KR100300315B1 - 레이저음극선관과이음극선관의스크린여기방법 - Google Patents

Abstract

레이저 음극선관의 전기 회로를 단순하게 하고, 장치제조비용을 절감하기 위해, 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 갖는 전자총과, 반도체 플레이트의 레이저 타겟을 갖는 레이저 스크린과, 레이저 타겟에 상기 전자빔을 포커싱하기 위한 포커싱 시스템과, 상기 전자빔을 편향시키는 디플렉션 시스템과, 레이저 타겟을 냉각시키기 위한 쿨링 시스템을 포함하며, 상기 캐쏘드는 실질적으로 접지 전위에 연결되고, 레이저 타겟은 높은 양의 전위에 연결된 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관을 제안한다.

Description

레이저 음극선관과 이 음극선관의 스크린 여기방법

본 발명은 양자 일렉트로닉스 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 대형화면에 화상을 표시하기 위한 투사형 텔레비전 시스템(Projection Television System)에 사용되는 레이저 음극선관 및 이 음극선관의 스크린 여기방법에 관한 것이다.

형광면을 갖는 전형적인 음극선관에 바탕을 둔 투사형 텔레비젼 장치는 수평방 미터에 이르는 면적을 갖는 투사형 스크린(Projective Screens)상에 화상을 표시하기 위해 널리 사용되고 있다. 그러나 텔레비전 장치의 투사형 화면상에 표시되는 화상의 크기는 투사형 장치의 형광면이 고밀도의 광플럭스(Light Flux)을 형성할 수 없기 때문에 제한되며, 따라서 충분한 휘도와 컨트라스크를 갖는 텔레비전 화상을 형성하기 어렵게 한다.

투사형 텔레비젼 시스템의 이러한 특성을 개선하는 효과적인 방법은 레이저 음극선관을 사용하는 것이다. (미국특허 3,558,935호 참조)

통상적인 음극선관과 뚜렷한 차이는 레이저 음극선관의 발광원이 레이저 타겟이라는 것이다. 상기 레이저 타겟은 평행한 양쪽 표면이 모두 코팅되어 있는 얇은 반도체 단결정 플레이트다. 일반적으로 전자빔이 입사하는 플레이트의 일면에 완전 반사 거울인 금속 코팅막이 제공되고, 상기 플레이트의 반대면은 반투명한 거울 코팅막이 입혀진다. 거울 표면들은 광학적 공명기를 구성하며, 그것들 사이의 반도체 플레이트는 전자빔이 여기하는 레이저의 능동적 매개물로써 작용한다. 레이저 타겟은 투명한 유전체 물질인 기판에 고정되며, 상기 기판은 레이저 음극선관의 광학적 출력 창과 레이저 타겟의 탈열기(Heat sink)로써 작용한다. 쿨링 시스템은 고 에너지인 전자빔의 작용에 의하여 매우 많은 양의 열이 방출되는 레이저 타겟을 냉각시키기 위하여 기판에 연결된다. 기판은 보통 낮은 온도에서 높은 열전도성을 갖는 사파이어와 같은 재질로 만들어 진다. 투명 기판과 함께 레이저 타겟은 레이저 음극선관의 레이저 스크린을 구성한다.

전자빔은 금속 코팅막을 통해 반도체 플레이트로 투과되어 자연적인 발광을 야기한다. 레이저 타겟상에 전자빔으로 인해 초래된 전류의 표면 밀도가 임계값(threshold value)을 초과할 때, 야기된 발광의 힘은 광학적 공명기의 손실보다 훨씬 크며, 전자빔의 입사하는 타겟 상의 요소는 레이저 발광을 일으킨다. 빛이 공명기를 반복적으로 통과할 때, 그것의 스펙트럼은 좁아지면, 단색의 빛이 방출된다.

레이저 빛은 반투명 거울 코팅막을 통해 반도체 플레이트의 표면에 수직으로 방사되어 사파이어 출력 창을 통해 음극선관을 떠나게 된다.

미국 특허 제5,280,360호에는 기재된 레이저 음극선관은 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드, 투명 유전체 기판의 선단면에 놓여진 반도체 플레이트인 레이저 타겟을 포함하는 레이저 스크린, 레이저 타겟 상에 전자빔을 포커싱하기 위한 포커싱 시스템, 그리고 기판의 측면에 연결되고 레이저 타겟을 냉각시키기 위한 쿨링 시스템을 포함한다.

상기 특허에 따른 레이저 음극선관의 스크린 여기 방법은 전자빔을 발생시키는 것과, 레이저 발광을 여기하기 위해 레이저 스크린의 한 요소에 전자빔을 향하도록 하는 것을 포함한다.

