KR100322080B1 - 레이저 음극선관 - Google Patents

Abstract

레이저 음극선관이 개시된다. 개시된 레이저 음극선관은, 내부가 진공상태로 유지되는 벌브; 상기 벌브에 융착되어 연장 성형된 튜브의 내부에 설치되는 전자총; 상기 전자총에서 나오는 전자빔이 랜딩되어 레이저 빔을 발진시키는 레이저 타겟; 상기 레이저 타겟에 소정 패턴으로 형성된 전극과, 상기 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급장치로 구비되어 상기 레이저 타겟의 일측에 설치되며, 상기 레이저 타겟에 전압을 인가하여 결함 레벨에 존재하는 전자들을 준안정 레벨에 존재하도록 하는 회로부;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전반적인 레이저 음극선관의 효율이 향상되는 이점이 있다.

Description

레이저 음극선관{LASER CRT}

본 발명은 레이저 음극선관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐비티 내에서의 레이저의 발진효율을 증가시키기 위해 그 구조가 개선된 레이저 음극선관에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 음극선관은 프로젝션 장치, 예를 들면, 레이저 영상쇼용의 프로젝터나 프로젝션 텔레비젼 등에 사용된다. 프로젝션 텔레비젼의 경우, 빛의 삼원색으로 분리된 영상을, 각 칼라별로 분리된 세개의 레이저 음극선관을 통해 레이저 빔으로 각각 형성하고, 상기 레이저 빔들을 렌즈를 통해 확대시켜서 스크린에 확대 투사하여, 이 스크린에서 각 칼라가 합성되어 칼라화상을 볼 수 있게 한다.

그리고 음극선 빔을 사용하는 기존의 프로젝션 텔레비젼은 화면 이미지를 생성하는 과정에서 빛의 산란 현상이 발생하는 반면에, 레이저 텔레비젼은 레이저빔의 직진성으로 인하여 산란 현상이 적어서 화질이 선명하며 보는 이들의 눈이 덜 피로하고, 크기를 어디서나 마음대로 조절할 수 있다는 이점이 있다.

도 1에는 이와 같은 레이저 음극선관의 구성을 나타내 보인 단면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 레이저 음극선관은, 그 내부가 진공상태로 유지되는 벌브(16)와, 상기 벌브(16)의 후단에 융착 형성된 튜브(15)의 내부에 설치되는 전자총(19)과, 상기 전자총(19)에서 나오는 전자빔(e)을 받아 레이저를 발진시키는 것으로 레이저 캐비티(LASER cavity)라고도 불리는 레이저 타겟(LASER target)(13)과, 소정의 접착제(미도시)가 개재됨으로써 상기 레이저 타겟(13)과 결합되고 상기 벌브(16)의 일단에 설치되며 방열을 위한 열전달부재인 사파이어 디스크(12)와, 상기 전자총(19)에서 발산되는 전자빔(e)을 편향시키기 위해 상기 벌브(16)의 외주부에 설치된 편향요크(17)와, 상기 벌브(16)와 융착되어 연장되는 튜브(15)의 외주부에는 상기 전자빔(e)을 조정하는 필드마그네트(18)를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 종래의 레이저 음극선관은 다음과 같이 작용된다.

먼저, 전자총(15)에 전압이 인가되면 상기 전자총(15)으로부터 상기 레이저 타겟(13)을 향해 전자빔이 출사되고, 상기 레이저 타겟(13)은 충돌된 전자빔(e)으로부터 에너지를 흡수하여 여기(勵起)되고, 여기에 의해 발생된 광은 복수개의 미러가 구비된 레이저 타겟(13) 사이에서 공진되므로써 레이저 빔을 발생시킨다. 이후 일정한 세기 이상으로 여기된 상태에서 상기 레이저 타겟(13)으로부터 출사된 레이저 빔은 상기 사파이어 디스크(12)를 지나 렌즈 마운트(미도시)를 통해 스크린으로 확대 투사된다.

