KR100346965B1 - 전자총을구비한음극선관및정전렌즈시스템 - Google Patents

Abstract

전자빔의 발생을 목적으로 적어도 하나의 전자방출원(21)을 장착한 빔 성형부(20)를 구비하는 전자총과, 전자광 예비 집속렌즈를 형성하기 위해 예비 집속전압이 작동중에 교차하여 제공되는 전극(31,32)의 예비 집속시스템(30)과, 전자광 주요렌즈를 형성하기 위해 주요 렌즈전압이 작동중에 교차하여 적용되는 전극(41,42)의 주요 렌즈시스템(40)을 포함한다. 전극(31,32,41,42)은 절연 지지체(47)에 고정되기 위한 고정수단(45)과 전자빔(7-9) 관통용 구멍(16)을 장착한다. 예비 집속시스템(30)은 구멍(16)의 위치에서 두 전극(31,32) 사이의 거리(L2)가 각각의 고정수단(48)의 위치에서의 두 전극(31,32) 사이의 상호 거리(L1)보다 작아지도록, 적어도 하나의 전극(32)이 다른 전극(31)으로 돌출하는 인접한 한쌍의 전극(31,32)을 포함한다. 두 전극(31,32)은 구멍(16)의 위치에서 정전기 파괴에 의해 형성되는 거리 만큼 충분히 분리된다.

Description

전자총을 구비한 음극선관 및 정전렌즈 시스템{Cathode ray tube provided with an eletron gun, and electrostatic lens system}

본 발명은 전자빔을 발생시키기 위해 적어도 하나의 전자 방출원(electron source)을 갖는 빔 성형부들 구비한 전자총과, 전자광 예비 집속렌즈(electron-optical prefocusing lens)를 형성하기 위해 예비 집속전압(prefocusing voltage)이 작동중에 교차하여 제공되는 전극의 예비 집속시스템(prefocusing system)을 포함하는 음극선관에 관한 것이며,

전자총은 전자광의 주요 집속렌즈를 형성하기 위해 외부 전극이 적어도 작동중에 상기 전극 사이의 주요 집속전압을 제공하기 위한 수단을 장착하는 전극의 주요렌즈 시스템을 부가로 포함하며, 상기 전극은 전자빔이 관통하는 적어도 하나의 구멍과 전극을 절연 지지체에 접속시키는 고정수단을 장착한다.

또한, 본 발명은 전자광 예비 집속렌즈를 형성하기 위해 예비 집속전압이 작동중에 교차하여 제공되는 전극의 예비 집속시스템과, 외부 전극이 적어도 작동중에 주요 집속렌즈를 제공하기 위한 수단을 장착하는 전극의 주요렌즈 시스템과, 전자빔이 관통하는 적어도 하나의 구멍과 전극을 절연 지지체에 접속시키는 고정수단을 구비한 상기 전극을 포함하는 정전렌즈 시스템(electrostatic lens system)에 관한 것이다.

상기 방식의 장치는 미국 특허 제 4,168,452호로부터 공지되어 있다. 상기 장치에서 사용되는 전자총은 주요렌즈 시스템의 외부 전극이 적어도 작동중에 비교적 큰 15-20 kV의 주요 집속전압을 상기 전극사이에 제공하는 전기 접속부 형태의 수단을 장착한 3 중 전위 방식이다. 예들 들어, 가장 통상적인 2 중 전위 전자총과 같이 비교적 큰 주요 집속전압이 주요렌즈 시스템의 외부 전극 사이에 제공되는 전자총의 다른 방식에 있어서, 주요렌즈 시스템의 두 외부 전극이 같은 높이의 전위를 전도하는 단일 전위의 전자총과는 대조적으로, 상기 다른 방식의 전자총은 통상적으로 작동중에 단지 약화된 전위를 주요렌즈 시스템의 제 1 전극에 제공하는 결과를 갖는다. 또한, 통상적으로 주요렌즈 시스템의 제 1 전극은 예비 집속시스템의 최종 전극을 구성하기 때문에, 상기 전극은 전자총의 예비 집속동작을 약화시키므로 서두에 기술된 방식의 장치에서 빔의 선명도가 저하된다.

