KR20020087852A

KR20020087852A - 컬러 음극선관용 글라스 패널 및 컬러 음극선관

Info

Publication number: KR20020087852A
Application number: KR1020020025278A
Authority: KR
Inventors: 구로끼유이찌; 스가와라쯔네히꼬
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2002-11-23
Also published as: GB2376463A; DE10220393A1; GB0210138D0; US20030076027A1; CN1385875A; US6790799B2; JP2002343274A

Abstract

컬러 음극선관용 글라스 패널은, 0.06㎚인 파장에서의 X-선의 선 흡수 계수가 30㎝^-1내지 38㎝^-1이고, 화학적 강화법에 의해 형성되어, 페이스부의 외면의 단축단부 및/또는 장축단부, 및 페이스부의 내면의 중앙부에서의 압축 응력이 70㎫ 이상인 층을 포함한다.

Description

컬러 음극선관용 글라스 패널 및 컬러 음극선관{ GLASS PANEL FOR COLOR CATHODE RAY TUBE, AND CATHODE RAY TUBE}

본 발명은 텔레비젼 방송 수상기 (이하, 텔레비젼) 또는 컴퓨터용 디스플레이 등에 사용되는 컬러 음극선관, 및 이와 같은 음극선관에 사용되는 글라스 패널 (glass panel) 에 관한 것이다.

먼저, 컬러 음극선관의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 음극선관 전체의 부분 단면도이다.

음극선관 (1) 의 앤벌로프 (envelope) 는 화상을 표시하는 패널 (3)을 기본적으로 포함하는 글라스 벌브 (glass bulb; 2), 패널 (3) 과 밀봉결합되는 깔때기 형상의 퍼넬 (funnel; 4), 및 전자 총 (17) 을 수용하는 넥 (neck; 5) 으로 구성된다. 패널 (3) 은 화상 디스플레이용 스크린을 구성하는 대략적으로 직사각형의 페이스부 (7) 및 페이스부 (7) 주변으로부터 블렌드 R부 (11) 를 통해 페이스부 (7) 와 수직 방향으로 연장하는 스커트부 (6) 로 구성된다.

방폭형 강화 밴드 (8) 는 스커트부 (6) 테두리를 감싸므로써, 패널 강도를 유지하고 파손 시 스크래치를 방지한다. 페이스부 (7) 의 내면 상에, 전자 빔 충돌에 의해 전자총 (17) 로부터 형광을 방출하는 형광 스크린, 및 형광 스크린으로부터 방출된 형광을 음극선관의 배면을 향해 (페이스면으로) 반사하는 알루미늄막 (13) 이 적층되고, 전자 빔 충돌의 영역을 조절하는 쉐도우 마스크 (14) 가 제공된다. 쉐도우 마스크 (14) 는 스커트부 (6) 의 내면에 스터드 핀 (15) 에 의해 고정된다. 또한, 도 1의 A는 넥 (5) 의 중앙축 및 패널 (3) 의 중앙축을 접속하는 관축을 나타낸다.

이와 같은 패널 (3) 은, 스커트부 (6) 의 단부에 대응하는 봉합 에지부에 제공되는 솔더 글라스와 같은 봉합 재료에 의해, 퍼넬 (4) 의 봉합 에지부와 밀봉되어, 봉합부 (10) 가 형성된다.

상술한 구조를 갖는 컬러 음극선관용 글라스 벌브는 진공용기를 사용하여, 대기압이 외부표면에 가해짐으로써, 구형 쉘과 다른 비대칭 형상으로 인한 인장 응력 (이후, 글라스 벌브가 진공이 되었을 때, 내부 압력과 외부 압력차에 의해 형성된 응력을 진공 응력이라 함) 이 비교적 넓은 범위에 걸쳐 작용한다.

또한, 음극선관을 제조하기 위한 공정에서는, 약 350℃의 고온에서 벌브를 유지하면서 배기를 수행할 때, 그런 단계에 의해서 발생되는 온도차에 의해 응력이 형성되고 (이하, 이와 같은 가열 단계에서 형성된 응력은 열응력으로 칭함), 상술된 진공 응력이 가해짐으로써, 극단적인 경우, 순간적인 공기 유입 및 그 반작용에 의해 강력한 파열이 발생하여 그 주변부로 손상이 확장할 수도 있다.

프로젝션형 음극선관 (프로젝션관) 과 같은 다른 형상의 음극선관 또는 흑백 (모노크롬) 음극선관의 경우에는, 상술한 바와 같이, 쉐도우 마스크 등의 다양한 부품을 패널 내부에 부착시킬 필요가 없다. 컬러 음극선관의 경우에는, 그와 같은 부품들을 접착시키는 단계에서 패널 내면이 손상되기 쉽다.

이와 같은 문제를 방지하기 위해, #150 사지 (emery paper) 에 의해 균일하게 스크래치시킨 글라스 벌브에 공기압 또는 수압을 가압하여, 외압 부하 테스트를 실시함으로써, 음극선관의 실제 사용 수명 및 글라스 벌브와 음극선관을 조립하는 단계에서 발생하는 글라스 표면의 스크래치 강도를 고려하여, 파손 시의 내압 및외압 간 차이를 결정하고, 최소한 0.3㎫의 압력 차이에서 견딜 수 있도록 글라스 벌브를 형성한다.

