으로써 음극선관의 대형화, 평면화에 따른 전자빔의 광각화에 부응하여 내진공강도가 우수하며, 경량화가 가능한 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관을 제공한다.

그 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관은, 편향코일이 장착되는 요크부와, 그 요크부에 연속하여 패널(1)을 봉착하기 위한 개구단부를 향하여 연장되는 보디부를 포함하여 구성되는 음극선관용 펀넬에 있어서, 상기 요크부(22)에서의 곡률(R1)은 음극선관의 외부에 중심을 두고 있고, 그 요크부(22)로부터 연장되는 보디부(3)의 요크측 부분에서의 곡률(R2,R3)도 음극선관의 외부에 중심을 두고 있으며, 보디부(23)의 개구단부(28) 부근에서의 곡률(R4)은 음극선관의 내부에 중심을 두고 있어, 변곡점(25)이 개구단부(28) 부근의 보디부(23)에 위치하게 되는 것을 특징으로 한다.

Description

역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관{CATHODE RAY TUBE HAVING FUNNEL WITH A REVERSE CURVATURE}

본 발명은 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관에 관한 것으로, 음극선관용 펀넬이 공정과 시험규격을 위한 강도 향상의 목적으로 기존의 설계개념과는 다른 역방향의 반경을 펀넬인 후면유리 전체에 적용함으로 진공, 방폭에 대응할 수 있는 형상을 지닌 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관에 관한 것이다.

기존의 CRT용 후면유리인 펀넬은 설계시 여러개의 곡선을 조합하여 최적의 곡선을 만들어 낸다. 하지만 광각화를 위한 펀넬이나, 깊이를 줄이기 위한 펀넬은, 내진공응력과 방폭특성에 아주 취약해 지기 마련이다. 따라서 광각화와 짧은 깊이를 위한 펀넬은 강도에 강한 형상을 가질 수 있도록 설계를 해야한다. 기존의 설계는 요크 부위까지는 곡률의 중심이 외측에 존재하지만, 펀넬의 보디부위는 곡률의중심이 내측에 존재하게 된다.

일예로서 도 1에 의하면, 최근의 음극선관의 구조는, 기본적으로는 영상을 표시하는 유리로 된 패널(1)과, 전자총(6)을 격납한 네크부(5)를 지니는 유리로 된 펀넬(2)로 된 고진공의 유리 벌브를 포함하고 있다. 그 펀넬(2)의 주요부는 편향코일(7)이 장착되는 요크부(4)와, 그 요크부(4)에 연속하여 패널(1)을 봉착하기 위한 개구단부(8)를 향하여 연장되는 보디부(3)로 구성된다. 그 곡률면에서 도 1 및 도 3의 실선을 참조하면, 요크부(4)에서의 곡률(r1)은 음극선관의 외부에 중심을 두고 있고, 보디부(3)의 곡률(r2)은 음극선관의 내부에 그 중심을 두고 있어 변곡점(15)이 요크부(4)와 보디부(5)사이에 위치하게 된다.

이러한 구조의 음극선관은, 대형화, 평면화에 따른 전자빔의 광각화에 기인하여 관축방향의 외형 길이를 작게 할 수 있으나, 이에 따라, 음극선관의 내부 진공에 따른 펀넬의 방폭에 대응하는 강도가 문제로 되고 있다. 즉, 관축방향의 길이가 작게 됨에 따라 상대적으로 펀넬의 보디부(3)가 넓어지게 되어 도 1에 도시된 바와 같이 그 두께를 두껍게 하지 않을 수 없으며, 그 부분에 응력이 증대될 수밖에 없다는 문제가 있다. 이는 대형화에 따른 음극선관의 무게 증대라는 제조공정, 취급, 운반 등 모든 면에서 중대한 문제로 떠오르게 된다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 시도로서, 일본국 특허출원공개번호 제2000-251766호(2000.9.14일 공개됨)에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 펀넬(2')에 있어서는, 요크부(4) 주변의 보디부(3)를 외측으로 돌출시키는 돌출부(8')를 형성하는 것에 의해 내진공강도를 높이면서 보디부(3)의 두께의 증가를 최소화하여 경량화를 도모하고 있다. 이와 같이 돌출부(8')를 형성함으로써 요크부(4) 주위로 환상의 홈부 바닥(9)이 형성되게 되고, 그 사이에 편향코일(7)이 설치되게 된다.

