KR100814875B1

KR100814875B1 - 음극선관용 전자총

Info

Publication number: KR100814875B1
Application number: KR1020020018211A
Authority: KR
Inventors: 이승현
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2008-03-20
Also published as: KR20030079272A

Abstract

외부 영향에 의한 포커스 전극 내부의 전계 비대칭화를 최소화하여 전자빔의 포커스 특성을 향상시키고, 벨로시티 모듈레이터의 감도를 향상시키는 음극선관용 전자총을 제공한다. 본 발명에 의한 음극선관용 전자총은 캐소드와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극과; 제2 전극 다음에 배치되는 제3 전극과; 제3 전극 다음에 배치되며 브이엠 갭을 사이에 두고 위치하는 제1, 2 포커스 전극과, 브이엠 갭을 형성하는 제1, 2 포커스 전극의 일단에서 제1, 2 포커스 전극의 내부를 향해 확장된 전계 차단부를 구비하는 제4 전극과; 제4 전극 다음에 배치되며 애노드 전압이 인가되는 제5 전극과; 제3 전극과 제5 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터와; 상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 고정시키는 한쌍의 지지체를 포함한다.

음극선관, 전자총, 프로젝션, 모노크롬, 벨로시티모듈레이터, 브이엠갭, 포커스전극, 애노드전극

Description

음극선관용 전자총 {AN ELECTRON GUN FOR CATHODE RAY TUBE}

도 1은 본 발명에 의한 음극선관용 전자총의 정면도.

도 2는 도 1의 I-I선 단면도.

도 3은 제1 포커스 전극의 후단부와 제2 포커스 전극 전단부의 개략도.

도 4는 본 발명에 의한 전자총에서 브이엠 갭 중심에서의 전계 분포를 나타낸 개략도.

도 5는 브이엠 갭 변화에 따른 전계 차단부의 최소 폭을 나타낸 그래프.

도 6은 도 2에 도시한 제3 전극과 제4 전극의 부분 확대도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음극선관용 전자총의 단면도.

도 8은 종래 기술에 의한 음극선관용 전자총의 단면도.

도 9는 종래 기술에 의한 전자총에서 브이엠 갭 중심에서의 전계 분포를 나타낸 개략도.

본 발명은 음극선관용 전자총에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포커스 전극 내부의 전계 비대칭화를 최소화하여 전자빔의 포커스 특성 열화를 억제할 수 있 도록 고안된 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 섀도우 마스크 없이 한줄기 전자빔으로 화면을 주사하므로, 전자빔의 포커스 특성이 표시장치의 해상도에 직접적인 영향을 미치며, 각 모노크롬 음극선관의 화면이 10배 정도 확대되어 프로젝션 스크린에 투사되기 때문에, 화면 휘도를 높이기 위해서는 각 모노크롬 음극선관에서 고전류 영역의 전자빔을 방출해야 한다.

따라서 통상의 모노크롬 음극선관에는 고전류 영역에서 포커스 특성이 우수한 유피에프(UPF; Uni Potential Focus) 타입 또는 하이-유피에프(Hi-UPF) 타입 전자총이 널리 사용되고 있으며, 넥크부 외주상에 장착되는 벨로시티 모듈레이터(VM; Velocity Modulator)의 감도 향상을 위해 포커스 전극의 일부에 갭, 이른바 브이엠(VM) 갭을 형성한 구조가 제안되었다.

도 8은 종래 기술에 의한 유피에프 타입 전자총의 단면도로서, 상기 전자총(1)은 캐소드(3)와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극(5, 7)과, 제2 전극(7) 다음에 배치되는 제3 전극(9)과, 제3 전극(9) 다음에 배치되며 포커스 전압이 인가되는 제4 전극(11)과, 제4 전극(11) 다음에 배치되며 고압의 애노드 전압이 인가되는 제5 전극(13)과, 제3 전극(9)과 제5 전극(13)으로 전기적으로 연결하 여 제3 전극(9)에 애노드 전압을 제공하는 제1 커넥터(15)를 포함한다.

