KR100313897B1 - 칼라 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라 음극선관 또는 고정세도 산업용 모니터(Monitor)에 사용되는 전자총에서 주렌즈를 형성하는 전극의 구조에 관한 것으로, 주렌즈경의 확대를 통해 화면상에서의 스폿경을 축소하여 화면상의 포커스를 향상시킴과 동시에 비점수차 특성을 조정하여 화면의 전영역에 걸쳐 포커스 균일성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극(13)(14)을 대향된 한 쌍으로 구성하되, 각각의 주렌즈 형성전극이 세 전자빔에 공통인 하나의 전자빔 통과공(13a)(14a)과, 상기 전자빔 통과공으로부터 일정 거리 떨어진 지점에 위치된 정전장제어전극체(19)(20)로 구성된 음극선관용 전자총에 있어서, 포커스전극(13)에 고정되는 정전장제어전극체(19)에 수직방향이 수평방향보다 큰 비원형의 3개의 전자빔 통과공(19a)(19b)(19c)을 각각 독립되게 형성하고, 애노드전극(14)에 고정되는 정전장제어전극체(20)는 양단부가 수직인 직선으로 형성함과 동시에 중앙부에 원형의 단일 전자빔 통과공(20a)을 형성하되, 포커스전극(13)에 고정된 정전장제어전극체(19)의 중앙 전자빔 통과공(19b)의 수직경(Pi)을 애노드전극(14)내에 고정된 정전장제어전극체(20)의 전자빔 통과공(20a)의 수직경(Di)보다 크게 설정하여서 된 것이다.

Description

칼라 음극선관용 전자총{electron gun for color cathode ray tube}

본 발명은 칼라 음극선관 또는 고정세도 산업용 모니터(Monitor)에 사용되는 전자총에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 전자총에서 주렌즈를 형성하는 전극의 구조에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 횡단면도로서, 음극선관은 내측면에 적색, 녹색, 청색의 형광물질이 도포된 패널(1)과, 상기 패널의 내측면에 근접되게 설치되어 전자빔(2)의 색선별역할을 하는 섀도우마스크(3)와, 상기 패널의 후방에 고정되는 펀넬(4)과, 상기 펀넬의 네크부(4a)에 장착되어 전자빔(2)을 스크린측으로 주사하는 전자총(5)과, 상기 네크부의 외주면에 설치되어 전자총에서 발사된 전자빔을 수직 또는 수평방향으로 편향시키는 편향요크(6) 등으로 구성되어 있다.

상기 음극선관에 적용되는 전자총(5)의 각 전극들은 음극에서 발생된 전자빔이 일정한 세기로 제어되어 스크린에 도달할 수 있도록 전자빔이 통과하는 경로상에 수직되게 인라인(in-line)으로 배치된다.

이를 첨부된 도 2 및 도 3을 참고하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 전자총(5)은 히터(7)가 각각 내장되고 상호 독립되게 수평으로 나란히 배치된 3개의음극(8)과, 상기 음극으로부터 일정 간격이 유지되게 배치되어 음극에서 발생되는 열전자를 제어하는 제 1 전극(9)과, 상기 제 1 전극으로부터 일정 간격이 유지되게 배치되어 음극(8)의 전자 방사물질면(도시는 생략함)에 모여 있는 열전자를 당겨내어 가속시키는 역할을 하는 제 2 전극(10) 및 제 3 전극(11), 제 4 전극(12), 제 5 전극(13) 그리고 제 6 전극(14)이 순차적으로 배치되어 있고, 상기 제 6 전극(14)의 상부에는 쉴드컵(15)이 고정되어 있으며 상기 쉴드컵에는 전자총(5)과 네크부(4a)를 전기적으로 연결해 주면서 전자총을 네크부에 고정시키는 역할을 하는 3개의 B.S.C(Bulb Space Connector)(16)가 고정되어 있다.

상기한 구조의 전자총(5)은 음극(8)에 내장된 히터(7)가 스템핀(17)으로부터 전원을 인가받아 발열하면 상기 발열에 의해 음극(8)에서 전자가 방출되는데, 이렇게 방출되는 전자빔(2)은 제어전극인 제 1 전극(9)에 의해 제어되고 가속전극인 제 2 전극(10)에 의해 가속된 다음 제 2 전극(10), 제 3 전극(11), 제 4 전극(12) 그리고 제 5 전극(13)사이에 형성되는 전단집속렌즈에 의해 일부 집속 및 가속된다.