후자의 현상을 방지하기 위해, 공지된 장치의 전자총의 예비 집속시스템에서 보조전극을 사용하고 상기 보조 전극이 작동중에 주요렌즈 시스템의 제 1 전극 보다 더 큰 전위를 전도한다. 따라서, 예비 집속시스템에서 전기장의 크기는 더욱 커져서 양호한 예비 집속이 달성되고 더욱 선명한 전자빔을 형성할 수 있게 된다.

그러나, 공지된 장치의 단점은 빔의 선명도를 향상시키기 위해 보조전극을 필요로 하지만, 이것은 비용이 증가되고 일정 조건에서 공간이 추가되며 전자총에서 보조 전기접속을 필요로 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 보조전극을 제외한 상태에서도 향상된 예비 집속을 형성할 수 있는 서두에서 기술된 방식의 장치를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명에 의하여 서두에서 기술된 방식의 장치는, 전극의 예비 집속시스템이 구멍이 위치한 곳에서 두 전극 사이의 거리가 각각의 고정수단이 위치한 곳에서의 두 전극 사이의 거리보다 작아지도록, 적어도 하나의 전극이 다른 전극을 향하여 돌출하는 한쌍의 인접한 전극을 포함하는 것과, 설치된 상기 구멍의 위치에서의 전극은 정전기 파괴(electrostatic breakdown)로 형성되는 거리 만름 충분히 격리되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 범주에 있어서, 주요 위치설정과 다른 프로세스 오차 안에서 정전기 파괴를 목적으로 정해지는 거리는 구멍의 위치에 있는 두 전극 사이에 유지된다.

본 발명은 인접한 전극 사이의 상호 최소거리가 절연 지지체에 있는 고정수단들 사이의 상호거리에 의해 주로 결정된다는 사실을 인식하는 것을 기본으로 한다. 통상적으로, 지지체의 절연재료에 따른 정전기의 파괴전압은 주요 진공상태에서의 파괴전압보다 매우 작다. 따라서, 전극에 따라 정렬되는 고정수단에 대하여, 전극 사이의 최대 전기장의 크기는 절연 지지체에 따른 상기 파괴 전압에 따라 제한된다.

적합한 한 쌍의 고정수단을 전극에 따라 정렬하지 않고 본 발명에 따라 격리시킴으로써, 양 전극울 더 근접하게 함께 설치할 수 있고 구멍이 위치하는 곳에서 전극의 상호 최소거리는 단지 주요 진공상태에 있는 정전기의 파괴전압으로 정해진다. 실행에 있어서, 구멍의 위치에서 두 전극 사이의 거리는, 전극의 필연적인 위치 오차와 장치에서 주위의 변이를 허용하면서, 인벨로프(envelop)내의 진공상태에서 예비 집속전압과 최대 전기장의 크기 몫의 이론상의 최소값에 접근한다는 사실을 의미한다. 두 전극 사이의 전자빔을 좌우하는 전기장의 크기와 예비집속은 결과적으로 상기 목적을 위해 필요한 보조전압(높은전압)을 갖는 보조전극이 없이도 향상될 수 있다. 그러므로, 실행에 있어서 빔의 동질성은 매우 향상되고 양질의 스폿(spot)을 얻을 수 있다.

가장 통상적인 경우에 있어서, 지지체에 따른 최대 전기장의 크기는 대개 진공 상태가 작용할 때의 최대 전기장의 크기 보다 대략 3 배 작다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 특수한 실시예는 구멍의 위치에서 두 전극 사이의 거리가 각각의 고정수단의 위치에서의 두 전극 사이의 거리보다 대략 3 배 작은 것을 특징으로 한다.

