KR100244140B1 - 칼라브라운관의 보정렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광광의 입사 패턴을 전자빔의 입사패턴에 근사시키는 신규한 구성의 보정렌즈를 개시한다.

연속면렌즈의 보정한계로 채택된 불연속면렌즈는 제조원가가 매우 높고 흑점을 형성하므로 그 보정을 위해 해상도의 저하가 야기되는 문제가 있었다.

본 발명에서는 출사면에서 각 광섬유의 지향방향이 전자빔의 입사방향에 대응하도록 광섬유의 다발로 보정렌즈를 구성하여 완전한 입사패턴의 보정과 함께 광원의 방사패턴의 보정도 가능하도록 하였다.

Description

칼라브라운관의 보정렌즈

제1도는 스트라이프형 칼라브라운관의 노광기구를 보이는 개략도.

제2도는 종래의 불연속면 렌즈의 구성을 보이는 상면도.

제3도는 불연속면 렌즈의 일례를 보이는 확대사시도.

제4도는 주보정렌즈의 역할을 설명하는 단면도.

제5도는 본 발명 보정렌즈의 원리를 설명하는 개략단면도.

제6도는 본 발명에 따른 보정렌즈의 한 구성을 보이는 사시도.

제7도는 본 발명에 의한 광원의 방사 패턴 보상 과정을 설명하는 패턴도이다.

* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명

1 : 광섬유(optic fiber) A1 : 입사면(入射面)

A2 : 출사면(出射面) F1,F2 : 프레임(frame)

본 발명은 칼라브라운관의 제조에 관한 것으로, 특히 그 패널의 형광면을 노광할때 사용되는 보정렌즈에 관한 것이다.

칼라브라운관은 R,G,B, 각 형광체를 소정패턴으로 배열하여 형광면을 구성하고 섀도우마스크(shadow mask)등의 색선별수단에 의해 각 형광체를 선택적으로 발광시켜 칼라화상을 구현하는 화상장치이다.

이와 같이 각 형광체와 이를 분리하는 블랙매트릭스(black matrix)를 미세한 패턴으로 형성하기 위해서는 사진식각법(photo lithograph)이 일반적으로 사용되는데, 이 방법은 감광물질(photo resist)을 포함하는 도막(途膜)을 형성하여 이를 마스크를 통해 선택적으로 노광시킨후 세척등으로 현상하여 패턴을 형성하는 방법이다.

제1도에는 스트라이프형 칼라브라운관을 노광하는 기구가 개략적으로 도시되어 있다. 내면에 한 형광체를 형성할 도막(C)이 형성된 패널(panel; P)에는 마사크로서 섀도우마스크(M)가 결합되어 광원(L)상에 설치된다.

광원(L)상에는 여러가지 보정렌즈들이 위치하게 되는 바, 부호 L1은 광원의 위치와 형태를 보정하는 프레넬(fresnel) 렌즈형태의 주(主)보정 렌즈이고, 보호 L3은 입사광을 전체적으로 편이시켜 지자기(地磁氣)의 영향을 보정하는 렌즈이다.

그런데 스트라이프형 칼라브라운관에는 R,G,B 세 전자총이 인라인(in-line)형태로 나란히 배열되므로 각 전자빔에 대해 전자빔 발사중심의 위치가 나란히 배열되어 서로 달라지게 된다. 이를 보상하기 위해 시프팅렌즈(shifting lens; L2)가 설치되는데, 이는 G빔(beam)의 노광시 중립이고 외측의 R,B 빔의 노광시 서로 반대방향으로 회전되어 광원(L)으로부터의 노광광을 전체적으로 시프팅시키게 된다.

주보정렌즈(L1)는 전술한 바와 같이 광원(L)의 위치와 전자빔 방사중심의 위치간의 차이를 보정하기 위해 사용되는 것으로, 복합곡률을 가지는 연속면렌즈로 구성되어 있다.

그런데 최근 브라운관의 대형화, 광폭화등에 따른 편향각의 증대와 다이나믹 컨버전스등에 의한 전자빔의 이축량(離軸量)의 증가, 브라운관의 대형화에 수반되는 패널(P)과 섀도우마스크(M)의 변형량 증대등의 여러가지 이유로 단일한 연속면렌즈에 의해 패널(P)의 전면에 걸친 완전한 보정은 불가능하게 되었다.

