KR100349901B1 - 칼라 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

칼라 음극선관용 전자총을 개시한다. 이 전자총은 필드에미터로 이루어진 음극구조체와, 이 음극구조체로부터 방출된 전자빔을 접속하기 위해 메인렌즈를 형성하는 포커스 전극과, 최종가속전극을 구비하여 된 것에 그 특징이 있으며, 이는 삼극부의 의한 전자빔의 직경확대 및 메인렌즈에서의 구면수차를 줄일 수 있는 이점을 가진다.

Description

칼라 음극선관용 전자총

본 발명은 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것으로, 더 상세하게는 삼극부가 개량된 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것이다.

일반적인 음극선관은 제l도에 도시된 바와 같이 내면에 형광막이 형성된 패널(10)과, 이 패널(10)과 봉착되는 것으로 그 네크부(21)와 콘부(22)에 각각 전자총(30)과 편향요오크(23)가 설치된 펀넬(20)을 구비하여 구성된다. 이와 같이 구성된 음극선관은 상기 전자총으로부터 방출된 전자빔이 편향요오크에 의해 편향되어 형광막에 주사 됨으로써 형광막을 여기시켜 화상을 형성하게 된다.

제2도에는 상기 펀넬의 네크부에 장착되어 열전자를 방출하는 전자총의 일예를 나타내 보였다.

이 전자총은 삼극부를 이루는 음극구조체(40), 제어전극(32) 및 스크린전극(33)과, 상기 스크린전극(33)으로부터 순차적으로 설치되어 전자렌즈를형성하는 포커스 전극(34)과 최종가속 전극(35)를 구비하여 구성된다. 여기에서 음극구조체(40)에 사용되는 음극은 히이터에 의해 전자방출물질을 가열하여 열전자를 방출하는 방열형 음극이 사용된다.

이와 같이 구성된 상기 전자총은 음극구조체(40)와 각각의 전극에 소정의 전위가 인가됨으로써 상기 음극구조체(40)로부터 열전자가 방출됨과 아울러 상기 각 전극사이에 전자렌즈가 형성된다. 따라서 상기 상기 음극구조체(40)로부터 방출된 전자빔은 각 전극사이에 형성된 전자렌즈를 통과하면서 집속 및 가속된다.

상기 전자총으로부터 방출된 전자빔의 빔 전류밀도와 정상적으로 전자빔의 방출되기 까지의 시간은 상기 음극구조체(40)에 의해 좌우된다.

그러므로 상기 전자총에 있어서, 전자의 방출원인 음극구조체(31)가 무엇보다 중요하다 할 것이다.

그런데, 상술한 바와 같은 종래의 칼라 음극선관용 전자총의 삼극부는 전자방출 및 방출된 전자를 제어하기 위하여 불가피하게 사용되었지만 이 삼극부의 사용으로 인한 전류분포의 비균일성으로 인한 전하반발력 효과와 프리 포커스 렌즈의 수차 영향으로 형광막에 랜딩되는 전자빔 경의 특성은 메인렌즈의 개선효과에 한정되게 되며, 전류대별 전자빔경의 변화와 포커스 특성과 전자빔의 빔경에 문제가 된다. 이를 더욱 상세하게 설명하면 음극구조체로부터 방출된 전자빔들은 스크린 전극의 전제가 음극면에 침투되는 정도에 따라 제3도에 도시된 바와 같이 비균일 적인 전류밀도를 가지게 된다. 이러한 비균일적인 전류밀도는 전자빔이 형광막측으로 진행하면서 받는 전하반발효과를 위치별로 균일하지 못하게 하는 요인이 되며, 제4도에 도시된 바와 같이 수직방향으로 급격한 변화를 가져오게 된다. 이러한 전하 반발효과는 전자빔에 균일하게 작용하지 않게 되므로 형광막에 전지빔이 포커싱 될 때에 빔경의 열화를 초래하게 된다.

그리고 종래 전자총의 다른 실시예로서 삼극부의 음극구조체를 필드 에미터를 사용하는 하는 경우 이 필드 에미터로부터 발생되는 전류밀도가 일정하다 하여도 상기 상술한 전자총에서 언급한 바와 같이 제어전극으로부터 침투되는 전계에 의해 영향은 여전히 존재하게 된다.

