KR100805150B1 - 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

애노드 전압이 인가되는 제5 전극의 형상 변경을 통해 메인 포커스 렌즈의 구면수차를 최소화하여 최적의 전자빔 스폿 사이즈를 구현하는 음극선관용 전자총을 제공한다. 본 발명에 의한 음극선관용 전자총은 열전자를 방출하는 캐소드와; 캐소드 다음에 배치되는 제1∼3 전극과; 제3 전극에 대향하는 입구부와, 입구부로부터 내, 외경이 점진적으로 확대되는 출구부를 구비하며, 포커스 전압이 인가되는 제4 전극과; 제4 전극의 출구부를 둘러싸면서 제4 전극 다음에 배치되고, 애노드 전압이 인가되는 제5 전극과; 상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 지지하는 한쌍의 지지체를 포함하며, 제5 전극이 지지체에 고정되는 입구부와; 입구부로부터 내, 외경이 점진적으로 감소하는 소정 기울기의 테이퍼부를 갖는 출구부를 포함한다.

음극선관, 전자총, 캐소드, 포커스전극, 애노드전극, 메인포커스렌즈, 테이퍼부, 프로젝션

Description

음극선관용 전자총 {ELECTRON GUN ASSEMBLY FOR CATHODE RAY TUBES}

도 1은 본 발명에 의한 음극선관용 전자총의 정면도.

도 2는 도 1의 I-I선 단면도.

도 3은 도 2에 도시한 제4 전극 출구부와 제5 전극의 확대도.

도 4는 본 발명에 의한 전자총에서 메인 포커스 렌즈의 등전위선과 전자빔 궤적을 나타낸 개략도.

도 5는 테이퍼부의 경사각 변화에 따른 메인 포커스 렌즈의 구면수차를 나타낸 그래프.

도 6은 종래 기술에 의한 음극선관용 전자총의 단면도.

도 7은 종래 기술에 의한 전자총에서 메인 포커스 렌즈의 등전위선과 전자빔 궤적을 나타낸 개략도.

본 발명은 음극선관용 전자총에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 애노드 전압이 인가되는 제5 전극의 형상 변경을 통해 메인 포커스 렌즈의 구면수차를 최소화하여 최적의 전자빔 스폿 사이즈를 구현할 수 있는 음극선관용 전자총에 관한 것 이다.

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.

이러한 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, 각 모노크롬 음극선관에서 고전류 밀도의 전자빔을 방출하여야 프로젝션 스크린의 화면 휘도를 높일 수 있다.

따라서 통상의 모노크롬 음극선관에는 고전류 영역에서 포커스 특성이 우수한 이른바 유피에프(UPF; Uni Potential Focus) 또는 하이-유피에프(Hi-UPF) 타입 전자총이 널리 사용되고 있다.

특히 상기한 타입의 전자총 가운데 메인 포커스 렌즈의 등가구경을 확대시키기 위하여, 도 6에 도시한 바와 같이 포커스 전압이 인가되는 제4 전극(1)의 출구부(1a) 구경을 점진적으로 확대하고, 제5 전극(3)이 제4 전극(1)의 출구부(1a)를 둘러싸는 구성의 전자총이 제안되었다.

즉, 상기한 전자총은 전극들을 지지하는 비드 글래스(5)의 간섭 없이 제4 전극(1)의 출구부(1a)와 제5 전극(3)의 구경을 확대시킬 수 있으므로, 제4 전극(1)과 제5 전극(3)의 전위 차에 의해 이들 전극 사이에 형성되는 메인 포커스 렌즈(ML)의 등가구경을 확대시킬 수 있다.

상기한 메인 포커스 렌즈(ML)는 캐소드(7)에서 방출된 전자빔을 집속하여 최종적으로 형광 스크린(미도시) 위에 전자빔 스폿을 형성하는 역할을 하며, 메인 포커스 렌즈(ML)의 등가구경이 클수록 전자빔의 집속 효과가 우수하고, 구면수차가 작을수록 미세한 전자빔 스폿을 구현하여 화면의 해상도를 높일 수 있다.

