KR0125148Y1 - 칼라음극선관용 전자총의 주렌즈 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 칼라음극선관용 전자총의 주렌즈구조에 관한 것으로 특히 렌즈의 구경을 확대하기 위해 넥크의 직경을 증가시키지 않고 실효구경을 확대하여 렌즈의 구면수차를 감소시키고 전류증가시 스포트증가를 감소시켜 고해상도 칼라브라운관을 구현할수 있도록 한 것으로서, 렌즈의 실효구경을 확대하기 위해 주렌즈형성용 통전극의 대향면에 전자빔중 중앙의 전자빔 통로만을 둘러싸도록 곡면레일을 형성시킨 극판을 각각 구비한 것이다.

Description

칼라음극선관용 전자총의 주렌즈 구조

제1도는 종래 전자총의 일부 파단 단면도.

제2도는 종래 주정전집속렌즈 전극의 단면 확대도.

제3도는 종래 주렌즈중심을 지나는 관축의 단면도.

제4도는 전자빔의 입사각도에 의한 주렌즈의 집속상태도.

제5도는 본 고안의 주렌즈형성전극의 일부 파단도.

제6도는 본 고안의 극판으로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도.

제7도는 본 고안의 주렌즈를 지나는 전자빔으로서, (a)는 수직방향 단면도, (b)는 수평방향 단면도.

제8도는 본 고안의 실시예에 대한 결과 상태도.

제9도는 본 고안에 의한 스포트크기 측정 결과도.

제10도의 (a)(b)는 본 고안 극판의 다른 실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101,102 : 극판 103,104 : 용접부

108 : 제 3 그리드 109 : 제 4 그리드

120 : 레일

본 고안은 칼라음극선관용 전자총의 주렌즈 구조에 관한 것으로서 특히 제한된 튜브넥크에서 R,G,B 전자총의 중앙빔의 중심체적과 사이드빔의 중심체적간의 거리를 변화시키지 않고 렌즈의 구경을 효과적으로 확장시킬수 있도록 한 것이다.

일반적으로 칼라음극선관에 사용되는 전자총은 동일 평면상에 인-라인(in-line)으로 3 개의 전자빔이 통과하는 전자빔통공을 설치한 복수개의 그리드전극(grid electrodes)을 배치하고, 역시 동일평면상에 상기 그리드 전극의 전자빔통광과 대응하는 3 개의 캐소우드(cathode)를 갖춘 구조로 되어있고 캐소우드 내에 내장된 히터의 가열에 의해 음극막의 표면에서 열전자가 방출되며, 방출된 열전자는 음극면 앞에 위치한 그리드 전극들에 인가된 전위에 의해 크로스오버라 불리는 물점이 형성되며, 형성된 물점에서 발산하는 전자빔들은 각각의 수렴통로를 따라 가속 및 접속되면서 진행하여 칼라음극선관의 형광스크린상에 작은 수렴면적을 가지는 3개의 전자빔스포트를 형성한다.

상기와 같은 전자총은 일반적으로 각 그리드 전극에 인가된 전위에 의해 전자빔을 가속하고 집속하는 정전집속방식이 채책되는데, 주정전집속렌즈는 형광스크린측에 가까운 한쌍의 그리드전극사이에 형성되어 캐소우드와 캐소우드앞면에 배치된 몇개의 그리드전극으로 구성되는 전자빔형성영역에서 부터 입사하는 전자빔을 집속시키며, 이때 주정전집속렌즈의 성능은 렌즈의 집속강도와 렌즈의 근축영역과 최외각 영역에서의 집속력의 차 즉 구면수차에 의해 결정되며, 형광스크린상에서는 양호한 전자빔스포트를 얻기위해서는 양호한 주정전집속렌즈 즉 구면수차가 작은 주정전집속렌즈를 갖도록 가능한 주렌즈집속렌즈를 구성하는 그리드전극들의 전자빔 통공을 확장시켜야 한다.

그럼 종래 칼라음극선관용 전자총을 제1도 내지 제4도에 의하여 설명한다.

먼저 구성을 살펴보면, 열전자를 방사시킬 수 있도록 열원을 공급하는 히터(3)와, 상기 히터(3)를 지지하는 지지체(1)와, 상기 히터에 의해 발생된 열을 외부와 차단하는 원통형캡을 지지하는 지지보조체(2)와, 상기 원통형캡 상단에 열전자 방사 물질이 도포되어 있는 산화막(4)으로 구성되었다.

그리고 상기 산화막(4)전방에는 제 1 그리드(5), 제 2 그리드(6), 제 3 그리드(7,8), 제 4 그리드(9)가 순차 배치되었고 상기 그리드를 지지하는 비드글래스(10)가 구성되었다.

