KR100796682B1 - 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

고전류 영역에서 전자빔의 스폿 사이즈를 최적화하여 화면의 휘도와 해상도 특성을 동시에 만족시키는 음극선관용 전자총을 제공한다. 상기 전자총은 열전자 방출을 위한 캐소드와; 캐소드와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극과; 제2 전극 다음에 배치되는 제3 전극과; 제3 전극 다음에 배치되는 제1, 2 포커스 전극을 구비하며 포커스 전압이 인가되는 제4 전극과; 제1, 2 포커스 전극 사이에 배치되는 제5 전극과; 제2 포커스 전극 다음에 배치되며 애노드 전압이 인가되는 제6 전극과; 제3 전극과 제5 전극 및 제6 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터와; 상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 지지하는 한쌍의 지지체를 포함한다.

음극선관, 전자총, 프로젝션, 모노크롬, 캐소드, 포커스전극, 애노드전극

Description

음극선관용 전자총 {ELECTRON GUN FOR CATHODE RAY TUBE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음극선관용 전자총의 정면도.

도 2는 도 1의 I-I선 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음극선관용 전자총에서 등전위선과 전자빔 궤적을 나타낸 개략도.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전자총과 종래 기술에 의한 전자총 각각에서, 메인 포커스 렌즈와 전자빔 궤적을 도식화하여 나타낸 개략도.

도 5는 도 2에 도시한 제1 포커스 전극과 제5 전극의 확대도.

도 6은 종래 기술에 의한 음극선관용 전자총의 단면도.

도 7은 종래 기술에 의한 음극선관용 전자총에서 등전위선과 전자빔 궤적을 나타낸 개략도.

본 발명은 음극선관용 전자총에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전류 영역에서 전자빔의 스폿 사이즈를 최적화하여 화면의 휘도와 해상도 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 음극선관용 전자총에 관한 것이다.

일반적으로 음극선관을 이용하는 프로젝션 표시장치는 녹, 청, 적 단색의 화면을 구현하는 3개의 모노크롬(monochrome) 음극선관과, 이들 음극선관에서 각기 구현된 단색의 영상들을 프로젝션 스크린으로 동시에 확대 투사하여 칼라 영상으로 합성하는 광학 시스템을 주요 구성으로 한다.

상기한 모노크롬 음극선관은 한줄기 전자빔으로 화면을 주사하므로, 전자빔의 포커스 특성이 표시장치의 해상도에 직접적인 영향을 미치며, 모노크롬 음극선관의 화면이 대략 10배 정도 확대되어 프로젝션 스크린에 투사되기 때문에, 화면의 휘도를 높이기 위해서는 각 모노크롬 음극선관에서 고전류 영역의 전자빔을 방출해야 한다.

따라서 통상의 모노크롬 음극선관에는 고전류 영역에서 전자빔의 포커스 특성이 우수한 이른바 유피에프(UPF; Uni Potential Focus) 또는 하이-유피에프(Hi-UPF) 타입 전자총이 널리 사용되며, 도 6에 종래 기술에 의한 Hi-UPF 타입 전자총을 도시하였다.

도시한 바와 같이 Hi-UPF 타입 전자총은 캐소드(1)와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극(3, 5)과, 제2 전극(5) 다음에 배치되는 제3 전극(7)과, 제3 전극(7) 다음에 배치되며 포커스 전압이 인가되는 제4 전극(9)과, 제4 전극(9) 다음에 배치되며 고압의 애노드 전압이 인가되는 제5 전극(11)을 포함하며, 제3 전극(7)이 커넥터(13)를 통해 제5 전극(11)과 전기적으로 연결되어 애노드 전압을 공유한다.

이로서 상기 전자총은 제2 전극(5)과 제3 전극(7) 사이의 높은 전위차에 의 해 제2 전극(5)과 제3 전극(7) 사이에 제1 메인 포커스 렌즈(M1)를 형성하고, 제3 전극(7)과 제4 전극(9) 사이, 그리고 제4 전극(9)과 제5 전극(11) 사이에 각각 제2, 3 메인 포커스 렌즈(M2, M3)를 형성하게 된다.

상기한 구성의 전자총은 고전류 영역에서 전자빔의 스폿 사이즈가 미세한 장점이 있으나, 최근들어 프로젝션 표시장치에 사용되는 모노크롬 음극선관에 보다 높은 휘도 특성이 요구되면서, 고휘도에 대응하기 위해 전자빔 전류를 더욱 높이는 경우, 전자빔의 스폿 사이즈 확대가 불가피한 실정이다.