또한, 최근, 텔레비젼은 대화면 및 평면부를 갖고 경량화되는 것이 요구되고 있다. 이와 같은 경량화를 위해 벽 두께를 단순히 얇게 형성하면, 상술한 진공 응력이 증가될 것이다. 따라서, 패널의 강도를 향상시키는 것이 필요하고, 이러한 목적을 위해, 몇가지 강화법이 개발되고 있다.

현재, 음극선관의 글라스 벌브를 경량화하기 위한 수단으로, 일본 특허 제 2,904,067에 개시된 바와 같이, 물리적 강화법 등에 의해 글라스 패널의 표면상에 압축력층을 글라스 두께의 1/6 두께로 형성하는 것이 제안되고 있다. 그러나, 삼차원 구조와 불균일한 벽두께 분포를 갖는 퍼넬 또는 패널을 균일하게 냉각하는 것은 불가능하다. 동시에, 불균일한 온도 분포로 인해 높은 인장 잔류 응력이 압축 응력과 함께 형성되므로, 압축 응력은 최고 30㎫의 수준으로 제한되어, 높은 압축 응력을 전달하는 것이 불가능하였다. 즉, 물리적 강화법이 사용될 때, 제공될 수 있는 압축 응력이 상대적으로 작아지기 때문에, 글라스 벌브의 경량화는 제한된다.

한편, 화학적 강화법에 의해 글라스 벌브의 표면을 강화함으로써 경량화하는 방법이 공지되어 있다. 이 방법은, 비틀림점 (torsion point) 보다 높지 않은 온도에서, 글라스 내의 특정 알칼리 이온을 이 알칼리 이온보다 큰 이온으로 치환하고, 부피 증가에 의한 압축 응력층을 표면에 형성하는 것이다. 예를 들어,약 5% 내지 8%의 Na₂O 및 5% 내지 9%의 K₂O를 포함하는 스트론튬/바륨/알칼리/알루미나/실리케이트 글라스를 약 450℃의 용융된 KNO₃용액에 침수함으로써 실시할 수 있다. 이와 같은 화학적 강화법의 경우, 최고 500㎫ 정도의 높은 압축 응력을 획득할 수 있고, 불필요한 인장 응력을 형성시키지 않으므로 물리적 강화에 의한 경량화에 유리한 장점을 갖는다.

전자총에 의해 발생된 전자빔을 패널 내면에 코팅된 형광체와 충돌시켜 발광시킨 이미지를 반영할 때 X-선이 발생되며, 이와 같은 X-선은 음극선관의 패널 및 누설을 관통할 때 인체에 손상을 줄 것이다. 따라서, 패널을 형성하는 글라스는 상술한 경량화와 더불어 X-선 차단 능력을 갖는 것이 요구된다.

글라스가 X-선을 흡수하게 하는 성분으로서, SrO, BaO, ZnO 또는 ZrO₂등과 같이 X-선에 대한 질량 흡수 계수가 높은 산화물을 사용하는 방법이 공지되어 있다. 예를 들어, 일본 특개평 JP-A-7-206466은 음극선관의 페이스용 글라스 조성과 관련된 발명을 개시하고 있으며, 그 조성은 58.8wt% 내지 60.5wt%의 SiO₂, 0.1wt% 내지 2.5wt%의 Al₂O₃, 6wt% 내지 7.5wt%의 Na₂O, 8wt% 내지 9.5wt%의 K₂O, 8wt% 내지 9.5wt%의 SrO, 8wt% 내지 9.5wt%의 BaO, 1wt% 내지 2.5wt%의 ZnO, 2.5wt% 내지 3.5wt%의 ZrO₂, 0wt% 내지 1wt%의 CaO+MgO, 0.1wt% 내지 0.6wt%의 CeO₂, 0.3wt% 내지 0.6wt%의 TiO₂, 및 0.2wt% 내지 0.5wt%의 Sb₂O₃를 혼합한다.

그러나, 이와 같은 글라스 조성은 화학적 강화법에 부적합하고, 심지어 알칼리 이온 치환이 실시되더라도, 상술한 #150 사지에 의한 스크래치가 실시될 때 요구되는 적합한 두께를 갖도록 압축 응력층을 형성하는 것은 불가능하다.

또한, 패널의 페이스부의 X-선 차단 능력은 지수적으로 페이스부의 두께 생성의 증감 및 패널을 형성하는 글라스의 X-선 흡수 계수를 변화시킨다. 따라서, 통상의 조성을 갖는 글라스를 사용한 패널이 얇게 형성될 때, X-선 차단 능력이 감소되는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기 문제의 관점으로부터 형성되었으며, 본 발명의 목적은, 화학적 강화법에 의해 패널의 내면과 외면에 고 압축 응력을 전달함으로써, 두께가 얇게 형성될 때 진공 응력이 지나치게 부하되는 문제를 해결하고, 배기 또는 쉐도우 마스크를 부착하는 단계에서와 같은, 음극선관의 생산 시의 열 응력 또는 손상 문제를 해결하며, 적절한 X-선 차단 능력을 갖는 컬러 음극선관용 글라스 패널, 및 이와 같은 컬러 음극선관용 글라스 패널을 사용하는 음극선관을 제공하는데 있다.