그 후, 주렌즈 형성전극인 제 5 전극(이하 '포커스전극'이라 함)(13)과 제 6 전극(이하 '애노드전극'이라 함)(14)에 의해 주집속 및 가속된다.

이렇게 주집속 및 가속된 전자빔(2)은 형광면(18)에 근접되게 설치된 섀도우마스크(3)를 통과하면서 색선별되어 형광면(18)에 충돌하여 형광체를 발광시키게 되므로 화면이 재현된다.

상기한 바와 같이 전자총(5)에서 방출된 전자빔(2)이 전자총을 떠나 스크린측으로 진행시 네크부(4a)에 설치된 편향요크(6)가 전자빔을 화면의 전영역에 걸쳐수직 및 수평방향으로 편향시켜 준다.

이 때, 제 2 전극에 인가되는 전압은 400 ∼ 1,000 V 정도이고, 집속전극에 인가되는 전압은 6,000 ∼ 10,000 V 정도이며 양극전극에 인가되는 전압은 20,000 ∼ 35,000 V 정도이다.

상기 칼라 음극선관에 적용되어 전자빔의 주사시 주렌즈를 형성하는 포커스전극(13)과 애노드전극(14)에는 세 전자빔이 공통으로 통과하는 단일 개공의 전자빔 통과공(13a)(14a)이 각각 형성되어 있고 상기 전자빔 통과공으로부터 일정 거리 후퇴된 지점에는 정전장제어전극체(19)(20)가 각각 고정되어 있다.

도 5 및 도 6은 포커스전극(13)과 애노드전극(14)에 정전장제어전극체(19)(20)가 각각 고정된 상태를 나타낸 것으로, 포커스전극(13)내에 고정된 정전장제어전극체(19)에는 수직경이 수평경보다 큰 3개의 독립된 전자빔 통과공(19a)이 형성되어 있고 애노드전극(14)측의 정전장제어전극체(20)에는 수직경이 수평경보다 큰 단일의 전자빔 통과공(20a)이 형성되어 있다.

그리고 상기 애노드전극(14)과 전기적으로 연결된 쉴드컵(15)에는 도 4에 나타낸 바와 같은 'ㄷ'자 형상의 보정전극(21)이 고정되어 있다.

일반적으로 전자총의 설계특성 중 화면상의 스폿경에 영향을 미치는 요소로서, 렌즈배율, 공간 전하반발력 그리고 주렌즈의 구면수차 등이 있다.

그 중, 렌즈배율로 인한 스폿경(Dx)의 영향은 기본적인 전압조건과 촛점거리 및 전자총의 길이 등이 확정되어 있는 상황이므로 전자총에서 설계요소로써 활용할 수 있는 부분이 적고 그 효과 또한 매우 미비하다.

상기 공간 전하반발력은 전자빔내의 전자들이 서로 반발 및 충돌함에 따라 스폿경이 확대되는 현상으로서, 공간 전하반발력으로 인한 스폿경(Dst) 확대를 줄이기 위해서는 전자빔이 진행하는 각도(이하 '발산각 : α'라 함)가 커지도록 설계하는 것이 보다 유리하다.

반면에 주렌즈의 구면수차 특성은 렌즈의 근축을 통과한 전자와, 원축을 통과한 전자간의 촛점거리 차이로 인한 스폿경(Dic) 확대를 의미하는 것으로, 공간 전하반발력과는 반대로 전자빔이 주렌즈에 입사하는 발산각이 작으면 작을수록 화면상에서 더 작은 스폿경을 구현할 수 있다.

일반적으로 화면상의 스폿경(Dt)은 아래의 식과 같이 3가지 요소의 합산으로 표현된다.

특히, 공간 전하반발력과 구면수차를 동시에 줄이는 최선의 방법은 주렌즈경을 확대하여 발산각이 큰 전자빔이 입사되어도 구면수차로 인한 스폿의 확대를 줄이고, 주렌즈를 통과한 후의 공간 전하반발력도 줄여주므로 화면에서 작은 스폿 구현이 가능해지게 된다.

상기한 특성을 구현하기 위해 대개 주렌즈를 구성하는 포커스전극(13)과 애노드전극(14)의 개구부에서 일정 거리 후퇴된 지점에 정전장제어전극체(19)(20)를 설치하여 주렌즈의 구경을 확대시키지만, 상기 주렌즈는 비대칭 주렌즈이므로 수평방향의 집속력과 수직방향의 집속력 차이인 비점수차를 발생시키게 된다.