그러나, 상술한 일본국의 특허출원에 있어서도, 그 형상이 복잡하여 펀넬(2)의 제조가 어렵게 되는 문제가 있으며, 나아가, 종래의 편향코일(7)이나 전자총(6)의 구조를 그대로 채용하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 편향코일(7)이나, 전자총(6)의 설치를 위해 새로운 설비가 요구되고, 그 설치가 용이하지 아니하게 된다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 유리 공정과 시험규격을 위한 강도 향상의 목적으로 기존의 설계개념과는 다른 역방향의 반경을 펀넬인 후면유리 전체에 적용함으로써 음극선관의 대형화, 평면화에 따른 전자빔의 광각화에 부응하여 내진공강도가 우수하며, 경량화가 가능한 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 전형적인 음극선관용 펀넬의 곡률형상을 도시한 단면도,

도 2는 종래의 또다른 음극선관용 펀넬의 곡률형상을 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음극선관용 펀넬의 역곡률형상을 도시한 단면도,

도 4는 도 1의 펀넬을 조립한 벌브의 진공에 따른 구조해석프로그램에 의한 응력분포상태도,

도 5는 본 발명의 도 3의 펀넬을 조립한 벌브의 진공에 따른 구조해석프로그램에 의한 응력분포상태도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펀넬의 구성을 구분하기 위한 개략도,

도 7은 도 6의 각 구성부분의 관계를 수치로 도시한 개략도,

도 8 내지 도 11은 종래의 상용 구조해석용 프로그램을 이용하여 광각음극선관용 유리진공압력 해석에 적용한 윤곽도로서 도 8 및 도 9는 종래의 모델에 적용한 것이고, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 윤곽도,

도 12는 기존 모델과 본 발명을 대비한 진공상태 구조해석표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 패널2: 펀넬

3: 보디부4: 요크부

5: 네크부6:전자총

7: 편향코일8: 개구단부

8': 돌출부9: 홈부 바닥

15: 변곡점20: 펀넬

21: 네크부22: 요크부

23: 보디부25: 변곡점

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관은, 편향코일이 장착되는 요크부와, 그 요크부에 연속하여 패널(1)을 봉착하기 위한 개구단부를 향하여 연장되는 보디부를 포함하여 구성되는 음극선관용 펀넬에 있어서, 상기 요크부(22)에서의 곡률(R1)은 음극선관의 외부에 중심을 두고 있고, 그 요크부(22)로부터 연장되는 보디부(3)의 요크측 부분에서의곡률(R2,R3)도 음극선관의 외부에 중심을 두고 있으며, 보디부(23)의 개구단부(28) 부근에서의 곡률(R4)은 음극선관의 내부에 중심을 두고 있어, 변곡점(25)이 개구단부(28) 부근의 보디부(23)에 위치하게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 보디부(3)의 요크측 부분의 곡률(R2,R3)이 각각의 음극선관의 관종에 따라 다수의 곡률로 형성됨으로써 최적화하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 음극선관용 펀넬의 역곡률형상(점선)이 종래의 곡률형상(실선)과 함께 절반 단면도로 도시된다.

기존의 후면유리 설계는 여러개의 원호를 조합하여 적절한 곡률을 형성함으로써 진공응력과 방폭특성을 개선하였지만, 본 발명에서는 후면유리의 형상을 이루고 있는 원호들의 곡률중심을 기존설계에서 따르던 방식과는 다르게 반대방향에서 곡률을 형성함으로 강도를 개선할 수 있는 것을 찾아내게 되었다. 굳이 수학적으로 설명하면, 결국 후면유리의 형상에서 응력에 가장 취약한 부분은 요크부위로 이 부분은 곡률이 반대방향으로 변하는 변곡점으로 곡률계수의 부호가 바뀌는 부위이다. 이에 따라, 변곡점의 위치를 응력에 강한 부위로 이동시켜 내진공강도를 향상시키고자 하는 것이다. 따라서 변곡점을 두께가 두꺼운 부분으로 이동시켜 준다.

이와 같은 개념에서 발명하게 된 것이 바로 본 발명에서와 같이, 요크부와 같은 방향으로 보디부의 요크측부분의 곡률을 구성한 것이다.

