KR100447658B1 - 음극선관용 음극구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 음극구조체에 관한 것이다.

본 발명의 구성은, 전자빔을 방사하기 위한 복수 개의 음극을 포함하는 칼라 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 음극은 가열용 히터를 내장하는 슬리브 및 상기 슬리브의 측면을 감싸는 측면부와 상면을 덮는 상면부로 구성된 기체금속을 포함하고, 상기 기체금속의 측면부 두께를 B라 하고, 상기 슬리브 두께를 W라고 할 때, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.

W ≤ B ≤ 2W ----------- (1)

따라서 본 발명에 의하면 칼라음극선관용 음극의 수명을 길게 하고, 또한 가열된 히터에서 전자빔이 주사되어 스크린 상에 화상이 출현하는 출화시간을 단축하도록 한다.

Description

음극선관용 음극구조체{A Cathode assembly of CRT}

본 발명은 음극선관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음극선관용 음극구조체를 형성하는 기체금속의 측면두께를 얇게 형성하여, 히터가 가열되어 전자빔이 스크린에 주사되어 스크린 상에 화상이 출현할 때까지의 시간을 단축시키도록 하는 음극선관용 음극구조체에 관한 것이다.

도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 음극선관의 개략도로써, 전자총(100)에서 발사된 전자빔(13)은 스크린(15) 내면에 일정 간격을 두고 설치된 새도우마스크(17)를 통과하여 형광면(14)에 충돌되어 발광을 일으키고, 외부에는 전자총에서 방출된 전자빔(13)을 스크린(15) 전체로 편향해 주는 편향요크(18)가 음극선관의 펀넬 외벽에 위치되어 있어 전자빔(13)을 형광면(14) 전체로 편향시켜 주며 화면 중앙의 퓨리티 조정을 위하여 센터 퓨리티 마그네트(16)가 설치되어져 있다.

도 2은 음극선관용 인라인형 전자총(100)으로써, 상호 독립된 3개의 음극(3)과, 상기 음극에서 일정거리 떨어져 배치되어 있는 세 개의 음극(3)의 공통격자인 제1전극(4)과, 상기 제1전극(4)에서 일정간격으로 배치된 제2전극(5)과 제3전극(6), 제4전극(7), 제5전극(8), 제6전극(9), 그리고 제7전극(10)의 순으로 배열되고, 제7전극(10) 상부에는 전자총과 튜브를 전기적으로 연결해 주면서 전자총을 튜브의 네크 부위에 고정시키는 역할을 하는 B.S.C(Bulb Space Connector)(12)가 부착된 실드컵(11)의 순서대로 구성된다.

또한, 상기 전자총(100)의 동작을 설명하면, 음극(3) 내부에 내장된 히터(2)가 스템핀(1)을 통해 전원과 연결되어, 음극표면으로부터 전자가 방출된다. 상기 방출된 전자는 제어전극인 제1전극(4)에 의해 전자빔(13)이 제어되고, 가속전극인 제2전극(5)에 의해 전자빔(13)이 가속되어, 제2전극(5), 제3전극(6), 제4전극(7), 그리고 제5전극(8) 사이에 형성되는 전단집속 렌즈에 의해 전자빔이 일부 집속 또는 가속되고, 주렌즈 형성전극인 포커스전극 제5전극(8)과 애노드전극 제6전극(9)에 의해서 또한 집속 또는 가속하게 되며, 상기 전극들 내부에는 인너전극이 매설되어 전계를 자유로이 제어할 수 있는 역할을 한다.

그리고 도 3은 종래 음극선관용 음극(3)의 단면도로써, 음극(3) 내에 음극 가열용 히터(34)가 삽입 설치된 원통형 슬리브(32)와, 상기 슬리브(32) 상단에 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 함유하며, 주성분이 니켈(Ni)인 기체금속(31)과, 상기 기체금속(31)의 상부에 바륨(Ba)을 주성분으로 하고, 그 외 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 등의 알카리토류 금속산화물로 구성된 전자방사물질층(33)으로 구성된다.

상기와 같은 구조를 가지는 종래 음극(3)의 제조방법 및 기술을 보면 다음과 같다.

먼저 음극의 가열원인 히터를 내장하는 실린더 형태의 원통형 슬리브(32)위에 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 함유하며 주성분인 니켈(Ni)인 캡(Cap)상의 기체금속(31)을 형성한다. 상기 기체금속(31)에는 환원제인 실리콘(Si)이 0.02~0.04중량% 함유되어 있고, 환원제인 마그네슘(Mg) 양은0.035~0.065중량%로 아주 적은 양이 함유되어 있다.