전자빔을 가속하기 위해 레이저 타겟은 캐쏘드보다 약 50∼70kV 높은 양의 전위를 가져야 한다. 공지된 레이저 음극선관에 있어서, 캐쏘드는 높은 음의 전위의 쏘스(source)에 연결되며, 레이저 타겟은 접지된다. 가속 전압을 공급하는 이러한 방법은 레이저 스크린이 레이저 타겟을 냉각하기 위한 접지된 시스템에 쉽게 연결되도록 한다.

하지만, 캐쏘드에 높은 전위를 인가하는 것은 캐쏘드와 이 캐쏘드에 이웃하는 전극에 연결된 전기 회로를 극단적으로 복잡하게 한다. 그러한 회로는 예를 들어 캐쏘드 필라멘트 서플라이 회로(Cathode filament supply circuits)나 비디오 신호 증폭기, 또는 바이어스 전압 발생원 등을 포함한다. 이러한 전기 회로의 복잡성은 접지로부터 이러한 회로를 전기적으로 절연시킬 필요성에 의해 초래된다. 따라서 전기 회로의 복잡성은 생산비용과 레이저 음극선관에 사용되는 장치제조비용을 증가시키는 결과가 된다.

본 발명의 주요한 목적은 레이저 음극선관과 레이저 스크린 여기 방법을 제공하는 것이며, 캐쏘드에 연결된 전기 회로를 접지하면서 높은 가속전압을 인가하는 것이다. 이는 전기 회로를 단순하게 하고, 레이저 음극선관에 사용되는 장치제조비용을 절감시킨다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 음극선관의 구성을 보여주는 도면.

상기 주요한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 갖는 전자총과, 반도체 플레이트인 레이저 타겟을 갖는 레이저 스크린과, 레이저 타겟에 전자빔을 포커싱하기 위한 포커싱 시스템과, 상기 전자빔을 편향시키기 위한 디플렉션 시스템과, 레이저 타겟을 냉각시키기 위한 쿨링 시스템을 갖는 레이저 음극선관을 제공하며, 상기 캐쏘드는 실질적으로 접지 전위에 연결되며, 상기 레이저 타겟은 높은 양의 전위에 연결된다.

제안된 레이저 음극선관에서 쿨링 시스템은 실질적으로 접지 전위에 연결된다.

상기 레이저 타겟으로부터 쿨링 시스템은 전기적 절연체에 의해 절연된다.

음극선관의 레이저 스크린은 상기 절연체를 구성하는 투명 유전체 기판을 포함하며, 상기 기판의 일측 선단면에는 레이저 타겟이 고정된다. 또한 기판의 반대편 주변부에는 쿨링 시스템이 연결된다.

기판의 측면대신에 레이저 타겟의 반대쪽인 기판의 선단면에 쿨링 시스템을 연결하는 것은, 레이저 타겟이 고정된 유전체 기판이 쿨링 시스템과 레이저 타겟의 전지적 절연수단으로써 사용될 수 있도록 한다. 따라서 레이저 타겟에 높은 양의 전위를 인가할 수 있으며, 쿨링 시스템은 접지된 상태로 있게 된다. 기판의 측면을 디자인하는데 있어, 공지된 디자인과의 차별점은 금속 코팅막이 없다는 것이다.

상기 쿨링 시스템은 메탈 플랜지를 통해 상기 기판면의 주변부에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 메탈 플랜지는 음극선관의 벌브안에 결합된 제2메탈 플랜지에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 투명 기판은 사파이어 디스크로써 만들어지는 것이 바람직하다.

전도성 실린더에 의해서 레이저 타겟과 연결되어 있는 고 전압 입력장치에 의해 높은 전위가 레이저 타겟에 인가되는 것이 바람직하며, 상기 전도성 실린더는 자성을 띄지 않는 물질(non-mahnetic material)로 만들어지면, 음극선관의 길이방향 축과 동축으로 위치된다.

레이저 타겟에 접촉하는 전도성 실린더의 가장자리(edge)는 적어도 하나의 접촉 스프링(contact spring)이 제공되는 것이 바람직하다.

제안된 레이저 음극선관은 레이저 타겟에 인접하는 전도성 실린더의 한 부분을 둘러싸며, 상기 전도성 실린더의 직경보다 큰 직경을 갖는 유전체 실린더를 더욱 포함한다. 상기 유전체 실린더는 전도성 실린더와 동축으로 레이저 타겟의 측면으로부터 투명 기판에 고정된다.