즉, 도 3에서 점선으로 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 펀넬(20)도 편향코일이 장착되는 요크부(22)와, 그 요크부(22)에 연속하여 패널(1)을 봉착하기 위한 개구단부(28)를 향하여 연장되는 보디부(23)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성에 있어서, 상기 요크부(22)에서의 곡률(R1)은, 종래와 같이 음극선관의 외부에 중심을 두고 있지만, 그 요크부(22)로부터 연장되는 보디부(3)의 요크측 부분은, 그 곡률(R2,R3)은, 그 요크부(22)에서와 같이 음극선관의 외부에 중심을 두고 있는 것으로 구성된다.

또한, 보디부(23)의 개구단부(28) 부근, 즉, 패널(1)과 봉착되는 플랜지 부근에서의 곡률(R4)은 음극선관의 내부에 중심을 두고 있다. 따라서, 변곡점(25)은 도 3에서와 같이 개구단부(28) 부근의 보디부(23)에 위치하게 된다.

이를 종래의 곡률형상과 대비하면, 종래의 변곡점(15)은 내진공강도가 취약한 부분에 위치하지만, 본 발명에 의하면, 변곡점(25)이 내진공강도가 강한 부분에 위치하게 되어 내진공강도가 크게 향상되게 된다.

이와 같이 본 발명에 따라 음극선관의 외부에 중심을 둔 상기 보디부(3)의 요크측 부분의 곡률(R2,R3)은 다수의 곡률로 형성됨으로써 장변측과 단변측의 길이 등을 고려하여 최적화될 수 있다.

더욱, 변곡점(25)이 개구단부(28) 부근의 두께가 가장 두꺼운 부분에 위치하게 됨으로써 보디부(23)의 대부분이 음극선관의 외부에 중심을 둔 곡률(R2,R3)로 구성되게 된다.

이와 같은 본 발명을 통하여 광각화에 따른 취약한 강도를 향상함과 동시에 짧은 깊이를 실현시킬 수 있으며, 이에 따라 관축방향의 음극선관의 전장을 감소시킬 수 있고, 중량을 최소화하는 것이 가능하게 된다.

도 4에는 도 1의 펀넬을 조립한 종래의 벌브의 진공에 따른 구조해석프로그램에 의한 응력분포상태도가 도시되고, 도 5에는 본 발명의 도 3의 펀넬을 조립한 벌브의 진공에 따른 구조해석프로그램에 의한 응력분포상태도가 도시된다. 이 결과는 구조해석프로그램에서 모델링하여 음극선관의 진공상태와 동일한 압력조건에서 수행된 것이다.

그 결과, 종래의 것은 진공상태의 최대 응력이 346Kg/cm²으로 나타났으며, 본 발명에 따른 음극선관은 진공상태의 최대응력이 162.9Kg/cm²으로 나타났다. 따라서, 본 발명의 곡률구조에 의해 최대응력이 크게 저감된 것을 알 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 CRT용 펀넬(20)은, 공정과 시험 규격을 만족시키면서, 진공, 방폭에 대응할 수 있게 된다.

도 6에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 음극선관의 펀넬은, 패널(1)에 봉착되는 개구단부(28)와, 그 개구단부(28) 부위로부터 이어지는 측면보디부(32)와, 편향코일이 장착되는 요크부(34)와, 그 측면보디부(32) 및 요크부(34)를 이어주는 연속보디부(33)로 구분될 수 있다.

도 6 및 도 7에서 상기 개구단부(28)를 원점으로 전체길이를 100으로 보았을 때 그 개구단부(28)를 0.2미만의 길이 부분으로 하고, 측면보디부(32)를 13.8미만, 연속보디부(33)를 48미만, 요크부(34)를 38미만의 길이를 갖는 부위로 정의하는 때에 측면보디부(32)와 요크부(34)를 이어주는 연속보디부(33) 부위에 역방향의 곡률에 따른 형상을 유지함으로써 효과적인 응력감소 설계를 할 수 있게 된다.

즉, 연속보디부(33) 부위에 역방향의 곡률을 첨가한 모델은 기존의 모델에 비하여 최대응력값이 감소되는 향상효과를 가져온다.

