KR100434321B1 - 칼라 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라 음극선관용 전자총의 제1전극과 제2전극의 전자빔 통과공 형상을 개선하여 포커스를 향상시킨칼라 음극선관용 전자총을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이를 위하여 본 발명은 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어역할의 제1전극과 가속역할의 제2전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 두개 이상의 전극으로 구성되는 적어도 하나의 프리포커스 렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 집속전극과 양극전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 인라인형 전자총에 있어서, 제1전극의 전자빔 통과공 수평폭을 H1, 수직폭을 V1, 수평폭과 수직폭의 비(H1/V1)를 P1이라 할 때 1.1<P1<1.38을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총을 제공한다.

Description

칼라 음극선관용 전자총{Electron gun for Color CRT}

본 발명은 칼라음극선관용 전자총에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 칼라 음극선관용 전자총의 전자빔 통과공 형상에 관한 것이다.

이하 일반적인 칼라 음극선관 및 전자총의 개략적인 형태가 도시된 도 1을 참조하여 전자총에 대하여 설명한다.

도 1 에서와 같이 칼라 음극선관용 전자총은 상호독립된 3개의 음극(1)과, 상기 음극(1)에서 일정거리 떨어져 배치되어 있는 세개의 음극의 공통격자인 제1전극(2)과, 상기 제1전극(2)에서 일정간격 이격되어 배치되는 제2전극(3), 제3전극(4), 제4전극(5), 제1가속/집속전극(6), 양극전극(7) 및 상기 양극전극(7) 상부에 부착된 편향 누설자계를 차폐하기 위한 실드컵(8)의 순서대로 구성되어 있다.

상기 전자총의 음극(1) 내부에는 히터(1a)가 설치되어 있고, 상기 히터(1a)의 발열에 의해 전자가 방출되며, 제어전극인 제1전극(2)에 의해 전자빔(11)이 제어되고, 가속전극인 제2전극(3)에 의해 전자빔이 가속된다.

이후 전자빔(11)은 제3전극(4)과 제4전극(5)을 지나 주렌즈 형성전극인 제1,2가속/집속전극(6a)(6b), 그리고 양극전극(7)을 통과하여 형광면(12) 내면에 설치된 섀도우마스크(13)를 통과하고, 형광면(12)에 충돌되면서 형광체를 발광시킨다. 그리고 전자총이 삽입된 펀넬(10)의 네크부 외주부에는 전자총에서 방출된 전자빔(11)을 스크린 전체로 편향시켜 스캔해주도록 하는 편향요크(14)가 장착되어 있다.

음극(1)내부에 설치된 히터(1a)의 발열에 의해, 음극(1) 상면에 도포된 산화물에서 방출된 전자는 제어전극인 제1전극(2)에 의해 전자빔량이 제어되고, 가속전극인 제2전극(3)에 의해 전자빔이 가속되어 전단 집속렌즈를 구성하는 제3전극(4), 제4전극(5), 제1가속/집속전극(6a)을 통과하면서 예비 집속작용을 받고, 비대칭 대구경 주렌즈를 구성하는 제2가속/집속전극(6b), 그리고 양극전극(7)을 통과하면서 전자빔(11)은 집속되어 형광면(12) 내면에 설치된 섀도우마스크(13)를 통과하여 형광면(12)에 전자빔 스폿을 형성시킨다. 이 전자빔 스폿은 편향요크(14)에 의해 화면 전역으로 주사되어 화면을 형성한다.

도 2 는 각 전극을 통과하는 전자빔의 형상에 관한 개략도이다.

도 2에서와 같이 제1전극(2)은 프리포커스 렌즈를 구성하며 휘점소거전압과전류밀도를 결정하게 되고 초기 빔의 형상 특성에 많은 영향을 미친다. 또한 음극선관의 화면을 구성하는 전자빔 스폿의 형상과 크기는 제1전극(2)과 제2전극(3)의 형상과 그 치수에 따라서 좌우된다. 일반적으로 제1전극(2)과 제2전극(3)의 전자빔 통과공의 크기가 줄어들면 통과하는 전자빔의 물점 크기가 줄어들고 방사된 전자빔(11)이 주렌즈에 입사될 때의 발산각은 줄어들지 않으면서 주렌즈에 입사될 때의 크기는 축소된다.