그리고 상기 레이저 타겟(13)은 메탈 미러(metal mirror)가 증착되어 있고, 이 레이저 타겟(13)에 45kV의 에너지를 가지는 가속전자가 입사되므로써, 제2도의 벤드 다이어그램(band diagram)에 도시된 바와 같이, 반전분포(population inversion) 현상과 자발방출(spontaneous emission)이 수반되는 레이저 발진이 진행된다. 레이저 타겟(13)에 입사되는 고 에너지를 가지는 전자를 가속시키기 위한 수단으로서는 전자총의 캐소드에 대해 레이저 타겟(13)에 고압(약 30~70㎸)의 전압을 인가하여 레이저 타겟(13)이 애노드(anode)로서 작용하게 하거나, 레이저 타겟(13)을 접지하고, 캐소드에 고압의 음의 전위를 인가하여 역시 같은 원리로 타겟에 가속전자가 입사되도록 하는 방법이 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 모든 레이징(lasing) 현상이 전적으로 전자빔(e)의 에너지에 의해 진행되는 경우는, 여러 가지 결함 레벨(defect level)에 의해 준안정 레벨(metastable level)과 다른 에너지 레벨에 존재하는 확률이 있다. 이런 경우 자발방출중 소수는 레이저 타겟(13) 내에서의 레이징 과정 중에서 소멸되고 만다. 이와 같이 소멸되는 에너지만큼의 효율 감소가 전반적인 레이저 음극선관의 효율 감소를 초래하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 미세전압을 인가시킴으로써 반전분포 현상을 유발함과 동시에 결함에 의한 에너지 레벨의 스플릿(split) 현상도 보상하여 전반적인 효율향상을 도모할 수 있는 레이저 음극선관을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 레이저 음극선관의 구성을 나타내 보인 개략적인 단면도.

도 2는 도 1의 레이저 음극선관의 작동에 따른 설명을 하기 위해 개략적으로 도시한 밴드 다이어그램.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 음극선관의 구성을 나타내 보인 개략적인 단면도.

도 4는 도 3의 회로부의 구성을 구체적으로 나타낸 개략도.

도 5는 도 3의 레이저 음극선관의 작동에 따른 설명을 하기 위해 개략적으로 도시한 밴드 다이어그램.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

22. 사파이어 디스크 23. 레이저 타겟

23a. 랜딩부 25. 튜브

26. 벌브 27. 편향요크

28. 필드마그네트 29. 전자총

30. 회로부 31. 전극

32. 와이어 33. 구동용 회로기판

34. 알루미나 페이스트 35. 에폭시 몰딩재

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 음극선관은, 내부가 진공상태인 벌브와, 상기 벌브에 융착되어 연장 성형된 튜브의 내부에 설치되는 전자총과, 상기 전자총에서 나오는 전자빔이 랜딩되어 레이저 빔을 발진시키는 레이저 타겟과, 상기 레이저 타겟에 입사되는 전자빔을 가속시키기 위한 수단을 구비한 레이저 음극선관에 있어서, 상기 레이저 타겟에 소정 패턴으로 형성된 전극과, 상기 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급장치로 구비되어 상기 레이저 타겟의 일측에 설치되며, 상기 레이저 타겟에 전압을 인가하여 결함 레벨에 존재하는 전자들을 준안정 레벨에 존재하도록 하는 회로부;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전원공급장치는, 상기 전극에 도전 가능하게 일단부가 접속되고, 타단부가 상기 벌브의 외부로 연장되어 나온 은(Ag)을 포함한 소정의 도전금속으로 이루어지고, 알루미나(Al₂O₃)페이스트를 포함하는 소정의 절연부재에 의해 절연된 와이어와; 상기 벌브 외부에 설치되고 상기 와이어에 소정 전압이 인가될 수 있도록 상기 와이어의 타단부와 접속되는 전원 인가부;를 포함하여 된다.본 발명에 있어서, 결함 레벨에 존재하는 전자들을 준안정 레벨에 존재하도록 하는 전압은 1 내지 9 V가 되도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 레이저 음극선관의 구성을 나타낸 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 음극선관은, 그 내부가 진공상태로 유지되고 보통 붕규산유리로 된 벌브(26)와, 상기 벌브(26)의 후단부에 융착되어 연장 성형된 튜브(25)의 내부에 설치된 전자총(29)과, 상기 전자총(29)에서 방출되는 전자빔(e)을 받아 레이저를 발진시키는 레이저 타겟(23)과, 상기 레이저 타겟(23)에 입사되는 전자빔을 가속시키기 위한 수단(미도시)과, 상기 벌브(26)의 일단에 설치되며 방열을 위한 열전달부재인 사파이어 디스크(22)와, 상기 레이저 타겟(23)과 상기 사파이어 디스크(22)를 접착시키기 위하여 레이저 타겟(23)과 사파이어 디스크(22) 사이에 개재되는 내열성과, 평탄도와, 연성을 구비한 소정의 접착제(미도시)를 포함하여 구성된다. 상기 레이저 타겟(23)에 입사되는 전자를 가속시키기 위한 수단에 대해서는 상기 종래기술란에서 설명한 바와 같이 레이저 타겟(23)에 고전압을 인가하거나, 레이저 타겟(23)을 접지하고, 전자총(29)의 캐소드(미도시)에 고압의 음전위를 가하는 등 어떠한 방법도 사용할 수 있을 것이다.