이에 따라 제2도에 도시된 바와 같이 주보정렌즈(L1)를 복수의 세그먼트(segment)로 나누어 각 세그먼트에 독립적인 곡률(曲率)을 부여한 소위 불연속면렌즈가 출현하였다.

이러한 불연속렌즈는 여러가지 구성이 제안된바 있으나 현재 가장 널리 사용되고 있는 것은 미국특허 제1,450,722호등으로 개시되어 제3도에 도시된 바와 같이 서로 다른 경사면을 가지는 세그먼트(S)들이 접합되어 구성된 보정렌즈(L1')이다.

그런데 이러한 구성의 보정렌즈(L1')는 각 세그먼트(S)들의 경계부에 불연속한 측벽(W1,W2)이 형성될 수 밖에 없으며, 이에 따라 이를 주보정렌즈로 노광하면 패널(P)의 도막(C)에 이 측벽(W1,W2)들의 그림자인 흑점이 형성되어 노광패턴을 불균일하게 하는 문제가 있다.

이에 따라 종래에는 이 보정렌즈(L')를 요동시켜 측벽(W1,W2)의 그림자를 분산시킴으로써 흑점의 형성을 방지하고자 하였으나, 이는 소위 확률노광이므로 노광된 패턴이 깨끗하지 못하고 해상도(resolution)가 저하되며 요동기구가 복잡해지는 등의 문제가 있었다.

종래의 불연속면렌즈에 의한 보정렌즈(L1')의 더욱 큰 문제는 그 형상이 매우 복잡하여 광학유리의 직접 연마로는 구성이 불가능하다는 사실이다. 이에 따라 금형을 제작하여 이 금형으로 보정렌즈(L1')를 성형해내고 있는바, 이 경우 금형은 고정및 금형이므로 억대 이상의 상당한 고가일뿐 아니라, 그 형상이 복잡하므로 금형으로도 유리재질의 성형은 거의 불가능하여 투명합성수지의 성형으로 보정렌즈(L1')를 구성하므로 보정렌즈(L1')의 광학적 특성과 열특성이 매우 열악한 실정이다.

이와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 본 발명자는 먼저 주보정렌즈(L1)의 역할을 상세히 살펴보았다.

전자총에 있어서 전자빔은 최종전극의 전자빔통과공으로 발사되고 편향(deflection)수단에 의해 편향되어 섀도우마스크(M)의 해당 어퍼츄어(aperture)를 통해 형광면으로 입사된다.

여기서 편향은 편향수단의 길이에 걸쳐서 이루어지므로 입사되는 전자빔의 접선을 연장해보면 중앙부에서 주변부로 갈수록 전자총 중심축과의 교점을 패널측으로 이동하게 된다.

즉 전자빔 방사중심을 한 점이 아니라 전자총 중심축상의 일정한 범위내의 선분(線分)상에 위치하게 되는 것이다. 특히 최근의 다이나믹 포커싱등 집속방법의 변화에 따라 전자빔 방사중심도 전자총 중심과 동축(同軸)을 유지하지 못하는 경우가 잦다.

그러므로 주보정렌즈(L1)은 제4도에 도시된 바와 같이 광원(L)으로 부터 방사되는 노광광의 패턴을 중앙부는 작은 굴절각으로 주변부는 큰 굴절각으로 변경하여 이동하는 전자빔 방사중심에 근사(simulation)시키는 변환계의 역할을 하게 된다.

이와 같이 패널(P)의 위치에 따라 다른 변환특성을 가지는 주보정렌즈(L1)를 단일한 렌즈로 구성한다는 것은 실질적으로 거의 불가능한 일이며, 이의 해결을 위한 불연속면렌즈는 전술한 바와 같이 흑점의 발생과 그 해결을 위한 해상도의 저하, 그리고 높은 제작원가의 문제들을 수반하게 된다.

여기서 또한가지 간과해서는 안될 사실은 광원(L)에서 방사되는 노광광의 방사패턴이 등방적(等方的)이지 못하단는 사실이다. 즉 고압수는 램프등으로 구성되는 광원(L)으로부터 방사되는 노광광은 어느 위치에서 투영해보아도 제7도의 A1'와 같이 래디얼(radial)한 방사패턴을 가지게 되며, 이에 따라 주보정렌즈(L1)로 보정된 노광광도 패널(P)에 대해 도시된 바와 같은 래디얼한 방사패턴으로 입사되므로 노광특성이 전면적으로 균일하지 못하게 된다.

