專利名稱：防爆陰極射線管管泡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于陰極射線管的玻璃管泡(envelop)，特別是其顯示屏(panel)或屏面(face plate)。
背景技術(shù)：
陰極射線管通常具有玻璃管泡，該玻璃管泡被抽真空并對管子的工作真空密封。該玻璃管泡包括觀看顯示屏部件、錐體部件和管頸部件。一電子槍安裝在管頸部件中。
由于顯示屏部件提供了在其上形成圖象或顯示的屏幕，所以通常把它叫做屏面或顯示窗。通常，顯示屏部件具有下垂的周邊裙，它可以熔化的密封材料密封到錐體部件上的。
由于管子在抽真空的狀態(tài)下工作，所以在顯示屏兩面有一個大氣壓的壓強差。這樣，當裂縫隨玻璃冷卻而擴大時產(chǎn)生爆裂的危險，或者爆裂的危險也可由搬運期間的磨損或擦傷而引起。為了消除這種危險，增加了顯示屏的厚度。通常，顯示屏的玻璃厚度大于錐體和管頸部件的玻璃厚度，因為這些部件不容易損壞且在管子工作期間是不暴露在外的。
對較大圖象的管子尺寸的需求不斷增長，這導(dǎo)致顯示屏越來越大。與之相應(yīng)的是顯示屏和管子重量的增加。這導(dǎo)致難于在搬運重的成品時使之不受到損壞。這樣還需要更長的時間和更多的精力來處理顯示屏和管子，因而增加了成本。這就導(dǎo)致迫切地想找到不同于增加顯示屏厚度來防止爆裂的替代品。
已提出了許多建議使用所謂的防爆箍。這種防爆箍牢固地包圍了顯示屏的裙邊(skirt)部分，并可以粘封到其上。保護箍可以由金屬或其它堅固的材料來制成。
已知通過進行回火來使玻璃加固。這種嘗試通常用于諸如汽車玻璃和玻璃廚具此類各種物品?？赏ㄟ^把冷卻氣體吹到玻璃的表面來對玻璃進行熱回火。這加速了表面玻璃的凝固，從而在其中引起壓縮應(yīng)力。還提出通過化學(xué)方式進行回火的另一個嘗試。在此過程中，通過使離子積聚在玻璃表面而使用離子交換來產(chǎn)生壓縮。
本發(fā)明旨在生產(chǎn)一種用于陰極射線管的改進的玻璃管泡。尤其是，本發(fā)明旨在生產(chǎn)顯示屏尺寸超過19″的較大尺寸的管子。本發(fā)明還旨在減小陰極射線管(CRT)顯示屏玻璃的厚度，同時保持完全的防爆。本發(fā)明還旨在一種生產(chǎn)陰極射線管的顯示屏的方法，這種管子具有符合完全防爆的最小厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的產(chǎn)品是一種用于陰極射線管的玻璃管泡，該玻璃管泡包括厚度(t)由以下公式來定義的顯示屏部件(σ)P=kP(a/t)2這里，(σ)P為顯示屏中的凈拉伸應(yīng)力，(a)為以英寸為單位的短軸的一半長度，(t)為以英寸為單位的顯示屏厚度，(P)為以psi為單位的大氣壓強，(k)為基于管子幾何形狀的結(jié)構(gòu)常數(shù)。顯示屏具有不超過1150psi的凈拉伸應(yīng)力，在顯示屏制造期間引起表面壓縮，緊箍在顯示屏裙邊周圍的防爆箍使顯示屏的表面壓縮增大，從而顯示屏厚度基本上小于相應(yīng)的未經(jīng)處理的顯示屏的厚度。
本發(fā)明還在于一種減小陰極射線管玻璃管泡中顯示屏部件的厚度的方法，其中由公式(σ)P=kP(a/t)2來定義厚度(t)，這里(σ)P為顯示屏中的最大拉伸應(yīng)力，此方法包括通過處理顯示屏表面而在顯示屏表面中提供壓縮并通過在顯示屏裙邊周圍緊箍防爆箍來增大此壓縮，同時把(σ)P的值保持在不超過1150psi，從而允許顯示屏厚度比未處理的顯示屏減小。
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附圖概述附圖中的

圖1是一局部切除的側(cè)視圖，示出依據(jù)本發(fā)明的陰極射線管。
圖2是圖1的顯示屏部件的俯視圖。
本發(fā)明的較佳實施方式本發(fā)明與在生產(chǎn)陰極射線管時所使用的玻璃管泡有關(guān)。尤其是與此玻璃管泡的觀看顯示屏部件有關(guān)。管子和玻璃管泡兩者通常由顯示屏部件的幾何形狀來識別。本發(fā)明不限于任何特定的管子幾何形狀。然而，本發(fā)明是結(jié)合流行的矩形玻璃管泡而發(fā)展的，并以此進行描述。
圖1是局部切除的側(cè)視圖，示出被標為10的通常的陰極射線管結(jié)構(gòu)。管子10包括標準玻璃管泡部件觀看顯示屏12、錐體14和管頸16。電子槍18安裝在管頸部件16中。為了清楚起見，省略了諸如熒光屏和陰罩等與本發(fā)明無關(guān)的其它管子部件。
