KR100944473B1 - 전자총을 포함하는 음극선관 - Google Patents

Abstract

본 발명의 음극선관은 주렌즈를 구성하는 포커스 대향 전극과 애노드 대향 전극 중 적어도 하나에 포함되는 공통 개구부에 버링이 형성된 전자총에 있어서, 주렌즈 대향 전극의 수평 외경을 H라 하고 공통 개구부의 수평 내경을 D라 할 때, (H-D)/2 가 1.5mm 이상 2.0mm 이하인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 음극선관은 포커스 대향 전극 또는 애노드 대향 전극을 포함하는 주렌즈 대향 전극에 형성된 공통 개구부에 버링이 형성되며 버링을 형성하기 위한 모따기부와 라운드부가 형성된 전자총에 있어서, 포커스 대향 전극 및 상기 애노드 대향 전극의 대향면에 수평방향으로 형성된 평탄전극부의 길이가 0.6mm 이상 1.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

전자총을 포함하는 음극선관{Cathode Ray Tube Including Electron Gun}

도 1은 일반적인 음극선관의 구조도이다.

도 2는 일반적인 전자총의 구조도를 도시한 도면이다.

도 3은 일반적인 전자총에 포함된 포커스 전극과 애노드 전극의 상세 구조도이다.

도 4는 포커스 대향 전극과 집속 보정 전극의 결합도이다.

도 5는 본 발명에 따른 전자총의 대향면 전극부의 내경(D)과 외경(H)이 차(W), 등가 수평 렌즈경 및 컨버젼스 변화량의 변화의 관계를 도시한 그래프이다.

본 발명은 전자총을 포함하는 음극선관에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 공통 개구부가 형성된 주렌즈를 포함하는 음극선관에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 음극선관의 구조도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 음극선관은 패널(100), 펀넬(200), 전자총(300), 새도우 마스크(400) 및 편향요크(500)를 포함한다.

패널(100)과 펀넬(200)은 서로 프릿 글라스로 결합된 후 배기공정을 거쳐 10^-7 Torr의 진공도가 유지된다. 그리고, 펀넬(200)의 후단에 형성된 네크(250) 내부에는 전자빔(350)을 방사하는 전자총(300)이 설치된다.

새도우마스크(400)는 적, 녹, 청 세 개의 전자빔(350)이 패널(100)의 내면에 형성된 적, 녹, 청 형광체(150)와 정확하게 충돌되도록 색선별 기능을 하며, 편향요크(500)는 전자총(300)에서 방사된 전자빔(350)을 편향시킨다.

도 2는 일반적인 전자총(300)의 구조도를 도시한 도면이다. 도 2의 전자총(300)은 유니(Uni)-바이(Bi)형 전자총을 도시한 것으로, 캐소드(301), 제 1전극 내지는 제 4전극(303, 305, 307, 309), 포커스전극(311), 애노드전극(313), 쉴드컵(315) 및 절연성 비드글라스(bead glass)(317)를 포함한다.

캐소드(301)는 전자빔을 구성하는 열전자를 방사하고, 제 1전극(303) 및 제 2전극(305)은 캐소드(301)에서 방사된 열전자를 제어하며, 캐소드(301), 제 1전극(303) 및 제 2전극(305)을 삼극부라 한다.

제 3전극(307), 제 4전극(309), 포커스전극(311), 애노드전극(313) 및 쉴드컵(315)은 전자빔(350)을 형광체(150)에 집속하기 위한 주정전 집속 렌즈를 형성하도록 관축방향(Z-Z)으로 일렬로 배열된다.

절연성 비드글라스(bead glass)(317)는 이들 전극들을 일정하게 고정시킨다.

이와 같은 일반적인 전자총(300)에서 열전자는 캐소드(301) 내부에 삽입되어 있는 히터(미도시)의 발열에 의하여 방출되며, 방출된 열전자는 캐소드(301)와 제 1전극(301) 전압에 의하여 그 양이 제어되고, 제 2전극(303)에 의하여 가속된다.

제 2전극(305)과 제 4전극(309)에는 약 1000볼트 이하의 전압이 인가되고 상기 제 3전극(305)과 포커스전극(311)에는 애노드전극(313)에 인가하는 전압의 20% - 40%에 해당하는 전압이 인가된다.

이들 제 2전극(303)과 제 3전극(305) 사이에 형성된 정전렌즈와 제 3전극(305), 제 4전극(307) 및 포커스전극(311)에 의하여 형성된 정전렌즈, 즉 전단 집속 렌즈에 의하여 주렌즈에 입사하는 전자빔(350)의 입사각이 결정된다.