이로서 상기 전자총(1)은 각 전극 사이의 전위차에 의해 제2, 3 전극(7, 9) 사이, 제3, 4 전극(9, 11) 사이, 그리고 제4 전극(11) 끝단에 대향하는 제5 전극(13) 내부에 메인 포커스 렌즈(점선으로 도시)를 형성하여 캐소드(3)에서 방출된 전자빔을 집속 및 가속시켜 형광 스크린으로 방출시킨다.

이 때, 전자총(1)을 둘러싸는 넥크부(17) 외주상에는 편향요크(미도시)에 의한 전자빔의 편향 속도를 제어하는 벨로시티 모듈레이터(19)가 설치되는데, 상기 벨로시티 모듈레이터(19)는 2극 코일로서, 영상 신호의 미분값에 비례하는 전류가 인가된다. 따라서 벨로시티 모듈레이터(19)는 화상의 밝은 부분과 어두운 부분에서 전자빔의 편향 속도를 제어하여 화면의 콘트라스트를 향상시키는 역할을 한다.

그런데 벨로시티 모듈레이터(19)가 발생하는 고주파 전류에 의해 벨로시티 모듈레이터(19)에 대응하는 제4 전극(11)에 와전류(eddy current)가 발생하며, 이 와전류가 벨로시티 모듈레이터(19)의 자계를 역방향으로 발생시켜 전자빔에 대한 벨로시티 모듈레이터(19)의 감도를 저하시키게 된다.

따라서 종래의 전자총(1)은 제4 전극(11)을 제1, 2 포커스 전극(11A, 11B)으로 분할하여 벨로시티 모듈레이터(19)에 대응하는 부분에 브이엠 갭(G)을 형성하고, 제2 커넥터(21)를 통해 제1, 2 포커스 전극(11A, 11B)을 전기적으로 연결한 구성을 적용하고 있다.

그러나 상기한 전자총(1)은 고압의 애노드 전압(대략, 30∼32 kV)이 인가되는 제1 커넥터(15)가 중전압의 포커스 전압(대략, 8∼9 kV)이 인가되는 제4 전극(11) 주변을 지나며, 특허 제1 커넥터(15)가 브이엠 갭(G) 주변에 위치함에 따라, 브이엠 갭(G)을 통해 제4 전극(11) 내부로 제1 커넥터(15)의 고전압에 의한 전계 침투가 이루어지게 된다.

도 9는 종래 기술에 의한 전자총에서 브이엠 갭 중심에서의 전계 분포를 나타낸 개략도로서, 제1 커넥터(15)의 고전압에 의해 제4 전극(11) 내부의 브이엠 갭(G) 중심에서 전계가 비대칭 상태로 분포하고 있음을 확인할 수 있다.

이와 같은 브이엠 갭(G) 주변의 전계 비대칭화는 화면 중앙부의 포커스 특성을 열화시키고, 주변부 포커스 특성의 비대칭화를 초래하여 화질을 저하시키며, 충분한 브이엠 갭(G)을 확보하는데 어려움이 있으므로, 브이엠 갭(G) 확대에 따른 벨로시티 모듈레이터(19)의 감도 향상에도 일정한 한계를 갖는다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 브이엠 갭을 통한 포커스 전극 내부로의 전계 침투를 최소화하여 포커스 전극 내부의 전계 대칭성을 확보함으로써 전자빔의 포커스 특성 열화를 방지할 수 있는 음극선관용 전자총을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

열전자를 방출하는 단일의 캐소드와, 캐소드와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극과, 제2 전극 다음에 배치되는 제3 전극과, 제3 전극 다음에 배치되며 브이엠 갭을 사이에 두고 위치하는 제1, 2 포커스 전극과, 브이엠 갭을 형성하는 제1, 2 포커스 전극의 일단에 형성되는 전계 차단부를 구비하는 제4 전극과, 제4 전극 다음에 배치되며 애노드 전압이 인가되는 제5 전극과, 제3 전극과 제5 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터와, 상기한 전극들을 일렬로 정렬 및 고정시키는 한쌍의 지지체를 포함하는 음극선관용 전자총을 제공한다.

바람직하게, 상기 전계 차단부는 브이엠 갭을 형성하는 제1, 2 포커스 전극의 일단에서 제4 전극의 내부를 향해 확장되어 브이엠 갭 영역에서 제1, 2 포커스 전극의 대향 면적을 증대시켜 외부 영향에 의한 제4 전극 내부로의 전계 침투를 최소화한다.