그리고 상기 벌브(26)의 외주면에는 전자총(29)에서 방출되는 전자빔(e)을 편향시키는 편향요크(27)가 설치되고, 상기 벌브(26)와 융착되어 연장되는 튜브(22)의 외주면에는 전자빔(e)을 조정하는 필드마그네트(28)가 설치된다.

상기 접착제에 의해 사파이어 디스크(22)와 레이저 타겟(23)이 접합되어 이루어진 레이저 스크린(screen)은 도면에는 상세하게 도시되어 있지 않으나, 레이저를 발진시키는 활성층과 상기 활성층의 양면에 반사미러 및 부분투명미러를 구비하여 공진 구조를 형성한다. 그리고 통상 상기 레이저 타겟(23)의 반사미러의 상면에는 소정의 금속막이 증착 형성된다. 따라서 상기 전자총으로부터 방출되는 전자빔은 상기 금속막에 랜딩하게 된다. 일반적으로, 상기 금속막은 알루미늄(Al)이나 은(Ag) 등으로 이루어진다.

그리고, 상기와 같은 구성을 갖는 레이저 타겟(23)에 전압 또는 전류를 인가하기 위하여 상기 레이저 타겟(23)의 일측에 회로부(30)가 설치된다. 전술한 바와 같이, 상기 회로부(30)는 상기 레이저 타겟(23)에 전압 또는 전류가 인가될 수 있도록 설치되면 그 구조 및 구성은 한정되지 않는다.

한편, 상기 도 3에서 설명되지 않은 참조부호 B는 배터리(battery)를 나타낸 것이다.

도 4에는 상기 회로부(30)의 구체적인 일 실시에가 개략적으로 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 회로부(30)는, 상기 레이저 타겟(23)의 일측에 소정의 패턴으로 형성된 전극(31)과, 상기 전극(31)에 전원을 인가하기 위한 전원공급장치를 포함하여 구성된다. 상기의 전원공급장치는, 상기 전극(31)에 도전 가능하게 일단부가 접속되고 타단부가 상기 벌브(26)의 외부로 연장되어 나온 소정의 도전금속으로 이루어진 와이어(32)와, 상기 벌브(26)의 외부에 설치되고와이어(32)에 소정 전압 및 전원이 인가될 수 있도록 상기 와이어(32)의 타단부와 접속되는 전원 인가부를 포함하여 구성된다.

상기 전원 인가부는 상기 와이어(32)에 전압 또는 전류를 공급하기 위한 것으로써 많은 실시예가 있을 수 있지만, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 음극선관을 구동하기 위해 벌브(26) 외부에 설치된 구동용 회로기판(33)에 상기 와이어(32)의 타단부를 전원이 인가되도록 소정 회로패턴을 형성하여 접속 예컨대, 솔더링(soldering)하면 용이하게 실현될 수 있다. 상기 와이어(32)에는 약 직류전압 3V정도 인가될 수 있도록 구동용 회로기판(33)에 회로패턴을 형성시킨다.