도 7은 종래 기술에 의한 Hi-UPF 타입 전자총에서 등전위선과 전자빔 궤적을 나타낸 개략도로서, 고휘도에 대응하기 위해 전자빔 전류를 높이면, 제1, 2 메인 포커스 렌즈(M1, M2)를 통과한 전자빔은 큰 입사각으로 발산하면서 제3 메인 포커스 렌즈(M3)에 입사하여, 형광 스크린에 도달하는 전자빔은 구면수차의 영향으로 큰 스폿 사이즈를 갖게 된다.

이로서 종래 기술에 의한 전자총은 고전류 영역에서 전자빔의 스폿 사이즈가 확대되므로, 전자빔의 포커스 특성이 저하되고, 그 결과 화면의 해상도 특성이 저하되는 한계를 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 빔전류 증가에 따른 전자빔의 스폿 사이즈 열화를 최소화하여 형광 스크린 위에 최적의 스폿 사이즈를 구현함으로써 화면의 휘도와 해상도 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 음극선관용 전자총을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

열전자 방출을 위한 캐소드와, 캐소드와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극과, 제2 전극 다음에 배치되는 제3 전극과, 제3 전극 다음에 배치되는 제1, 2 포커스 전극을 구비하며 포커스 전압이 인가되는 제4 전극과, 제1, 2 포커스 전극 사이에 배치되는 제5 전극과, 제2 포커스 전극 다음에 배치되며 애노드 전압이 인가되는 제6 전극과, 제3 전극과 제5 전극 및 제6 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터와, 상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 지지하는 한쌍의 지지체를 포함하는 음극선관용 전자총을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음극선관용 전자총의 정면도이고, 도 2는 도 1의 I-I선 단면도이다.

도시한 바와 같이 본 실시예에 의한 전자총(2)은 열전자를 방출하는 단일의 캐소드(4)와, 캐소드(4)와 더불어 삼극관부를 구성하며 열전자 방출을 제어하는 제1, 2 전극(6, 8)과, 제2 전극(8) 다음에 배치되는 제3 전극(10)과, 제3 전극(10) 다음에 배치되며 제1, 2 포커스 전극(12a, 12b)을 구비하는 제4 전극(12)과, 제1, 2 포커스 전극(12a, 12b) 사이에 배치되는 제5 전극(14)과, 제2 포커스 전극(12b) 다음에 배치되는 제6 전극(16)을 포함한다.

상기한 전극들은 지지체인 비드 글래스(18)에 고정되어 캐소드(4)로부터 도 면의 z축 방향을 따라 일렬로 정렬되며, 도시하지 않은 제1 커넥터가 제4 전극의 제1, 2 포커스 전극(12a, 12b)을 전기적으로 연결하고, 제2 커넥터(20)가 제3 전극(10)과 제5 전극(14) 및 제6 전극(16)을 전기적으로 연결하여 커넥터로 연결된 전극들이 동일한 전압을 공유하도록 한다.

보다 구체적으로, 상기 제4 전극(12)은 도시하지 않은 스템핀을 통해 포커스 전압(대략, 7∼10 kV의 다이나믹 포커스 전압)을 제공받으며, 제1 커넥터가 제1, 2 포커스 전극(12a, 12b)을 전기적으로 연결하여 제1, 2 포커스 전극(12a, 12b)에 포커스 전압을 제공한다.

그리고 제6 전극(16)은 실드컵에 부착된 지지체(22)를 통해 음극선관 내부로부터 전자빔 가속에 필요한 고압의 애노드 전압(대략, 30∼32 kV)을 제공받으며, 제2 커넥터(20)가 제3 전극(10)과 제5 전극(14) 및 제6 전극(16)을 전기적으로 연결하여 제3 전극(10)과 제5 전극(14)에 애노드 전압을 제공한다.

바람직하게, 제2 전극(8) 다음에 배치되는 제3∼제6 전극은 실린더 형상으로, 각 전극의 내경이 전자빔 통과공으로 기능하며, 각 전극 사이의 전위 차에 의해 형성되는 메인 포커스 렌즈를 대구경화하여 구면수차를 감소시킴에 따라 전자빔 스폿 사이즈가 감소되도록 한다.

특히 상기 제6 전극(16)은 제2 포커스 전극(12b)의 일부를 둘러싸도록 제2 포커스 전극(12b)보다 확대된 내, 외경을 가짐으로써 제6 전극(16) 내부에 형성되는 메인 포커스 렌즈를 대구경화한다.

상기 구성에 의해 각자의 전극에 해당 전압을 공급하면, 제2 전극(8)과 제3 전극(10) 사이의 전압차에 의해 제2, 3 전극(8, 10) 사이에 제1 메인 포커스 렌즈(M1)가 형성되어 전자빔을 예비 집속시킨다.