제2메탈 플랜지와 고 전위 입력장치사이를 덮어 씌우는 음극선관의 내측면은 표면 방전을 방지하기위해 비전도성 코팅막을 입히는 것이 바람직하다.

고 전위 입력장치 주위를 덮어씌우는 튜브의 외측면은 절연 화합물로 덮히는 것이 바람직하다.

상기 주요한 목적을 달성하기 위해, 레이저 음극선관의 스크린을 여기하기 위한 방법을 더욱 제안하며, 전자빔이 발생되고, 레이저 발광을 유도하기 위해 레이저 타겟의 한 요소로 향하게 되는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 전자빔은 실질적으로 접지 전위에 연결된 캐쏘드에서 발생되고, 레이저 타겟은 높은 양의 전위에 연결된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에 도시되어 있는 레이저 음극선관은 음극선관의 유리케이스(벌브)(2)의 넥크부에 장치된 전자총(1)을 포함하며, 전자빔을 발생하는 캐쏘드(2)를 포함한다. 상기 캐쏘드(3)는 실질적으로 접지 전위에 연결된다. 그리고 레이저 음극선관은 전자빔의 전류를 조절하기 위한 모듈레이터(4)는 공지된 레이저 음극선관에 사용된 통상적인 디자인을 갖는다.

레이저 음극선관은 상기 전자총(1)의 반대편의 위치한 레이저 스크린(5)과 투명 기판(7)의 일측 면(7a)에 부착된 레이저 타겟(6)을 더욱 포함한다. 상기 투명 기판(7)은 사파이어로 만들어진 디스크 형태를 갖는다. 상기 레이저 타겟(6)은 얇은 반도체 단결정 플레이트로써, 양쪽 표면 모두 평행하고 평탄하며, 광반사 코팅막이 입혀진다. 투명 기판(7)에 고정된 일측면은 반투명 유전체 코팅막이 입혀지며, 반대쪽 면은 완전 반사가 가능한 금속 유전체 코팅막이 입혀진다.

레이저 음극선관은 또한 레이저 타겟(6)에 전자빔을 집중시키기 위한 전자기포커싱 시스템(8)과 디플렉션 시스템(9)을 포함한다. 상기 디플렉션 시스템(9)과 전자기 포커싱 시스템(8)은 모두 도시되지 않았지만 포커싱된 전자빔의 수직 및 수평방향으로 편향시키기 위한 코일을 포함한다. 상기 포커싱 시스템(8)과 디플렉션 시스템(9)은 벌브(2)의 넥크 외주면에 고정된다.

상기 레이저 타겟(6)의 반대편에 위치하는 기판 선단면(7b)의 주변부는 메탈플랜지(10)에 밀봉되도록 결합된다. 상기 메탈 플랜지(10)는 음극선관의 벌브(2)에 밀봉되도록 결합된 제2메탈 플랜지(11)에 밀봉되도록 결합된다. 상기 플랜지(10)(11)는 코바르(Covar)로 형성될 수 있으며, 서로 납땜이나 용접에 의해 연결될 수 있다. 상기 기판(7)은 플랜지(10)의 접합부(soldered seam)(7c)에 결합될 수 있다. 쿨링 시스템의 플랜지(12)는 예를 들어 플랜지(10)의 외주면으로 용접에 의해 기계적으로 결합될 수 있다. 상기 쿨링 시스템은 통상적인 타입이 될 수 있으며, 예를 들어 냉매가 지나가기 위한 경로를 포함할 수 있다.

상기 플랜지(10)와 플랜지(12)를 통해 플랜지(10)에 결합된 쿨링 시스템은 캐쏘드(3)처럼 실질적으로 접지 전위에 연결된다.

레이저 타겟(6)에 양의 전위를 인가하기 위한 고전압 입력장치(high-voltage input)는 플랜지(11)로부터 다소 떨어져 벌브(2)의 측면에 위치된다. 상기 고전압 입력장치는 벌브의 유리에 결합된 금속 핀(13)으로 구성된다. 상기 벌브(2) 외측에 위치한 핀의 선단은 높은 양의 전위(약 30-70kV)를 갖는 쏘스에 연결된다. 전기적 방전을 방지하기 위해, 핀(13)둘레의 벌브(2) 외측면은 화합물(14)로 덮혀진다. 상기 핀(13)과 플랜지(11)사이의 벌브(2) 내측면에는 표면 방전을 방지하기 위해 유전체 코팅막이 입혀진다. 상기 코팅막은 크롬 산화물이 될 수 있다. 상기 메탈 플랜지(11)와 핀(13)과의 거리는 이들 요소들 사이에 전기적 브레이크다운(breakdown)을 막을 수 있을 정도로 형성한다. 벌브(2)의 내측에 위치된 핀의 선단은 비자성 전도성 물질로 만들어지고, 음극선관의 길이방향 축과 동축으로 위치된 원통형 스크린(16)의 일측 선단에 연결된다. 스크린(16)의 타측 선단 원주 주변부는 레이저 타겟(6) 표면의 금속 코팅막과 스크린(16)의 확실한 전기적 접촉을 보장하기 위해 배치된 접촉 스프링(17)과 연결된다. 원통형 스크린(16)의 길이는 대략 레이저 타겟(6)과 핀(13)사이의 같다. 원통형 스크린(16)의 직경은 레이저 타겟(6)으로 집중되는 전자빔을 방해하지 않도록 레이저 타겟(6)의 직경보다는 크다.