도 1은 컬러 음극선관의 구성을 나타내는 설명도.

도 2는 컬러 음극선관의 페이스부를 나타내는 설명도.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊

1 : 음극선관

2 : 글라스 벌브

3 : 패널

4 : 퍼넬

5 : 넥

6 : 스커트부

7 : 페이스부

10 : 봉합부

27 : 단축단부

28 : 장축단부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 최소한 페이스부의 외면의 단축단부 및/또는 장축단부, 및 상기 페이스부의 내면의 중앙부에, 화학적 강화법에 의해 형성된 70㎫ 이상의 압축 응력을 갖는 층 (이하, 압축 응력층이라 함) 을 포함하는 컬러 음극선관용 글라스 패널 (이하, 패널이라 함) 을 제공한다.

또한, 그와 같은 압축 응력층은 30㎛ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 패널을 형성하는 글라스는 총 질량을 기본으로 한 산화물의 질량백분율로서,

SiO₂53.0% 내지 65.0%

Al₂O₃0.5% 내지 5.0%

Na₂O3.0% 내지 13.0%

K₂O1.0% 내지 9.0%

SrO3.0% 내지 8.6%

BaO5.0% 내지 12.0%

ZnO0.4% 내지 9.0%

ZrO0.5% 내지 5.0%

TiO₂0.1% 내지 0.6%

CeO₂0.1% 내지 0.9%

Li₂O0.0% 내지 3.0%

CaO0.0% 내지 4.0%

MgO0.0% 내지 4.0%

WO₃0.0% 내지 3.0%

로 본질적으로 구성되고, 여기서 ZnO 및 ZrO₂의 총 함량은 2.5% 내지 11.0%이고, SrO, BaO, 및 CaO의 총 함량 C₁, ZnO의 함량 C₂, 및 ZnO 및 알칼리 토류 금속산화물의 총 함량 C₃은 0.6≤C₁/C₂≤0.9 및 0.05≤C₂/C₃≤0.4의 관계를 만족한다.

또한, 본 발명은 상기 컬러 음극선관용 글라스 패널을 사용하는 컬러 음극선관을 제공한다.

도 1은 컬러 은극선관의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 2는 컬러 음극선관의 펭스부를 나타내는 설명도이다.

도면에서, 도면부호 1은 음극선관, 도면부호 2는 글라스 벌브, 도면부호 3은 패널, 도면부호 4는 퍼넬, 도면부호 5는 넥, 도면부호 6은 스커트부, 도면부호 7은 페이스부, 도면부호 10은 봉합부, 도면부호 27은 단축단부, 및 도면부호 28은 장축단부를 나타낸다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

패널의 외면은 TV 시청자와 마주보는 패널측 상의 표면이고, 내면은 상술한 외면의 배면, 예컨대 형광으로 코팅할 면상에 위치하는 표면이며, 패널이 글라스 벌브에 조립될 때 내면이 구성된다.

그리고, 페이스면 (7) 의 중심을 관통하는 복수개의 축 중, 페이스부의 단변(22) 에 평행한 축이 페이스부의 단축 (23) 이고, 페이스부의 장변 (24) 에 평행한 선이 페이스부의 장축 (25) 이다.

본 발명의 패널은, 페이스부의 외면에 있는 단축 (23) 의 단부 (이하, 단축단부) 및/또는 장축 (25) 의 단부 (이하, 장축단부), 및 페이스부의 내면 상의 중심부와 (21) 와 그 주변에 (이하, 중심부 (21') 로 함), 압축 응력층을 갖는 것을특징으로 한다. 여기서, 상술한 단부들은, 단축 (23) 또는 장축 (25) 이 효율적인 스크린 에지 (26; 화면 이미지 에지) 와 그 주변을 교차시키는 위치용 수단이다. 도 2에는 단축단부 (27) 과 장축단부 (28) 가 도시되어 있다.

상술한 압축 응력층은, 응력값이 70㎫ 미만이면 글라스가 스크래치되기 쉽기 때문에, 70㎫ 이상의 압축 응력을 갖는 것이 요구된다. 압축 응력은 110㎫ 이상인 것이 바람직하고, 130㎫ 이상이면 더욱 바람직하다.

X-선의 선 흡수 계수는 통상 μ (㎝^-1) 로 나타내며, 다음의 수학 공식 (a) 에 의해 계산된 값으로, 상기 각 성분의 산화물로서의 함유량 (질량 백분율) 은 f₍₁₎내지 f_(n)(%) 으로 나타내며, 0.06㎚의 파장에서의 상기 각 성분의 산화물로서의 질량 흡수 계수는 W₍₁₎내지 W_(n)(㎝²/g) 으로 나타낸다. 본 발명에서는, 특별히 언급하지 않는 한 X-선의 흡수 계수는 0.06nm 파장에 대한 X-선의 선 흡수 계수를 의미한다.

