KR100362766B1 - 음극선관과 그의 음극 구조체 및 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 전자총에 삽입될 음극 구조체에 관한 것이다.

음극은 그 한쪽 단부에 방사형 펠릿(26)이 배치된 음극체(23)를 포함하며, 음극체는 금속 외장(22)의 내부에 지지 수단에 의해 고정 배치되고, 상기 지지 수단은 일단부가 음극체에 결합되고 다른 단부가 중간 부재(30)에 결합되는 제1 브랜치열(31)과, 일단부가 금속 외장(22)에 결합되고 다른 단부가 동일한 중간 부재(30)에 결합되는 제2 브랜치열(32)을 포함한다.

Description

음극선관과 그의 음극 구조체 및 전자총{CATHODE STRUCTURE AND ELECTRON GUN FOR CATHODE RAY TUBES}

근래에는 스크린 밝기, 수명, 조명 시간 및 전력 소모에 관하여 성능이 개선된 음극선관이 요구되는 경향이 있다.

이러한 파라미터의 대부분은 본질적으로 음극선관의 스크린을 주사하는 전자 빔 또는 이들 전자빔들을 생성하는데 사용되는 음극의 구조체 및 형태에 좌우된다.

지금까지 일반적으로 사용된 산화막 처리 음극은 이러한 요구 조건을 더 이상 만족시키기 어렵기 때문에, 그것을 보다 긴 수명과 높은 전류 밀도를 지니는 디스펜서 음극으로 대체되고 있는 추세이다.

본 발명은 음극선관용 전자총에 삽입될 음극 구조체에 관한 것이다.

도 1과 도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따라 금속 외장 내에서 음극체를 지지하는 수단을 도시한다.

도 3은 본 발명에 따른 음극 구조체의 분해도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음극 구조체를 위에서 본 평면도이다.

도 5는 하나의 금속 조각으로 구성된 본 발명에 따른 지지 수단의 일례를 도시한다.

도 6은 음극이 일정한 온도로 가열될 때 본 발명의 제1 실시예에 따라 음극체를 지지하는 수단이 받게 되는 기계적 압력을 도시한다.

디스펜서 음극 또는 함침형(impregnated) 음극은 약 1000℃ ~ 1200℃의 온도에서 동작한다. 이러한 형태의 음극이 삽입되는 전자총의 성능을 좋게 하고 안정성을 높이기 위하여 위 동작 온도에서 음극을 구성하는 재료의 팽창을 최소로 만들어야 한다. 그것은 내열 재료를 사용하고 음극 지지체의 크기를 도전성 열 손실을 제한할 수 있도록 만듦으로써 달성된다.

이러한 결과를 얻기 위해, 미국 특허 제4,184,100호 및 제5,218,263호에는 2가지 형태의 구조가 개시되어 있고, 공통적으로 아래의 구조 즉,

- 한쪽 단부에 전자 방출부를 구비하고 가열 소자를 포함하는 실질적으로 원통형의 음극체와;

- 그 음극체를 둘러싸는 원통형의 형상을 지니고, 열 차폐를 위하여 차폐물의 기능을 지니는 금속 외장과;

- 차폐물 내에서 음극체를 지지하는 수단을 포함한다.

음극을 지지하는 지지 수단은 전도성 열 손실을 최소화하면서 어셈블리를 경질로 만들 수 있어야 한다. 또한, 음극체를 지지하는 수단은 열 손실을 최소화하기 위해, 한쪽 단부는 음극체에 다른쪽 단부는 차폐물에 결합되고, 작은 단면을 지니는 금속 스트립으로 제조되는 탭(tabs)이 될 수 있다. 다른 실시 형태에 따르면, 탭의 한쪽 단부는 차폐물과 일체인 상태를 유지하고 다른쪽 단부는 음극체와 결합될 수 있도록 탭을 차폐물의 원통부로부터 분리, 절단(cut out)하고 있다.

그러나, 음극체를 금속 외장 내부에 배치하여 탭으로 고정시킬 때, 매우 작은 단면의 금속 탭을 사용하면 충분한 기계적 강도를 얻는 것이 어렵다. 또한 이러한 연결 탭은 동작 중에 음극체의 열 팽창으로 인하여 쉽게 변형될 수 있다.