상기 스크린(16)과 플랜지(10) 사이에 방전을 막기위해, 스크린(16)보다 큰 직경을 갖는 유전체 실린더(18)가 스크린(16)과 동축으로, 그리고 레이저 타겟(6)의 주위로 투명 기판(7)에 고정된다. 따라서 상기 플랜지(10)와 가장 근접한 스크린(16)의 부분은 유전체 실린더(18)에 의해 둘러싸인다.

레이저 음극선관은 다음과 같이 작동한다. 전자총(1)은 전자빔(19)을 발생시키고, 상기 전자빔(19)의 전류는 전자총(1)의 모듈레이터(4)에 인가된 비디오 신호전압에 의존하다. 통상적인 투사 발광형 음극선관을 갖는 텔레비젼 장치에 쓰이는 것과 유사하고, 접지된 통상의 와이어를 가지는 표준 비디오 증폭기가 접지로부터 전기적으로 절연되지 않은 상태로 모듈레이터(4)에 연결될 수 있는데, 이는 음극선관의 캐쏘드(3)가 접지되어 있기 때문이다. 전자총에 통상적을 연결되는 다른 회로들 역시 접지된 공통의 와이어를 갖고, 통상적인 음극선관에 사용되는 통상의 회로들이다.

접지 보다 높은 양의 전압은 고전압 입력장치(13)을 통하여 레이저 타겟(6)가 인가된다. 메탈 플랜지(10)는 상기 전압으로부터 유전체 사파이어 기판(7)과 코팅막(15)을 갖는 글라스 벌브(2)와 유전체 실린더(18) 및 화합물(14)에 의하여 확실하게 절연된다.

고전압 입력장치(13)와 스크린(16)을 통하여 레이저 타겟(6)에 인가된 높은 가속 전압의 작용에 의하여 전자빔(19)은 레이저 타겟(6)을 향하게 된다. 포커싱 시스템(8)의 전자기 코일을 지나는 전류는 레이저 타겟(6) 상에 전자빔(19)을 포커싱시킨다. 마그네틱 포커싱에 있어서, 포커싱 시스템(8)에 의해 형성된 자계는 전자총(1)에 의해 발생된 발산하는 전자빔을 폭좁게 수렴하는 빔으로 모으는 자기 렌즈(도면에 대쉬 라인으로 도시되어 있다)를 구성한다.

디플렉션 시스템(9)의 코일은 톱니형인 수평 및 수직 주사 신호를 공급한다. 전자기 코일의 자계는 전자빔(19)을 수직 및 수평방향으로 편향시켜 일반적인 음극선관에 형성되는 텔레비전 라스터를 형성한다. 스크린(5)의 한 요소로부터의 발광강도는 전자빔(19)의 전류 밀도(current density)에 비례하며, 상기 전자빔(19)의 전류 밀도는 전자총(1)의 모듈레이터(4)에 인가된 비디오 신호 전압에 종속된다. 레이저 음극선관에 주사 신호와 비디오 신호를 동시에 공급하는 것은 도시하지 않은 외부의 투사 스크린에 레이저 음극선관으로부터 투사된 텔레비전 화상 정보를 제공한다.

쿨링 시스템은 레이저 타겟(6)을 설정된 온도로 냉각시킨다. 이는 레이저 타겟(6)의 임계 전류 밀도를 감소시키고, 음극선관의 발광 강도를 증가시킨다. 접지되고, 높은 양의 전압으로부터 확실히 절연된 메탈 플랜지(10)에 상기 쿨링 시스템이 연결되기 때문에 상기 쿨링 시스템은 접지될 수 있고, 표준 디자인을 갖을 수 있다. 기판(7)을 만드는 재질로써 사용된 사파이어는 낮은 온도하에서 높은 열전도성을 갖기 때문에 레이저 타겟(6)은 효율적으로 냉각된다.

