KR100396668B1 - 칼라 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자총의 제1전극과 제2전극의 비드 글래스 매입부의 좌,우측(R 및 B측 비드부)의 형상, 두께, 폭, 비드부 두께 경사, 밴딩 방향을 변경함으로써 3전자빔의 전류량을 제어할 수 있는 구조를 갖게 하여 음극선관의 초기 동작 전류량을 균일하게 설계할 수 있는 전자총을 제공한다.

본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총은 히터의 발열에 의해 전자빔을 방출하는 다수의 음극과 상기 전자빔의 경로에 수직하게 형성되고 전자빔 통과공을 갖는 제1전극과 상기 전자빔의 가속을 위한 제2전극으로 구성된 삼극부를 포함하는 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 제1전극 또는 제2전극에서 비드 글래스에 매입되는 좌, 우측 비드부가 중앙 전자빔 통과공을 중심으로 비대칭 구조로 형성되도록 하되 3전자빔의 전류량이 동일하도록 구성한 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총을 제공한다.

Description

칼라 음극선관용 전자총{Electron Gun for Color Cathode Ray Tube}

본 발명은 칼라 음극선관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1전극의 비드 매입부 형상 개선을 통해 3전자빔간의 시간에 따른 열적변형의 차를 최소화하는 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것이다.

일반적으로 음극선관은 전자총에서 방사된 전자빔을 스크린에 타격시켜 화면을 구현하는 영상표시장치로써, 통상 TV 또는 모니터에 주로 채용된다. 이하 도 1에 도시된 일반적인 칼라 음극선관의 개략적인 단면도를 통하여 그 구조를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면 음극선관은, 내측에 RGB의 형광물질이 도포된 형광면이 구비된 패널(1)과 상기 패널(1)의 후방에 프릿 글라스를 이용하여 융착되는 펀넬(2)로 외부 골격을 이룬다. 그리고 상기 펀넬(2)의 네크부 내에는 R,G,B 3색의전자빔(19)을 조사하는 전자총(10)이 봉입되어 있다.

상기 패널(1)의 후방 내면에는 전자빔의 색을 선별하는 다수의 슬릿으로 구성된 섀도우 마스크와, 상기 섀도우 마스크를 지지하는 프레임 어셈블리(도시 생략)가 설치되어 있다.

상기 펀넬에는 전자빔을 상하, 좌우로 편향시켜 주는 편향요크와, 상기 전자빔이 정확히 형광체를 타격하도록 진행궤도를 수정함으로써 색순도 불량을 방지하는 보정 마그네트(도시 생략)가 구비된다.

상기 전자총의 구조에 관하여 첨부된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 일반적인 음극선관용 전자총에서 삼극부의 구조를 확대한 확대 단면도로서, 상기 전자총의 히터 발열에 따른 음극 및 각 전극들의 상태를 개략적으로 도시하고 있으며, 화살표는 히터 발열에 따른 팽창 방향을 나타내고 있다. 전자총(10)은 전원을 인가받아 발열하는 히터(11)와 상기 히터(11)의 전면에 상호 독립된 3개의 음극(12)을 지지하는 음극지지체(13)와 상기 음극(12)의 전면에 일정 간격 이격되어 상기 3개의 음극의 공통격자 역할을 하는 제1전극(14)과, 상기 제1전극(14)과 일정간격을 두고 순차적으로 이격되어 있는 제2전극(15)으로 크게 구성된다.

상기 각각의 전극들은 상기 음극에서 조사되는 전자빔이 일정한 세기로 제어되어 스크린에 도달할 수 있도록 상기 전자빔의 진행 경로에 대해 수직이 되게 서로 일정한 간격을 두고 형성된다. 특히 상기 제1전극(14)과 제2전극(15)의 전자빔통과공(14h)(15h) 주위는 전자빔의 진행경로에 완전히 수직하게 형성된다.

상기 음극(12)과 제1전극(14), 제2전극(15)을 통칭하여 삼극부라 하는바, 상기 삼극부의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 히터(11)에 일정전압이 인가되면, 상기 히터와 음극은 히터저항에 의해 720~800℃로 발열되어, 상기 음극(12)은 제1전극(14)측으로 90~100㎂정도 팽창하게 된다. 그리고, 상기 음극(12)을 지지하는 음극지지체(13)가 음극(12)의 열을 전달받아 상기 제1전극(14)과 반대방향으로 20~35㎂정도 팽창하게 된다. 계속해서, 제1전극(14)이 제2전극(15)측으로 50~60㎂정도 팽창하게 되고, 마지막으로 상기 음극(12)의 열전달이 가장 늦은 제2전극(15)은 상기 제1전극(14)측으로 팽창하게 된다. 이때 이들 각각의 팽창은 음극 전류에 변화를 주게 되어 백그라운드 특성에 영향을 미치게 된다.