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 배치되는 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)을 구비함과 아울러, 브이엠 갭(G)을 형성하는 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)의 일단에 전계 차단부(14)를 형성하는 제4 전극(12)과, 제4 전극(12) 다음에 배치되는 제5 전극(16)을 포함한다.

상기한 전극들은 지지체인 비드 글래스(18)에 고정되어 캐소드(4)로부터 도면의 z축 방향을 따라 일렬로 정렬되며, 제1 커넥터(20)가 제3 전극(10)과 제5 전 극(16)을 전기적으로 연결하고, 제2 커넥터(22)가 제4 전극(12)의 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)을 전기적으로 연결하여 상기 커넥터로 연결된 전극들이 동일한 전압을 공유하도록 한다.

보다 구체적으로, 상기 제4 전극(12)은 도시하지 않은 스템핀을 통해 대략 8∼9 kV의 포커스 전압을 제공받아 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)에 포커스 전압이 인가되며, 제5 전극(16)은 실드컵에 부착된 지지체(24)를 통해 음극선관 내부로부터 전자빔 가속에 필요한 고압의 애노드 전압(대략, 30∼32 kV)을 제공받아 제3 전극(10)과 제5 전극(16)이 애노드 전압을 공유한다.

바람직하게, 제2 전극(8) 다음에 배치되는 제3∼제5 전극(10, 12, 16)은 실린더 형상으로, 각 전극의 내경이 전자빔 통과공으로 기능하며, 특히 제5 전극(16)이 제2 포커스 전극(12B)의 출구부를 둘러싸도록 제2 포커스 전극(12B)보다 확대된 내, 외경을 갖도록 형성되어 제5 전극(16) 내부에 형성되는 메인 포커스 렌즈(점선으로 도시)를 대구경화한다.

상기 구성에 의해 각자의 전극에 해당 전압을 공급하면, 제2, 3 전극(8, 10)의 전위차에 의해 제2, 3 전극(8, 10) 사이에 제1 메인 포커스 렌즈(M1)가 형성되어 전자빔을 예비 집속시키고, 제2 포커스 전극(12B)의 출구부에 대향하는 제5 전극(16) 내부에 제2 메인 포커스 렌즈(M2)가 형성되어 전자빔을 형광 스크린으로 최종 집속 및 가속시킨다.

여기서, 본 실시예에 의한 전자총(2)은 벨로시티 모듈레이터의 감도 향상을 위해 제4 전극(12)을 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)으로 분할하여 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B) 사이에 브이엠 갭(G)을 형성함과 아울러, 브이엠 갭(G)을 형성하는 제1 포커스 전극(12A)의 후단부와 제2 포커스 전극(12B)의 전단부에 전계 차단부(14)를 형성한다.

도 3은 제1 포커스 전극의 후단부와 제2 포커스 전극 전단부의 개략도로서, 전계 차단부(14)는 제1 포커스 전극(12A)의 후단부에서 제1 포커스 전극(12A)의 내부를 향해 소정 폭으로 확장된 제1 전계 차단부(14A)와, 제2 포커스 전극(12B)의 전단부에서 제2 포커스 전극(12B)의 내부를 향해 소정 폭으로 확장된 제2 전계 차단부(14B)로 이루어진다.

상기 제1, 2 전계 차단부(14A, 14B)는 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)과 동일한 금속으로, 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)의 제조 과정에서 공지의 드로잉(drawing) 공정을 통해 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)의 일단으로부터 일체로 연장 형성될 수 있으며, 각자의 제1, 2 전계 차단부(14A, 14B)는 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)의 내경보다 작은 전자빔 통과공(26A, 26B)을 형성한다.

이와 같이 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)의 일단에 형성되는 전계 차단부(14)는 브이엠 갭(G) 영역에서 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)의 대향 면적을 증가시켜 브이엠 갭(G) 내부로 포커스 전압을 강화시키는 역할을 한다.

따라서 전계 차단부(14)는 제3 전극(10)으로 애노드 전압을 인가하는 제1 커넥터(20)에 의한 제4 전극(12) 내부로의 전계 침투, 즉 브이엠 갭(G)을 통한 전계 침투를 억제하여 제4 전극(12) 내부의 전계가 변형되는 것을 최소화한다.