따라서, 쿨링 시스템이 통상의 레이저 음극선관에서처럼 기판의 측면에 연결된 것이 아니라 레이저 타겟(6)에 반대쪽 면에 연결되며, 유전체 기판(7)이 쿨링 시스템과 레이저 타겟(6)사이에서 전기적 절연 수단으로써 사용될 수 있도록 한다. 그러므로, 쿨링 시스템이 접지된 상태에서 레이저 타겟(6)에 높은 양의 전위를 인가할 수 있다.

제안된 레이저 음극선관에 있어 캐쏘드(3) 또한 접지된 상태에 있다. 따라서 상기와 같이 음극선고나에 연결된 전기 회로를 단순화시킬 수 있고, 장치제조비용을 절감시킬 수 있다.

전자빔의 마스네틱 포커싱 및 편향을 이용한 상기 레이저 음극선관의 디자인은 단지 한 예로서 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 장치 및 방법에 있어 전자빔의 발생 및 포커싱, 그리고 편향은 음극선관이나 유사 장치에 사용된 것과 같은 공지된 방법이 사용될 수 있다. 다양한 타입의 레이저 타겟 또한 사용될 수 있다.

상기 레이저 음극선관은 캐쏘드가 접지되어 있어 전기 회로를 단순화시킬 수 있으며, 장치제조비용을 절감할 수 있다.

Claims (13)

1. 전자빔을 발생하기 위한 캐쏘드를 갖는 전자총과; 반도체 플레이트의 레이저 타겟을 갖는 레이저 스크린과; 레이저 타겟에 상기 전자빔을 포커싱하기 위한 포커싱 시스템과; 상기 전자빔을 편향시키는 디플렉션 시스템과; 레이저 타겟을 냉각시키기 위한 쿨링 시스템을 포함하며, 상기 캐쏘드는 실질적으로 접지 전위에 연결되고, 레이저 타겟은 높은 양의 전위에 연결된 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
2. 제1항에 있어서, 상기 쿨링 시스템은 실질적으로 접지 전위에 연결됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
3. 제1 또는 2항에 있어서, 레이저 타겟은 쿨링 시스템으로부터 전기적 절연체에 의해 절연됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
4. 제3항에 있어서, 레이저 스크린은 쿨링 시스템으로부터 레이저 타겟을 절연하는 상기 절연체를 형성하는 투명 유전체 기판을 포함하며, 상기 레이저 타겟은 상기 기판의 일면에 고정되고, 상기 쿨링 시스템은 상기 기판의 반대면 주변부에 고정됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
5. 제4항에 있어서, 상기 쿨링 시스템은 메탈 플랜지를 통해 상기 기판면의 주변부에 연결됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
6. 제5항에 있어서, 상기 메탈 플랜지는 음극선관의 벌브안에 결합된 제2메탈 플랜지에 연결됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
7. 제4항에 있어서, 투명 기판은 사파이어 디스크로 형성됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
8. 제1항에 있어서, 높은 양의 전위의 공급은 비 자성 물질로 만들어진 전도성 실린더에 의하여 레이저 타겟과 연결되고, 상기 전도성 실린더는 음극선관의 길이 방향의 축과 동축상으로 위치한 구성에 의해 이루어지는 레이저 음극선관.
9. 제8항에 있어서, 상기 전도성 실린더는 레이저 타겟과 접촉하는 가장자리를 갖고, 적어도 하나의 접촉 스프링을 갖추고 있음을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
10. 제8 또는 9항에 있어서, 상기 음극선관은 전도성 실린더보다 큰 직경을 가지며, 전도성 실린더의 한 부분을 둘러싸는 유전체 실린더를 포함하고, 상기 유전체 실린더는 전도서어 실린더에 대하여 동축으로 레이저 타겟의 측면으로부터 기판에 고정됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
11. 제6항에 있어서, 상기 높은 전위 입력장치와 제2메탈 플랜지사이의 튜브 케이스의 내측면 부분에는 표면 방전을 방지하기 위한 비 전도성 코팅막이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
12. 제1항에 있어서, 높은 전위 입력장치 주위로 음극선관 벌브의 외측면에는 절연 화합물이 덮혀짐을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
13. 전자빔이 발생되고, 상기 전자빔이 레이저 발진을 여기하기 위해 레이저 타겟의 한 요소로 향하게 되는 레이저 음극선관의 스크린 여기 방법에 있어서, 실질적으로 접지 전위에 연결된 캐쏘드를 갖는 전자총에 의해 전자빔이 발생되고, 레이저 타겟은 높은 양의 전위에 연결됨을 특징으로 하는 레이저 음극선관의 스크린 여기 방법.