이에 따라서 화면에서의 스폿 사이즈가 축소되지만 제1전극(2)과 제2전극(3)의 전자빔 통과공을 축소하면 고휘도를 요구하는 CPT용 전자총에 있어서는 전자간의 반발력에 의한 부정적인 효과를 발생시킬 수도 있다. 상기의 이유로 CPT용 전자총에 있어서 제1전극(2)과 제2전극(3)의 전자빔 통과공의 축소는 어려워지고 있다.

이런 문제를 극복하기 위해 종래에는 전자빔 통과공의 수평 및 수직방향의 치수는 줄이면서 전자간의 반발력은 그대로 유지하는 방법으로 원형의 전자빔 통과공을 사각형으로 변형하는 방법을 채용하였다. 일례로 직경이 0.5mm인 원형공의 면적은 0.196mm²이고 한변길이가 0.45mm인 사각공의 면적은 0.203mm²으로 수평과 수직의 폭은 축소되었으나 전자간의 반발력을 유발시킬 수 있는 면적은 오히려 확대되었다. 상기와 같이 공경의 형상을 원형에서 사각형으로 변경함으로써 화면 스폿을 축소하여 해상도를 향상시킬 수 있었다.

뿐만 아니라 도 3과 같이, 화면의 스폿 축소와 해상도 향상의 방법으로 전자총이 설치된 음극선관의 네크부에 영상신호에 동기되어 작동되는 속도 변조코일(18)을 장착하게 되었다. 이는 전자빔(11)이 영상 신호에 의해 방사되고 편향 요크(14)에 의해 편향되어 스크린에 화면을 구성하게 되는데, 이때 영상신호에 동기되어 작용되는 속도 변조 코일(18)의 자계가 영상 신호의 시작부분과 끝부분에서 편향 속도 변조를 일으켜 화면 스폿의 수평방향으로의 크기를 15~30% 축소시켜주게 하였다.

따라서 이제는 화면 스폿의 수평방향으로의 축소보다는 수직방향으로의 축소가 필요하게 되었는데, 이에 고휘도의 CPT용 전자총을 장착한 음극선관의 화면에서의 스폿 크기에 크게 영향을 미치는 전자간의 반발력을 줄이기 위해 제1전극(2)은 수평이 수직방향의 폭보다 큰 횡장 사각공을 적용하게 되었다.

횡장사각공은 수평방향으로의 폭이 수직방향으로의 폭보다 크기 때문에 전자빔의 형상을 결정짓는 삼극부의 수직방향 및 수평방향의 렌즈를 비대칭적으로 형성할 뿐 아니라 전자빔의 수평과 수직방향으로의 버추얼 크로스 오버 차이로 인한 전자들간의 반발력을 상당히 줄일 수 있다. 물론 횡장 사각공을 적용할 경우 화면 스폿의 수평방향의 크기는 확대되지만 상기 기술한 속도 변조 코일(18)의 효과에 의해 보상한다.

이러한 화면 스폿의 축소 경향은 횡장 사각공의 공경 축소를 불가피하게 했다. 일반적으로 이러한 공경의 축소는 제1전극(2)과 제2전극(3)에 동시에 행해지며, 이는 물리적인 전자빔 통과공의 축소에 의한 것으로서 전자빔 사이즈를 줄이고자 하는 의도였으나 실제 CPT용 전자총의 경우 보다 높은 휘도를 위해 전류를 증가시키고 이는 공간전자 반발력이 강해짐으로 인해 전자빔의 발산각을 조절하지 못해오히려 빔형상에 한계가 생기게 되었고, 공이 줄어들면서 휘점소거 전압이 낮아지게 되어 빔 드라이브 특성이 떨어지게 되고 그에 따라 전류밀도 및 휘도를 증가하는데 문제가 생기게 되어 포커스 특성을 오히려 저하시키게 된다.