실제의 결과를 예측하기 위하여 상용 구조해석용 프로그램을 이용하여 광각음극선관용 유리진공압력 해석에 적용하여 보았다. 이때 모델에 적용된 경계조건은 일반 CRT제작 공정상에 발생하는 압력차를 적용하였다. CRT내부의 압력은 10-7torr, 음극선관의 외부의 압력은 대기압인 760torr이다. 해석의 종류는 정적 대변형해석을 수행하였다. 이러한 해석의 결과를 단면의 변위와 응력분포(1차 최대 주응력)에 대한 콘투어 플롯(contour plot)으로 관찰하면, 역방향 곡률을 적용한 모델이 구조적으로 안정적임을 알 수 있다.(도 8 내지 도 11)

도 8은 연속보디부(33)의 곡률중심이 음극선관의 외부에 위치한 모델(기존모델)의 진공압력 상태에서의 변위분포 형상이다. 도 9 역시 연속보디부(33)의 곡률중심이 음극선관의 외부에 위치한 모델의 진공압력 상태에서의 응력분포 형상이다. 도 10은 연속보디부(33)의 곡률중심을 음극선관의 외부에 위치한 역방향 곡률을 가진 모델의 진공압력 상태에서의 변위분포 형상이고, 도 11도 역방향 곡률을 적용한 모델의 진공압력 상태에서의 응력분포 형상이다.

두 모델(도 8, 9와 도 10, 11)의 후면유리부분의 변위와 응력에 대한 수치를 비교해 보면, 기존모델에서 최대변위가 발생하는 위치는 측면보디부(32) 부분이며, 대략 0.62mm정도의 최대변위가 발생한다(도 8). 응력분포도 후면유리의측면보디부(32)에 가장 많이 발생하며 대략 310Kg/cm²정도이다. 이에 반해 역방향을 적용한 모델의 변위는 측면보디부(32) 부위에서 0.21mm정도가 가장 큰 값으로 계산되며, 응력은 연속보디부(33) 부위에서 102Kg/cm²의 최대응력을 가진다(도 12참고).

변위량은 역방향 모델이 기존모델에 비해 거의 33%이상 향상되었고, 응력도 32%이상 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관의 구성과 작용에 의하면, 펀넬(20)의 보디부(23)를 역곡률형상으로 함으로써 공정과 시험 규격을 만족시키면서, 진공, 방폭에 대응할 수 있고, 광각화에 따른 취약한 강도를 향상함과 동시에 짧은 깊이를 실현시킬 수 있으며, 이에 따라 관축방향의 음극선관의 전장을 감소시킬 수 있고, 중량을 최소화하는 것이 가능하게 되는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 편향코일이 장착되는 요크부와, 그 요크부에 연속하여 패널(1)을 봉착하기 위한 개구단부를 향하여 연장되는 보디부를 포함하여 구성되는 펀넬을 지니는 음극선관에 있어서,

   상기 요크부(22)에서의 곡률(R1)은 음극선관의 외부에 중심을 두고 있고, 그 요크부(22)로부터 연장되는 보디부(3)의 요크측 부분에서의 곡률(R2,R3)도 음극선관의 외부에 중심을 두고 있으며, 보디부(23)의 개구단부(28) 부근에서의 곡률(R4)은 음극선관의 내부에 중심을 두고 있어, 변곡점(25)이 개구단부(28) 부근의 보디부(23)에 위치하게 되는 것을 특징으로 하는 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보디부(3)의 요크측 부분의 곡률(R2,R3)이 다수의 곡률로 형성되는 것을 특징으로 하는 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 변곡점(25)이 개구단부(28) 부근의 두께가 가장 두꺼운 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관.
4. 패널(1)에 봉착되는 개구단부(28)와, 그 개구단부(28) 부위로부터 이어지는 측면보디부(32)와, 편향코일이 장착되는 요크부(34)와, 그 측면보디부(32) 및 요크부(34)를 이어주는 연속보디부(33)로 이루어 진 펀넬을 지니는 음극선관에 있어서,

   상기 개구단부(28)를 원점으로 전체길이를 100으로 보았을 때 그 개구단부(28)를 0.2미만의 길이 부분으로 하고, 측면보디부(32)를 13.8미만, 연속보디부(33)를 48미만, 요크부(34)를 38미만의 길이를 갖는 부위로 정의하는 때에 측면보디부(32)와 요크부(34)를 이어주는 연속보디부(33) 부위에 역방향의 곡률에 따른 형상을 유지함으로써 효과적인 응력감소 설계를 할 수 있는 것을 특징으로 하는 역곡률형상의 펀넬을 지니는 음극선관.