그리고 상기 전극(31)은 전자총으로 방출되는 약 45kV의 전자빔(e)이 직접 와이어(32)에 충돌하면서 발생되는 방전(discharge) 현상이 발생되지 않도록 상기 레이저 타겟(23)에서 전자빔이 랜딩되는 랜딩부(23a) 바깥쪽 가장자리에 형성시키는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 전극(31)을 전자빔이 랜딩되는 랜딩부(23a) 바깥쪽에 형성하였더라도 보다 안정된 장치의 실현을 위해 상기 전극(31)과 이 전극(31)에 접속되는 와이어(32)를 각각 절연시키는 것이 바람직하다.

상기 와이어(32)는 약 0.5㎜ 정도의 직경을 형성한 도전성 금속 예컨대, 은(Ag)을 포함하여 된 것으로써, 이러한 와이어(32)의 절연은 이 와이어(32)의 외부면에 부도체물질을 도포함으로써 이루어진다. 상기 부도체물질은 예컨대, 알루미나 페이스트(alumina paste)(Al₂O₃)(34)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전극(31)의 절연은 이 전극(31)의 상부에 절연물질(35)을 도포 내지 본딩함으로써용이하게 실시할 수 있다. 상기 절연물질은 예컨대, 에폭시(epoxy) 몰딩재(35)를 이용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 와이어(32)가 벌브(26)의 내부로부터 외부로 유도될 때, 상기 벌브(26) 내부에 진공 결함이 생기지 않도록 상기 벌브(26)가 소정의 실링재(미도시)로 진공 실링되도록 한다. 예컨대, 상기의 실링재는 벌브(26)가 글라스(glass)로 이루어져 형성되므로써, 글라스 재질인 프리트(frit)로 벌브(26)에 형성된 연결공(미도시)을 몰딩하는 것이 바람직하다.

그리고 도면에는 도시하지는 않았지만, 상기의 전원공급장치로 110V나 220V 전원에 전압 트랜스포머(transformer)를 연결하여 사용해도 되고, 45kV의 고압에 의한 잔여 전류를 축전지에 연결시켜 구동시켜도 가능하다. 또한 소규모의 배터리(battery)를 이용해도 실현 가능하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 레이저 음극선관의 일반적인 작동 설명은 생략하고, 본 발명의 특징부인 상기 회로부(30)가 레이저 음극선관에서 작동되는 사항만을 설명하기로 한다.

특징부인 상기 회로부(30)는, 미량의 전압 또는 전류가 인가되어 자연상태에서의 반전분포 상태보다 많은 량의 전자들이 레이징(lasing)을 유발할 수 있는 준안정한 상태에 존재하도록 조건을 형성시켜, 상대적으로 많은 량의 코히어런스(coherence)한 자발방출이 될 수 있도록 상기 레이저 타겟(23)의 가장자리에 설치한다. 이렇게 상기 레이저 타겟(23)에 별도의 미세 전압 또는 전류를 인가함으로써, 도 5에 도시된 밴드 다이어그램에서와 같이, 결함 레벨에 의해 정확하게 일치하지 못하는 많은 에너지 레벨들이 단일 에너지 레벨의 반전분포 현상으로 변화하게 된다.

따라서 이러한 미세전압이 인가될 수 있도록 회로부(30)가 설치됨으로써 자발방출의 에너지/파장이 일치할 수 있는 확률이 높고 즉, 반전분포 현상이 한 개의 에너지 레벨에 집중될 확률이 높아질 것이고, 코히어런스한 빛들이 레이저 타겟(23) 내부에서 증폭된다. 즉, 레이저 음극선관의 색순도가 향상될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 근거는, 참고문헌(Landolt-Bornstein Numerical data and functional relationships in science and technology, vol.17)에 다음과 같은 설명에 근거한 것이다.