통상적으로, 서두에 기술된 방식의 장치의 진공 인벨로프 안에는 진공상태로 되어 있어 7kV/mm 내지 12kV/mm 크기의 최대 전기장을 얻을 수 있는데, 한편으로 절연 지지체에 따른 최대 전기장의 크기는 대략 3kV/mm로 제한된다.

따라서, 본 발명에 따른 장치의 부가 실시예는 두 전극 사이의 거리가 예비 집속전압의 1/7 내지 1/12 범위에 있고, 한편으로 고정수단 사이의 거리는 예비 집속전압의 1/3 보다 크며, 상기 거리의 단위는 mm 를 사용하고 상기 예비집속전압은 kV 를 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 경우에 있어서, 서두에 기술된 방식의 어떤 종래 장치에 의한 문제를 실제로 일으키지 않고 전자총을 사용할 수 있다.

본 발명의 상기 견해 및 다른 견해는 하기에 기술된 실시예를 참고하여 분명하고 확실해질 것이다.

제 1 도는 본 발명에 따른 음극선관을 구비한 영상 디스플레이 장치의 실시예의 개략적인 사시도.

제 2 도는 제 1 도에서 도시한 영상 디스플레이 장치에서 전자총을 투시한 상세도.

제 3 도는 제 2 도의 전자총의 개략적인 단면도.

제 4 도는 제 2 도의 전자총의 변형된 실시예의 개략적인 단면도.

상기 도면들은 완전하게 일정한 비율로 축적되지 않은 개략도이다. 이해를 돕기 위해서, 일부의 크기틀 확대했다. 도면에 있어서 상응하는 요소는 가능하면 같은 부호를 사용하였다.

제 1 도에서 도시된 영상 디스플레이 장치의 실시예는 진공 인벨로프(2)를 갖는 본 발명에 따른 음극선관(1)과 디스플레이 창틀(3), 코운(cone)(4) 및 목(5)을 구비한다. 목(5)은 상기 실시예에서 3 개의 전자빔(7 - 9)을 발생시키기 위한 전자총(6)을 수용한다. 본 발명의 범주에 포함되는 전자총은 넓을 의미를 포함하는 것으로 고려해야 하며, 단일 전자빔을 발생시키기에 적합한 단일 전자총 뿐 아니라, 예를 들어 본 발명의 실시예에서 가끔 기술되는 3 개 전자총의 통합 또는 비통합 시스템을 포함한다.

상기 실시예에서 빨강, 초록 및, 청색 형광성광을 포함하는 전자 발광 디스플레이 스크린(10)은 디스플레이 창틀(3)의 안쪽 면에 나타난다. 인벨로프(2)의 외부면은 개략적으로 도시되고 마그네틱 코일 시스템 형태의 편향 세트(deflection unit)를 포함한 편향 수단(11)을 장착한다. 영상 스크린(10)의 경로에 있어서, 전자빔(7 - 9)은 디스플레이 스크린(10)이 전체적으로 검색될 수 있도록 편향 세트의수단으로써 편향될 수 있으며, 빔은 상기 실시예에서 구멍(13)이 형성된 플레이트 형태의 새도우 마스크틀 포함하는 컬러 선택수단(12)을 통과한다. 빔(7 - 9)은 구멍(13)을 상호 작은 각도로 통과하여 적합한 빔(7 - 9)의 형성과 연관되는 컬러의 형광 성분과 충돌한다. 부가로, 영상 디스플레이 장치는 전기 전압을 전자총의 전극에 적용하기 위한 수단(14)을 포함하며, 상기 수단은 도면에서 개략적으로 도시되었고, 최종 제품에서 연판관통(lead-through) 전극 수단(15)을 통해 전자총(6)에 접속된다. 조립체는 하우징(도시되지 않음)을 부가로 포함한다.