이러한 방사패턴의 보정에는 원통형(cylindrical)렌즈나 토릭(toric)렌즈가 사용되는데 완전한 보상은 불가능할 뿐아니라 렌즈의 추가로 광투과량이 저하되므로, 일부 고급브라운관을 제외하고는 방사패턴의 보정은 일반적으로 행하지 않고 있다.

이에 따라 본 발명자는 광원으로부터의 방사되는 노광광을 한입사면으로 투영하고, 이 입사면을 다수의 영역으로 분할하여 각 영역으로 입사된 노광광을 출사면에서 전자빔 방사경로에 대응하는 방향으로 출사시키도록 변환하는 주보정렌즈를 구성하면 전자빔 방사중심을 근사시킬수 있을 뿐아니라 광원의 특성에 따른 방사패턴도 등방상태로 보정할 수 있다는 결론을 얻었다.

이를 위해 본 발명에서는 광섬유(optic fiber)의 다발(bundle)로 주보정렌즈를 구성하는 것을 특징으로 하는바, 그 구체적 특징과 이점들을 이하 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

제5도에서, 보정렌즈(L1)는 광섬유(1)를 집속시킨 광섬유다발로 구성된다. 각 광섬유(1)는 투광층(3)의 외측을 둘러싸는 반사층(2)을 구비하여 그 일단으로 입사된 광을 거의 감쇠없이 그 내부로 전달하여 출사하게 된다.

한편 광섬유(1)는 유연성을 가지므로 심한 변곡(變曲)이 아닌한 임의의 형태로 변형시킬수 있게 된다.

이에 따라 본 발명에서는 다수의 광섬유(1)를 다발로 묶어 보정렌즈를 구성하는바, 특히 출사면(A2)측의 각 광섬유(1)의 지향방향을 패널(제4도의 P)의 중앙부 및 주변부의 각 부위에 대한 전자빔의 입사방향과 동일하게 하면 전자빔의 입사를 거의 그대로 근사시킬수 있는 보정렌즈가 구성된다.

이러한 구성에 의하면 광섬유(1) 다발의 입사면(A1)측으로 입사된 입사광(ℓ1)이 출사면(A2)측에서 실제 전자빔의 각 부위에 대한 입사방향과 동일한 출사광ℓ2)으로 변환되므로, 전자빔의 방사중심과 노광광원과의 차이를 완벽하게 보상할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명 보정렌즈는 광섬유(1) 다발의 입사면(A1)과 출사면(A2)의 지향방향을 설정한 상태로 각각 프레임(F1,F2)으로 고정한뒤, 적절한 접합제로 고정하여 구성될 수 있다.

이때 입사면(A1)측의 프레임(F1)의 형태를 광원(L)의 방사패턴과 동일하게 래디얼 형태로 형성하고 출사면(A2)의 프레미(F2)을 패널(P)의 형광면에 대응하는 형태로 구성하면, 제7도의 좌단에 도시된 바와 같이 래디얼 형태의 광원(L)의 방사패턴(A1')을 균일한 등방패턴(A2')의 패널 형태로 변환할 수 있게 된다.

여기서 다수의 광섬유(1) 다발을 집속하여 출사면(A2)의 지향방향을 전자빔의 입사방향과 동일하도록 설정하는 방법과, 입사면(A1)측의 프레임(F1)을 래디얼 형태로 형성하는 방법등은 본원에 후속되는 보완출원에 의해 별도로 개시될 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 거의 완전한 광원 보정이 가능한 주보정렌즈를 낮은 제조원가로 구성할 수 있을 뿐아니라 광원의 방사패턴도 등방적으로 보정할 수 있게 되어, 본 발명은 고화질의 칼라 브라운관을 낮은 제조원가로 구현하는 큰 이점이 있다.

Claims (2)

1. 칼라브라운관 패널의 형광체 도막의 노광시 광원으로부터 노광광을 전자빔 방사경로에 따르도록 보정하는 보정렌즈에 있어서, 그 출사면의 각 광섬유의 지향방향이 상기 전자빔의 방사경로에 대응하도록 복수의 광섬유를 다발로 결속하여 상기 광원으로부터 입사면으로 입사된 상기 노광광을 상기 출사면으로 출사시키는 것을 특징으로 하는 칼라브라운관의 보정렌즈.
2. 제1항에 있어서, 상기 입사면이 상기 광원의 방사 패턴에 따라 래디얼 형태로 구성되고, 상기 출사면이 상기 패널의 형태로 구성되는 것을 특징으로하는 칼라브라운관의 보정렌즈.