또한, 음극(1)과 제1전극(2)간의 간격이 줄어듦으로서 스판셋(span-set) 작업시 작업성이 떨어지고 공의 감소로 수명에 치명적인 영향을 줄수 있다. 따라서 제1전극과 제2전극의 공경을 적절히 조절하여 공경의 축소를 최소화하면서 상기 문제점을 해결할 수 있는 방법들이 요구되어 진다.

상기 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 칼라 음극선관용 전자총의 제1전극과 제2전극의 전자빔 통과공 형상을 개선하여 포커스를 향상시킨 칼라 음극선관용 전자총을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 칼라 음극선관 및 그 내부에 장착되는 전자총에 대한 개략적인 단면도.

도 2 는 종래 전자빔이 전자총의 각 전극을 통과할 때의 형상도.

도 3 은 칼라 음극선관의 속도변조코일과 마그네트를 도시한 개략도.

도 4 는 본 발명에 의한 칼라 음극선관용 전자총의 제1전극과 제2전극의 전자빔 통과공을 각각 도시한 평면도.

도 5a 는 제1전극의 전자빔 통과공에서 수평폭의 치수를 고정시키고 수직폭의 치수를 가변시킬 때의 스폿 사이즈에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프.

도 5b 는 제1전극의 전자빔 통과공에서 수직폭의 치수를 고정시키고 수평폭의 치수를 가변시킬 때의 스폿 사이즈에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프.

도 5c 는 제1전극의 전자빔 통과공의 면적과 컷오프 전압과의 관계를 도시한 그래프

도 6 은 제2전극의 전자빔 통과공 치수 변경에 따른 스폿 사이즈의 변화를 도시한 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1: 음극 2: 제1전극

3: 제2전극 4: 제3전극

5: 제4전극 6: 제1가속/집속전극

7: 양극전극 2a: 제1전극의 전자빔 통과공

3a: 제2전극의 전자빔 통과공

H1: 제1전극 전자빔 통과공의 수평폭

V1: 제1전극 전자빔 통과공의 수직폭

H2: 제2전극 전자빔 통과공의 수평폭

V2: 제2전극 전자빔 통과공의 수직폭

이를 위하여 본 발명은 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어역할의 제1전극과 가속역할의 제2전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 두개 이상의 전극으로 구성되는 적어도 하나의 프리포커스 렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 집속전극과 양극전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 인라인형 전자총에 있어서, 제1전극의 전자빔 통과공 수평폭을 H1, 수직폭을 V1, 수평폭과 수직폭의 비(H1/V1)를 P1이라 할 때 1.1<P1<1.38을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총을 제공한다.

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명의 구성을 설명함에 앞서, 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 기술과 일치하는 부분에 대해서는 종래 도면부호를 그대로 인용하기로 한다.

도 4 는 본 발명의 칼라 음극선관용 전자총에 관한 바람직한 일실시예를 도시한 평면도이다.

도면을 참조하면, 도 4의 상단에는 본 발명에 의한 제1전극(2)의 전자빔 통과공(2a) 형상이 도시되어 있고, 하단에는 제2전극(3)의 전자빔 통과공(3a) 형상이 도시되어 있다. 상기 제1전극(2)의 전자빔 통과공(2a)은 수평폭(H1)이 수직폭(V1)보다 크고, 상기 제2전극(3)의 전자빔 통과공(3a) 수평폭(H2)은 제1전극(2)의 전자빔 통과공 수평폭(H1)의 80~100%, 상기 제2전극(3)의 전자빔 통과공 수직폭(V2)은 제1전극(2)의 전자빔 통과공 수직폭(V1)의 90~130% 범위내에서 형성된다.

이하 설명의 편의를 위하여 제1전극(2) 및 제2전극(3) 전자빔 통과공의 치수를 다음과 같이 정의한다.

제1전극의 전자빔 통과공 수평폭은 H1, 수직폭은 V1, 수평폭과 수직폭의 비(H1/V1)를 P1, 전자빔 통과공의 면적(H1×V1)을 B1이라 한다.