(a)

그리고, 화학적 강화법은 상술한 바와 같이 글라스의 표면층의 알칼리 이온을 외부 매체에서 더 큰 이온 반경을 갖는 1가 양이온으로 치환하여, 글라스의 망목 구조 (network structure) 를 압축시켜 압축 응력을 형성하는 방법이다.

실리케이트 글라스에서, Si-O 결합으로 이루어진 망목 구조에 알칼리 및 알칼리 토류 원소가 망목 변형제 (network modifier) 로서 불규칙적으로 함유되지만,망목 변형제의 1가 양이온이 비교적 자유롭게 글라스 환경내부에서 운동하는 특성을 이용하여, 글라스 표면층의 알칼리 이온을 오부 매체에서 더 큰 이온 반경을 갖는 1가 이온과 치환시킬 수 있다. 그 결과, 알칼리 이온이 빠져나간 위치에 더 큰 이온이 들어가면서, 주위의 망목 구조를 밀어 압축함으로써 압축 응력이 형성된다.

특히, Na⁺를 포함하는 글라스를 KNO₃의 용융액에 침지시켜 Na⁺를 K⁺로 치환하는 방법이 일반적인 화학적 강화법으로 이용된다. 이와 같은 화학적 강화법은, 물리적 강화법에 비해 높은 압축 응력을 제공할 수 있으므로, 박형화에 적합하다. 본 발명은 KNO₃용융액을 사용하는 화학적 강화법으로 한정되지 않는다.

상술한 화학적 강화법은 패널의 내면과 외면상에 70㎫ 이상의 압축 응력을 갖는 층을 형성할 수 있으므로, 미강화시킨 상태 (50㎫ 내지 65㎫) 에 비해 휨 강도를 약 4배 내지 6배 (220㎫ 내지 330㎫) 로 향상시킬 수 있다. 또한, 글라스 벌브 각부의 설정 허용 응력을 향상시킬 수 있고, 특히, 페이스부의 허용 응력을 크게 향상시킬 수 있으므로, 박형화와 동시에 경량화가 가능해진다.

예를 들면, 36형 음극선관용 패널의 경우, 페이스부 중앙의 두께는 통상 약 20.0㎜이다. 상술한 화학적 강화법에 의한 압축 응력층을 갖는 패널의 경우, 약 11.2㎜ 수준의 두께로 박형화가 가능하다.

그러나, 종래의 조성을 갖는 글라스는 X-선 흡수 계수가 약 28㎝^-1내지29㎝^-1이고, 이 글라스를 사용한 36형 패널의 경우, 전자빔의 조사 조건에도 영향을 받지만, 일반적인 조건하에서, 약 12.0㎜의 두께가 되지 않으면 X-선을 적절하게 차단하지 못한다. 따라서, 상술한 압축 응력층을 형성하여 최대한 두께를 감소시키기 위해서는, X-선 흡수 계수를 공지된 조성을 갖는 글라스와 대비할 때 약 7%의 수준인, 30㎝^-1이상으로 향상시키는 것이 필요하다.

그러나, X-선 흡수 계수를 38㎝^-1보다 높은 수준으로 증대시키는 것은, 높은 질량 흡수 계수를 갖는 SrO, BaO 등의 함량을 증가시키는 것이 필요하므로, 이와 같은 성분은 글라스의 용융 시 실투 (失透) 를 일으켜 화학적 강화법의 알칼리 이온의 치환을 방해하는 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서, X-선 흡수 계수 (파장 : 0.06㎚) 는 30㎝^-1내지 38㎝^-1로 조절한다.

또한, 상술한 바와 같은 압축 응력을 부여함으로써, 휨 강도를 약 4배 내지 6배로 향상시키는 것이 가능하다. 그러나, 상술한 압축 응력층의 두께를 패널의 두께 방향으로 30㎛ 이상 형성함으로써, 입도 #150인 연마사지에 의해 스크래치시킨 후에도 강도를 5배 이상으로 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 따라서, 최소 40㎛ 이상의 두께는, 스크래치 마크가 인장 응력층에 도달하지 않으므로 스크래치 내성을 향상시키므로 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 패널을 형성하는 글라스는, 총 질량을 기준으로 산화물의 질량 백분율로서 나타낸, 53.0% 내지 65.0%의 SiO₂, 0.5% 내지 5.0%의 Al₂O₃, 3.0%내지 13.0%의 Na₂O, 1.0% 내지 9.0%의 K₂O, 3.0% 내지 8.6%의 SrO, 5.0% 내지 12.0%의 BaO, 0.4% 내지 9.0%의 ZnO, 0.5% 내지 5.0%의 ZrO, 0.1% 내지 0.6%의 TiO₂, 0.1% 내지 0.9%의 CeO₂, 0.0% 내지 3.0%의 Li₂O, 0.0% 내지 4.0%의 CaO, 0.0% 내지 4.0%의 MgO, 및 0.0% 내지 3.0%의 WO₃로 필수적으로 구성되는 것이 바람직하며, ZnO 및 ZrO₂의 총함량은 2.5% 내지 11.0%이고, SrO, BaO 및 CaO의 총함량 C₁, ZnO의 함량 C₂, 및 ZnO와 알칼리 토류 금속 산화물의 총함량 C₃은 0.6≤C₁/C₃≤0.9 및 0.05≤C₂/C₃≤0.4의 관계를 만족한다.

