KR19990071399A - 레이저 음극선관의 여기 방법 - Google Patents

Abstract

전자빔이 발생되어 레이저 발광을 여기하기 위해 스크린의 한 요소로 향하게 되는 레이저 음극선관을 여기하는 방법에 있어서, 빔 직경의 증가를 수반하지 않으며, 레이저 스크린에 입사하는 전자빔의 전류를 증가시키기 위해, 적어도 2개의 개별적인 전자빔이 발생되어 스크린의 동일한 요소에 동시에 집중되게 하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관을 여기하는 방법을 제안한다. 상기 레이저 음극선관의 여기방법은 통상적인 레이저 음극선관에 비교하여 보다 큰 발광 강도(light radiation intensity)와 높은 해상도를 제공할 수 있다.

Description

레이저 음극선관의 여기 방법

본 발명은 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 갖는 전자총, 레이저 스크린과, 상기 레이저 스크린에 전자빔을 집중시키기 위한 포커싱 시스템 및 상기 전자빔을 편향시키기 위한 디플렉션 시스템을 갖고, 예를 들어 대형 스크린에 화상을 표시하기 위한 투사형 텔레비젼 시스템 또는 음극선관이 사용되는 모든 기술 분야에 사용되는 레이저 음극선관에 관련된 것이다.

형광면을 가지며, 일반적인 음극선관을 사용하는 투사형 텔레비젼 시스템은 수 평방 미터에 이르는 면적을 갖는 스크린상에 화상을 표시하기 위해 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 시스템에 사용되는 광선은 본질적으로 발산하며 한정되어 있으므로, 요구된 휘도와 컨트라스트를 가지는 대형 화상을 표시하기 어렵다. 이러한 단점은 전자빔의 전류 밀도가 증가함에 따라 발광 강도(luminescent intensity)가 포화(saturation)하는 현상 및 통상적인 음극선관의 형광체(luminophor)에서 발생한 빛이 산란됨에 의해 야기된다.

투사형 TV시스템의 이러한 요소들을 개선하기 위한 효과적인 방법으로서, 상기 포화현상과 형광체에서의 손실이 없는 레이저 음극선관을 사용하는 방법이 개발되었다.(미국 특허 제3,558,956 참조)

전형적인 음극선관과 뚜렷한 차이는 레이저 음극선관의 발광원이 레이저 타겟이라는 것이다. 상기 레이저 타겟은 평행한 양쪽 표면이 모두 코팅되어 있는 얇은 반도체 단결정 플레이트다. 완전 반사 거울인 금속 코팅막이 일반적으로 전자빔이 입사하는 면에 제공되고, 상기 플레이트의 반대면은 반투명한 거울 코팅막이 입혀진다. 거울 표면들은 광학적 공명기를 구성하고, 그것들 사이의 반도체 플레이트는 전자빔이 여기하는 레이저의 능동적 매개물로서 작용한다. 레이저 타겟은 보통 레이저 음극선관의 광학적 출력 창과 레이저 타겟을 위한 탈열기의 구실을 하는 투명 기판에 고정된다. 기판은 높은 열 전도성을 갖는 사파이어로 만들어질 수 있다. 투명 기판과 함께 레이저 타겟은 레이저 음극선관의 스크린(레이저 스크린)을 구성한다.

전자빔은 메탈 코팅막을 통해 반도체 플레이트로 투과되어 자연적인 발광을 야기한다. 레이저 타겟상에 전자빔으로 인해 초래된 전류의 표면 밀도가 임계값(threshold value)과 같을 때 야기된 발광의 힘은 광학적 공명기의 손실을 보상하며, 전자빔이 입사하는 타겟상의 요소는 레이저 발광을 일으킨다. 빛이 공명기를 반복적으로 통과할 때, 그것의 스펙트럼은 좁아지며 단색의 빛이 방출된다. 레이저 빛은 반투명 거울 코팅막을 통해 반도체 판의 표면에 수직으로 방사되어 사파이어 출력 창을 통해 음극선관을 떠난다.