도면중 미설명부호 15 는 넥크내벽을 나타낸다.

전자총이 동작하게 되면 제 1 그리드(5)는 접지, 제 2 그리드(6)는 약 300-1000V, 제 3 그리드(7,8)는 약 5-9kV, 제 4 그리드(9)는 약 22-35kV 의 전압이 인가된다. 주렌즈전극의 상세도면인 제2도에서보면 제 3 그리드전극(8)과 제 4 그리드전극(9)의 대향부분에는 3 개의 전자빔 통과공(11a,11b,11c,12a,12b,12c)들의 간격을 나타내고 있으며, 중앙빔 통과공(11b,12b)와 사이드빔 통과공(11a,11c,12a,12c)들과 일정간격 S 로 배열되어 있고, 전자총과 구동회로의 치명적인 영향을 억제하기 위해 전극(8)과 넥크내벽(15)사이가 일정간격을 유지하고 있다.

상기의 제 3 그리드전극(7,8)과 제 4 그리드전극(9)에 의해 형성된 주렌즈는 제1도와 같이 히터(3)의 가열에 의해 캐소우드로 부터 방출된 전자빔을 집속 및 가속시켜 형광스크린에 빔스포트를 형성시키게 된다.

그러나 인라인형 전자총에서는 녹(G),청(B),적(R) 각각에 대응하는 3 개의 전자총을 동일 수평면에 배열되어 있으므로 내경이 한정된 넥크관내에 전자총을 수용하면 각 전자총의 주렌즈를 구성하는 원통의 구경 및 주렌즈간격을 취할 수 있는 치수는 크게 제약을 받는다. 주렌즈 구경을 증대하려고 하는 욕구를 충족시키기는 매우 곤란하다. 이 문제에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 수상관의 포커스특성에 크게 영향을 주는 요인으로서, 주렌즈의 렌즈배율과 수차가 있으며 이들은 렌즈집속작용에 엄격하게 의존한다. 수상관에서는 전자빔의 주사면적과 편향각을 정하면 주렌즈로 부터 결상면까지의 거리가 확정된다. 결상면 까지의 거리가 일정하다는 조건하에서 렌즈의 집속작용을 약하게 하는것은 렌즈배율의 저하를 초래하게 되고 더우기 편향수차의 증대를 방지하기 위하여 주렌즈내에서의 빔의 퍼짐을 일정치로 억제하려는 조건을 추가하면 주렌즈에의 빔 입사각도를 저하시키는 결과가 된다.

제4도는 음극에서 나온 전자빔이 물점을 형성한후 주렌즈에 입사할때 입사각도에 의해 주렌즈의 집속특성이 달라지는데 그 현상을 나타낸 것이다. 이 때문에 똑같은 물점크기라도 주렌즈에 입사하는 입사각이 각각 다를경우 스크린에서의 빔스포트 크기는 차이가 있다. 이러한 형상을 수학적인 표시문자를 이용하여 나타내면 아래와 같은 관계가 있다. 전자빔의 입사각도를 α₁라 하면 주렌즈의 수차중에서 가장 우세한 구면수차에 의한 최소착란원 직경 δ는

로 표시하며, 빔 입사각도를 저하시키면 구면수차를 격감시킬 수 있다. 여기서 M은 렌즈배율, C_SP는 구면수차계수이다.

이와같이 수상관에서는 주렌즈의 렌즈집속작용을 약하게 하면 렌즈배율과 구면수차가 저감되어 포커스특성이 향상된다. 이 집속작용을 약하게 하는 방법의 하나는 주렌즈를 형성하는 제 3 그리드(7,8)와 제 4 그리드(9)의 전자빔통과공의 개공부 직경을 확대하는 것이다. 그러나 인라인형 전자총에서는 R,G,B 3색의 각각에 대응하는 주렌즈를 동일수평면에 배열하고 있으므로 개공부 직경은 유리용기중 전자총을 채용하고 있는 넥크부 내경의 1/3 이하가 아니면 안된다. 전극의 두께를 고려하고 또한 전극가공상의 문제까지 고려한다면 한계치는 더욱 작은값이 된다. 이러한 한계값을 끌어올리기 위해서는 넥크로 부터의 내경을 확대하면 되지만 이것은 편향전력이 증대되고, 또 일반적으로 상기 개공부직경을 확대하면 개공부의 이심거리 S 가 커져서 수평특성이 약화된다고 하는 문제도 생긴다. 이러한 이유로 개공부 직경은 통상적으로 가능한 크게 하고 있으므로 이상의 확대는 매우 곤란한 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 점을 감안하여 렌즈의 실효구경을 확대하기 위해 주렌즈형성용 통전극의 대향면에 전자빔중 중앙의 전자빔 통로만을 둘러싸도록 곡면레일을 형성시킨 극판을 각각 구비함으로서, 렌즈의 구면수차를 감소시켜 전류증가시 발생되는 스포트증가를 감소시켜 고해상도 칼라브라운관을 제공하도록 한 것이다.