제 1 도에서 도시된 장치의 전자총은 제 2 도에서 더욱 상세히 도시되었다. 전자총(6)은 통상 전극(21)을 장착한 3 개의 정렬된 전자 방출원(electron source)이 합체된 3 극 진공관과 관련되고, 작동하는 동안 지면에 접지되는 G1과 가끔 관련되는 전자빔 발생부(20)틀 포함한다. 유사하게, 전자총(6)의 모든 다른 전극과 같이, 통상 전극(21)은 일렬로 정렬되고 전자빔이 관통하는 대략 5.5 mm의 직경을 갖는 3 개의 구멍(16)을 구비한다.

또한, 전자총(6)은 대략 500 V 와 5.5 kV 의 작동 전위를 각각 갖는 두개의 연속된 전극(31,32)의 예비 집속시스템(30)을 포함한다. 전극(31,32)의 상기 시스템으로 구성되는 전자광 예비 집속렌즈는 실재 영상이 전자 방출원(21)으로 형성된다는 사실을 확증하며, 여기서 영상은 전자총에서 전극의 주요 렌즈시스템(40)에 의해 구성된 주요 집속렌즈를 위한 대상으로 적당하다.

주요 렌즈시스템(40)의 제 1 전극은 예비 집속시스템(30)의 최종 전극(32)에 의해 구성된다. 더우기, 주요 렌즈시스템은 통상 양극(anode)으로 표시되고 작동중에 통상적으로 대략 25 - 30 kV의 전위로 유도되는 최종 전극(41)을 포함한다. 작동하는 동안 주요 렌즈시스템은 전자광 주요렌즈를 구성하고 적당한 집속을 형성하여 발생하는 3 개의 전자빔을 디스플레이 스크린상(11)에 모으는 역할을 한다. 주요 렌즈시스템에서 전위 변위(potential variation)를 수정하고/또는 전위 점프(potential jump)를 감소시키기 위해 주요 렌즈시스템에서 부가 전극을 사용할 수 있다.

전자총의 다수 전극은 3 개의 전자빔이 관통하는 정렬된 세 구멍(16)을 포함하며 고정수단(48)에 의해서 고정수단의 양 측면에서 통상 유리성분의 절연 지지체(47)에 각각 접속된다. 상기 재료는 정전기 전기장의 최대 크기 3 kV/mm 을 지탱할 수 있다. 예비 집속시스템에서 5 kV 의 전위차를 갖는 지지체(47)의 위치에서, 상기 전극은 필연적으로 고려하는 위치오차와 다른 프로세스 변이(process fluctuation)의 여백 만큼 증가된 전극(31,32) 사이의 상호 최소거리 1.7 mm 로 유도된다.

본 발명은 매우 큰 전기장이 그리드(grid)에 있는 구멍(16)의 위치에서 수용될 수 있다는 인식을 기본으로 한다. 최대 전기장의 크기는 주요 진공 상태에서 파괴 전압에 의해 정해지며, 기술된 방식의 장치에서 대략 10 kV/mm 의 최대값을 갖는다. 본 발명에 따라서, 구멍(16)의 위치에서 전극 사이의 거리(L₂)가 고정수단(48)의 위치에서의 전극 사이의 상호거리(L₁) 보다 훨씬 작아지도록, 구멍의 위치에서 두 전극(31,32)중 적어도 하나의 전극은 다른 전극을 향해 돌출한다.두 전극(31,32)은 설치된 구멍(16)의 위치에서 정전기 파괴로 형성되는 거리 만큼 충분히 격리되며, 이 경우에 있어서 상기 거리는 위치오차와 다른 프로세스 변이에 대해서 필연적으로 고려되는 여백 만큼 증가된 대략 0.5 mm 의 거리(L₂)를 포함한다. 상기 경우에 있어서, 예비 집속시스템(30)의 전자빔을 좌우하는 전기장은 지지체(47)에 따른 최대값 보다 충분히 3 배 이상의 최대값을 갖으며, 그것은 전자총의 예비 집속동작을 향상시켜서, 디스플레이 스크린 상에서 빔의 최종 스폿(spot)의 질과 동질성을 상당히 개선시킨다.