상술한 함량은, 음극선관에 요구되는 다양한 특성을 만족시키면서 화학적 강화법에 의해 통상의 제품에 비해 강도의 향상을 달성하고, X-선 흡수 능력의 감소가 없는 패널을 획득하도록 정한다. 다음에서 "%"는 특정하지 않는 한 질량 백분율을 나타낸다.

SiO₂의 함량이 53.0% 미만이면, 화학적 내구성이 감소하거나 납 용리가 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 반면에, 65.5%를 초과하면, 패널에 요구되는 다양한 물성을 만족하지만, X-선 흡수 계수가 30㎝^-1이상의 수준이 되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, SiO₂의 함량은 53.0% 내지 65.0%가 바람직하다. 그 함량은 56.0% 내지 60.0%이면, 더욱 바람직하다.

Al₂O₃의 함량이 0.5% 미만이면, 내후성이 저하되며, 5.0% 이상을 초과하면,연화점이 지나치게 높아지는 경향이 있으며, 온도가 증가함에 따라 점도가 현저하게 증가하므로, 성형이 곤란한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 Al₂O₃의 함량은 0.5% 내지 5.0%인 것이 바람직하다. 이 함량은 1.5% 내지 3.0%이면 더욱 바람직하다.

Na₂O의 함량이 3.0% 미만이면, 연화점이 매우 높아지고 온도가 증가함에 따라 점도가 현저하게 증가하므로 성형이 곤란하고, 글라스의 Na⁺와 KNO₃를 포함하는 용용물의 K⁺의 치환을 방해하는 문제가 발생할 수 있으며, 13.0%를 초과하면, 전기적 저항이 감소하는 경향이 있다. 따라서, Na₂O의 함량은 3.0% 내지 13.0%인 것이 바람직하다. 그 함량은 6.0% 내지 8.0%이면, 더욱 바람직하다.

K₂O는, Na₂O와의 혼합 알칼리 영향에 기인한 열팽창 계수 및 전기적 저항의 증가를 조절할 목적으로, 1.0% 이상의 양을 혼합한다. 그러나, 9.0%를 초과하여 혼합하면, 글라스 조성내의 Na⁺를 KNO₃용융물의 K⁺로 치환하는 것을 방해하는 문제가 발생한다. 따라서, K₂O의 함량은 1.0% 내지 9.0%가 바람직하다. 이 함량은 4.0% 내지 8.0%가 더욱 바람직하다.

SrO는 패널의 X-선 흡수 능력을 향상시키는 성분이다. 함량이 3.0% 미만이면, 30㎝^-1이상의 X-선 흡수 계수를 달성하기가 곤란하며, 8.6%를 초과하면, 글라스 내의 Na⁺의 KNO₃용융물의 K⁺으로의 치환을 방해하며, 실투 온도가 매우 높아져, 실투 물질이 침전되어 제품으로 유입되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, SrO의 함량은 3.0% 내지 8.6%가 바람직하다.

SrO과 같이, BaO는 패널의 X-선 흡수 계수를 증가시키는 성분이다. 그 함량이 5.0% 미만이면, 30㎝^-1이상의 X-선 흡수 계수를 달성하기 곤란하며, 12.0%를 초과하면, 글라스 내의 Na⁺의 KNO₃용융물의 K⁺으로의 치환을 방해하며, 실투 온도가 매우 높아져, 실투 물질이 제품으로 유입되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이는 5.0% 내지 12.0%가 바람직하다.

SrO 및 BaO와 같이, ZnO는 패널의 X-선 흡수 계수를 향상시키는 성분이다. 그 함량이 0.4% 미만이면, 30㎝^-1이상의 X-선 흡수 계수를 달성하기 어렵고, 9.0%를 초과하면, 실투 온도가 지나치게 높아져, 실투 물질이 제품으로 유입된다. 따라서, ZnO 함량은 0.4% 내지 9.0%가 바람직하다.

SrO, BaO 및 ZnO와 같이, ZrO₂는 패널의 X-선 흡수 계수를 향상시키는 성분이다. 그 함량이 0.5% 미만이면, 30㎝^-1이상의 X-선 흡수 계수를 달성하기 어려우며, 5.0%를 초과하면, 용융 특성이 저하된다. 따라서, ZrO₂함량은 0.5% 내지 5.0%인 것이 바람직하다.

TiO₂의 함량이 0.1% 미만이면, 자외선과 X-선에 의한 전자빔 브라우닝 (browning) 을 억제하는 효과가 부적합하고, 0.6%를 초과하면, 가시적인 단파장측의 흡수가 지나치게 높아진다. 따라서, TiO₂의 함량은 0.1% 내지 0.6%인 것이 바람직하다.