도 3은 종래 음극선관용 전자총의 히터 발열에 따른 전류 변화량을 나타낸 그래프로서, 가로축은 시간을, 세로축은 전류변화량을 나타내고 있다. 도 3에 도시된 바에 따르면, 상기 히터가 전원을 인가받아 발열하면서 음극이 가장 먼저 팽창하면서 전류 변화량을 보이게 되고, 다음으로 음극 지지체, 제1전극, 제2전극의 순서대로 전류 변화량을 보이고 있다. 상기 전류 변화량의 크기를 순서대로 나열하면 음극, 제1전극, 제2전극, 음극지지체의 순서대로 나열됨을 알 수 있다. 이때 상기 각 요소들의 전류특성을 조합한 것을 오버슈트(Over shoot) 특성이라 하는데, 상기 오버슈트 특성은 안정시간을 결정하는 중요한 요소이다.

도 4a와 도 4b는 종래 음극선관용 전자총의 오버슈트 특성을 나타낸 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 도 3의 각 요소들의 전류 변화량을 조합한 전류량을 나타내고 있다.

도 4a에 도시된 바에 따르면, 먼저 음극이 히터의 열을 받아 제1전극측으로 열팽창을 하면서 ①구간에 따른 곡선을 따라 전류는 급격히 상승하게 된다. 다음, 음극지지체가 음극의 열을 받아 상기 음극과 반대방향으로 열팽창을 하면서 ②구간의 곡선을 따라 전류가 감소하게 된다. 계속해서, 제1전극이 음극의 열전도로 제2전극측으로 팽창을 하면서 상기 음극 지지체와 같이 전류를 감소시키게 되는데, 이는 ③구간에 도시되어 있다. 마지막으로, 음극으로부터 열전달이 가장 늦은 제2전극이 상기 제1전극측으로 팽창하면서 결국 초기 조정량으로 복귀하게 된다.

이때, 최초 음극이 팽창하면서 전류가 상승하여 제2전극의 팽창에 의해 초기 조정량으로 복귀하는데 걸리는 시간을 안정시간이라 하는데, 도 4a에 따르면 안정시간이 대략 25~30분 정도를 보이고 있다.

한편, 전류 피크량과 초기 조정량과의 비를 전류 피크치라 하는데, 이를 정하면 다음과 같다.

전류 피크치(%)=(전류 피크량/200㎂)×100

여기서 전류 피크량이란 히터의 열에 의해 음극 및 각각의 전극의 팽창된 위치가 특별한 지점에서 가장 많은 전류를 낼때의 전류량을 의미하며, 종래 음극선관용 전자총의 경우 상기 전류 피크치가 120~180%정도로 나타나고 있다. 또한, 3 전자빔간 전류량의 차이에 의하여 발생되는Ik 현상은 도 4b에 도시한 바와 같이 일정한 시간에서 각 전자빔간의 전류차를 백분율로 표시하는데 계산치는 다음과 같다.

Ik=[(최대 전류량-최소 전류량)/최소 전류량(각 전자빔)]×100

Ik는 사용자가 모니터나 텔레비젼의 전원을 켰을 때 브라운관의 화면이 점점 밝아질 때 화면의 색변화에 대한 정도를 나타내는데, 전류차가 심할 때 화면의 색이 백색상태를 유지하지 않고 많은 전류가 사용되는 색 계통으로 화면의 색이 변하다가 점점 백색으로 되는 현상이 발생하게 된다.

상기와 같이 구성된 전자총의 경우 특히, 제1전극과 제2전극이 절연 지지체와 결합시 발생되는 응력과 상기 제1,2전극의 전자빔 통과공의 금형 제작시에 잔류되어 있는 금속자체의 응력으로 인해 상기 제1,2전극은 전술한 바와 같이 상당한 열팽창량을 보이고 있다.

일반적으로 제1,2전극의 전원인가 연결선은 제1,2전극의 R색 전자빔 통과공에 가까운 쪽에 용접되어 연결하는데, 이는 도 4b에서 알수 있는 바와 같이 R의 오버 슈트량을 낮게 하고 상대적으로 B의 오버 슈트량을 높게하는 현상을 만들게 된다. 이것은 연결선이 제1,2전극의 R의 열팽창량을 강제 억제시키어 오버 슈트량을 낮추는 역할을 하게 하는데, 결국 3전자빔간의 전류량의 차이를 만들게 되어 음극선관의 신뢰성 특성을 악화시키는 요인이 된다.