그리고 포커스 전압과 애노드 전압차에 의해 제3 전극(10)과 제1 포커스 전극(12a) 사이, 제1 포커스 전극(12a)과 제5 전극(14) 사이, 제5 전극(14)과 제2 포커스 전극(12b) 사이, 그리고 제2 포커스 전극(12b)의 끝단과 마주하는 제6 전극(16) 내부에 각각 제2∼제5 메인 포커스 렌즈(M2, M3, M4, M5)가 형성되어 전자빔을 집속 및 가속시킨다.

이와 같이 본 실시예에 의한 전자총(2)은 상기한 전극 구성에 의해 제2 메인 포커스 렌즈(12b)와 제5 메인 포커스 렌즈(M5) 사이에 제3, 4 메인 포커스 렌즈(M3, M4)를 추가로 형성하므로, 고전류 영역에서 제3, 4 메인 포커스 렌즈(M3, M4)가 제5 메인 포커스 렌즈(M5)를 향해 발산하며 진행하는 전자빔을 집속시켜 제5 메인 포커스 렌즈(M5)에 입사하는 전자빔 직경을 최소화한다.

도 3은 본 발명에 의한 전자총에서 등전위선과 전자빔 궤적을 나타낸 개략도로서, 본 실시예에 의한 전자총(2)은 제1 포커스 전극(12a)과 제5 전극(14) 사이에 형성되는 제3 메인 포커스 렌즈(M3)와, 제5 전극(14)과 제2 포커스 전극(12b) 사이에 형성되는 제4 메인 포커스 렌즈(M4)가 제2 메인 포커스 렌즈(M2)를 통과한 전자빔을 다단으로 집속시켜 제5 메인 포커스 렌즈(M5)에 입사하는 전자빔 사이즈를 축소시키고 있음을 확인할 수 있다.

그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전자총(실시예)과 종래 기술에 의한 전자총(비교예) 각각에서, 메인 포커스 렌즈와 전자빔 궤적을 도식화하여 나타낸 개략도로서, z축의 상, 하부에 각각 실시예와 비교예의 전자총을 도시하였으며, 설명의 편의를 위해 실시예의 제5 메인 포커스 렌즈와 비교예의 제3 메인 포커스 렌즈를 모두 최종 메인 포커스 렌즈(Mf)로 명칭한다.

먼저, 비교예의 전자총을 설명하면, 비교예는 고전류 영역과 저전류 영역 모두에서 제1, 2 메인 포커스 렌즈(M1, M2)를 통과한 전자빔이 최종 메인 포커스 렌즈(Mf)를 향해 발산하며 진행하고, 최종 메인 포커스 렌즈(Mf)를 통과한 후, 형광 스크린 위에 소정의 스폿 사이즈를 가지며 도달하게 된다.

반면, 본 실시예에 의한 전자총은 제1, 2 메인 포커스 렌즈(M1, M2)를 통과한 전자빔이 제3, 4 메인 포커스 렌즈(M3, M4)에 의해 집속되어 전자총 중심축에 근접하는 근축궤도 운동을 하게 되며, 그 결과 전자빔은 비교예보다 감소된 직경을 가지고 최종 메인 포커스 렌즈(Mf)에 입사하게 된다.

따라서 본 실시예에 의한 전자총이 비교예의 전자총과 비교하여 형광 스크린에 도달하는 전자빔 스폿 사이즈를 감소시키며, 더욱이 본 실시예에서 제3, 4 메인 포커스 렌즈(M3, M4)의 집속 효과는 고전류 영역에서 더욱 효과적인 결과를 나타내기 때문에, 휘도 향상을 위해 빔전류를 증가시키는 경우에도 전자빔의 스폿 사이즈를 감소시켜 고전류 영역에서 해상도 열화를 방지할 수 있다.

다음의 표 1은 비교예와 실시예의 전자총 모두에서 제2 전극에 500V, 포커스 전압을 9,850V, 애노드 전압을 32kV로 설정한 경우, 전자빔 전류에 따른 전자빔 스폿 사이즈를 나타낸 결과이다.

전자빔 전류 (mA)	전자빔 스폿 사이즈(㎛)		감소율(%)
	비교예	실시예
3	150.72	138.65	8.71
4	178.37	160.53	11.11
5	204.03	178.99	13.99

이와 같이 본 실시예에 의한 전자총이 전자빔 스폿 사이즈를 효과적으로 감소시키며, 고전류 영역으로 갈수록 전자빔의 집속 효과가 우수하여 고휘도와 고해상도 특성을 동시에 만족시키고 있음을 확인할 수 있다.