도 4는 브이엠 갭 중심에서의 전계 분포를 나타낸 개략도로서, 종래의 전자 총과 비교하여 본 실시예에 의한 전자총이 제4 전극(10) 내부의 브이엠 갭(G) 중심에서 전계가 대칭 상태로 분포하고 있음을 확인할 수 있다.

이 때, 상기 전계 차단부(14)에 의해 브이엠 갭(G) 영역에서 제4 전극(12)의 내경이 줄어들게 되지만, 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B) 사이에는 전압차에 의한 포커스 렌즈가 형성되는 부분이 아니기 때문에, 이로 인한 전자빔의 포커스 특성 열화는 발생하지 않는다.

따라서 본 실시예는 전계 차단부(14)가 제4 전극(12) 내부의 전계 비대칭성을 제거하여 중앙부 포커스 특성 열화와 주변부 포커스 특성의 비대칭화를 최소화하며, 전계 차단부(14)에 의해 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B) 사이의 브이엠 갭(G)을 확대시킬 수 있으므로, 브이엠 갭(G) 확대에 따라 벨로시티 모듈레이터의 감도를 향상시킨다.

그러나 브이엠 갭(G)이 확대될수록 브이엠 갭(G)을 통한 전계 침투의 영향으로 형광 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿 사이즈가 열화되므로, 브이엠 갭(G)에 대한 최적의 전계 차단부(14) 폭(T)이 설정되어야 한다.

도 5는 브이엠 갭 변화에 따른 전계 차단부의 최소 폭을 나타낸 그래프로서, 브이엠 갭(G) 확대에 따라 형광 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿 사이즈가 커질 때, 각 브이엠 갭(G) 수치에서 전자빔의 스폿 사이즈가 5% 이상 확대되지 않는 전계 차단부(14)의 최소 폭을 나타내었다.

이로서 상기 그래프에 근거하여, 전계 차단부(14)의 폭(T)은 아래 수학식의 좌측에 나타낸 조건보다 크게 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 도 6에 도시한 바 와 같이 제3, 4 전극(10, 12)은 비드 글래스(18)와의 융착 과정에서 제3, 4 전극(10, 12) 내부에 고정구(28)가 설치되어 여기에 고정되므로, 전계 차단부(14)의 폭(T)은 고정구(28)와 밀착하는 제3 전극(10)의 소구경 원통부(10a) 내경(D1)에 의해 제한된다. 따라서 전계 차단부(14)의 폭(T)은 아래 수학식의 우측에 나타낸 조건보다 작게 설정되는 것이 바람직하다.

Max {1.306A² - 0.389A - 0.185, 0} ≤ T ≤ (D1-D2) / 2

여기서, A는 브이엠 갭(G)의 크기를 나타내고, T는 전계 차단부(14)의 폭을 나타내며, D1은 제4 전극(12)의 내경을, D2는 제3 전극(10)의 소구경 원통부(10a) 내경을 나타낸다.

그리고 상기 전계 차단부(14)에 형성되는 전자빔 통과공(26A, 26B)은 원형 이외에 타원형, 다각형 등 다양한 형태가 가능하며, 전자빔 중심축에 대해 비대칭 구조, 즉 종장형 또는 횡장형 구조로 이루어지는 것도 가능하다.

한편, 본 발명에 의한 전자총은 벨로시티 모듈레이터의 감도 향상을 위해 복수개의 브이엠 갭을 형성하고, 각각의 브이엠 갭 영역에 전계 차단부를 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 음극선관용 전자총의 단면도로서, 상기 전자총(2')의 제4 전극(12)은 제1∼제3 포커스 전극(12A, 12B, 12C)으로 분할되며, 제1 브이엠 갭(G1)을 형성하는 제1 포커스 전극(12A)의 후단부와 제2 포커스 전극(12B)의 전단부에 각각 제1, 2 전계 차단부(14A, 14B)를 형성하고, 제2 브이엠 갭(G2)을 형성하는 제2 포커스 전극(12B)의 후단부와 제3 포커스 전극(12C)의 전단부에 각각 제3, 4 전계 차단부(14C, 14D)를 형성한다.