특히 전자총의 자동화 조립공정으로 발전해 가면서 제1,2전극의 연결선은 탭 형태에서 와이어 형태로 바뀌면서 Red 쪽의 강제 열팽창량 억제기능이 강하게 작용하여 3전자빔 간의 오버 슈트량 차이가 현저하게 되어 더욱더 심각한 신뢰성 문제로 대두되고 있다. 결국Ik의 규격인 20~30%를 넘어가 음극선관의 오버 슈트 특성불량으로 처리되는 문제점이 발생한다.

뿐만 아니라, 초고해상도용 전자총으로 발전하면서, 제1,2전극의 전자빔 통과공의 축소 및 간격, 두께 등이 작게 설계되어져야 하는데, 이로 인해 3전자빔의 전류차는 더욱더 민감하게 반응하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 전자총의 제1전극과 제2전극의 비드 글래스 매입부의 좌,우측(R 및 B측 비드부)의 형상, 두께, 폭, 비드부 두께 경사, 밴딩 방향을 변경함으로써 3전자빔의 전류량을 제어할 수 있는 구조를 갖게 하여 음극선관의 초기 동작 전류량을 균일하게 설계할 수 있는 전자총을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 일반적인 칼라 음극선관의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2 는 종래 칼라 음극선관용 전자총에서 삼극부의 구조를 확대한 확대 단면도.

도 3 은 종래 칼라 음극선관용 전자총의 히터 발열에 따른 전류 변화량을 도시한 그래프.

도 4a와 도 4b는 음극선관용 전자총의 오버슈트 특성원리 및를 나타낸 그래프.

도 5 는 본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총의 구조를 도시한 단면도.

도 6 은 본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총에서 제1전극을 도시한 평면도.

도 7 은 도 6의 제1전극의 측단면도.

도 8a~도 8, 도 9a~도 9, 도 10a~도 10, 도 11a~도 11c는 본 발명의 다른 실시예들을 도시한 도면.

도 12 는 본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총의 개선된 오버슈트 특성을 도시한 그래프.

도 13은 종래 전자총의 오버슈트 데이터 및 그래프.

도 14는 본 발명에 의한 전자총의 오버슈트 데이터 및 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

22: 음극 23: 음극지지체

24: 제1전극 25: 제2전극

31: 비드 글래스 32,33: 전원인가 연결선

38R: R빔 통과공측 비드 글래스 매입부

38B: B빔 통과공측 비드 글래스 매입부

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 음극선관용 전자총은 히터의 발열에 의해 전자빔을 방출하는 다수의 음극과 상기 전자빔의 경로에 수직하게 형성되고 전자빔 통과공을 갖는 제1전극과 상기 전자빔의 가속을 위한 제2전극으로 구성된 삼극부를 포함하는 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 제1전극 또는 제2전극에서 비드 글래스에 매입되는 좌, 우측 비드부가 중앙 전자빔 통과공을 중심으로 비대칭 구조로 형성되도록 하되 3전자빔의 전류량이 동일하도록 구성한 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총을 제공한다.

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 통하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명의 구성을 설명함에 앞서, 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 기술과일치하는 부분에 대해서는 종래 도면 부호를 그대로 인용하기로 한다.

도 5는 본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 음극선관용 전자총(20)은 전원을 인가받아 발열하는 히터(21)와, 상기 히터의 전면에 상호 독립된 3개의 음극(22)을 지지하는 음극지지체(23)와 상기 음극(22)의 전면에 일정 간격 이격되어 상기 3개의 음극(22)의 공통격자 역할을 함과 동시에 상기 음극(22)에서 조사된 전자빔을 제어하는 제1전극(24)과, 상기 제1전극의 전면에 일정 간격을 두고 이격되어 상기 전자빔을 가속시키는 제2전극(25)으로 구성된다. 글리고, 상기 제2전극(25)의 전면에 제3전극(26) 및 제4전극(27)을 서로 이격되게 하여 구비함으로써 삼극부와 함께 프리포커스 렌즈와 다단집속렌즈를 형성되게 한다. 또한, 상기 제4전극(27)의 전면에는 고전압이 인가되는 집속전극(29)과 상기 집속전극의 전면에 편향 누설자계를 차폐하기 위한 쉴드컵(30)이 구비된다.

한편, 상기 다수의 전극들과 음극지지체(23)는 2개의 절연지지체(31)에 융착고정된다. 그리고, 상기 각각의 전극(24~30)들은 음극(22)에서 발생된 전자빔이 일정한 세기로 제어되어 스크린에 도달할 수 있도록 전자빔이 통과하는 경로에 대해 수직이 되게 서로 일정간격을 두고 위치하고, 상기 음극(22)에는 히터(21)의 발열에 의해 전자를 방출할 수 있도록 산화물이 부착되어 있다.