그리고 상기 기체금속(31)위에 바륨(Ba) 산화물을 주성분으로 하는 알카리토류 금속산화물이 구성되는데, (Ba, Sr, Ca)O로 표시되는 3원금속산화물로 이루어진 알카리토류 금속산화물이 전자방사물질층(33)을 이룬다.

한편, 음극선관내에서 전자생성 동작을 살펴보면, 슬리브(32) 내에 삽입 설치된 히터(34)의 가열에 의해 산화바륨(BaO)이 주성분인 전자방사물질과 기체금속(31) 내의 활성화 금속간에 화확반응이 일어나고 이로 인해 자유바륨(Ba)이 생성하게 되고, 자유바륨으로부터 전자를 생성하게 된다. 즉, 화확반응식은 다음과 같다.

BaCO₃(가열)=BaO+CO₂↑---------------①

4BaO + Si = 2Ba + Ba₂SiO₄-----------②

2BaO + Si = Ba + SiO₂---------------③

BaO + Mg = Ba + MgO -----------------④

Ba = Ba₂+ + 2e^-(전자생성) -----------⑤

상술한 바와 같이 전자를 생성하는 음극(3)은 기체금속의 상면두께(11)에 따라 음극선관용 음극(3)의 수명에 영향을 끼치는데, 기체금속의 상면두께(11)를 두껍게 할수록 음극의 수명특성은 좋아진다.

그러나 상기와 같이 기체금속(31)의 상면두께(11)를 두껍게 하는 종래의 음극선관용 방열형 음극은 내부에 삽입 설치된 히터(2)의 열이 전자방사물질층(33)으로 전달하는데 단위면적당 열전달량인 열전도 효율이 낮아져 전자총(7) 내 히터(2)가 가열되고 전자빔(13)이 주사되어 스크린 상에 화상이 출현할 때까지의 시간인 출화시간이 늦어지는 단점이 있다.

다시 말해, 히터의 열은 도 4의 (가)에 도시된 바와 같이, 기체금속의 상면으로 직접 전도되기도 하고, (나)에 도시된 바와 같이, 슬리브를 통해 기체금속의 측면으로 전도되어 기체금속의 상면으로 전도되어 전자방사물질층(33)으로 전달되기도 하는데, 히터(2)의 열이 전자방사물질층(33)으로 전달하는 단위면적당 열전달량은 하기식으로 나타낼 수 있다.

Q/A=k×T/L

(Q/A: 단위면적당 열전달량, k: 상수, L: 열전도 길이,T: 입출력 온도차)

즉, 상기식에서의 열전도 길이(L)는 짧을수록 열전달량이 증가되므로, 도 4에서의 (가)에서는 상면두께가 얇아야 하거나, (나)에서는 슬리브 두께 및 기체금속의 측면두께가 얇아야 열전달량이 증가되어 출화시간을 앞당길 수 있다.

그러나, 고 전류밀도 장수명 음극선관용 방열형 음극구조체를 실현하기 위해서는, 기체금속(31)중의 활성화 금속인 실리콘(Si), 마그네슘(Mg)등이 지속적으로 전자방사물질층(33)으로 확산 공급되어야 하므로, 이를 위해 전자방사물질층(33)이 도포 구비된 기체금속(31)의 상면두께(11)를 두껍게 하여야 하기 때문에 도 4의 (가)의 열전도를 위해 기체금속의 상면두께를 얇게 할 수 없다.

따라서 종래의 텔레비전용 음극선관용 음극구조체는 0.05㎜의 얇은 기체금속을 사용하였으나, 최근 고 전류밀도 모니터용 음극선관용 방열형 음극구조체에는 기체금속의 상면두께(11)를 0.25㎜까지 두껍게 사용하여 고전류 밀도에서의 음극선관용 방열형 음극의 수명연장을 실현시키고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 음극선관용 방열형 음극구조체에 있어서, 기체금속(31)의 두께를 두껍게 할수록 음극선관용 방열형 음극구조체는 내부에 삽입 설치된 히터(2)의 열이 전자방사물질층(33)으로 전달하는데 단위면적당 열전달량인 열전도 효율이 낮아져 출화시간이 늦어지는 단점이 나타났다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 종래 문제점들을 해결하기 위한 것으로 음극선관용 음극구조체의 기체금속의 상면두께, 측면두께 및 슬리브 두께를 최적으로 구성하여 음극선관용 음극의 수명을 길게 하고, 전자총 내부에 삽입 설치된 히터의 열이 슬리브를 통해 기체금속 측면으로 열전도시 충분한 효율적 전도가 가능하여 출화시간이 단축되는 음극선관용 음극구조체를 제공하는 데에 있다.

도 1 은 일반적인 음극선관의 개략도.