본 고안을 제5도 내지 제10도에 의하여 설명한다.

렌즈의 실효구경을 확대하기 위해 주렌즈형성용 통전극의 대향면에 전자빔중 중앙의 전자빔 통로만을 둘러싸도록 곡면레일(120)을 형성시킨 극판(101,102)을 용접부(103,104)에 의하여 제 3 그리드(108)와 제 4 그리드(109) 안쪽에 소정의 간격으로 각각 구성하였다.

그리고 상기극판(102,102)은 수평과 수직방향의 렌즈집속력차에 의한 비점수차를 보정하도록 사각형상으로 구성하고, 개공의 수평폭이 수직폭보다 작게 구성하였다.

이와같이 구성되는 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

주렌즈에 입사하기 전에 전자빔을 형성시켜주는 전단부는 종래의 전자총과 동일하며, 효과적으로 확장된 대구경 주렌즈를 형성하는 만곡된 레일을 형성시킨 극판(101,102)을 제 3 그리드(108)와 제 4 그리드(109) 안쪽에 소정의 간격을 유지하도록 각각 용접부(103,104)를 접촉시켜 부착시키게 된다.

그리고 제 3 그리드(108)와 제 4 그리드(109)의 대향면을 구성하는 극판(101,102)의 만곡된 레일(120)이 서로 대항하고 있으므로 극판 내부에 대항전극의 전위가 깊이 침투하여 개공부직경의 확대와 동일한 효과를 가져온다. 즉 주렌즈의 실효직경이 증가된다. 그러나 전극외주부의 단면은 비원형으로서 수평방향의 직경이 수직방향보다 크다. 따라서 전위의 침입은 수평방향에서 현저하며, 수평방향의 실효직경이 수직방향보다 커진다. 이 때문에 수평방향의 렌즈집속력이 수직방향보다 약해져서 전자빔을 집속할때 비점수차가 생긴다. 그래서 이것을 보정하기 위해 극판의 형상이 제6도와 같이 사각형으로 되어있고, 또 레일(120)형상이 곡면으로 이루어져 있다. 상기 극판(101,102)의 사각구멍폭은 수평방향 개구폭이 수직방향개구폭보다 작게 되어 있다. 이로 인해서 수평방향의 전위의 침입을 억제하고, 수평 및 수직 양방향의 집속력을 균등하게 해서 비점수차를 제거할 수 있다.

제7도는 주렌즈를 지나는 전자빔(130)의 수직 및 수평방향 단면도인데, 점선(X')은 극판이 없을때의 등전위선이고, 실선(X)은 곡면형상의 극판이 있을때의 등전위선을 나타내고 있다. 곡면형상을 가진 레일형 극판이 없을 때 근축에서 수평면 전계의 방향은 거의 관축과 평행하다. 따라서 집속작용을 하는 반경방향 전계성분은 수직보다 수평이 다소 약함을 알 수 있다. 이러한 집속전계의 차이로 인해 비점수차가 생긴다. 곡면형상을 가진 레일형극판이 없을 때의 수직면에서의 등전위선의 모양변화는 수평면에 비해 거의 차이가 없다. 그러므로 평판전극의 치수를 잘 선택하면 수직 및 수평에서의 전계성분값을 같게 할 수 있으므로 비점수차는 제거 될 수 있다.

그리고 본 발명의 곡면형상을 가진 레일형 극판은 컨버전스(convergence)도 보정가능하다. 이러한 현상은 제6도에서와 같이 수평면에서 곡면형상을 가진 레일형 극판이 없을 때 점선으로 나타낸 렌즈의 중심측(140)에서 벗어나 있는 사이드빔(150)은 집속작용을 받는다. 그러나 곡면형상을 가진 레일형 극판이 있을 때는 위와 같은 집속효과는 약해지지만 사이드빔(150)과 센터빔(160)은 중심축상 어느 한점에 수렴될 것이다. 이러한 수렴점은 렌즈의 치수를 적당히 잘 선택하면 원하는 지점에 수렴시킬 수 있다.

본 고안의 실시예를 이하에 설명한다.

본 고안의 구체적인 치수는 유니바이포텐셜렌즈(UNI-BI-POTENTIAL LENS)를 채용한 전자총에 대한 구체적인 치수이다. 주렌즈를 형성하는 부분의 전극중 음극쪽을 제 5 그리드, 양극쪽을 제 6 그리드라고 하고, 전극의 치수를 각각 부호 5,6 을 첨가하여 표시한다.