그리고 상술한 종래의 전자총은 삼극관부에서 방출되는 전자빔의 입사각이 커지게 되면 구면수차의 영향을 많이 받게되어 전지빔경의 열화를 초래하게 된다. 따라서 기존의 전자총의 경우 강한 프리 포커스 렌즈를 메인 렌즈전단에 위치시켜 메인렌즈의 입사각을 줄이는 구조로 되어 있다. 그러나 이러한 경우 렌즈의 수차는 프리 포커스 렌즈의 수차와 메인렌즈 수차의 합이 된다. 따라서 메인렌즈의 입사각을 줄여 메인렌즈의 수차를 줄여주기 위해 프리 포커스 렌즈를 강하게 하면 메인렌즈의 수차영향보다 프리 포커스 렌즈의 수차 영향으로 빔경은 커지게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전자총으로부터 방출되는 전자빔의 프리포커스 렌즈의 수차 영향을 줄여 포커스 특성과 전자빔경의 열화를 방지할 수 있는 칼라 음극선관용 전자총을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

필드에미터로 이루어진 음극구조체와, 이 음극구조체로부터 방출된 전자빔을집속하기 위해 메인렌즈를 형성하는 포커스 전극과,

최종가속전극을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 주렌즈를 형성하는 포커스 전극에 인가된 전압보다 상기 최종가속 전극에 인가된 전압이 상대적으로 높게 인가된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제5도에는 본 발명에 따른 칼라 음극선관용 전자총의 일 실시예를 나타내 보였다.

이 칼라 음극선관용 전자총은 전자 방출원이 필드 에이터로 이루어진 음극구조체(50)와, 이 음극구조체(50)와 인접되게 설치되어 이 음극구조체(50)로부터 방출된 전자임을 집속하기 위한 포커스 전극(61)과 최종가속전극(62)를 구비하여 구성된다.

여기에서 상기 음극구조체(50)을 이루는 필드 에미터는 실리콘 등으로 이루어진 베이스부재(51)의 상면에 몰리브덴을 주성분으로 하는 다수개의 금속팁(52)이 형성된다. 그리고 상기 금속팁(52)의 주위에는 SiO2로 이루어진 절연층(53)이 형성된다. 여기에서 상기 금속팁(52)은 주위에 절연층이 형성되므로 외부로 노출된다. 상기 금속팁이 노출되도록 설치된 절연층(53)의 상면에는 금속팁(52)과 대향되는 부위에 게이트(gate;54a)가 마련된 메탈층(54)이 형성된다. 상기 배면기판 (51)상에 설치된 한 개의 급속팁(52) 당 전류가 80nA 내지 100nA 정도 이므로 금속팁이적어도 10,000개 이상이면 1mA 이상을 얻을 수 있으므로 음극선관의 형광막을 여기시키기 위한 충분한 전류가 된다.

그리고 바람직하기로는 필드에미터의 직경은 상기 포커스 전극에 형성된 전자빔 통과공의 직경의 5/100 내지 5/10 정도로 하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 칼라 음극선관용 전자총의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 음극 구조체를 갖는 전자총은 음극선관의 펀넬 네크부에 장착된 상태에서 상기 전자총을 이루는 포커스전극(61) 및 최종각속 전극(62)에 소정의 전위가 인가되면, 전극들의 사이에는 주전자렌즈가 형성된다. 그리고 상기 음극구조체(50)의 금속팁(52)이 노출된 표면에 전제가 작용되면 상기 금속팁(52)로부터 전자빔이 방출된다. 상기와 같이 방출된 전자빔은 상술한 주전자렌즈를 통과하면서 집속 및 가속된 후 편향요오크에 의해 편향되어 형광막의 형광점에 랜딩되어 형광막을 여기시키게 된다.

상술한 바와 같이 작동되는 칼라 음극선관용 전자총은 제7도에 도시된 바와 같이 필드에미터의 다수 팁으로부터 전자가 방출되므로 필드에미터로부터 방출된 전자빔의 전류 밀도는 일정하게 된다. 따라서 전류의 밀도가 일정함으로써 전류밀도의 곱으로 나타나는 반발력도 전자빔이 이동하는 동안 제8도에 도시된 바와 같이 균일하게 작용하므로 전자빔의 비균일성을 줄일 수 있게 된다.

제9도는 본 발명에 따른 전자총의 전자빔 궤적을 가시적으로 나타내 보인 것이며 제10도는 음극구조체에서 전자빔의 방출상태 시뮬레이션한 것이며, 제11도는메인렌즈를 통과하는 전자빔의 궤적을 시뮬레이션한 것이다.