도 2 는 일반적인 음극선관용 인라인형 전자총의 단면도.

도 3 는 종래의 음극선관용 음극구조체의 단면도.

도 4 는 음극구조체의 열 전도 방향을 나타낸 도.

도 5 는 본 발명에 의한 음극구조체를 나타낸 도.

도 6 은 음극구조체를 A-A'축으로 자른 단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 전자총 4: 제1전극

5: 제2전극 13: 전자빔

14: 형광면 17: 새도우마스크

31: 기체금속 32: 슬리브

34 : 히터 33: 전자방사물질층

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1의 기술적 해결수단은, 전자빔을 방사하기 위한 복수 개의 음극을 포함하는 칼라 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 음극은 가열용 히터를 내장하는 슬리브 및 상기 슬리브의 측면을 감싸는 측면부와 상면을 덮는 상면부로 구성된 기체금속을 포함하고, 상기 기체금속의 측면부 두께를 B라 하고, 상기 슬리브 두께를 W라고 할 때, 하기 식(1)을 만족하도록 하는 것이다.

W ≤ B ≤ 2W ----------- (1)

또 다른 본 발명의 기술적 해결수단은, 상기 슬리브 두께(W)가 하기 식(2)를 만족하도록 하는 것이다.

0.018㎜ ≤ W ≤ 0.025㎜ ----------- (2)

그리고, 바람직하게는 상기 기체금속의 상면부 두께를 A라 할 때, 기체금속의 상면부 두께 대비 측면부 두께가 하기 식(3)을 만족하도록 한다.

2.8 ≤ A/B ≤ 7.0 ----------- (3)

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 음극선관용 방열형 음극구조체의 열전도는 도 4의 (가)와 (나)에 도시된 바와 같이, 슬리브(32) 내에 삽입 설치된 히터(34)의 열이 기체금속(31) 상면으로 직접 전달되고, 슬리브(32) 및 기체금속(31) 측면을 통하여 기체금속(31) 상면에 구비된 전자방사물질층(33)으로 전달된다.

본 발명의 목적인 출화시간을 단축하기 위해서는 히터(34)의 열이 전자방사물질층(33)으로 충분하게 전도되야 하는데, 이를 위해서는 상기와 같이, 기체금속의 상면두께를 얇게 하거나, 기체금속의 측면두께 및 슬리브 두께를 얇게 해야 열전도가 빨리 진행되고, 충분한 양의 열이 전자방사물질층으로 전달된다.

즉, 단위면적당 열전달량은 식 Q/A=k×T/L의 관계를 가지므로, 열전도 길이(L)를 줄여줘야 열전달량이 증가한다.

그러나, 상술한 바와 같이, 기체금속(31)중의 활성화 금속인 실리콘(Si), 마그네슘(Mg)등이 지속적으로 전자방사물질층(33)으로 확산 공급되어야 음극의 수명이 연장되므로, 이를 위해 전자방사물질층(33)이 도포 구비된 기체금속(31)의 상면두께(11)를 두껍게 하여야 하기 때문에 도 4의 (가)와 같은 방향으로 열전도를 많이 하기 위해서 기체금속의 상면두께를 얇게 할 수 없다.

따라서, 도 4의 (나)에 도시된 것과 같은 방향으로 열전도가 빠르게 되도록 기체금속의 측면두께를 얇게 형성해야 한다.

한편, 일반적으로 음극선관용 방열형 음극구조체는 출화시간을 빠르게 하기 위해 슬리브에 열복사율이 높은 흑화층을 구비하고 있으나, 기체금속(31)은 흑화층을 구비하지 않고 있어, 히터(2)의 열이 기체금속(31)의 상면으로 직접 전도되는 것보다 슬리브(32)를 통하여 기체금속의 측면으로 전도되는 것이 열전도효율이 매우 높다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 열전도 길이(L)는 도 5의 A와 A'를 자른 기체금속(31)의 단면적(12s)과 슬리브(32)의 단면적(21s)에 대응된다.

즉, 기체금속(31) 측면의 단면적(12s)은 기체금속(31) 측면두께(B)의 제곱에 비례하기 때문에, 기체금속의 측면두께(B)가 얇으면 기체금속(31) 측면의 단면적(12s)이 작아지고, 단위면적당 열전달량(Q/A)인 열전도효율이 높아져 출화시간도 빨라진다.

그리고 기체금속(31)의 측면두께(B)는 도 5에 도시된 바와 같이, 슬리브 두께(W)보다 더 두꺼워야 바람직한데, 이는 히터(2)의 열이 슬리브를 통하여 기체금속(31) 측면으로 전도 될 때, 기체금속(31) 측면에 전도된 열이 빠르게 효율적으로 기체금속(31) 상면으로 전도되어 슬리브의 열이 충분히 기체금속(31) 측면으로 전도되는 것을 방해하지 않도록 한다.