양호한 실시예에 있어서, 제 2 전극(32)은 각각의 부품(321,322,323)으로 구성되며, 제 1 부품(321)은 고정수단(48)을 포함하고 제 2 부품(322)은 제 1 부품 (321)의 측면에서 다른 전극(31)을 향하는 중간 부품(323)을 통해서 또는 중간 부품(323)을 통하지 않고 설치되며 전자빔이 관통하는 구멍(16)을 포함한다. 전극(32)의 각각의 부품은 대략 0.8mm 두께의 박판 재질을 사용한다. 제 2 부품(322)과 제 1 전극 사이의 거리(L₂)는 제 1 부품(321)과 제 1 전극(31) 사이의 거리(L₁)보다 작은 대략 1.6 mm 이다. 각각의 부품은, 예를 들어, 펀칭하여 함께 용접함으로써 제작할 수 있다.

예비 집속시스템(30) 전극(31,32)의 변형된 실시예는 제 3 도에 도시되었다. 제 3 도는 전자총의 예비 집속 시스템을 개략적으로 도시하며, 전자빔 관통용 구멍(16)을 포함하는 중심부품(12)이 고정수단(48)을 구비한 주변부품(311)에 대해서 대략 1.5 mm 돌출하도록, 대략 0.4 mm 두께의 박판 재질의 제 1 전극(31)을 컵형상으로 가공하여 구부린다. 따라서, 상기 경우에 있어서, 구멍(16)의 위치에서 예비 집속시스템(30)의 두 전극(31,32) 사이의 상호 거리(L₂)는 정전기 파괴에 의해 한정되고, 위치오차와 다른 프로세스 변이에 대해서 필연적으로 고려되는 여백 만큼 증가된, 두 전극(31,32) 사이의 전위차 kV에 대한 대략 0.1 mm 의 제한 값으로 축소된다. 그러나, 고정수단(48)과 지지체(47)의 위치에서 거리(L₁)은 전위차 kV 에 대한 0.33 mm 의 적당한 제한값 이상에서 충분히 유지된다.

비록, 본 발명은 두 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며 해당 기술에 익숙한 숙련자는 본 발명의 범주 안에서 다양한 변화와 구성을 생각할 수 있음은 명백한 사실이다. 예를 들어, 전극에 대한 릴라이프(relief)를 제한하기 위해 예비 집속시스템의 양 전극이 서로를 향해 돌출될 수 있다. 다른 방식으로, 빔의 형태를 변형하여 특수 목적으로 적용하기 위해, 예비 집속시스템과 주요렌즈 시스템에서 두 전극과 전위이외에 보조 전극 및 전위를 부가로 사용할 수 있다. 본 발명은 적어도 하나의 보조전극이 주요 렌즈시스템의 제 1 전극과 최종 전극 사이에 사용되고, 보조 전극은 작동 중에 개개의 전위를 전도하며, 전위가 제 1 전극의 전위보다 낮은 3 중 전위 전자총과 D M L 방식(분산전 주요 렌즈)의 전자총 또는 주요 렌즈에서 전위 점프틀 감소시키는 것과 같이 주요렌시스템은 주요 렌즈전압이 점차 단계적으로 교차하여 분산되는 비교적 다수의 전극을 포함하는 M S F L(다중 단계 집속 렌즈) 방식의 전자총의 장점에 사용될 수 있다.

더우기, 본 발명은 종합 컬러 전자총에 대해서도 중요할 뿐 아니라, 개개의 컬러 전자총과 단색 전자총의 장점에서도 사용된다. 부가로, 정전 렌즈시스템은 전송 전자현미경(TEM)과 검색 전자현미경(SEM) 또는 영상 강화장치에서 사용될 수 있다.

본 발명은 전자총의 전기적인 변화없이 강력한 예비집속을 갖는 전자총을 장착하는 서두에서 기술된 방식의 음극선관을 제공한다.