유럽 특허 출원 제534,842호에서 개시하는 구조체는 보다 경질의 지지 수단을 포함한다. 왜냐 하면, 그 구조체는 원추대 표면에 구멍이 뚫린 원추대형 링 (frusto conical ring)으로 구성되기 때문이다. 그러나, 이러한 구조체는 음극체와 금속 외장 사이에 열 교환을 촉진시킴으로써 음극의 열 효율을 저하시키는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 음극체를 지지하는 지지부에서 경질의 음극 어셈블리를 가능하게 하고, 음극체와 금속 외장 사이의 전도성 열 손실을 최소화하기 위해 음극 지지 구조체를 개선시키는데 있다.

이를 실현하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 음극 구조체는 금속 외장의 내부에 음극체를 지지하는 수단을 포함하고, 이 지지 수단은 각 브랜치의 제1 단부를 통하여 금속 외장과 연결되는 제1 브랜치열과, 각 브랜치의 제1 단부를 통하여 음극체와 연결되는 제2 브랜치열을 구비하며, 제1 및 제2 브랜치열의 제2 단부는 중간 부재에 의해 함께 연결되어 있다.

다른 장점은 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 예시할 것이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 함침형 음극(1)은 원통형 음극체(3)로 구성되어 있고, 이 원통형 음극체(3)는 한쪽 단부에 위치하는 방출부(6)와 음극체의 공동부에 수용되어서 상기 방출부를 가열하기 위한 필라멘트(5)를 포함한다. 음극체는 표면이 금속 외장의 표면으로부터 부분적으로 분리 절단된 수단인 탭(4)을 이용하여 속이 빈 금속 외장(2)에 연결된다. 여기에서, 탭의 한쪽 단부는 금속 외장과 일체로 유지되고, 다른쪽 단부는 금속 외장 안쪽으로 연장되어 음극체에 용접 결합된다. 음극체에서 금속 외장으로의 열 손실을 방지하기 위해서는, 매우 작은 단면의 탭을 이용하는 것이 필요하지만, 매우 작은 단면을 지니는 탭을 이용하는 것에는 매우 어려운 점이 있다. 예컨대, 금속 외장의 최소 두께가 약 25-30㎛이고, 탭의 단부를 음극체에 스폿 용접하기 위한 액세스 지점이 필요하며, 금속 외장으로부터 탭을 부분적으로 분리시키는 작업이 어렵다는 점 때문에 탭의 두께 및 폭의 크기는 일정한 크기 이상을 지니도록 제한되는 것이다.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 음극체 구조를 위에서 바라본 평면도와 옆에서 바라본 단면도이다. 음극(11)은 방출부(16) 및 가열 필라멘트(15)를 갖는 음극체(13)를 구비하고, 음극체(13)는 금속 외장(12)에 삽입되어 있고 지지 수단(14)을 통하여 금속 외장(12)과 결합된다. 지지 수단(14)은 원추대형의 왕관 모양을 지니고 구멍(17)이 뚫어져 있다. 이러한 지지 수단은 음극체를 금속 외장 내부의 소정의 위치에 유지시키기 위하여 충분한 기계적 강도를 제공하는 장점을 가지나, 음극체(13)와 금속 외장(12) 사이에 브릿지를 형성하는 재료의 양이 많기 때문에 음극체(13)와 금속 외장(12) 사이의 열 교환을 촉진하는 단점을 갖는다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 음극(21)은 아래의 구성 수단, 즉각 브랜치의 한쪽 단부가 음극체에 결합되고 다른쪽 단부가 중간 부재(30)에 결합되는 제1 브랜치열(31)과,각 브랜치(32)의 한쪽 단부가 금속 외장(22)에 결합되고 다른쪽 단부가 위 제1 브랜치열이 결합되는 것과 동일한 중간 부재(30)에 결합되는 제2 브랜치열(32)을 포함함으로써,음극체(23)가 금속 외장(22)의 내부의 소정의 위치에 유지되게 한다.

브랜치(31, 32)는 용접에 의해 중간 부재(30)에 결합될 수도 있고, 단일한 금속 조각으로 형성될 수도 있다. 단일한 금속 조각으로 형성하는 경우에는 예컨대 금속판의 절단 작업을 통해서 이루어질 수 있으며, 이 경우에 음극체 지지 구조의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

중간 부재(30)는 링의 형태로 선택되는 것이 바람직하고, 그 직경은 금속 외장의 내부 직경과 음극체의 외부 직경 사이의 중간값을 갖는다. 2개의 브랜치열 사이의 기계적인 결합은 음극 지지를 단단하게 하고 작은 단면의 브랜치가 이용될 수 있도록 하며, 이는 열 분산을 줄이는 장점을 제공한다.

