KR100331058B1 - 전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출형 음극을 사용한 수상관용 전자총의 포커스 특성을 개선하여 해상도를 향상시킬 수 있도록 한 전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총에 관한 것으로 전계 방출형 냉음극 에미터(100)는 예리한 각을 가지는 팀(110)과 상기 팁(110)에 수 ㎛ 이내로 인접하여 50V - 100V의 전압을 이용하여 강한 전계를 인가하고 전자를 방출하기 위한 게이트 전극(120) 및 상기 게이트 전극(120)을 지지하고 고정하는 절연체(130)를 갖는다.

종래의 전계 방출형 냉음극을 구성하는 다수의 에미터는 모든 팁(110) 중심과 해당하는 게이트전극(120) 구멍 중심이 일치하도록 냉음극을 구성한 것으로서 이와 같은 종래의 경우 냉음극에서 출발한 전자빔의 다발이 스크린 상의 한 점에서 모이지 않음에 따라 스크린에 형성된 이미지의 선예도는 매우 저하된다.

본 발명은 다수의 에미터와 게이트전극을 갖는 전계 방출형 냉음극을 포함하는 브라운관의 전자총에 있어서, 상기 전계 방출형 냉음극을 구성하는 다수의 에미터중 적어도 일부는 팁(110) 중심과 해당하는 게이트전극(120) 구멍 중심이 일치하지 않도록 하여 냉음극을 구성한 것으로서 상기 에미터는 냉음극의 중심(200)에서 벗어날수록 에미터의 팁(110) 중심과 해당하는 게이트전극(120)의 구멍 중심간의 거리가 커지는 것을 특징으로 한다.

Description

전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총{Electronic gun having cathode structural body with electric field emission type}

본 발명은 전계 방출형 음극의 게이트 전극 형상과 이를 사용하는 전자총에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 전계 방출형 음극을 사용한 수상관용 전자총의 포커스 특성을 개선하여 해상도를 향상시킬 수 있도록 한 전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총에 관한 것이다.

일반적인 컬러 수상관은 도 1에 도시한 바와 같이 유리제로 만들어진 패널(1)과 펀넬(2)로 구성되고 10^-7Torr의 진공도를 유지하도록 형성된 벌브(3)와 상기벌브(3)에 형성된 넥크부(4)내에 전자빔(5)을 방사할 수 있도록 장착한 전자총(10)과, 상기 전자총(10)에서 방사된 전자빔(5)들을, 각각 패널(1)에 도포한 빨강, 초록, 파랑의 삼색 형광막(7)에 선별적으로 충돌하도록 하는 섀도우 마스크(8)와 상기 펀넬(2)의 외부에 위치하여 전자총(10)에서 방사된 전자빔(5)을 편향시키기 위한 편향요크(6)를 구비하였다.

또한, 도 2는 일반적인 전자총(10)을 도시한 것으로, 열전자를 방사하는 캐소드(11)와 상기 캐소드(11)에서 방사된 열전자를 제어하는 제 1 전극(12) 및 제 2 전극(13)과 상기 전자빔(5)을 형광막(7)에 집속시키기 위한 주정전 집속 렌즈를 형성하도록 관축방향(Z-Z)으로 형성된 포커스전극(14), 애노드전극(15)과 쉴드컵(16)을 일렬로 배열하고 비절연성 비드글라스(17)로 이들을 일정하게 고정하였다.

상기 도 2에 도시되지는 않았지만 캐소드(11) 내부에 삽입되어 있는 히터의 발열에 의하여 상기 캐소드(11)에서 방출된 열전자는, 제 1 전극(12)에 의해 형성된 주정전 렌즈에 의해 집속되어 도 1과 같이 형광막(7)에 빔 스팟을 형성한다.

최근에는 평판디스플레이소자의 지속적인 개발에 의하여 히터와 열전자방사 음극 대신 전계 방출형 소자를 사용하려는 연구가 다방면으로 진행중이다.

열전자 방사 음극은 열전자 방사에 필요한 온도에 도달하기 위한 시간과 열을 제공하기 위한 에너지가 소비되지만, 전계 방출형 음극은 전압인가에 따라 순간적인 작동이 가능하며, 열을 제공하기 위한 히터 및 에너지가 필요 없으므로 큰 장점을 갖는다.

이상의 이유로 열전자 방사 음극을 열음극이라 하고, 전계방출형 음극은 냉음극이라고도 한다.