대개 수직간 방향보다 렌즈의 집속력이 강한 비대칭 주렌즈를 형성하면 스크린의 중앙에서 종장형의 전자빔을 구현하게 되는데, 전자빔이 편향요크(6)에 의해 스크린의 주변부로 편향될 때 발생되는 편향수차를 줄여 스크린의 주변부에서의 디포커싱을 감소시킴에 따라 포커스 균일성(Focus Uniformity)을 향상시키는데 상기 비점수차를 이용하게 된다.

상기 비점수차는 대개 중앙빔과 외곽빔이 차이를 나타내게 되므로 상기 비점수차를 'ㄷ'자 형상의 보정전극(21)에 의해 중앙빔과 외곽빔의 차이를 같게 조정하고 있다.

주렌즈경을 확대하는 방안으로는 주렌즈 형성전극의 개구부 공경을 기구적으로 확대하는 방법과, 렌즈 보정작용을 하는 정전장제어전극체의 설치 깊이를 조절하는 방법을 채택하고 있다.

그러나 주렌즈 형성전극의 개구부 공경을 확장하는 것은 네크부의 기구적 제한 요소때문에 거의 불가능하여 주로 정전장제어전극체의 깊이를 깊게 설정하여 주렌즈경을 확대하고 있는 실정이다.

즉, 종래의 주렌즈 구조는 네크부의 직경이 29.1mm 로 한정되어 있어 포커스전극(13)과 애노드전극(14)의 개구부 수평경(H)을 19.0mm, 수직경(V)을 8.0mm 정도로 한정할 수 밖에 없었기 때문에 정전장제어전극체(19)(20)의 깊이를 포커스전극(13)측은 3.5mm, 애노드전극(14)측은 2.5mm 로 설계하고 있다.

주렌즈경을 확장할 목적으로 상기 정전장제어전극체(19)(20)의 깊이를 깊게 설정할 경우, 세 전자빔에 동일한 집속전압의 요구, 목표 비점수차(수평 집속도와 수직 집속도의 차이), 그리고 외곽빔의 중앙빔으로의 집속작용으로 인한 화면상에서의 외곽빔간의 거리를 나타내는 OVC특성, 그리고 외곽빔의 수평 좌우간의 집속도 차이를 모두 만족시키는 설계가 불가능하다.

따라서 상기 주렌즈에서 얻을 수 있는 최대 주렌즈경은 수평방향으로8.8mm, 수직방향으로7.8mm 정도에 불과하다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 주렌즈경의 확대를 통해 화면상에서의 스폿경을 축소하여 화면상의 포커스를 향상시킴과 동시에 비점수차 특성을 조정하여 화면의 전 영역에 걸쳐 포커스 균일성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 전극으로 구성된 프리 포커스렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극을 대향된 한 쌍으로 구성하되, 각각의 주렌즈 형성전극이 세 전자빔에 공통인 하나의 전자빔 통과공과, 상기 전자빔 통과공으로부터 일정 거리 떨어진 지점에 위치된 정전장제어전극체로 구성된 음극선관용 전자총에 있어서, 포커스전극에 고정되는 정전장제어전극체에 수직방향이 수평방향보다 큰 비원형의 3개의 전자빔 통과공을 각각 독립되게 형성하고, 애노드전극에 고정되는 정전장제어전극체는 양단부가 수직인 직선으로 형성함과 동시에 중앙부에 원형의 단일 전자빔 통과공을 형성하되, 포커스전극에 고정된 정전장제어전극체의 중앙 전자빔 통과공의 수직경이 애노드전극내에 고정된 정전장제어전극체의 전자빔 통과공 수직경보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총이 제공된다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 횡단면도

도 2는 도 1에 적용되는 전자총의 구조를 나타낸 측면도

도 3은 도 2의 종단면도

도 4는 보정전극이 고정된 쉴드컵의 사시도

도 5는 포커스전극에 정전장제어전극체가 고정된 상태의 배면도

도 6은 애노드전극에 정전장제어전극체가 고정된 상태의 배면도

도 7은 본 발명에 적용되는 포커스전극측 정전장제어전극체를 나타낸 정면도

도 8은 본 발명에 적용되는 애노드전극측 정전장제어전극체를 나타낸 정면도

도 9는 본 발명의 애노드전극을 나타낸 배면도

도 10은 중앙빔에 대한 보정전극 작용을 수치 해석하여 나타낸 그래프

도 11은 외곽빔에 대한 보정전극 작용을 수치 해석하여 나타낸 그래프

도 12는 보정전극의 수직폭에 따른 전극 길이와 비점수차 민감도의 상관관계를 나타낸 그래프

도 13은 본 발명의 주렌즈경 계산 결과를 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13 : 포커스전극 14 : 애노드전극