그러나 상기한 전자총은 도 7에 도시한 바와 같이 제5 전극(3)의 출구부(3a)가 전자빔의 진행 방향과 수직한 플레이트 형상으로서, 제5 전극(3)의 출구부(3a) 형상에 의해 메인 포커스 렌즈(ML)를 구성하는 등전위선들이 비대칭으로 형성되고 있음을 확인할 수 있다.

즉, 메인 포커스 렌즈(ML)를 광학적으로 표현하면, 크게 제4 전극(1)의 출구부(1a) 방향으로 형성되어 전자빔을 집속하는 집속부(A)와, 제5 전극(3)의 출구부(3a) 방향으로 형성되어 전자빔을 발산하는 발산부(B)로 표현할 수 있는데, 종래의 전자총은 상기 집속부(A)와 발산부(B)가 비대칭으로 형성된다.

상기한 집속부(A)와 발산부(B)의 비대칭은 메인 포커스 렌즈(ML)의 구면수차 성분을 증가시키고, 그 결과 전자빔이 형광 스크린 위에 최소의 스폿 사이즈를 구현하지 못하고 스폿 사이즈가 확대되어 화면 전체적으로 해상도 열화를 유발하는 문제를 나타낸다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 메인 포커스 렌즈를 형성하는 제5 전극의 형상을 개선하여 메인 포커스 렌즈의 구면수차를 최소화하고, 그 결과 형광 스크린 위에 최적의 전자빔 스폿 사이즈를 구현할 수 있는 음극선관용 전자총을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

열전자를 방출하는 캐소드와, 캐소드 다음에 순차적으로 배치되는 제1∼3 전극과, 제3 전극에 대향하는 입구부 및 입구부로부터 내, 외경이 점진적으로 확대되는 출구부를 구비하며, 포커스 전압이 인가되는 제4 전극과, 제4 전극의 출구부를 둘러싸면서 제4 전극 다음에 배치되고, 애노드 전압이 인가되는 제5 전극과, 상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 지지하는 한쌍의 지지체를 포함하며, 상기 제5 전극이 지지체에 고정되는 입구부와, 입구부로부터 내, 외경이 점진적으로 감소하는 소정 기울기의 테이퍼부를 갖는 출구부를 포함하는 음극선관용 전자총을 제공한다.

바람직하게, 상기 제5 전극의 출구부는 다음의 조건을 만족하도록 형성된다.

70°≤ Θ < 180°, 0.50 ≤ H/V ≤ 0.80

여기서, Θ는 제5 전극 출구부의 테이퍼부 경사각, H는 테이퍼부와 개구부를 포함한 제5 전극 출구부의 수평 사이즈, V는 테이퍼부와 개구부를 포함한 제5 전극 출구부의 수직 사이즈를 나타낸다.

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 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 포커스 전압을 제공받는 제4 전극(12)과, 제4 전극(12)의 일부를 둘러싸면서 제4 전극(12) 다음에 배치되는 제5 전극(14)을 포함한다.

상기한 전극들은 지지체인 비드 글래스(16)에 고정되어 캐소드(4)로부터 도면의 Z축 방향을 따라 일렬로 정렬되고, 커넥터(18)가 제3 전극(10)과 제5 전극(14)을 연결하여 제3 전극(10)이 제5 전극(14)의 애노드 전압(대략 30∼32 kV)을 공유하도록 한다. 그리고 제4 전극(12)에는 대략 7∼10 kV의 다이나믹 포커스 전압이 공급된다.

보다 구체적으로, 상기 제4 전극(12)은 제3 전극(10)에 대향하는 입구부(12a)와, 제5 전극(14)에 대향하며 제5 전극(14)을 향해 내, 외경이 점진적으로 확대하는 출구부(12b)로 구성되고, 제5 전극(14)은 비드 글래스(16)에 고정되는 입구부(20)와, 입구부(20)에 일체로 조립되며 입구부(20)와 함께 제4 전극(12)을 둘러싸는 출구부(22)로 이루어진다.