도 3은 게이트구조를 갖는 일반적인 전계 방출형 냉음극 에미터(emitter) 하나의 구조를 보인 것이다.

전계 방출형 냉음극 에미터(100)는 예리한 각을 가지는 팀(110)과 상기 팁(110)에 수 ㎛ 이내로 인접하여 50V - 100V의 전압을 이용하여 강한 전계를 인가하고 전자를 방출하기 위한 게이트 전극(120) 및 상기 게이트 전극(120)을 지지하고 고정하는 절연체(130)를 갖는다.

도 4는 상기 도 3에 도시된 바와 같은 냉음극 에미터(100)들이 모인 전체 냉음극의 형상을 냉음극의 위에서 본 것을 도시한 것으로서, 개개의 구멍 내부에 있는 점들은 팁(110)의 끝을 표시한 것이다.

물론 도 4에 도시된 것은 간략하게 보인 것이며, 실제의 냉음극은 매우 많은 팁들을 보유하고 있다.

이러한 전계 방출형 냉음극의 효율은 Fowler-Nordheim 방정식에 의해 표현된다.

여기서 I 는 전류, V는 인가전압이며 A,B는 상수이다.

상기 Fowler-Nordheim 방정식의 기울기는 팁의 형상에 좌우되며, 팁이 예리할수록 기울기가 커지므로 전압 변화에 대한 전류 변화가 크다. 낮은 구동전압에 큰 전류를 얻기 위해서는 소자의 일함수를 낮추거나 팁의 형상을 예리하게 하는 방법이 많이 채용된다.

열음극을 채용한 전자총과 전계 방출형 냉음극을 채용한 전자총의 큰 차이점은 음극에서의 전자빔의 운동 성분이다.

열전자 방출 음극을 사용한 전자총은 수 eV만의 자체운동에너지를 가지므로 제 1 전극 구멍을 통과한 제 2 전극의 침투 전계에 의해 전자빔의 운동이 구속받는다.

열음극 표면에 침투한 전계에 의해 외곽빔들은 강한 내측 집속작용을 받는다. 집속된 전자빔 다발은 제1 전극과 제 2 전극의 사이에서 크로스오버(crossover)를 형성하여 주렌즈로 입사한다.

그러나 냉음극은 각 팁에서 전자빔들이 주변의 게이트 전극에 의해 50 eV - 100 eV의 상대적으로 강한 에너지로 인출되므로 제 1 전극, 제2전극의 전계에 의한 내측으로의 집속 작용은 미약하다.

따라서 전자빔들은 크로스오버를 케소드에서 멀리 형성하거나 형성하지 않는다. 크로스오버 없이 층상의 흐름을 나타낼 때 이를 라미나 플로우(lamminar flow)라고 한다.

도 5와 같이 라미나 플로우에 의한 전자빔은 전자총의 주렌즈를 통과할 때 주렌즈의 구면 수차에 의하여 주렌즈의 외곽을 지나는 전자빔들은 가까운 거리에서 접속하고 주렌즈의 중심을 통과하는 전자빔은 먼 위치에서 접속한다.

이와 같이 냉음극에서 출발한 전자빔의 다발이 스크린 상의 한 점에서 모이지 않음에 따라 스크린에 형성된 이미지의 선예도는 매우 저하된다.

본 발명은 상기의 요구를 충족하기 위하여 안출된 것으로서 전계 방출형 음극을 사용한 수상관용 전자총의 포커스 특성을 개선하여 해상도를 향상하도록 한 전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 칼라 수상관의 단면도.

도 2는 칼라 수상관의 전자총의 구성을 보인 단면도.

도 3은 냉음극 팁 하나의 단면도.

도 4는 종래의 냉음극을 위에서 바라본 형상도.

도 5는 라미나 플로우형 냉음극과 전자총 주렌즈에 의한 빔 집속도.

도 6은 본 발명에 따른 냉음극을 위에서 바라본 형상도.

도 7은 본 발명에 따른 도 6의 "A" 부분을 확대한 측면도.