19, 20 : 정전장제어전극체 19a, 19b, 19c, 20a : 전자빔 통과공

21 : 보정전극

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 7 내지 도 13을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 적용되는 포커스전극측 정전장제어전극체를 나타낸 정면도이고 도 8은 본 발명에 적용되는 애노드전극측 정전장제어전극체를 나타낸 정면도이며 도 9는 본 발명의 애노드전극을 나타낸 배면도로서, 본 발명은 포커스전극(13)에 고정되는 정전장제어전극체(19)에 도 7에 나타낸 바와 같이 수직방향이 수평방향보다 큰 비원형으로 된 3개의 전자빔 통과공(19a)(19b)(19c)이 각각 독립되게 형성되어 있는데, 중앙 전자빔 통과공(19b)은 수직 대비 수평 직경 비율이 54 ∼ 64%인 원의 조합으로 이루어져 있고, 외곽 전자빔 통과공(19a)(19c)은 수직 대비 수평 직경 비율이 63 ∼ 73%인 서로 다른 직경을 갖는 원과 직선의 조합으로 이루어져 있다.

그리고 상기 포커스전극(13)과 대응된 애노드전극(14)내의 정전장제어전극체(20)는 도 8에 나타낸 바와 같이 양단부가 수직인 직선으로 형성되어 있고 중앙부에는 원형의 단일 전자빔 통과공(20a)이 형성되어 있다.

이 때, 포커스전극(13)에 고정된 정전장제어전극체(19)의 중앙 전자빔 통과공(19b)의 수직경(Pi)이 애노드전극(14)내에 고정된 정전장제어전극체(20)의 전자빔 통과공(20a)의 수직경(Di)보다 크게 설정되어 있다.

또한, 비점수차를 조정하는 보정전극(21)의 수직폭(Wc)이 상기 애노드전극(14)내의 정전장제어전극체(20)에 형성된 전자빔 통과공(20a) 직경(Di)의 50 ∼ 80%의 범위를 갖도록 설정되어 있다.

즉, 종래 주렌즈의 문제점인 주렌즈경을 확대하기 위해 주렌즈부를 구성하는 정전장제어전극체(19)(20)의 깊이를 깊게 설정할 경우 나타나는 세 전자빔에 대한 렌즈의 동일한 렌즈 액션(Lens Action) 설계가 어렵게 되므로 포커스전극(13)에는 정전장제어전극체(19)를 3.5mm 이하, 애노드전극(14)에는 정전장제어전극체(20)를 2.5mm 이하로 제한하여야 되는 문제점을 도 4 및 도 7 내지 도 9와 같이 구성하므로써 해결할 수 있었다.

상기 정전장제어전극체(19)(20)의 깊이를 깊게 설정하여 전계침투가 커지게 하는 방안을 강구할 수 있는데, 이 경우에는 주렌즈의 기본적인 설계 특성인 비점수차 및 OVC특성(화면 중앙에서의 R, B 컨버젼스량)을 동시에 만족시켜야만 된다.

포커스전극(13)측 정전장제어전극체(19)의 경우, 전자빔 통과공(19a)(19b)(19c)의 수평방향 직경보다 수직방향 직경이 큰 비원형의 형상으로 하여 수직 대비 수평 직경의 비율이 중앙은 54 ∼ 64%, 외곽은 63 ∼ 73%로 설정할 때, 전자빔 통과공(19a)(19b)(19c)은 개구부로부터 정전장제어전극체(19)의 깊이를 3.8 ∼ 4.2mm 로 증대시킬 수 있었다.

한편, 애노드전극(14)측 정전장제어전극체(20)에 형성되는 원형의 전자빔 통과공(20a)은 금형의 작업성을 고려하여 직경을 4.0 ∼ 4.5mm 로 할 때, 개구부로부터 정전장제어전극체(20)의 깊이를 3.5 ∼ 3.9mm 로 증대시킬 수 있었다.