본 발명의 일실시예에서, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 한쪽 단부가 금속 외장(22)에 용접되어 있는 제1 브랜치열(31)은 서로에 대해 120°로 배치된 3개의 브랜치들을 포함하고, 또한 한쪽 단부가 전자 방출부(26)를 지지하는 음극체에 용접된 제2 브랜치열(32)은 서로에 대해 120°로 배치된 3개의 브랜치들을 포함한다. 이러한 구조는 음극체와 금속 외장 사이의 열 브릿지의 수를 최소화시킬 수 있는 동시에 뛰어난 기계적 안전성을 제공하고 음극체의 위치 유지도(positional retention)를 높여준다. 그러나 브랜치의 수는 한정된 것이 아니며, 각 브랜치열에 3개 이상의 브랜치도 사용할 수 있다. 또한, 제1 브랜치열과 제2 브랜치열에서 서로 다른 수의 브랜치를 이용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 중간 부재(30)를 음극체 또는 금속 외장에 결합시키는 브랜치열 부분은 음극체의 길이 방향 축(Z)에 수직인 동일한 방사 평면에 놓여 있다. 결과적으로, 음극체를 금속 외장과 결합시키는 지지 수단의 길이가 짧아지기 때문에, 종래 기술에서보다 짧은 음극체를 얻을 수 있다. 중간 부재(30)를 음극체 또는 금속 외장에 결합시키는 2개의 브랜치열 부분은 음극의 길이 방향 축(Z)에 수직인 동일 방사 평면에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 음극의 전체 길이를 단축시키는 효과가 있고, 그에 따라 전자 방출부(26)를 가열하는 필라멘트(25)의 길이를 종래 기술에서보다 더욱 짧게 할 수 있으며, 가열 매체의 질량이 작아지기 때문에 매우 신속하게 발열(bright-up)될 수 있다.

다른 실시예에서, 도 5에 도시하는 음극체의 지지 수단은 제1 브랜치열(31)과 제2 브랜치열(32)을 포함하고, 제1 브랜치열(31)은 링에서 외부로 연장하는 지점인 접합점(34)을 지니고, 제2 브랜치열(32)을 링에서 내부로 연정하는 지점인 접합점(33)을 지니며, 접합점(33, 34)은 서로 마주보지 않도록 오프셋 배치된다.

직경 1.8 mm의 음극체와 직경 4.6 mm의 금속 외장을 포함하는 음극 지지 수단(30, 31, 32)은 산화막 처리 음극 또는 함침형 탄탈 음극에 대하여 예컨대 니켈/크롬과 같은 25 ㎛ 두께를 지니는 금속판을 절단 작업하여 제조될 수 있다. 브랜치(31, 32)의 폭과 링(30)의 폭은 0.4 mm이고, 링의 일반적인 직경은 3.2 mm이다. 제1 브랜치열의 각 브랜치(31)는 링(30)과 금속 외장(22) 사이에 위치할 제1 브랜치부(35)과, 금속 외장의 내부 표면과 나란하게 한 번 꺾여서 브랜치를 금속 외장에 용접 결합시키는 제2 브랜치부(135)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 브랜치열의 각 브랜치(32)는 링(30)과 음극체(23) 사이에 위치할 제1 브랜치부(36)와, 음극체의 외부 표면과 나란하게 한 번 꺾여서 브랜치를 음극체에 용접 결합시키는 제2 브랜치부(136)를 포함한다.

제1 브랜치열의 N개의 브랜치(31)를 각도 θ= 2π/N 만큼 서로에 대해 오프셋되도록 선택하고, 제2 브랜치열의 N개의 브랜치(32)를 각도 θ= 2π/N 만큼 서로에 대해 오프셋되도록 선택하고, 브랜치(32)의 접합점(33)이 브랜치(31)의 접합점(34)에 대하여 θ/2 만큼 오프셋되게 배치한다. 이러한 지지 수단 구조는 음극체와 금속 외장 사이의 열적인 링크 길이를 증가시킴으로써 상기 음극체와 금속 외장 사이의 온도 경사도를 증가시키고, 전도성 열 손실을 감소시키며, 음극의 발열 시간을 감소시키는 장점을 갖는다. 더욱이, 중간 부재(30)에 결합되는 내부 브랜치(32)와 외부 브랜치(31)의 접합점들 사이를 오프셋시키는 것은 용접 작업을 보다 쉽게 만든다. 즉, 먼저 내부 브랜치를 음극체에 용접 결합시키고 외부 브랜치를 금속 외장(22)에 용접 결합시키는 2단계 작업으로 보다 용이하게 실행할 수 있게 한다. 이러한 경우, 용접은 청정한 공간을 확보하여 그 안에서 레이저 용접 또는 전기 저항 용접에 의해 실행될 수 있다.