이와 같이 구성된 음극선관용 전자총(20)은 일단에 설치된 스템핀(6)으로부터 전원을 공급받아 히터가 발열하게 되고, 상기 히터(21)의 전면에 위치한음극(22)이 온도 상승과 함께 열전자를 방출하게 되면서 전자빔을 조사하게 된다. 상기 전자빔은 제어전극인 제1전극(24)에 의해 제어되고, 가속전극인 제2전극(25)에 의해 가속되어 상기 제1가속집속전극(28a)과 제2가속집속전극(28b)을 지나면서 주렌즈 형성전극인 집속전극(29)을 통과하게 된다. 계속해서, 상기 전자빔은 색선별기능을 하는 섀도우 마스크(도 1참조)를 통과하여 형광면에 충돌하면서 형광체를 발광시킨다.

도 6과 도 7은 상기 본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총에서 제1전극의 바람직한 일실시예를 도시한 것으로서, 도 6은 상기 제1전극(24)의 평면도를 도시한 것이고, 도 7은 도 6의 제1전극(24)에서 비드 글래스(31)에 매입되는 좌측 비드 글래스 매입부(34R)와 우측 비드 글래스 매입부(34B)의 측단면도를 도시한 것이다.

도 7을 보다 상세히 설명하면 도 6에 도시된 제1전극(24)의 중앙 전자빔 통과공을 중심으로 R빔 통과공에 가까운 좌측의 비드 글래스 매입부(34R)(이하 비드부)는 P-P 단면도로 표시하였고 비드부의 밴딩방향은 제2전극측이며, 중앙 전자빔 통과공을 중심으로 B빔 통과공에 가까운 우측의 비드부(34B)는 Q-Q 단면도로 비드부가 캐소드측 방향으로 밴딩되게 구성하였다.

이하 상기와 같은 구성으로 이루어진 제1전극(24)의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

음극선관의 초기 동작시 각 전극에 정격의 전압이 인가될 경우 캐소드의 열에 의해 제1전극(24)과 제2전극(25)이 열을 받아 각각 일정한 방향으로 열팽창을 하게 되는데 제1전극(24) 또는 제2전극(25)의 R빔 통과공 부근에 각각의 전극에 정격의 전압을 인가해 주기 위해 연결된 전원 인가 연결선(32)(33)은 R, B빔 통과공의 열팽창 정도의 차이를 발생시킨다. 본 발명의 구조에서는 이러한 팽창차이를 보정해서 각 전자빔의 전류량을 동일하게 만드는 역할을 한다.

즉, 캐소드의 열전달에 의해 제1전극(24) 및 제2전극(25)의 전자빔 통과공이 제2전극의 방향 또는 제1전극과 제3전극 방향으로 팽창하게 되어 각 전자빔의 전류량이 시간이 지남에 따라 많아지게 되는데 R빔의 전류량은 연결선에 의해 상대적으로 B빔의 전류량보다 작아지게 되어 제1전극의 좌측 비드부(34R)는 R빔의 전류량을 많게, 우측 비드부(34B)는 B빔의 전류량을 작게 만들게 된다. 이것은 비드 글래스(31)에 압착된 각각의 비드부(34R)(34B)가 R전자빔 통과공과 B전자빔 통과공간의 응력 차이를 발생시키기 때문이다.

다른 실시예로서 도 8a는 Q-Q 단면의 우측 비드부를 평행하게, P-P 단면의 좌측 비드부는 제2전극의 방향으로 밴딩되도록 구성하였고, 도 8b는 P-P 단면의 좌측 비드부를 평행하게, Q-Q 단면의 우측 비드부는 캐소드의 방향으로 밴딩되도록 구성하였다.

도 8c, 도 8d, 도 8e의 다른 실시예에서도 비드부가 밴딩 또는 평행이 되게하되 중앙의 전자빔 통과공을 중심으로 좌, 우 비대칭이 되도록 구성한 예이다. 상기와 같이 좌측 비드부와 우측 비드부를 비대칭으로 형성할 경우 전류량을 고려하여 전류량이 높은 측은 전류량을 낮출 수 있도록, 또는 전류량이 낮은 측은 전류량이 높아질 수 있도록 비드부의 응력을 조절하여 구성하여야 한다.