곡면형상을 가진 레일형 극판의 후퇴량 : a₅= 1.0mm , a_{6 =}1.0mm

곡면형상을 가진 레일형 극판의 지지용접점에서 안쪽으로 굽어진량 : b₅= 2.55mm , b₆= 1.55mm

곡면형상을 가진 레일형 극판의 수직방향 최대폭 : 1 = 10.45mm

곡면형상을 가진 레일형 극판의 수직방향 개구폭 : h = 8.0mm

곡면형상을 가진 레일형 극판의 수평방향 개구폭 : w₅= 1.0mm , w₆= 5.4mm

곡면형상을 가진 레일형 극판의 수직방향 레일폭 : t₅= 1.0mm, t₆= 0.5mm

사이드빔 직진궤도와 사이드빔 직진궤도 사이 간격 : s = 5.5mm

또한 제 5 그리드, 제 6 그리드의 외주전극의 외주형상은 트랙형상이며, 그 좌우양단 폭은 21mm 이다.

상기의 치수로 제 5 그리드 전극의 축방향 길이를 35.5mm 라고 하고, 제 5 그리드에 인가되는 포커스전압을 7 kV, 제 6 그리드에 인가되는 양극전압을 30kV 라고 했을때 주렌즈의 중심에서 340mm 떨어져 위치한 스크린에 전자빔을 집속시킬 수가 있었다. 이것은 구경이 약 8.6m 의 바이포텐셜렌즈에 상당하며, 대구경화가 달성되어 있다. 또 곡면형상을 가진 레일형 극판(101,102)의 후퇴에 의해 사이드빔에 대해서 중심방향으로 집속력이 생기므로 컨버젼스도 얻을수 있다.

본 실시예에서는 외주전극의 수평방향 개구직경은 제 5 그리드와 제 6 그리드 모두 21mm 이며, 이 크기를 작게 할 수 있으면 유리용기의 넥크내면과 전극간의 간격이 넓어져서 고전압 인가시의 방전으로 인한 유리내면의 손상을 방지할 수 있다. 이 개구 직경이 작아져도 즉 S 치가 종전의 6.6mm 에서 5.5mm 로 되어도 실효구경의 축소는 되지 않는다. 왜냐하면 극판의 레일이 안쪽으로 굽어있고, 또 전극외주부 양쪽과 레일까지의 자리를 크게 잡을 수 있기 때문이다. 그리고 S 치가 작아졌으므로 화면 주변부 스크린에 세전자빔의 집중이 용이하게 되므로 편향수차에 의한 전자빔의 스포트 찌그러짐이 작아 스포트형상이 스크린 전면에 걸쳐 일정하게 된다.

제8도는 상기 실시예에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이며, 제9도는 29인치에 대해 적용시 전류의 증가에 대한 형광스크린상 스포트(SPOT) 크기를 측정한 값으로 α는 종래 전자총의 스포트크기이고, β는 본고안의 H-소포트크기이며, γ는 본고안의 V-소포트크기를 나타낸다. 본고안의 전자총은 종래의 전자총에 비해 고전류영역에서 스포트 증가가 급격히 즐어들고 있음을 보여주고 있다. 종래의 전자총을 29 인치와 같은 대형 화면을 갖는 브라운관에 적용했을 때는 휘도를 충족시키기 위해서 전류량을 증가해야 하고, 전류량을 증가시키면 스포트의 크기가 증가하여 해상도 열화를 초래하였으나 본 고안의 전자총은 대전류를 사용하는 브라운관에서는 아주 효과적이므로 고해상도를 실현가능하게 한다.

이와같은 본 고안은 렌즈의 구경을 확대하기 위해 넥크의 직경을 증가시키지 않고 실효구경을 확대하여 렌즈의 구면수차를 감소시키고 전류증가시 스포트증가를 감소시켜 고해상도 칼라브라운관을 구현할수 있도록 하는 고안이다.

Claims (2)

1. 렌즈의 실효구경을 확대하기 위해 주렌즈형성용 통전극의 대향면에 전자빔중 중앙의 전자빔 통로만을 둘러싸도록 곡면레일을 형성시킨 극판을 각각 구비한것을 특징으로 하는 칼라브라운관용 전자총의 주렌즈구조.
2. 제1항에 잇어서, 극판은 수평과 수직방향의 렌즈집속력차에 의한 비점수차를 보정하도록 사각형상으로 구성하고 개공의 수평폭은 수직폭보다 작게 구비한것을 특징으로 하는 칼라브라운관용 전자총의 주렌즈구조.