한편, 본 실시예의 전자총(2)은 제1 포커스 전극(12a)과 제5 전극(14)의 형상 특성, 즉 상기 전극의 길이와 내경 사이즈에 따라 제3, 4 메인 포커스 렌즈(M3, M4)의 특성을 변화시켜 전자빔 전류에 따른 전자빔 스폿 사이즈를 최적화할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시한 제1 포커스 전극과 제5 전극의 부분 확대도로서, 제1 포커스 전극(12a)의 길이(L1)는 4.0∼10.0mm, 제5 전극(14)의 길이(L2)는 1.0∼4.0mm가 바람직하고, 제1 포커스 전극(12a)의 내경(D1)과 제5 전극(14)의 내경(D2)은 넥크부(24) 내경(D3)의 30∼45% 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 포커스 전극(12a)과 제5 전극(14) 사이의 간격(G)은 1.0∼3.0mm 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

이것은 제1 포커스 전극(12a)의 경우, 그 길이가 4.0mm 미만이면 전자빔의 과잉 집속으로 저전류 조건에서 전자빔 스폿 사이즈가 증가하고, 10.0mm를 초과하면 전자빔의 과잉 발산으로 고전류 조건에서 전자빔 스폿 사이즈가 증가하기 때문 이다.

그리고 제5 전극(14)의 경우, 그 길이가 1.0mm 미만이면 전자빔 궤적이 확대함에 따라 고전류 조건에서 전자빔 스폿 사이즈가 증가하고, 4.0mm를 초과하면 전자빔의 집속 현상으로 저전류 조건에서 전자빔 스폿 사이즈가 증가하기 때문이다.

또한, 제1 포커스 전극(12a)과 제5 전극(14)의 내경(D1, D2)이 넥크부(24) 내경(D3)의 30% 이하로 설정되면, 전극의 실린더 형상에 의한 장점, 즉 메인 포커스 렌즈의 대구경화에 의한 구면수차 감소 효과를 얻기 어려우며, 이들 전극의 내경이 넥크부(24) 내경(D3)의 45% 이상으로 설정되면, 전극 구조상 전자총의 정렬(얼라인) 특성이 불리해져 전자총 제조가 어려워지는 문제가 발생하게 된다.

또한, 제1 포커스 전극(12a)과 제5 전극(14) 사이의 간격(G)이 1mm 이하로 설정되면, 제1 포커스 전극(12a)과 제5 전극(14)간 내전압 특성을 충분히 유지할 수 없어 쇼트 발생의 가능성이 있으며, 이들 전극간 간격(G)이 3mm 이상으로 설정되면, 두 전극 사이에 형성되는 제3 메인 포커스 렌즈의 기능이 약화되어 전자빔 집속 효율이 낮아질 우려가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 전자빔 전류 증가에 따른 전자빔의 스폿 사이 즈 열화를 최소화하여 고전류 영역에서도 형광 스크린 위에 최적의 전자빔 스폿 사이즈를 구현할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 전자총을 구비하는 모노크롬 음극선관은 화면의 휘도와 해상도 특성을 동시에 만족할 수 있다.

Claims (8)

1. 열전자 방출을 위한 단일의 캐소드와;

   상기 캐소드와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극과;

   상기 제2 전극 다음에 배치되는 제3 전극과;

   상기 제3 전극 다음에 배치되는 제1, 2 포커스 전극을 구비하며 포커스 전압이 인가되는 제4 전극과;

   상기 제1, 2 포커스 전극 사이에 배치되는 제5 전극과;

   상기 제2 포커스 전극 다음에 배치되며 애노드 전압이 인가되는 제6 전극과;

   상기 제3 전극과 제5 전극 및 제6 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터; 및

   상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 지지하는 한쌍의 지지체를 포함하는 음극선관용 전자총.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1, 2 포커스 전극이 커넥터에 의해 전기적으로 연결되어 포커스 전압을 공유하는 음극선관용 전자총.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제3∼제6 전극이 각자의 내, 외경을 갖는 실린더 형상으로 이루어지고, 상기 제6 전극이 제2 포커스 전극보다 큰 내, 외경을 가짐과 아울러 제2 포커스 전 극의 일부를 둘러싸도록 고정되는 음극선관용 전자총.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 포커스 전극의 길이가 4.0∼10.0 mm로 이루어지는 음극선관용 전자총.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 포커스 전극의 내경이 넥크부 내경의 30∼45% 범위로 이루어지는 음극선관용 전자총.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제5 전극의 길이가 1.0∼4.0 mm로 이루어지는 음극선관용 전자총.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 제5 전극의 내경이 넥크부 내경의 30∼45% 범위로 이루어지는 음극선관용 전자총.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 포커스 전극과 제5 전극 사이의 간격이 1.0∼3.0 mm로 이루어지는 음극선관용 전자총.

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