또한, 도 9a~도 9f의 다른 실시예들은 비드부의 끝단에 두께가 경사진 테이퍼부를 구비하도록 함으로써 전자빔의 중앙 통과공을 중심으로 하여 서로 비대칭이 되도록 구성을 하여 도 7에서 설명한 동작이 되도록 구성하였고, 도 10a~도 10c에 도시된 다른 실시예에서는 전자빔의 중앙 통과공을 중심으로 좌, 우의 비드부 폭(D,D', W,W')과 두께(t,t')를 서로 다르게 되도록 구성하여 역시 R,B 전자빔 통과공이 받는 응력의 차이를 두도록 하였다.

그리고 도 11a와 도 11b의 다른 실시예에서는 비드 글라스에 매입되는 비드부의 형상을 서로 전혀 다르게 구성하였는데 도 11a는 좌우측의 비드부중 한쪽에 돌기부를 형성시키는 구조로 구성하였고 도 11b는 좌우측의 비드부중 한쪽의 절취부 형상을 다르게 형성시키는 구조로 구성하였다.

이하, 도 12는 본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총의 오버 슈트 특성을 나타낸 그래프로서 종래의 R 전자빔과 B 전자빔간의 전류차가 개선되어 3전자빔의 전류량은 시간대에 관계없이 거의 동일한 그래프의 양상을 나타내고 있다. 도 13과 도 14는 종래의 전자총과 본 발명에 의한 전자총의 오버 슈트 특성을 측정한 그래프로서 종래 전자총의Ik%가 31.8%에서 4.5%로 개선되어 86%의 개선효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이것은 종래의 전자총은 제1전극이 열팽창을 하면서 종래 도 4a의 ①구간에 따른 곡선이 종래 전자총의 경우 제1전극 또는 제2전극의 전원 인가 연결선(32)(33)에 의해 전극의 열팽창 정도의 차이를 만들게 되고 결국 전류의 차로 나타나 오버 슈트 특성 불량을 만들게 되었지만 본 발명의 전자총의 경우 이러한 팽창의 차이를 제1전극(24) 또는 제2전극(25)의 비드부의 좌우 차이를 둠으로써3전자빔 통과공의 비드 글라스의 응력 차이를 전원 인가 연결선(32)(33)에 의해 발생하는 현상의 반대로 만들어 주게 되어 3전자빔의 팽창량(전류량)의 발란스를 만들어 주게 된다.

또한, 오버 슈트 특성의 안정시간 또한 종래 20분대에서 5분이하로 줄어들어 음극선관의 신뢰성 향상에 상당한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 음극선관용 전자총은 제1전극 및 제2전극을 비드 글래스에 고정시킬 때 좌측의 비드 글래스 매입부와 우측의 비드 글래스 매입부를 서로 다른 형상, 두께, 폭 및 밴딩방향으로 구성되게 함으로써 3전자빔의 초기 동작시의 전류의 변화량을 동일하게 하며, 또한 전류변화에 대한 안정시간을 단축시켜 음극선관의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 향후 초고해상도의 음극선관의 개발시 전자빔 통과공의 크기, 전자빔 통과공 주위의 두께, 각 전극 간격등으로 인한 초기 백그라운드 특성의 불량율이 높아지는데 대한 대응을 간편하게 할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (7)

1. 히터의 발열에 의해 전자빔을 방출하는 다수의 음극과 상기 음극에서 방출된 전자빔을 제어하는 제1전극과, 상기 전자빔의 가속을 위한 제2전극으로 구성된 삼극부를 포함하는 음극선관용 전자총에 있어서,

   상기 제1전극 또는 제2전극에서 비드 글래스에 매입되는 좌, 우측 비드부가 중앙 전자빔 통과공을 중심으로 비대칭 구조로 형성되도록 구성한 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극 또는 제2전극의 좌,우측 비드부가 전자빔의 주사방향 또는 반대방향으로 밴딩되데, 그 밴딩방향이 서로 일치하지 않도록 구성된 전극을 가진 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극 또는 제2전극의 좌, 우측 비드부의 한 쪽이 전자빔의 주사방향 또는 그 반대방향으로 밴딩되도록 구성된 전극을 가진 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1전극 또는 제2전극의 좌, 우측 비드부는 적어도 한쪽이 비드부의 끝단으로 갈수록 두께가 좁아지는 테이퍼부를 구비한 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1전극 또는 제2전극의 좌,우측 비드부의 한쪽 비드부가 다른 한쪽의 비드부와 비교하여 다른 치수의 폭으로 구성된 전극을 가진 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극 또는 제2전극의 좌,우측 비드부의 두께가 서로 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1전극 또는 제2전극의 좌, 우측 비드부는 형태가 서로 동일하지 않는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.