또한, 제2전극의 전자빔 통과공 수평폭을 H2, 수직폭을 V2, 수평폭과 수직폭의 비(H2/V2)를 P2, 전자빔 통과공의 면적(H2×V2)를 B2라 한다.

도 5a는 제1전극(2)의 전자빔 통과공(2a) 형상을 횡장 사각공을 적용할 경우 수평방향의 전자빔 통과공의 치수는 고정시키고 수직방향으로의 치수만을 변경하여 시뮬레이션을 실시한 결과를 도시한 그래프이다.

또한, 도 5b는 수직방향의 전자빔 통과공의 치수는 고정시키고 수평방향으로의 치수만을 변경하여 시뮬레이션을 실시한 결과를 도시한 그래프이다.

각각의 결과에서 제2전극(3)의 통과공이 정사각형상으로 수평 방향과 수직방향의 폭이 동일하다면 그 형상에 관계없이 제1전극(2)의 전자빔 통과공(2a)의 수평폭(H1)과 수직폭(V1)의 비율이 1.12~1.14의 범위에서 화면 스폿이 원형이 됨을 알수 있다. 또한 상기의 비율이 낮아지면 화면 스폿의 형상이 종장형이 되고, 상기의 비율이 높아지면 화면 스폿의 형상이 횡장형이 된다. 따라서 상기 종래 기술에서 언급된 속도 변조 코일(18)의 효과로 인한 수평 방향의 화면 스폿 축소와, 횡장 사각공의 수평폭(H1)과 수직폭(V1)의 비율(P1)이 1.23일 경우 화면에서의 수직 방향으로의 스폿 축소도 동시에 달성할 수 있다.

그러나 상기의 주어진 수평폭(H1)과 수직폭(V1)의 비율(P1)이 성립된다 하더라도 그 절대적인 치수가 축소된다면 종래 기술의 문제점에서 언급한 공간전자 반발력이 강해짐으로 인해 전자빔의 발산각을 조절하지 못해 오히려 전자빔 형상에 한계가 생기게 되고 화면 스폿의 축소가 어려워진다. 또한 공이 줄어들면서 휘점소거 전압이 낮아지게 되어 전자빔 드라이브 특성이 급격히 저하되고, 그에 따라 전류밀도 및 휘도를 증가하는 데 문제가 생기게 되어 포커스 특성을 오히려 저하시키게 된다.

더욱이 음극(1)과 제1전극(2)간의 간격이 줄어듦으로서 스판셋(span-set)작업시 작업성이 떨어지고 공의 감소로 수명에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 제1전극 전자빔 통과공의 수평폭(H1)과 수직폭(V1)의 비율(P1)과 함께 상기에서 언급된 전자빔 통과공의 면적(B1)도 고려되어야 한다. 상기의 제1전극(2)의 전자빔 통과공의 형상은 횡장사각공이며 이의 면적(이하 B1)은 수평폭(H1)과 수직폭(V1)의 곱으로 표시된다.

제2전극(3)의 치수를 고정하고 상기 B1과 컷오프 전압과의 관계를 나타내면 도 5c와 같이 나타낼 수 있다. 이는 B1이 0.158mm 이상이어야 일반적인 CPT용 전자총의 컷오프 전압인 60~90V의 최저값을 만족할 수 있다. 또한 면적이 0.25mm 이상이 되면 컷오프(Cut-off) 전압값이 90V를 넘어가게 되는데 이경우 음극과 제1전극과의 거리를 늘려야 한다.

이렇게 늘어난 간격은 캐소드의 활성화 공정의 조건 설정에 어려움을 주어 공정의 양산성이 불리해지므로 충분한 효과를 가지기 위해서는 제2전극(3)의 형상과 치수도 동시에 고려하여야 한다. 따라서 제2전극(3)을 적절히 축소하여야 했는데, 그 시뮬레이션 결과를 도 6에 나타내었다.

상기 도 6의 결과를 토대로 그 관계를 정리하면, 전자간의 공간 전하 반발효과를 고려하여 제2전극의 수평폭(H2)은 0.45mm이상으로 하되 수평과 수직의 비율(P2)은 0.9~1.1의 범위를 가져야 하며, 이때의 제1전극(2)의 수평과 수직의 비율(P1)은 1.1~1.67의 범위내에서 수평폭(H1)의 치수는 제2전극 수평폭(H2)의 1.4배를 넘지 않도록 한다.