애노드전극(313)에는 약 20kV - 35kV의 고전압이 인가되고, 상기 애노드전극(313)과 약 1.0mm 간격을 두고 이웃한 포커스전극(311)에는 애노드전극(313)에 인가되는 전압의 약 20% - 40%에 해당하는 전압이 인가되어 애노드전극(313)과 포커스전극(311) 사이에 주렌즈, 즉 주정전 집속렌즈가 형성된다.

이상과 같이 캐소드(301), 제 1 전극(303) 및 제 2 전극(305)으로 구성되는 삼극부에서 형성되는 전자빔은 크로스 오버(cross over)를 형성하고, 제 3 전극(307), 제 4 전극(309) 및 포커스 전극(311)으로 구성되는 전단 집속 렌즈에 의해 1차 집속되며, 포커스 전극(311) 및 애노드 전극(313)으로 구성되는 주렌즈에 의해 2차로 집속되어 스크린에 상이 형성된다.

도 3은 일반적인 전자총에 포함된 포커스 전극과 애노드 전극의 상세 구조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 대부분의 전자총들은 포커스 전극(311)과 애노드 전극(313)의 구조 및 설계에 의하여 스테이틱 컨버젼스(static convergence) 렌즈를 형성하는데, 스테이틱 컨버젼스 렌즈는 적색과 청색을 담당하는 외측 전자빔들 이 녹색을 담당하는 중앙 전자빔을 향하도록 집속력을 형성하여 세 전자빔이 스크린 중심에서 서로 일치되게 한다.

이와 같은 포커스 전극(311)과 애노드 전극(313)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

이 때, 포커스 전극(311)에는 약 6000V가 인가되고, 애노드 전극(313)에는 약 26kV가 인가됨에 따라 두 전극간의 전압차에 의하여 정전렌즈가 형성된다.

포커스 전극(311)은 포커스 대향 전극(311-1)과 집속 보정 전극(311-3)을 포함하는데, 집속 보정 전극(311-3)은 포커스 대향 전극(311-1)의 애노드 전극(313) 대향면으로부터 후퇴하여 설치된다.

또한 애노드 전극(313)은 애노드 대향 전극(313-1)과 발산 보정 전극(313-3)을 포함하는데, 발산 보정 전극(313-3)은 애노드 대향 전극(313-3)의 포커스 전극(311) 대향면으로부터 후퇴하여 설치된다.

포커스 전극(311)에 의해 형성되는 집속 정전 렌즈와 애노드 전극(313)에 의해 형성되는 발산 정전 렌즈에 의하여 각 전자빔은 포커스 전극(311)을 통과할 때는 집속되고, 애노드 전극(313)을 통과할 때는 발산된다.

다만, 애노드 전극(313)을 통과할 때엔 전자의 운동 에너지가 큰 상태이므로 외력의 작용을 작게 받게 되어 전체적으로 전자빔은 집속 작용을 받게 된다.

동시에 적색과 녹색을 담당하는 외측 전자빔들은 포커스 대향 전극(311-1), 집속 보정 전극(311-3), 애노드 대향 전극(313-1) 및 발산 보정 전극(313-3)에 의하여 형성되는 컨버젼스 렌즈(41)에 의하여 중앙 전자빔쪽으로 힘을 받게 되어 세 전자빔은 스크린에서 일치된다.

그러나, 실질적으로는 세 전자빔이 완전하게 스크린에서 일치하지는 않으며, 네크(250) 외부에 컨버젼스 조정용 마그네트(미도시)가 설치되어 완전하게 세 전자빔을 일치시킨다.

도 4는 포커스 대향 전극(311-1)과 집속 보정 전극(311-3)의 결합도이다.

포커스 전극(311)과 애노드 전극(313)에 의하여 형성되는 주렌즈의 등가 수평 렌즈경은 포커스 대향 전극(311-1)과 집속 보정 전극(313-1)을 포함하는 주렌즈 대향 전극의 공통 개구부(311-5, 313-5)의 수평내경(D)과 밀접한 관계가 있다. 즉, 공통 개구부(311-5, 313-5)의 수평내경(D)이 클수록 등가 수평 렌즈경이 커지므로 정밀한 포커스를 얻을 수 있다.

따라서 종래의 전자총은 포커스 성능을 최상으로 하기 위하여, 제한된 크기의 네크(250) 내에서 가공이 가능한 한 큰 치수의 공통 개구부 수평경을 확보하였다.

그런데 전자총(300) 전극의 예리한 부분에는 전계가 집중되며 이로 인하여 캐소드(301)에서 방출된 냉전자 또는 스크린에서 반사된 산란 전자와 같은 전자가 존재하고, 이러한 전자들이 네크(250) 내벽에 충돌하면 2차 전자가 방출되어 네크(250) 내벽의 전위가 상승된다.