도 8은 본 발명에 따른 냉음극과 전자총 주렌즈에 의한 빔 집속도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 전자총 11: 캐소드

12: 제 1전극 13: 제 2전극

14: 포커스 전극 15: 에노드 전극

16: 쉴드컵 17: 비드글라스

100: 에미터 110: 팁

120: 게이트 전극 130: 절연체

200: 냉음극 중심

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 다수의 에미터와 게이트전극을 갖는 전계 방출형 냉음극을 포함하는 브라운관의 전자총에 있어서, 상기 다수의 에미터중 적어도 일부는 팁 중심과 해당하는 게이트전극 구멍 중심이 일치하지 않도록 하여 냉음극을 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 에미터는 냉음극의 중심에서 벗어날수록 에미터의 팁 중심과 해당하는 게이트전극의 구멍 중심간의 거리가 커지며, 상기 팁 중심과 해당하는 게이트전극 구멍 중심이 일치하지 않도록 한 에미터는 냉음극의 주변에서 에미터의 팁 중심이 해당하는 게이트전극의 구멍 중심에 비해 냉음극의 중심에 더 가까운 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉음극의 전체적인 게이트 전극의 형태는 도 6과 같다.

즉, 냉음극의 중심(200)과 일치하는 곳에 위치한 에미터의 팁(110)의 중심은 게이트전극(120) 구멍 중심과 잘 일치한다.

그러나 냉음극의 중심(200)에서 벗어나 위치한 에미터의 팁(110) 중심은 해당하는 게이트전극(120) 구멍의 중심과는 어긋나게 위치한다. 즉, 에미터의 위치가 냉음극(200)의 중심에서 벗어날수록 팁(110)의 중심과 게이트전극(120) 구멍의 중심간의 어긋남은 커진다.

도 7은 도 6의 "A" 부분을 확대 도시한 단면도로서 팁(110)의 중심이 게이트전극(120) 구멍 중심으로부터 일 측으로 어긋난 상태를 도시한 것이다.

도 6과 같이 냉음극의 중심에서 벗어난 에미터의 팁(110) 중심과 게이트전극(120) 구멍의 중심과의 관계는 팁(110)의 중심이 게이트전극(120) 구멍의 중심에 비하여 냉음극의 중심(200)측에 가까이 배치되어 있다.

전계에 의한 전자빔 방출을 위하여 게이트전극(120)에 에미터의 팁(110)보다 높은 전압을 인가하므로 팁(110)에서 방사되는 전자빔의 방향은 팁과 게이트전극 구멍의 위치에 큰 영향을 받는다.

따라서 냉음극의 주변부에 위치한 에미터의 팁(110)에서 방사되는 전자빔은 해당하는 게이트전극과 냉음극 중심(200)측으로 가까이 배치됨에 따라 방사되는 전자빔은 전기적인 인력에 의해 냉음극의 중심으로 향하는 힘을 받는다.

또한 에미터의 팁(110)과 게이트전극(120) 구멍 중심의 어긋남이 주변부로 갈수록 커지므로 냉음극 중심(200)으로 향하는 힘의 크기는 주변부로 갈수록 더욱 크게 되어 중심부에 가까이 위치한 에미터에서 방사되는 전자빔보다 큰 각도를 갖고 냉음극의 중심(200)을 향한다.

도 8은 본 발명에 따른 냉음극 게이트 전극을 채용한 경우의 전자빔의 경로를 도식화한 것으로 냉음극에서 방사되는 전자빔의 초기 경로가 주렌즈의 구면수차를 상쇄하도록 설계됨에 따라 주렌즈를 통과한 전자빔은 스크린에 작고 분명한 빔 스팟을 형성하게 되어 해상도가 크게 향상되도록 한 것이다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명 전계 방출형 냉음극의 게이트 전극 형상을 개선한 냉음극을 갖는 전자총을 채용하여 브라운관의 해상도를 크게 향상시키도록 하는 것으로 매우 유용한 기술이다.

Claims (3)

1. 다수의 에미터와 게이트전극을 갖는 전계 방출형 냉음극을 포함하는 브라운관의 전자총에 있어서,

   상기 전계 방출형 냉음극을 구성하는 다수의 에미터중 적어도 일부는 팁(110) 중심과 해당하는 게이트전극(120) 구멍 중심이 일치하지 않도록 하여 냉음극을 구성한 것을 특징으로 하는 전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터는 냉음극의 중심(200)에서 벗어날수록 에미터의 팁(110) 중심과 해당하는 게이트전극(120)의 구멍 중심간의 거리가 커지는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 팁(110) 중심과 해당하는 게이트전극(120) 구멍 중심이 일치하지 않도록 한 에미터는 냉음극의 주변에서 에미터의 팁(110) 중심이 해당하는 게이트전극(120)의 구멍 중심에 비해 냉음극의 중심(200)에 더 가까운 것을 특징으로 하는 전계 방출형 음극 구조체를 갖는 전자총.