觀看顯示屏12具有下垂的裙邊部分20。通過在裙邊20的邊沿和錐體14之間使用熔融密封劑，將顯示屏12連接到錐體14上。
當對管子10抽真空時，在外部環(huán)境和基本上為零的內(nèi)部壓強之間存在近似于一個大氣壓的壓強差。此壓強差產(chǎn)生在整個管子表面上，但它與顯示屏12特別有關(guān)系，因為顯示屏12暴露于安裝好的電視機外面。此壓強差在顯示屏上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。必須限制此拉伸應(yīng)力，以防止表面裂縫的增大繼而導(dǎo)致玻璃管泡的破裂。
圖2是矩形顯示屏部件12的俯視圖，其中以虛線示出長軸24和短軸26。已發(fā)現(xiàn)，位于短軸26末端附近的角板(gusset)區(qū)域28經(jīng)受了最高的應(yīng)力，它是最弱顯示屏中的最弱區(qū)域。即，當破裂發(fā)生時的預(yù)期損壞發(fā)生源。
更深入的研究表明，通過把顯示屏12上的凈拉伸應(yīng)力限制到1150psi可避免爆裂。測試保持在此應(yīng)力值或低于此應(yīng)力值的幾百個測試件，未出現(xiàn)損壞，即使是對于嚴重磨損的樣品。然而，在例如1400psi較高拉伸應(yīng)力值的情況下，至少發(fā)生一些損壞。依據(jù)以下公式來確定拉伸應(yīng)力(σ)P:
(σ)P=kP(a/t)2。
很明顯，可允許的顯示屏厚度(t)受凈拉伸應(yīng)力的控制。后者不可以超過1150psi。還很明顯，顯示屏重量隨顯示屏厚度厚度的增加而增加。本發(fā)明旨在減小厚度，從而減小重量，所要求的是拉伸應(yīng)力保持在1150psi限制范圍內(nèi)。
我們已發(fā)現(xiàn)根據(jù)制造條件的一致性在任何地方都可把管子顯示屏的正常厚度減小10-35％。為了實現(xiàn)這種減小，我們組合了在顯示屏12的外表面中引起表面壓縮的兩種方法。
在生產(chǎn)期間快速冷卻顯示屏部件12可在顯示屏表面中引入可觀程度的壓縮。依據(jù)現(xiàn)行條件，可引入從450-1650psi的表面壓縮度。在某種程度上，在抽氣烘干循環(huán)中所固有的熱處理期間可能失去這種表面壓縮。管子在最終密封前就面臨這種循環(huán)。慮及高達30％的可能損失，可保留至少315-1155psi的壓縮應(yīng)力值。此壓縮應(yīng)力對于1150psi的拉伸應(yīng)力值能抵消到這樣一個程度，即使凈拉伸應(yīng)力為835psi。
我們還發(fā)現(xiàn)通過在顯示屏12的裙邊20的周圍緊箍上改進形的金屬箍30可使顯示屏的壓縮應(yīng)力值進一步增加。這樣，可引入170-290psi的壓縮應(yīng)力值。繼而把凈拉伸應(yīng)力減小到大約665psi。
應(yīng)理解，通常的要求不在于減小拉伸應(yīng)力，而是希望減小顯示屏厚度，因而減小管子的重量。結(jié)果，本發(fā)明的實際效果是在管子顯示屏中保持最大拉伸應(yīng)力1150psi。然后，利用上述公式來計算可允許的最小顯示屏厚度。此計算揭示，可把未處理的玻璃管泡顯示屏的正常厚度減小25％那么多。因而，可把以普通方式冷卻的厚度為1/2″的顯示屏的厚度減小到3/8″。
雖然可使用各種類型的緊箍邊沿箍，但我們已發(fā)現(xiàn)用焊接的連接板型邊沿箍具有最佳的結(jié)果。Keith Guenther等人在1996年5月21日出版的’96 Displayworks中名為“Evaluation of Fabrication and Reliability of Metal Band Joining Techniquesfor Long Term Safety of CRTs”中描述了這種類型的箍。
空氣冷卻是在玻璃顯示屏中引起壓縮應(yīng)力值的較佳方法。然而，應(yīng)理解，通過離子交換來進行化學(xué)回火也同樣有效，雖然這不太實用。通過熱處理來控制形成應(yīng)力的釋放也是在CRT顯示屏中引入高的表面壓縮的有效方法。
參考一項測試來進一步描述本發(fā)明，在該項測試中比較了幾組密封和抽真空的CRT。每一組中的管子具有本質(zhì)上相同的物理特性，但各組具有不同的特性。尤其，每一組具有獨有的中心屏面厚度(CFT)值與高表面壓縮(HSC)值的組合。