상기한 바와 같이 주렌즈 형성전극을 구성할 때 주렌즈경의 수평경을 종래의 전자총에 비해 최대 13mm, 수직경은 최대 8mm 까지 확대되는 효과를 얻을 수 있다.

도 13은 상기 결과에 대한 컴퓨터 수치 해석결과를 나타낸 그래프이다.

한편, 편향요크에 의한 스크린 주변에서 전자빔이 받는 편향수차를 보상하고 중앙빔과 외곽빔간의 비점수차 차이를 보정하기 위해 종래 보정전극(21)의 수직폭(Wc)을 4.0mm 로 하고, 전극의 길이(Bc)를 변경하더라도 외곽빔은 어느 정도 보정되었으나, 중앙빔은 보정되지 않았다.

도 10 및 도 11은 상기 중앙빔과 외곽빔의 보정전극 작용을 컴퓨터 수치 해석결과를 수직방향으로 절단하여 본 주렌즈 부분의 등전위 분포 및 전자빔의 궤적을 나타낸 그래프이다.

즉, 보정전극(21)의 수직폭(Wc)과 애노드전극(14)측 정전장제어전극체(20)의 수직 공경의 차이가 클수록 보정작용(수직방향으로 발산하고 수평방향으로 집속시키는 정전렌즈작용)이 잘 되고 있음을 알 수 있다.

전술한 바와 같은 점을 감안하여 보정전극(21)의 수직폭(Wc)이 변화될 때 비점수차에 대한 민감도를 계산하여 보았다.

상기한 바와 같은 계산 결과를 도 12에 나타내었는데, 상기 보정전극(21)의 수직폭(Wc)을 감소시킬수록 상기 전극 길이(Bc)에 대한 민감도가 증가함을 알 수 있다.

다만, 상기 수직폭(Wc)을 애노드전극(14)의 정전장제어전극체(20)의 공경(Di) 대비 50% 이상 감소시킬 경우, 중앙빔의 저스트 집속전압과 외곽빔의 저스트 집속전압의 차이가 200 V 이상 발생하게 되므로 포커스 특성을 열화시키게 된다.

그리고 수직폭(Wc)을 애노드전극(14)측 정전장제어전극체(20)의 공경(Di) 대비 80% 이상으로 할 경우에는 비점수차 보정작용이 미비하므로 상기 보정전극 수직폭(Wc)을 애노드전극(14)의 정전장제어전극체(20)의 공경(Di) 대비 50 ∼ 80% 로 설정하여야 비점수차를 보정할 수 있게 됨을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 주렌즈 형성전극내에 고정되는 정전장제어전극체의 구조를 개선하여 비대칭 대구경 주렌즈를 갖는 전자총에서 주렌즈를 확대시킬 수 있게 되므로 작은 스폿의 구현이 가능해지게 됨은 물론 보정전극의 수직폭을 정전장제어전극체의 공경에 따라 조절하여 비점수차를 조정하게 되므로 편향수차에 의한 화면의 주변부에서 포커스 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 전극으로 구성된 프리 포커스렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극을 대향된 한 쌍으로 구성하되, 각각의 주렌즈 형성전극이 세 전자빔에 공통인 하나의 전자빔 통과공과, 상기 전자빔 통과공으로부터 일정 거리 떨어진 지점에 위치된 정전장제어전극체로 구성된 음극선관용 전자총에 있어서, 포커스전극에 고정되는 정전장제어전극체에 수직방향이 수평방향보다 큰 비원형의 3개의 전자빔 통과공을 각각 독립되게 형성하고, 애노드전극에 고정되는 정전장제어전극체는 양단부가 수직인 직선으로 형성함과 동시에 중앙부에 원형의 단일 전자빔 통과공을 형성하되, 포커스전극에 고정된 정전장제어전극체의 중앙 전자빔 통과공의 수직경이 애노드전극내에 고정된 정전장제어전극체의 전자빔 통과공 수직경보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 포커스전극의 정전장제어전극체에 형성된 중앙 전자빔 통과공의 수직 대비 수평 직경 비율이 54 ∼ 64%인 원의 조합으로 이루어지고, 사이드공의 수직 대비 수평 직경 비율이 63 ∼ 73%인 서로 다른 직경을 갖는 원과 직선의 조합으로이루어진 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 애노드전극의 정전장제어전극체의 전자빔 통과공의 직경을 Di, 보정전극의 수직폭을 Wc라고 할 때, 0.5Di ≤ Wc ≤ 0.8Di의 조건이 만족되게 설정된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.