이 때, 제5 전극(14)의 입구부(20)는 비드 글래스(16)에 고정되는 소구경 원통부(20a)와, 소구경 원통부(20a)보다 확대된 내, 외경을 갖는 대구경 원통부(20b)로 구성되며, 대구경 원통부(20b)가 제5 전극(14)의 출구부(22)와 일체로 조립된다.

상기한 구성에 따라, 삼극관부 내부에 도시하지 않은 프리 포커스 렌즈가 형 성되고, 제4 전극(12)의 출구부(12b)와 제5 전극(14)의 출구부(22) 사이, 즉 제5 전극(14) 내부에 메인 포커스 렌즈(ML)가 형성된다. 이로서 캐소드(4)에서 방출된 전자들이 상기 렌즈들을 통과하면서 집속 및 가속되어 형광 스크린(미도시) 위에 전자빔 스폿을 형성한다.

여기서, 본 실시예에 의한 전자총(2)은 제4 전극(12)과 함께 메인 포커스 렌즈(ML)를 형성하는 제5 전극(14)의 출구부(22)를 다음과 같이 구성하여, 메인 포커스 렌즈(ML)의 구면수차를 최소화한다.

도 3은 도 2에 도시한 제4 전극의 출구부와 제5 전극의 확대도로서, 제5 전극(14)의 출구부(22)는 전자빔 통과를 위한 개구부(22a)와, 제5 전극 입구부(20)의 대구경 원통부(20b)로부터 개구부(22a)를 향해 내, 외경이 점진적으로 감소하여 소정의 기울기를 갖는 테이퍼부(22b)로 이루어진다.

상기 테이퍼부(22b)는 단면에서 보아 도면의 Z축을 기준으로 두 경사부 사이에 Θ의 경사각을 가지며, 테이퍼부(22b)와 개구부(22a)를 포함하여 상기 제5 전극(14)의 출구부(22)는 수평 사이즈(H)와 수직 사이즈(V)를 갖는다.

이와 같이 제5 전극(14)의 출구부(22)가 소정 기울기의 테이퍼부(22b)를 가짐에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이 제4 전극(12)과 제5 전극(14)의 전위 차에 의해 제5 전극(14) 내부에 형성되는 등전위선들은 제4 전극(12)의 출구부(12b)와 제5 전극(14)의 출구부(22) 사이에서 대칭형으로 분포하게 된다.

즉, 본 실시예에서 메인 포커스 렌즈(ML)는 제4 전극(12)의 출구부(12b) 방향에 형성되어 전자빔을 집속하는 집속부(A)와, 제5 전극(14)의 출구부(22) 방향에 형성되어 전자빔을 발산하는 발산부(B)가 대칭형으로 구성된다. 이로서 본 실시예는 메인 포커스 렌즈(ML)의 대칭 분포에 의해 구면수차 성분이 효과적으로 감소하고, 형광 스크린에 맺히는 전자빔의 스폿 사이즈가 감소하는 결과를 나타낸다.

또한, 상기한 메인 포커스 렌즈(ML)의 구면수차와 전자빔의 스폿 사이즈는 테이퍼부(22b)의 경사각(Θ) 및 제5 전극 출구부(22)의 수평 및 수직 사이즈(H, V)에 따라 용이하게 조절 가능하다.

도 5는 테이퍼부의 경사각 변화에 따른 메인 포커스 렌즈의 구면수차를 나타낸 그래프로서, 테이퍼부의 경사각이 180°인 것이 종래의 전자총을 의미하며, 180°의 경사각을 갖는 종래의 전자총은 대략 0.025 정도의 구면수차 값을 나타낸다.

따라서 본 실시예에 의한 전자총(2)은 제5 전극 출구부(22)의 경사각(Θ)을 다음과 같은 조건으로 설정하여 메인 포커스 렌즈(ML)의 구면수차가 종래의 전자총과 비교하여 낮은 값을 갖도록 하며, 그 결과 형광 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿 사이즈를 효과적으로 감소시킨다.

70°≤ Θ < 180°

또한, 제5 전극 출구부(22)의 수평 및 수직 사이즈(H, V)는 다음의 조건으로 설정되는 것이 바람직하다.