CFT是在管子顯示屏中心處以英寸表示的厚度。HSC是在顯示屏中引入的以psi表示的壓縮，以抵消由于壓強差而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。在100天的時間里進行測試；所有的管子都是按照標準商業(yè)實際應(yīng)用準備的；所有顯示屏都經(jīng)過輕微的磨損以模擬預(yù)期的使用。
下面的表Ⅰ示出每一組的特征CFT和HSC值(在密封邊測得的進入HSC值)；每一組中管子的數(shù)目；以及損壞的數(shù)目。
表Ⅰ
CFT(in.) HSC(psi) #已測試#損壞A 0.491±0.0061700±10010 0B 0.491±0.006600±100 8 8C 0.521±0.0091700±10010 0D 0.551±0.009600±100 10 0E 0.491±0.0061700±100 9 0F 0.491±0.006600±200 10 4G 0.491±0.0061200±100 7 0H 0.491±0.0061700±10010 0I 0.521±0.009600±100 9 0很明顯的是，在界限內(nèi)，所要求的CFT隨HSC相反地變化。根據(jù)這個和其它測試，已確定在27″的顯示屏中，CFT可從大約0.480″開始變大，而HSC在600和1700psi之間變化。
此外，CRT必須經(jīng)過撞擊測試。在UL1418中Underwriters Lab的“Standardfor Safety of CRTs”以及在CAN/CSA-C22.2,No.228-92中的“Canadian Standardsfor CRTs”中描述了這些測試。
這些測試包括在特定條件下以特定重量的球或射體來進行撞擊。這些測試用于在CRT因大物體的重擊而爆裂的情況下保證觀眾的安全。通過這些測試把爆裂時玻璃碎片拋出的距離限制在0-5ft。這些碎片行進到多遠依據(jù)兩個因素，即ⅰ)碎片的尺寸從而其重量，以及ⅱ)推進碎片的能量。
前者受到防爆箍所引起的壓縮應(yīng)力的影響，因為較高的壓縮將使幾個碎片固定在一起，從而增大其質(zhì)量。后者由三個能量源構(gòu)成，即ⅰ)由真空所產(chǎn)生的能量，ⅱ)由壓強差引起的彎曲所產(chǎn)生的能量，以及ⅲ)由來自防爆箍的壓縮應(yīng)力而引起的局部形變所產(chǎn)生的能量?？偰芰康那皟蓚€分量受CRT的尺寸支配，因而它們相對固定，即它們不可能變化。然而，可通過簡單地改變防爆箍的寬度或厚度或這兩者來控制來自防爆箍的壓縮應(yīng)力，從而調(diào)節(jié)第三個分量。
除了減小能量以外，由防爆箍所引起的局部形變也改變了顯示屏中心的隆起(doming)值。隆起值是管子顯示屏上中心點聳起的距離，即因所加的壓縮應(yīng)力而向外或向上彎曲。應(yīng)注意，顯示屏的中心在抽真空時向內(nèi)移動，而防爆箍幫助它回到其原始位置。因而，隆起是一個復(fù)原值。一定數(shù)量的隆起是提供所需應(yīng)力的必然結(jié)果。然而，測試表明，必須限制隆起以通過安全測試。
表Ⅱ給出了CFT和HSC的值以及對經(jīng)過UL和CSA測試的幾組成品CRT所測得的隆起值。該表還給出用于引起壓縮應(yīng)力的防爆箍的寬度。
表Ⅱ管子CFT HSC隆起箍寬度 ##組(in.)(psi)(mm)(in.)已測試損壞1 0.49117000.1211.496 15 12 0.491 6000.1101.496 15 03 0.52117000.1031.496 15 04*0.551 6000.1041.496 15 05 0.49117000.1281.496 15 16 0.54117000.1101.4968 07 0.60717000.0951.4968 08 0.54117000.0941.378 22 09 0.60717000.0881.3784 0表Ⅱ中所歸納的爆裂測試數(shù)據(jù)清楚地表明，如果由寬度為1.496″的標準箍引起太高的隆起值，即大于0.110mm，則不能使中心屏面厚度為0.491″的CRT通過爆裂測試。
顯然，防爆箍起到了雙重作用。除了在顯示屏中引起壓縮應(yīng)力以外，控制箍的寬度可控制隆起即由彎曲所產(chǎn)生的形變能量。表Ⅱ表明，把箍的寬度減小到1.378″導(dǎo)致壓縮的降低和隆起的減少，這有助于通過爆裂測試。因此，對于在厚度規(guī)格所容許范圍以內(nèi)的較薄顯示屏，通過爆裂測試需要較窄的防爆箍。