이와 반대로, 기체금속(31)의 측면두께(B)가 슬리브 두께(W)보다도 너무 얇으면 충분히 슬리브로부터 열이 기체금속(31) 측면으로 전도되지 못하고 슬리브 내의 열은 슬리브 하단부로 방출되어 열손실이 발생하기 때문에 기체금속의 측면두께는 슬리브 두께보다 같거나 두꺼운 것이 바람직하다.

그리고 바람직하게는 기체금속(31)의 측면두께(B)가 슬리브 두께(W)의 2배를 넘지 말아야 효과가 크다. 이는 상술한 바와 같이, 기체금속(31) 측면두께(B)가 슬리브의 두께의 2배를 넘으면 기체금속(31)의 측면의 단면적이 매우 높아져 열전도 효율향상을 기대하기 어렵기 때문이다.

또한 슬리브의 두께는 0.018㎜에서 0.025㎜사이에 있도록 형성하는 것이 바람직하다. 슬리브의 두께가 0.018㎜보다 얇으면 슬리브와 기체금속을 고정하기 힘들고, 0.025㎜보다 두꺼우면 히터의 열이 전달되는 열전도 길이(L)가 길어져 열전달량이 감소되기 때문이다.

따라서, 상기 음극은 가열용 히터(34)를 내장하는 원통형 슬리브 위에 형성된 니켈을 주성분으로 하는 기체금속(31)과, 상기 기체금속(31) 위에 산화바륨이 포함된 알카리토류금속산화물로 구성되는 전자방사물질층(33)을 포함하고, 상기 기체금속(31)의 측면두께를 B라 하고, 상기 슬리브 두께를 W라고 할 때, 기체금속의측면두께(B)는 슬리브 두께보다 두껍고, 슬리브 두께의 두 배보다 작도록 형성한다.

그리고 본 발명에 의하면, 기체금속의 상면두께 대비 측면두께는 2.8보다는 크고, 7.0보다는 작은 것을 특징으로 한다. 만약 상면두께 대비 측면두께가 2.8보다 작으면, 기체금속의 측면두께가 두꺼워서 히터의 열이 전달되는 양이 작고, 상면두께 대비 측면두께가 7.0보다 크면, 기체금속의 측면두께가 너무 얇아서 슬리브와 기체금속을 고정하기 힘들어진다.

본 발명의 실시예를 보면, 슬리브의 두께가 0.021㎜인 음극선관용 방열형 음극구조체에 있어서, 종래 기체금속(31)의 상면두께(11)를 0.14㎜에서 0.162㎜로 변경하고, 기체금속(31) 측면두께(B)를 0.05㎜로 변경하지 않았을 경우 출화시간은 약 10~20% 늦었으나, 기체금속(31)의 측면두께(B)를 다시 0.03㎜로 얇게 변경하면 출화시간이 기체금속(31)의 상면두께(11) 변경 전과 같은 결과가 나타났다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 음극구조체는 음극선관의 고 전류밀도의 수명이 긴 음극선관용 음극을 지원하는 음극선관에 있어서, 기체금속의 측면두께를 그의 내부에 구비된 원통형 슬리브의 두께 이상, 그리고 슬리브 두께의 두 배 이하로 구비한 음극선관용 방열형 음극구조체로써, 히터를 가열하여 스크린에 전자빔이 주사될 때까지의 출화시간을 빠르게 할 수 있다.

Claims (3)

1. 전자빔을 방사하기 위한 복수 개의 음극을 포함하는 칼라 음극선관용 전자총에 있어서,

   상기 음극은 가열용 히터를 내장하는 슬리브 및 상기 슬리브의 측면을 감싸는 측면부와 상면을 덮는 상면부로 구성된 기체금속을 포함하고,

   상기 기체금속의 측면부 두께를 B라 하고, 상기 슬리브 두께를 W라고 할 때, 하기 식(1)을 만족하는 칼라 음극선관용 전자총.

   W ≤ B ≤ 2W ----------- (1)
2. 제 1항에 있어서,

   상기 슬리브 두께(W)가 하기 식(2)를 만족하는 칼라 음극선관용 전자총.

   0.018㎜ ≤ W ≤ 0.025㎜ ----------- (2)
3. 제 1항에 있어서,

   상기 기체금속의 상면부 두께를 A라 할 때, 기체금속의 상면부 두께 대비 측면부 두께가 하기 식(3)을 만족하는 칼라 음극선관용 전자총.

   2.8 ≤ A/B ≤ 7.0 ----------- (3)