0.50 ≤ H/V ≤ 0.80

이는 상기 수직 사이즈(V)의 경우, 넥크부와의 내전압 특성 등을 고려하여 일반적으로 최대화 설계가 되며, 이에 근거하여 상기 수평 사이즈(H)는 전술한 수학식 1의 범위 내에서 최적점이 존재하게 된다.

즉, 상기 수평 및 수직 사이즈의 비(H/V)가 0.5 이하로 설정되면, 전술한 메인 포커스 렌즈(ML)의 구면수차 증가로 인해 전자빔의 스폿 사이즈가 확대되고, 수평 및 수직 사이즈의 비(H/V)가 0.8을 초과하도록 설정되면, 전자총(2)의 길이가 증가하는 단점과 함께 전자총(2)의 출구측에 위치한 편향 요크(미도시)의 자계 영향을 받아 빔 왜곡 현상이 나타날 수 있다.

다음의 표 1은 제5 전극의 출구부가 플레이트 형상으로 이루어진 종래 기술에 의한 전자총(비교예)과, 제5 전극의 출구부가 130°의 경사각으로 이루어진 본 실시예에 의한 전자총(실시예) 각각에서, 메인 포커스 렌즈의 구면수차와 등가구경 및 형광 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿 사이즈를 나타낸 것이다.

	비교예	실시예	개선율
구면수차	0.078271	0.003205	59.0% 감소
등가구경(mm)	15.406	16.230	5.1% 증가
전자빔 스폿 사이즈(mm)	0.218	0.195	10.1% 감소

이와 같이 본 실시예에 의한 전자총이 종래의 전자총과 비교하여, 메인 포커스 렌즈의 구면수차를 감소시키면서 메인 포커스 렌즈의 등가구경을 함께 증가시킴에 따라, 형광 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿 사이즈를 축소하여 화면의 해상도를 향상시키는 장점을 갖는다.

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, 제5 전극 출구부의 테이퍼부가 메인 포커스 렌즈의 집속부와 발산부를 대칭화하여 메인 포커스 렌즈의 구면수차를 감소시킨다. 따라서 본 발명은 형광 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿 사이즈를 축소하여 화면의 전영역에서 우수한 해상도 품질을 갖는 모노크롬 음극선관을 구현한다.

Claims (4)

1. 열전자를 방출하는 캐소드와;

   상기 캐소드 다음에 순차적으로 배치되는 제1∼3 전극과;

   상기 제3 전극에 대향하는 입구부와, 입구부로부터 내, 외경이 점진적으로 확대되는 출구부를 구비하며, 포커스 전압이 인가되는 제4 전극과;

   상기 제4 전극의 출구부를 둘러싸면서 제4 전극 다음에 배치되고, 애노드 전압이 인가되는 제5 전극과;

   상기 제3 전극과 제5 전극을 연결하는 커넥터; 및

   상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 지지하는 한쌍의 지지체를 포함하며,

   상기 제5 전극이,

   상기 지지체에 고정되는 입구부와;

   상기 입구부로부터 내, 외경이 점진적으로 감소하는 소정 기울기의 테이퍼부를 갖는 출구부를 포함하는 음극선관용 전자총.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제5 전극의 출구부가 테이퍼부 끝단에 전자빔 통과를 위한 개구부를 구비하는 음극선관용 전자총.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제5 전극의 출구부가 다음 조건을 만족하는 음극선관용 전자총.

   70°≤ Θ < 180°

   여기서, Θ는 상기 음극선관용 전자총의 길이 방향에 따른 단면을 기준하여 상기 테이퍼부 사이에 형성되는 각도인 경사각을 나타낸다.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 제5 전극의 출구부가 다음 조건을 만족하는 음극선관용 전자총.

   0.50 ≤ H/V ≤ 0.80

   여기서, H는 테이퍼부와 개구부를 포함한 제5 전극 출구부의 수평 사이즈, V는 테이퍼부와 개구부를 포함한 제5 전극 출구부의 수직 사이즈를 나타낸다.

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