CeO₂는 상술한 TiO₂와 유사한 효과를 갖는 성분이다. 이 함량이 0.1% 미만이면, 자외선과 X-선에 의한 전자빔 브라우닝을 억제하는 효과가 부적합하고, 0.9%를 초과하면, 가시적인 단파장면의 흡수가 지나치게 높아진다. 따라서, CeO₂의 함량은 0.1% 내지 0.9%인 것이 바람직하다.

또한, ZnO 및 ZrO₂에 대하여는, 질량 백분율에 의한 총 함량을 2.5% 내지 11.0%로 조절한다. ZnO 및 ZrO₂는 질량 흡수 계수를 가지며, 화학적 강화를 촉진시키는 성분이다. 따라서, 총 함량은 2.5% 이상인 것이 바람직하지만, 상술한 바와 같은 실투 문제를 피하기 위해 11.0%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 비필수 성분으로는, Li₂O, CaO, MgO, Sb₂O₃, SO₃및/또는 WO₃를 이용한다.

Li₂O는 글라스의 점도를 조절하는 성분이다. 그러나, 3.0%를 초과하면, 전기적 저항이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 그 함량은 3.0% 이하이며, 2.0%가 바람직하다.

CaO는 글라스의 점도를 조절하기 위한 성분으로, 또한 글라스내의 Na⁺의 KNO₃를 함유하는 용융물의 K⁺으로의 치환을 가속하는 효과를 갖는다. 그러나, 그 함량이 4.0%를 초과하면, 연화점이 지나치게 상승되고, 온도가 상승함에 따라 점도가 현저하게 증가되므로, 성형이 어렵다. 따라서, 그 함량은 4.0% 이하인 것이 바람직하다.

CaO와 같이, MgO는 글라스의 점도를 조절하기 위한 성분으로서, 또한 글라스내의 Na⁺의 KNO₃를 함유하는 용융물의 K⁺으로의 치환을 가속하는 성분이다. 그러나, 그 함량이 4.0%를 초과하면, 연화점이 지나치게 높아지고, 온도가 상승함에 따라 점도가 두드러지게 증가되므로, 성형이 어렵다. 따라서, 그 함량은 4.0% 이하인 것이 바람직하다.

Sb₂O₃는 용융된 글라스의 기포를 감소시키는 정제 효과를 갖는다. 그러나, 1.0%을 초과하여 사용하면, 정제효과가 포화되어 더 이상 향상되지 않는다. 따라서, 그 함량은 1.0% 이하인 것이 바람직하다.

Sb₂O₃와 같이, SO₃는 용융된 글라스의 기포를 감소시키는 정제효과를 가지며, Sb₂O₃에 대한 치환 성분으로서 사용할 수 있다. 그러나, 1.0%을 초과하여 사용하면, 정제효과는 포화되어 더 이상 향상되지 않으며, 침전물 형성과 같은 문제를 발생시킬 것이다. 따라서, 이 함량은 1.0% 이하인 것이 바람직하다. 정제성분으로는, 상술한 Sb₂O₃또는 SO₃와 함께, As₂O₃도 유사한 효과를 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이의 사용은 환경 보호 문제의 관점에서 바람직하지 못하다.

SrO 또는 BaO와 같이, WO₃는 패널의 X-선 흡수 계수를 향상시키는 성분이다. 그러나, 3.0%를 초과하면, 글라스의 용융 특성이 저하된다. 따라서, 이 함량은 3.0% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 글라스의 컬러를 조절하기 위한 성분으로는, CoO 또는 NiO와 같은 착색제를 이용할 수 있다.

Fe₂O₃는 착색제 또는 불순물로서 포함할 수 있다. 그러나, 1%를 초과하여 사용하면, 바람직하지 못한 착색 상태를 초래할 수 있다. 따라서, 함량은 1% 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 이 경우, 그 함량은 SrO, BaO, 및 CaO의 총 함량 C₁, ZnO의 함량 C₂및 ZnO와 알칼리 토류 금속 산화물의 총 함량 C₃은 0.6≤C₁/C₃≤0.9 및 0.05≤C₂/C₃≤0.4의 관계를 만족하도록 조정한다.

여기서, 상술한 성분 중, SrO, BaO, CaO, 및 MgO는 상술한 알칼리 토류 금속 산화물에 대응한다. 따라서, 상술한 C₃는 SrO 함량 (%) + BaO 함량 (%) + CaO 함량 (%) + MgO 함량 (%) + ZnO 함량 (%) 이 된다. 마찬가지로, C₁은 SrO 함량 (%) + BaO 함량 (%) + CaO 함량 (%) 이다.

SrO, BaO, 및 CaO는 다른 성분들과 비교해, 높은 질량 흡수 계수를 갖는 성분들이다. 상술한 C₁/C₃는 0.6보다 작고, 글라스의 X-선 흡수 계수가 낮다. 따라서, C₁/C₃는 0.6 이상으로 조절되는 것이 바람직하지만, 0.9를 초과하면 화학적 강화 시에, 이온 치환이 손상된다. 따라서, 상술한 바와 같이 C₁/C₃는 0.6≤C₁/C₃≤0.9인 것이 바람직하다.