네크(250) 내벽의 전위는 시간에 따라 일정 수준까지 꾸준히 상승하므로 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)의 수평 외경(H)과 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)에 형성된 공통 개구부 수평 내경(D) 사이에 도3에 도시된 충분한 너비의 평탄전극 부(311-1a)가 확보되지 못하면 네크(250) 내벽의 전위 변화에 따라 스테이틱 컨버젼스 작용이 영향을 받는다.

이 현상을 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 애노드 전극(313) 및 네크(250)의 내벽에 형성된 흑연도전막에는 26kV가 인가되는데 시간이 흐르면서 네크 내면의 A 지점은 20kV까지 강하되면서 전압이 일정하게 유지된다. 그러나, 네크(250) 내벽에 상기와 같은 이유로 전자가 방출되면 A 지점의 전위가 상승하고, 이렇게 변화된 전계는 컨버젼스 렌즈의 내부에 영향을 끼친다.

이러한 변화된 전계가 포커스 대향 전극(311-1) 또는 애노드 대향 전극(313-1) 내부로 들어오는 것을 막기 위해서는 충분한 너비의 평탄전극부(311-1a)가 확보되어야 하고, 평탄한 전극이 확보되지 않으며 이와 같은 변화된 전계가 스테이틱 컨버젼스 작용에 악영향을 미친다.

이상에서 설명한 바와 같이 정밀한 포커스를 얻기 위하여 가능한 한 큰 치수의 공통 개구부 수평경을 확보하는 것과 평탄전극부(311-1a)를 충분히 확보하는 것 사이에는 서로 모순관계가 형성된다.

이러한 모순 관계는 도3에 도시된 바와 같이 버링부(burring)(311-1b), 라운드부(311-1c) 및 모따기부(311-1d)에 의하여 더욱 악화된다.

이 때, 버링부(311-1b)는 포커스 대향 전극(311-1)의 개구부 가공시 발생하는 날카로운 절취부에 의한 방전을 방지하기 위해 상기 절취부를 구부려서 애노드 전극(313)으로부터 멀리 배치시킨 것이고, 라운드부(311-1c)는 컵형상의 전극을 형성하기 위하여 상기 절취부를 절곡하는 과정에서 형성되는 것이고, 모따기부(311- 1d)는 일반적인 절곡에 의해 버링부에 형성되는 라운드의 치수를 정밀하게 관리하기 위하여 형성된다.

즉, 버링부(311-1b), 라운드부(311-1c) 및 모따기부(311-1d)가 형성되기 위해서는 평탄전극부(311-1a)는 더욱 줄어들어야 하고, 이렇게 평탄전극부(311-1a)가 줄어들면, 시간이 지남에 따라 변화되는 네크(250)의 전계분포 때문에 스테이틱 컨버젼스 작용이 영향을 받게 되고, 이러한 영향은 외측 전자빔이 스크린까지 도달하는 동안 증폭되어 그 값이 최대 0.3mm 정도까지 발생하여 심각한 품질 문제를 야기한다.

참고로 이와 같은 시간에 따른 스테이틱 컨버젼스의 변화량은 최대 0.08mm 이내로 관리되어야 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 스테이틱 컨버젼스의 변화를 최소화하고 양호한 포커스를 확보하기 위하여 버링부를 사용하지 않는 경우가 있으나, 버링부를 사용하지 않으면 음극선관의 고압 안정성을 해치게 된다.

그 이유는 포커스 대향 전극(311-1)의 개구부를 프레스 가공하여 절취함에 따라 생겨나는 절취부에는 날카로운 부분이 많이 존재하기 때문에 애노드 전극(313)에 인가되는 높은 전압에 의해 전계가 상기 절취부의 날카로운 부분으로 집중되어 쉽게 방전이 일어나므로 음극선관의 고압 안정성이 매우 나빠진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 네크 내벽의 전계 변화에 따른 주렌즈의 스테이틱 컨버젼스 작용의 변화를 최소화하고 일정 수준 이상의 평탄전극부를 확보함으로써 시간의 경과에 따른 컨버젼스의 변화를 효과적으로 억제하여 세 전자빔의 일치를 향상시킬 수 있는 전자총을 포함한 음극선관을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 음극선관은 주렌즈를 구성하는 포커스 대향 전극과 애노드 대향 전극 중 적어도 하나에 포함되는 공통 개구부에 버링이 형성된 전자총에 있어서, 주렌즈 대향 전극의 수평 외경을 H라 하고 공통 개구부의 수평 내경을 D라 할 때, (H-D)/2 가 1.5mm 이상 2.0mm 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 음극선관은 포커스 대향 전극 또는 애노드 대향 전극을 포함하는 주렌즈 대향 전극에 형성된 공통 개구부에 버링이 형성되며 버링을 형성하기 위한 모따기부와 라운드부가 형성된 전자총에 있어서, 포커스 대향 전극 및 상기 애노드 대향 전극의 대향면에 수평방향으로 형성된 평탄전극부의 길이가 0.6mm 이상 1.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

다음에 기술되는 실험에 의하여 본 발명에 따른 전자총에 포함되는 포커스 전극(311)과 애노드 전극(313)에 의하여 형성되는 주렌즈의 등가 수평 렌즈경, 대향면 전극부의 내경(D)과 외경(H)이 차(W) 및 컨버젼스 변화가 최적될 수 있다.