상기 제1, 2 전계 차단부(14A, 14B)가 제1 브이엠 갭(G1) 영역에서 제1, 2 포커스 전극(12A, 12B)의 대향 면적을 증가시키고, 제3, 4 전계 차단부(14C, 14D)가 제2 브이엠 갭(G2) 영역에서 제2, 3 포커스 전극(12B, 12C)의 대향 면적을 증가시켜 제1 커넥터(20)의 고전류에 의한 제4 전극(12) 내부 전계의 비대칭화를 최소화한다.

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, 제1, 2 포커스 전극에 형성된 전계 차단부에 의해 제4 전극 내부의 전계 비대칭성을 제거하여 전자빔의 포커스 특성을 향상시키며, 제4 전극 내부의 전계 비대칭화 없이 브이엠 갭을 확대시킬 수 있어 벨로시티 모듈레이터의 감도를 향상시킨다.

Claims

열전자를 방출하는 단일의 캐소드와;

상기 캐소드와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극과;

상기 제2 전극 다음에 배치되는 제3 전극과;

상기 제3 전극 다음에 배치되며, 브이엠 갭을 사이에 두고 위치하는 제1, 2 포커스 전극과, 상기 브이엠 갭을 형성하는 상기 제1, 2 포커스 전극의 일단에 형성되는 전계 차단부를 구비하는 제4 전극과;

상기 제4 전극 다음에 배치되며 애노드 전압이 인가되는 제5 전극과;

상기 제3 전극과 상기 제5 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터; 및

상기 제1 내지 제5 전극들을 일렬로 정렬 및 고정시키는 한쌍의 지지체를 포함하며,

상기 전계 차단부가 상기 브이엠 갭을 형성하는 상기 제1, 2 포커스 전극의 일단에서 상기 제4 전극의 내부를 향해 확장되어 이루어지는 음극선관용 전자총.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 전계 차단부가 상기 제1 포커스 전극의 후단부에 형성되는 제1 전계 차단부와, 상기 제2 포커스 전극의 전단부에 형성되는 제2 전계 차단부를 포함하며, 상기 제1, 2 전계 차단부가 상기 제4 전극의 내경보다 작은 전자빔 통과공을 갖는 음극선관용 전자총.
제 1항에 있어서,

상기 제3 전극이 소구경 원통부를 포함하고, 상기 전계 차단부가 다음의 조건을 만족하는 음극선관용 전자총.

Max { 1.306A² - 0.389A - 0.185, 0} ≤T ≤ (D1-D2) / 2

여기서, A는 상기 브이엠 갭의 크기를, T는 상기 전계 차단부의 폭을 나타내며, D1은 상기 제4 전극의 내경을, D2는 상기 소구경 원통부의 내경을 나타낸다.
제 1항에 있어서,

상기 제4 전극이 두개 이상의 포커스 전극을 구비하여 복수개의 브이엠 갭을 형성하며, 각 브이엠 갭을 형성하는 포커스 전극의 적어도 일측단에 상기 전계 차단부를 형성하는 음극선관용 전자총.
제 5항에 있어서,

상기 제4 전극이 제1 브이엠 갭을 사이에 두고 위치하는 제1, 2 포커스 전극과, 제2 브이엠 갭을 사이에 두고 상기 제2 포커스 전극 다음에 위치하는 제3 포커스 전극을 포함하며, 상기 제1 포커스 전극의 후단부와 상기 제2 포커스 전극의 전단부에 각각 제1, 2 전계 차단부를 형성하고, 상기 제2 포커스 전극의 후단부와 상기 제3 포커스 전극의 전단부에 각각 제3, 4 전계 차단부를 형성하는 음극선관용 전자총.
제 6항에 있어서,

상기 제3 전극이 소구경 원통부를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 전계 차단부가 다음의 조건을 만족하는 음극선관용 전자총.

Max { 1.306A² - 0.389A - 0.185, 0} ≤T ≤ (D1-D2) / 2

여기서, A는 상기 브이엠 갭의 크기를, T는 상기 제1 내지 제4 전계 차단부의 폭을 나타내며, D1은 상기 제4 전극의 내경을, D2는 상기 소구경 원통부의 내경을 나타낸다.