또한, ZnO는 화학적 강화 처리시에, 이온 치환을 증가시키는 성분이다. 따라서, C₂/C₃는 0.05 이상인 것이 바람직하지만, 0.4를 초과하면 실투가 발생될 수 있다. 따라서, C₂/C₃는 0.05≤C₂/C₃≤0.4인 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 음극선관은 상술한 패널을 이용하는 것을 특징으로 한다. X-선의 선 흡수 계수가 30㎝^-1내지 38㎝^-1이고 동시에 압축 응력이 70㎫ 이상인 고강도의 본 발명의 패널을 사용하여, 경량화 및 우수한 안정성을 갖는 음극선관을 제공할 수 있다.

이하, 예를 참조하여 본 발명을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 특정 예에만 제한되지 않는다.

예 1 내지 5

시약 원료를 500ｇ의 총량으로 혼합하여 다음의 표 1에 나타낸 예 1 내지 5의 조성 (질량 백분율 : 단위 %) 을 수득하였다. 여기서, 예 1 및 2는 본 발명의 실시예이고, 예 3 내지 5는 비교예이다. 그 후, 혼합한 원료를 백금 도가니에서 1500℃로 가열한 후 용융하고, 1500℃에서 1시간 동안 교반하여 균질화시키고 한 시간동안 정제시켰다. 정제 후, 용융된 글라스를 폭 5㎝ 및 길이 25㎝인 판에 캐스팅 (casting) 시키고, 점진적으로 냉각시켰다. 이와 같은 방법으로, 5개 유형의 글라스 시트를 획득하였다. 또한 각각의 성분의 질량 흡수 계수 μ_m(㎝²/g) 를 다음의 표 2에 나타내었다.

또한, 표 1의 성분에 기초하여 계산한 각각의 예의 값들을 표 3에 나타내었다.

(※1) : C₃(%) = SrO 함량 (%) + BaO 함량 (%) + CaO 함량 (%) + MgO 함량 (%) + ZnO 함량 (%),

(※2) : ZnO 및 ZrO₂(%) 의 총 함량 = ZnO 함량 (%) + ZrO₂함량 (%),

(※3) : C₁/C₃= ｛SrO 함량 (%) + BaO 함량 (%) + CaO 함량 (%)｝/C₃(%),

(※4) : C₁/C₃= ZnO 함량 (%) /C₃(%).

그 후, 어닐링 후 각각의 글라스 판에 대하여, 밀도를 아르키메데스 방법 (Archimedes method) 으로 측정하고, 파장 0.06㎚에서의 X-선 흡수 계수를 공식 (a) 에 의해 계산하였다.

또한, 각각의 글라스 판으로부터 제 1 샘플 조각을 폭 2㎝ 및 길이 5㎝로 절단하였다. 예 1, 2, 4 및 5의 4개의 샘플에 대하여, 저온 이온 치환 강화법에 의한 화학적 강화를 실시하였다. 특히, 용융된 KNO₃를 함유하는 스테인레스 스틸 용기에 제 1 샘플 조각을 넣고, 전기로에서 가열하여 이온 치환 강화법에 의한 처리를 실시함으로써, 각각의 제 1 샘플 조각의 표면상에 압축 응력층을 형성하였다.

그 후, 각각의 예에 대하여, 샘플 조각 점차적으로 냉각시킨 후, 세척하여 건조하였다. 이와 같이 획득된 5개의 제 1 샘플 조각을 얇게 절단하고, 그 단면에서 베렉 콤펜세이터 (Berek compensator) 를 장착한 극성 현미경 등의 수단을 이용하여 글라스의 두께 방향으로의 압축 응력층의 두께 (㎛) 와 압축 응력값 (㎫) 을 측정하였다.

또한, 각각의 5개의 글라스 판을 폭 1.5㎝ 및 두께 0.5㎝의 제 2 샘플 조각으로 절단하고, 예 1, 2, 4, 및 5의 제 2 샘플 조각에 제 1 샘플 조각과 동일한 방법의 화학적 강화를 처리하고, 4점 휨 강도 테스트에 의해 예 1 내지 5의 제 2 샘플 조각 각각의 휨 강도 (㎫) 를 측정하였다. 4점 휨 강도 테스트는 샘플에 부하를 인가하고, 파손시 부하로부터 강도를 계산하는 방법이다. 특히, 상술한 제 2 샘플 조각은 입도 #150인 연마지를 이용하여 약 0.1㎫의 힘으로 스크래치를 실시한 후, 하부스판 55㎜ 및 상부스판 10㎜을 갖는 지그에 설치하여 4점 휨 강도 테스트를 실시하였다.

또한, 종횡비가 16:9인 36형 패널은 상술한 예 1 내지 5의 조성을 갖는 글라스를 사용하여 준비하였으며, 이들 중 예 1, 2, 4 및 5의 패널은 상술한 샘플 조각의 경우와 동일한 조건 하에서 화학적 강화 처리를 실시하였다. 여기서, 각 패널의 페이스부는 진공 응력 부하 시 허용될 수 있는 가장 얇은 두께를 갖도록 제조하였다.