만일 제1전극(2)의 수평폭(H1)이 제2전극(3)의 수평치수(H2)의 1.4배를 넘게되면, 전자총의 휘점소거전압이 상당히 높아져 목표한 휘점소거 전압으로 조정할 경우 제1전극(2)과 음극(1)간의 거리가 너무 멀어져 공정의 양산성이 불리해질 뿐아니라 수평 방향으로의 급격한 발산각의 증가로 인한 주렌즈의 입사면적이 넓어지고, 이는 구면수차의 영향을 크게 받아 오히려 화면 스폿의 축소에 불리하게 된다.

상기 본 발명의 내용을 종합하여 정리하면 다음과 같다.

제1전극(2)의 전자빔 통과공의 수평폭(H1)과 수직폭(V1)의 비율을 P1이라 할 때, 1.1<P1<1.38을 만족함이 바람직하다. 또한, 제1전극 전자빔 통과공의 면적을 B1이라 할때, 0.158<B1<0.25를 만족함이 바람직하다.

이때 제1전극 전자빔 통과공의 수평폭(H1)과 제2전극 전자빔 통과공의 수평폭(H2)의 관계는 H1<1.3×H2를 만족함이 바람직하다. H2의 최소값이 0.45mm이므로 H1은 0.585mm가 최대값이 된다. 이때의 수평폭 V1은 0.42mm가 된다.

제2전극(3)의 전자빔 통과공(3a)의 수평폭(H2)은 0.44<H2<0.56, 수평폭(H2)과 수직폭(V2)의 비율 P2는 0.9<P2<1.1을 만족함이 바람직하다.

상기 본 발명의 내용을 만족할 때, 제1전극의 전자빔 통과공 수평/수직비 P1과 전자빔 통과공의 면적 B1과 화면에 표시되는 스폿 사이즈와의 관계는 다음과 같이 나타내어진다. 여기서 Hs는 스폿의 횡장 수평폭, Vs는 스폿의 종장 수직폭을 말한다.

Hs=-0.262+0.775P+0.183B

Vs=1.25-0.393P-0.503

종래 전자총보다 고휘도에서 수직 스폿 사이즈를 작게함으로서 작은 해상도를 구현하고, 제1전극과 제2전극의 전자빔 통과공 크기를 적절히 조절하여 휘점소거 전압을 충분히 확보하며, 전자빔 드라이브 특성을 좋게 하고 그에 따라 전류밀도 및 휘도를 증가시켜 포커스 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어역할의 제1전극과 가속역할의 제2전극으로 구성된 삼극부와,

   상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 두개 이상의 전극으로 구성되는 적어도 하나의 프리포커스 렌즈부와,

   상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 집속전극과 양극전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 인라인형 전자총에 있어서,

   제1전극의 전자빔 통과공 수평폭을 H1, 수직폭을 V1, 수평폭과 수직폭의 비(H1/V1)를 P1이라 할 때 1.1<P1<1.38을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극의 전자빔 통과공 수평폭 H1은 0.585mm 미만인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극의 전자빔 통과공의 수직폭 V1은 0.512mm 미만인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극의 전자빔 통과공 수평폭과 수직폭의 곱을 B1이라 할때 0.158<B1<0.3을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2전극의 전자빔 통과공의 수평폭을 H2, 수직폭을 V2, H2/V2을 P2라 할때, 0.9<P2<1.1을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총
6. 제 5 항에 있어서,

   제2전극의 전자빔 통과공의 수평폭 H2는 0.44<H2<0.56을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
7. 제 5 항에 있어서,

   제2전극의 전자빔 통과공 수직폭 V2는 0.4<V2<0.61을 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
8. 제 5 항에 있어서,

   제1전극의 전자빔 통과공 수평폭 H1과 제2전극의 전자빔 수평폭 H2는 1.1H2<H1<1.3H2를 만족하는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.