根據(jù)上述測試，我們發(fā)現(xiàn)加到27英寸CRT的顯示屏裙邊的金屬箍的寬度應(yīng)落在1.378到1.496英寸的范圍內(nèi)。此外，為了保證通過UL和CSA安全測試，隆起值應(yīng)在0.088到0.110mm的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于陰極射線管的玻璃管泡，該玻璃管泡包括由以下公式來定義厚度(t)的顯示屏部件(σ)P=kP(a/t)2這里，(σ)P為顯示屏中的凈拉伸應(yīng)力，顯示屏具有不超過1150psi的凈拉伸應(yīng)力，具有在顯示屏制造期間引起的表面壓縮，并具有緊箍在顯示屏裙邊周圍的防爆箍，此防爆箍增大了顯示屏中的表面壓縮，從而顯示屏厚度基本上小于相應(yīng)的未經(jīng)處理的管子玻璃管泡的顯示屏厚度。
2．如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于顯示屏部件具有矩形幾何形狀。
3．如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于在顯示屏制造期間所引起的表面壓縮在450-1650psi的范圍內(nèi)。
4．如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于由防爆箍所引起的表面壓縮在170-290psi的范圍內(nèi)。
5．如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于防爆箍是焊接的連接板型。
6．一種減小陰極射線管玻璃管泡中顯示屏部件的厚度的方法，其特征在于由公式(σ)P=kP(a/t)2來定義厚度(t)，這里(σ)P為顯示屏中的最大拉伸應(yīng)力，所述方法包括通過處理顯示屏表面而在顯示屏表面中提供壓縮并通過在顯示屏裙邊周圍緊箍防爆箍來增大此壓縮，同時把(σ)P的值保持在不超過1150psi，從而允許顯示屏厚度較未經(jīng)處理的顯示屏厚度有所減小。
7．如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括通過處理顯示屏表面而在所述表面中給與450-1650psi范圍內(nèi)的壓縮度。
8．如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括使顯示屏的外表面急冷，使它以比內(nèi)部更快的速度冷卻，從而在所述表面中提供壓縮。
9．如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括控制形成應(yīng)力的釋放，從而在該表面中提供壓縮。
10．如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括在顯示屏的裙邊周圍緊箍了焊接的連接板型邊沿箍。
11．一種生產(chǎn)陰極射線管顯示屏的方法，其特征在于所述方法包括如此擠壓具有所要求形狀和厚度的玻璃顯示屏，致使顯示屏中的凈拉伸應(yīng)力在一個大氣壓強下不超過1150psi；在顯示屏冷卻時使顯示屏的外表面急冷或者控制形成應(yīng)力的釋放，以在該表面中提供壓縮；以及在顯示屏的裙邊周圍緊箍防爆箍，以增大顯示屏中的壓縮度，在CRT被放置在一個大氣壓強下時這些組合的壓縮度把顯示屏中的凈拉伸應(yīng)力減小到不超過1150psi。
全文摘要
一種用于陰極射線管(10)的玻璃管泡及其生產(chǎn)方法。此玻璃管泡包括顯示屏部件(12),所述顯示屏部件(12)的厚度(t)由含有凈拉伸應(yīng)力的公式所定義;其中顯示屏具有不超過1150psi的凈拉伸應(yīng)力,具有顯示屏制造期間引起的表面壓縮,并具有在顯示屏的裙邊(20)周圍的防爆箍(30),此防爆箍增大了顯示屏(12)中的表面壓縮,從而使顯示屏厚度基本上小于相應(yīng)的未經(jīng)處理的管子玻璃管泡的顯示屏厚度。
文檔編號H01J29/86GK1234135SQ97198950
公開日1999年11月3日 申請日期1997年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月24日
發(fā)明者A·格羅舍, S·T·古拉蒂 申請人:康寧股份有限公司