'준안정 레벨이 결함 레벨에 의해 스플릿되는 정도는 임퓨러티(impurity)의 종류에 의해 결정되는데 0.065eV에서 1.44eV의 수준이다. 따라서, 수 mA 내지 수 A의 전류가 수 V의 전압으로 인가되는 경우에 반전분포의 유발효과는 충분하다.'라는 문구에서 근거한 것이다. 따라서 본 발명에 있어서 레이저 타겟(23)에 인가되는 미세 전압도 수 V, 곧 1 내지 9 V의 전압으로 함이 바람직할 것이다.

이와 같은 근거를 바탕으로 본 발명에 따른 레이저 음극선관의 작용을 보다 상세히 설명하기로 한다.

많은 결함 레벨에 의해 주도된 자발방출의 파장과 다른 파장을 가지는 방출이 되는 경우, 레이저 음극선관의 휘도가 감소하는 영향을 받는다. 그러나, 본 발명에 따르면, 반전분포의 에너지 레벨이 일치하면, 그로 인한 휘도는 증가한다. 이러한 휘도 증가의 영향은 레이저 캐비티 또는 레이저 타겟(23)을 구성하는 반도체 웨이퍼(wafer)의 품질에 따라 다르다. 만약, 반도체의 품질이 매우 좋아 결함레벨이 적게 존재한다면, 휘도 증가의 영향은 크지 않지만, 많은 결함 레벨이 존재할수록 휘도 증가의 영향은 뚜렷해진다.

그리고, 이렇게 반전분포의 에너지 레벨이 일치함에 따라 동일한 파장의 자발방출이 레이저 발진을 유발하게 되면 결함 레벨에 의한 자발방출이 레이징에 개입하는 경우보다 색순도(레이저의 코히어런스)가 높아진다.

종래의 레이저 음극선관에서 발진되는 레이저의 FWHM(Full Width Half Maximum)은 약 10nm 정도이지만, 상기 회로부(30)가 설치된 본 발명에 따른 레이저 음극선관은 이러한 레이저의 FWHM은 5nm 이하로 줄일 수 있다.

한편, 이러한 색순도의 변화도 웨이퍼의 품질에 영향을 받는다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 음극선관은 다음과 같은 효과를 갖는다.

레이저 음극선관의 레이저 타겟에 반전분포 현상이 용이하게 발생할 수 있도록 미량의 전류가 흐를 수 있도록 함으로써, 상기 레이저 타겟 내에서 레이저 발진 효율을 증가시킴으로써, 전반적인 레이저 음극선관의 휘도가 향상되고, 전반적인 레이저 음극선관의 색순도가 향상된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 내부가 진공상태인 벌브와, 상기 벌브에 융착되어 연장 성형된 튜브의 내부에 설치되는 전자총과, 상기 전자총에서 나오는 전자빔이 랜딩되어 레이저 빔을 발진시키는 레이저 타겟과, 상기 레이저 타겟으로 입사되는 전자빔을 가속시키기 위한 수단을 구비한 레이저 음극선관에 있어서,

   상기 레이저 타겟에 소정 패턴으로 형성된 전극과, 상기 전극에 전원을 인가하기 위한 전원공급장치로 구비되어 상기 레이저 타겟의 일측에 설치되며, 상기 레이저 타겟에 전압을 인가하여 결함 레벨에 존재하는 전자들을 준안정 레벨에 존재하도록 하는 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
2. 제1항에 있어서, 상기 전원공급장치는,

   상기 전극에 도전 가능하게 일단부가 접속되고, 타단부가 상기 벌브의 외부로 연장되어 나온 은(Ag)을 포함한 소정의 도전금속으로 이루어고, 알루미나(Al₂O₃) 페이스트를 포함하는 소정의 절연부재에 의해 절연된 와이어와;

   상기 벌브 외부에 설치되고 상기 와이어에 소정 전압이 인가될 수 있도록 상기 와이어의 타단부와 접속되는 전원 인가부;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
3. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 전압은 1 내지 9 V의 소량의 전압인 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.