전술한 실시예에서 도출되는 다른 실시예에서, 링(30)과 브랜치(31, 32)의 링(30)은 각각 음극체의 길이 방향 축(Z)과 수직인 동일 평면에 위치한다. 이러한 배치는 음극 구조의 기계적 안정성을 높여 준다. 특히, 음극이 동작하는 동안 지지 브랜치(31, 32)가 열 팽창으로 인하여 연장되기 때문에 음극체가 길이 방향 축(Z)의 방사 방향으로 움직이는 것을 방지한다. 이러한 경우, 도 6에서 가리키는 바와 같이, 음극이 소정의 온도에서 동작할 때에 음극체를 지지하는 브랜치의 부분(35, 36)은 온도의 영향으로 인하여 방사 방향으로 확장될 것이고, 도 6에 점선으로 도시하는 바와 같이 각각 원심력(F) 및 구심력(FR)을 링(30)에 가하며, 링(30)에는 이러한 힘의 영향으로 방사 평면에서 탄성 변형이 일어난다. 그렇지만 서스펜션 브랜치의 연장으로 인한 기계적 압력이 링에 의해 흡수되기 때문에, 금속 외장에 대한 음극체의 위치는 일시적인 음극 가열 주기 동안 변하지 않게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 대하여 앞서 가리킨 바와 같이, 도 6에 의해 설명된 구조는 함침형 음극만이 아니라 산화막 처리 음극의 제조에도 적용될 수 있다.

도시하지 않은 실시예에서, 지지 수단은 브랜치(31, 32)와 다른 금속으로 제조한 중간 부재(30)를 구비하며, 이 브랜치는 예컨대 레이저 용접에 의해 중간 부재에 고정된다. 이러한 구조는 열 전도를 감소시킬 수 있도록 브랜치(31, 32)를 구성하는 금속의 재료를 선택할 수 있게 하고, 기계적 탄성도에 따라 중간 부재를 구성하는 금속의 재료를 선택할 수 있게 하는 장점이 있다.

Claims (10)

1. 금속 외장(22)의 내부에 음극체(23)를 지지하기 위한 지지 수단(30, 31, 32)을 포함하고, 상기 지지 수단은 각 브랜치의 일단부(135)를 통하여 금속 외장에 결합되는 제1 브랜치열(31)과, 각 브랜치의 일단부(136)를 통하여 음극체에 결합되는 제2 브랜치열(32)을 구비하는 음극선관용 음극 구조체에 있어서,

   상기 제1 및 제2 브랜치열의 제2 단부(33, 34)는 중간 부재(30)에 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 음극 구조체.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간 부재(30)는 링의 형태를 지니는 것인 음극선관용 음극 구조체.
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 브랜치열은 그 브랜치열의 길이 부분이 동일한 평면 내에 배치되는 것인 음극선관용 음극 구조체.
4. 제1항에 있어서, 상기 중간 부재(30)는 편평한 링의 형태를 지니고, 상기 적어도 하나의 브랜치열은 그 브랜치열의 길이 부분(35; 36)이 상기 링이 배치된 평면과 동일한 평면 내에 배치되는 것인 음극선관용 음극 구조체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 부재, 상기 제1 브랜치열 및 상기 제2 브랜치열은 단일한 성분의 일체형으로 제조되는 것인 음극 구조체.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 브랜치열 및/또는 상기 제2 브랜치열은 적어도 3개의 브랜치를 갖는 것인 음극선관용 음극 구조체.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 브랜치열의 브랜치들이 상기 중간 부재(30)와 결합되는 제2 단부(34)는 제2 브랜치열의 브랜치들이 중간 부재와 결합되는 제2 단부(33)에 대하여 오프셋되는 것인 음극선관용 음극 구조체.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 브랜치열은 동일한 수의 브랜치를 가지며, 하나의 브랜치열을 구성하는 각 브랜치가 중간 부재와 결합하는 접합점이, 위 중간 부재와 다른 하나의 브랜치열의 각 브랜치가 결합함에 있어서 연속하는 2개의 접합점 사이의 중간에 배치되는 것인 음극선관용 음극 구조체.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 음극 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자총.
10. 제9항에 기재된 적어도 1개의 전자총을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.