이 때, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 대향면 전극부의 내경(D)과 외경(H)이 차(W)가 크면 클수록 앞서 설명된 평탄전극부(311-1a)도 커질 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전자총의 대향면 전극부의 내경(D)과 외경(H)의 차(W), 등가 수평 렌즈경 및 컨버젼스 변화량의 변화의 관계를 도시한 그래프이다. 이 때, 상기 차(W)를 수학식으로 표현하면 (H-D)/2와 같다.

도 5에 도시된 바와 같이 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)의 수평 외경(H)과 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)에 형성된 공통 개구부(311-5, 313-5)의 수평 내경(D)의 차(W)가 1.5mm 이상인 경우 네크 내벽의 전계 변화에 의한 컨버젼스 변화량이 0.07mm이다.

따라서, 시간의 경과에 따른 스테이틱 컨버젼스의 변화량의 최대 허용치인 0.08mm 이하가 되어 정상적인 컨버젼스 변화량이 발생됨을 알 수 있다.

또한 주렌즈에 의한 등가 수평 렌즈경은 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)의 공통 개구부(311-5, 313-5)의 수평 내경(D)과 밀접한 관계가 있으므로, 좋은 포커스 특성을 확보하기 위해서는 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)의 공통 개구부(311-5, 313-5)를 최대한 확보해야 한다.

따라서 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)의 수평 외경(H)과 주렌즈 대향 전극(311-1, 313-1)에 형성된 공통 개구부(311-5, 313-5)의 수평 내경(D)의 차(W)를 필요 이상 확보하면 등가 수평 렌즈경이 감소하여 포커스 특성의 열화를 초래하므로 상기 차(W)는 약 2.0mm를 넘지 않는 것이 중요하다.

이와 같이 최적의 컨버젼스 변화량과 포커스 특성을 얻기 위한 상기 차(W)는 1.5mm 이상 2.0mm 이하이다.

이 때, 라운드부(311-1c)와 모따기부(311-1d)는 0.1mm 이상 0.5mm 이하로 관리되어야 하며, 라운드부(311-1c)와 모따기부(311-1d)가 상기의 범위에서 관리될 때 평탄전극부(311-1a)는 0.6mm 이상 1.5mm를 확보할 수 있다.

이와 같이 상기 차(W)가 1.5mm 이상 2.0mm 이하로 확보되고, 평탄전극부(311-1a)의 길이가 0.6mm 이상 1.5mm 이하로 확보됨에 따라 네크 내벽 전위의 상승에도 스테이틱 컨버젼스 작용은 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 포커스 특성 또한 좋게 할 수 있다.

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 한다.

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.

이상에서와 같이 본 발명은 시간에 따른 네크 내벽 전위의 변화에도 전자총 주렌즈의 스테이틱 컨버젼스 특성이 안정적으로 유지되어, 스크린에서 컨버젼스의 변화를 최소화하므로 이미지의 시인성을 우수하게 유지하며 컬러 음극선관의 포커스 품질, 고압 안정성도 동시에 만족한다.

Claims (3)

1. 주렌즈를 구성하는 포커스 대향 전극과 애노드 대향 전극 중 적어도 하나에 포함되는 공통 개구부에 버링이 형성된 전자총에 있어서,

   상기 주렌즈 대향 전극의 수평 외경을 H라 하고 상기 공통 개구부의 수평 내경을 D라 할 때, (H-D)/2 가 1.5mm 이상 2.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 전자총을 포함하는 음극선관.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공통 개구부는 버링을 형성하기 위한 모따기부와 라운드부를 포함하고,

   상기 모따기부와 라운드부의 전체 길이는 0.1mm 이상 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 전자총을 포함하는 음극선관.
3. 포커스 대향 전극 또는 애노드 대향 전극을 포함하는 주렌즈 대향 전극에 형성된 공통 개구부에 버링이 형성되며 버링을 형성하기 위한 모따기부와 라운드부가 형성된 전자총에 있어서,

   상기 포커스 대향 전극 및 상기 애노드 대향 전극의 대향면에 수평방향으로 형성된 평탄전극부의 길이가 0.6mm 이상 1.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 전자총을 포함하는 음극선관.

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