그 후, 공지된 조성을 갖는 퍼넬 및 넥에 패널을 용접시켜 예 1 내지 5의 벌브를 제조하였다. 이 벌브들에 대해, 내수압 강도 (㎫) 를 측정하였다. 내수압 강도를 측정하기 위한 방법으로서는, 내수압이 높은 용기에서 음극선관용 글라스 벌브에 부하를 가하는 테스트 방법을 사용하였으며, 음극선관용 글라스 벌브 주변을 대기압으로 유지하면서 외부로부터 압력을 인가할 때, 벌브가 파손되는 압력을 내수압 강도로 하였다.

표 4에는, 예 1 내지 5에 대하여, 제 1 샘플 조각의 글라스의 밀도 (ｇ/㎤),X-선 흡수 계수 (㎝^-1), 가열 온도 (℃), 전기로에서의 이온 치환 강화법에 의한 처리를 행하는 유지 온도 (℃) 및 유지 시간 (hr), 글라스 표면의 압축 응력값 (㎫), 압축 응력층의 두께 (㎛), 제 2 샘플 조각의 스크래치 후 휨 강도 (㎫), 패널의 페이스부의 중앙 두께 (㎜), 패널 질량 (㎏) 및 벌브의 내수압 강도 (㎫) 를 나타내었다.

상술한 결과에 의하면, 예 5에서는, SrO 및 BaO가 본 발명의 함량보다 크고 C₁/C₃>0.9이므로, 이온 치환을 수행하기에는 부적합하고, 따라서 화학적 강화법을 예 2와 동일한 유지 온도 및 유지 시간 하에서 실시하더라도, 최소 70㎫의 압축 응력을 부여하는 것이 불가능하였다. 이에 반해, 예 2에서는, 압축 응력값이 135㎫인 층이 형성되었다.

또한, 페이스부의 두께가 동일한 예 1 및 4를 비교한 바 (두 경우, 페이스부의 두께가 11㎜이다.), X-선 흡수 계수가 30.0㎝^-1미만인 예 4는, X-선의 누설이 인체에 악영향을 미칠 수 있는 노출 비율인 0.5mP/hr을 초과할 가능성을 갖는 것이였다. 반면에, 예 1에서는 노출 비율이 0.5mP/hr 미만이므로 안전한 것으로 나타났다.

또한, 화학적 강화 처리가 적용되지 않은 예 3의 패널에 대해서는, 진공 응력에 대해 견딜 수 있도록 페이스부를 두껍게 형성하는 것이 요구되므로, 매우 무겁게 되었다. 이러한 예 3에 비해, 화학적 강화를 적용한 다른 패널에서는, 무게를 약 30%만큼 감소시킬 수 있었다.

본 발명은 2001년 5월 15일 자로 출원된 명세서, 청구항 및 도면을 포함하는 일본 특허 출원 제 2001-145371호 전체의 개시물을 참조한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 패널은 화학적 강화에 적합하고, 동시에 높은 X-선 차단 기능을 갖는 조성으로 구비되므로, 안전성이 손상되지 않고 경박화될 수 있는 동시에, 경량화되는 효과를 갖는다. 또한, 이와 같은 패널을 사용함으로써, 안전성이 우수하고 경량화된 음극선관을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

0.06㎚의 파장에서의 X-선의 선 흡수 계수가 30cm^-1내지 38cm^-1이고,

최소한 페이스부의 외면의 단축단부 및/또는 장축단부, 및 상기 페이스부의 내면의 중앙부에, 화학적 강화법에 의해 형성된 70㎫ 이상의 압축 응력을 갖는 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 글라스 패널.
제 1항에 있어서, 상기 압축 응력을 갖는 상기 층의 두께는 30㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 글라스 패널.
제 1항에 있어서, 총 질량을 기준으로 한 산화물의 질량 백분율로서,

SiO₂53.0% 내지 65.0%

Al₂O₃0.5% 내지 5.0%

Na₂O3.0% 내지 13.0%

K₂O1.0% 내지 9.0%

SrO3.0% 내지 8.6%

BaO5.0% 내지 12.0%

ZnO0.4% 내지 9.0%

ZrO0.5% 내지 5.0%

TiO₂0.1% 내지 0.6%

CeO₂0.1% 내지 0.9%

Li₂O0.0% 내지 3.0%

CaO0.0% 내지 4.0%

MgO0.0% 내지 4.0%

WO₃0.0% 내지 3.0%

로 필수적으로 구성되며, 상기 ZnO 및 ZrO₂의 총 함량은 2.5% 내지 11.0%이고, 상기 SrO, BaO, 및 CaO의 총 함량 C₁, ZnO의 함량 C₂, 및 ZnO 및 알칼리 토류 금속 산화물의 총 함량 C₃은 0.6≤C₁/C₂≤0.9 및 0.05≤C₂/C₃≤0.4의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 글라스 패널.
청구항 1항에서 정의된 컬러 음극선관용 글라스 패널을 사용하는 것을 특징으로 하는 컬러 음극선관.