상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이 포커스전극의 전자빔 통과공을 통과하기 전에 음극구조체(50)으로부터 방출된 전자빔은 평행하게 입사하게 되나 통과공을 지나면서 발산렌즈(100)의 영향으로 메인렌즈(200)로의 입사각이 커지게 된다. 입사각은 상기 필드 에미터 즉, 음극구조체의 전자방출원인 필드 에미터의 직경을 줄임으로써 줄일 수 있다. 즉, 렌즈를 통과하는 전자빔의 영향은 렌즈의 강도외에 렌즈를 통과하는 전자빔의 반경에 비례하게 되므로 필드에미터의 직경을 줄임으로써 입사각을 작게하고 나아가서는 메인렌즈(200)에서의 수차를 줄일 수 있는 것이다. 상기 필드에미터는 일정한 간격을 가진 다수이 팁이 모여이루어진 구조로 실제 사용전류는 필드에미터 반경의 자승에 비례하게 된다. 따라서 상기 메인렌즈의 수차를 줄이기 위해서 무한히 필드에미터의 직경을 줄일 수 없고 전류치 때문에 반경을 키운다면 필드에미터의 반경이 클수록 상기 발산렌즈(100)의 영향을 많이 받게 되므로 입사각이 커지게 되고 다시 메인렌즈의 수차는다시 늘어나게 된다. 따라서 본 발명인은 상술한 점을 감안하여 필드에미터의 직경을 포커스 전극에 형성된 전자빔 통과공직경에 대해 5/100 내지 5/10 정도로 형성하였을 경우 메인렌즈의 수차를 적게 할 수 있었다.

그리고 본 발명에 따른 칼라 음극선관용 전자총은 부가적인 효과로서 전류대별 빔경이 한정화 된다. 즉, 제12도 및 제13도에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전자총은 삼극관부를 이루는 제어전극과 스크린전극이 구비되어 있지 않으므로 스크린전극으로부터 전계침투가 없어 전자빔의 방출밀도가 일정하게되어 전류대별 전자빔경의 변화가 적고 포커스 크랙킹(focus tracking) 역시 종래에 비하여 개선됨을 알 수 있다. 특히, 종래의 전자총과 본 발명에 따른 전자총의 전류대별 빔경변화가 사용전류를 동일하게 하였을 경우 30% 이상 감소된다.

또한 본 발명에 따른 전자총은 부가적으로 삼극부의 제어전극과 스크린 전극이 제거되므로 전자총의 제조공정과 생산원가를 줄일 수 있고, 상기 필드 에미터의 직경을 1mm 로 하였을 경우 기존 전자총의 전자빔 직경에 비해 25% 이상 전자빔의 직경을 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 칼라 음극선관용 전자총은 상기한 실시예에 의해 한정되지 않고 당업자에 의해 본원 발명의 기술적 범위내에서 변형 가능함은 물론이다.

제1도는 일반적인 음극전관의 단면도,

제2도는 종래 칼라 음극선관용 전자총의 일주절제 평면도,

제3도는 종래 전자총의 전자빔 통과공의 반경과 전류 분포를 나타내 보인 그래프

제4도는 종래 전자총의 전자빔 통과공의 반경과 전하 반발력의 관계를 나타내 보인 그래프

제5도는 본 발명에 따른 칼라 음극선관용 전자총의 일부 절제 평면도,

제6도는 제5도에 도시된 음구조체의 단면도,

제7도는 본 발명에 따른 전자총의 전자빔 통과공의 반경과 전류분포를 나타내 보인 그래프

제8도는 전자빔 통과공의 반경과 전하 반발력의 관계를 나타내 보인 그래프

제9도는 본 발명에 따른 전자총의 형성렌즈와 전자빔의 궤도를 가시화시켜 나타내 보인 도면,

제10도 및 제11도는 전자총의 전자렌즈 형성상태를 도시한 도면,

제12도는 음극구조체를 이루는 필드 에미터와 전지빔 경의 관계를 나타내 보인 그래프

제13도는 본 발명에 따른 전자총의 전류값과 빔경의 관계를 나타내 보인 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

50: 음극 구조체

61: 포커스 전극

62: 최종 가속전극

Claims (4)

1. 필드에미터로 이루어진 음극구조체와, 이 음극구조체로부터 방출된 전자을 접속하기 위해 메인렌즈를 형성하는 포커스 전극과, 최종가속전극을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
2. 제1항에 있어서,

   상기 필드 에미터가 빔을 포커싱 하기 위한 별도의 삼극를 가지지 않고 포커스 전극에 인접되게 설치된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
3. 제1항에 있어서,

   상기 주렌즈를 형성하는 포커스 전극에 인가된 전압보다 상기 최종가속 전극에 인가된 전압이 상대적으로 높게 인가된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
4. 제1항에 있어서,

   상기 필드에미터의 직경이 상기 포커스전극에 형성된 전자빔 통과공에 대해 5/100 내지 5/10 의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.