Claims (7)

1. 전자빔을 발생시키는, 적어도 하나의 전자 방출원을 장착한 빔 성형부를 구비하는 전자총과, 전자광 예비 집속렌즈를 형성하기 위해 예비 집속전압이 작동중에 교차하여 제공되는 전극의 예비 집속시스템을 포함하고, 상기 전자총은 전자광의 주요 집속렌즈를 형성하기 위해 외부 전극이 적어도 작동중에 상기 전극 사이의 주요 집속전압을 공급하는 수단을 장착한 전극의 주요렌즈 시스템을 부가로 포함하며, 상기 전극은 전자빔이 관통하는 적어도 하나의 구멍과 전극을 절연 지지체에 고정시키는 고정수단을 구비한 음극선관에 있어서,

   예비 집속시스템 내부의 구멍 위치에서 두 전극 사이의 거리가 각각의 고정수단이 설치된 위치에서의 두 전극 사이의 거리보다 작아지도록 전극의 예비 집속 시스템은 적어도 하나의 전극이 다른 전극으로 돌출하는 인접한 한쌍의 전극을 포함하고,

   예비 집속시스템 내부에 형성된 구멍 위치에서 전극들은 정전기 파괴에 의해 형성되는 거리 만큼 충분히 격리되는 것을 특징으로 하는 음극선관.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 예비 집속시스템 내부의 구멍 위치에서 두 전극 사이의 거리는 각각의 고정수단이 설치된 위치에서의 두 전극 사이의 거리보다 대략 3 배 작은 것을 특징으로 하는 음극선관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 구멍의 위치에서 상기 두 전극 사이의 거리는 인벨로프내의 진공상태에서의 예비 집속전압 및 최대 전기장의 크기의 값과 거의 같으며,

   상기 고정수단 사이의 거리는 지지체에 따른 예비 집속전압 및 최대 전기장의 크기의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 음극선관.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 두 전극 사이의 거리는 예비 집속전압의 1/7 내지 1/12 사이에 있고 고정수단 사이의 거리는 예비 집속전압의 1/3 보다 크며, 상기 거리는 밀리미터(mm)로 표시되고 장기 예비 집속전압은 킬로볼트(kV)로 표시되는 것을 특징으로 하는 음극선관.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 예비 집속시스템의 두 전극중 적어도 하나의 전극은 적어도 두 부품으로 구성되고, 제 1 부품은 고정수단을 구비하며, 제 2 부품은 적어도 하나의 전자빔이 관통하는 구멍을 장착하고 또 시스템의 다른 전극을 향하는 제 1 부품의 측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 음극선관.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   두 그리드 중 적어도 하나의 그리드는 최소 하나의 전자빔이 관통하는 구멍이 합체된 컵 형상의 가공부품 또는 굽힘부품을 포함하며, 상기 부품은 시스템의 다른 전극을 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 음극선관.
7. 전자광 예비 집속렌즈를 형성하기 위해, 예비 집속전압이 작동중에 교차하여 제공되는 전극의 예비 집속시스템과, 외부 전극이 적어도 작동중에 주요 집속렌즈를 제공하는 수단을 장착하는 전극의 주요렌즈 시스템을 포함하며, 상기 전극은 전자빔이 관통하는 적어도 하나의 구멍과 전극을 절연지지체에 고정시키는 고정수단을 구비한 정전렌즈 시스템에 있어서,

   예비 집속시스템 내부의 구멍 위치에서 두 전극 사이의 거리가 각각의 고정수단의 위치에서의 두 전극 사이의 거리보다 작아지도록 전극의 예비 집속시스템은 적어도 하나의 전극이 다른 전극을 향하여 돌출하는 인접한 한쌍의 전극을 포함하며,

   예비 집속시스템 내부에 형성된 구멍의 위치에서 전극들은 정전기 파괴로 형성되는 거리만큼 충분히 격리되는 것을 특징으로 하는 정전 렌즈시스템.