미국 특허 제5,280,360호에는 기재된 레이저 음극선관은 전자빔을 발생하기 위한 캐쏘드를 갖는 전자총, 레이저 스크린, 레이저 스크린에 전자빔을 집중시키는 포커싱 시스템, 상기 전자빔을 편향시키기 위한 디플렉션 시스템을 포함한다.

통상적인 음극선관에 있어, 전자빔 전류 밀도의 증가는 전자빔의 전력의 증가와 함께 발광 강도(luminescent intensity)의 포화때문에 무익하다. 더욱이 전자빔의 전류 증가는 전자빔을 구성하는 전자들 사이의 상호작용 때문에 전자빔의 직경이 증가하는 결과를 낳는다고 알려져 있다. 이 때문에, 공지된 레이저 음극선관에 있어 전자빔 전류의 증가는 레이저 스크린에 전류 밀도의 비례적인 증가를 제공하진 않는다. 따라서, 발광 강도(light radiation intensity)는 전류가 증가하는데 비례하여 증가하지는 않는다. 전자빔 직경의 증가에 따른 단점은 레이저 음극선관의 해상도 열화다.

본 발명의 주요한 목적은 레이저 스크린에 입사하는 전자빔의 전류를 증가시키는 방법으로 레이저 스크린을 여기하는 레이저 음극선관의 여기방법과 이 방법이 제공된 레이저 음극선관을 제공하는 것이다. 상기 레이저 음극선관의 여기방법은 빔 직경의 증가를 수반하지 않으며, 통상적인 레이저 음극선관에 비교하여 보다 큰 발광 강도(light radiation intensity)와 높은 해상도를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 음극선관을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

상기 주요한 목적을 고려하여, 전자빔을 발생시키는 캐쏘드를 갖는 전자총과, 레이저 스크린과, 상기 레이저 스크린에 전자빔을 집중시키기 위한 포커싱 시스템과, 상기 전자빔을 편향시키기 위한 디플렉션 시스템을 갖는 레이저 음극선관을 제안하며, 여기서 상기 레이저 음극선관은 디플렉션 시스템에 의해 규정된 동일한 레이저 스크린 요소(element)에 동시에 집중하는 적어도 2개의 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 구비한 적어도 2개의 전자총을 포함한다.

상기 레이저 음극선관은 각각의 전자빔을 집중시키기 위한 적어도 2개의 개별적인 포커싱 시스템을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 레이저 음극선관은 모든 빔을 동시에 편향시키기 위한 공통의 디플렉션 시스템을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 레이저 음극선관은 각각의 전자총에 의해 발생된 전자빔의 전류를 각각 조정하기 위한 적어도 2개의 개별적인 모듈레이터 전극(modulator electrodes)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 주요한 목적을 고려하여, 레이저 방전을 여기하기 위해 스크린의 한 요소에 전자빔을 향하게 하는 방법에 있어서, 적어도 2개의 개별적인 전자빔이 발생되어 스크린의 동일 요소에 동시에 집중되는 레이저 음극선관을 여기하기 위한 방법이 제안된다.

각각의 개별적인 캐쏘드와 각각의 개별적인 포커싱 시스템에 의해 각 개별적인 전자빔이 발생되고 집중될 수 있다.

레이저 발진을 여기하기 위해, 스크린의 동일 요소에 동시에 입사하는 전자빔의 전류 밀도는 레이저 발진을 여기하기 위해 요구된 임계값을 초과해야 한다.

레이저 스크린의 동일 요소를 동시에 여기하는 다수의 전자빔을 사용하는 것은 전자빔의 직경을 증가시킴 없이 여기 전류가 증가되는 것을 허용한다. 이는 보다 큰 전류 밀도(즉, 표면 전류 밀도)의 제공을 가능케 하며, 이로 인해 통상적인 레이저 음극선관에 비교하여, 큰 레이저 발광 강도 및 고해상도의 제공을 가능케 한다. 다른 한편으로 동일한 발광전력(radiation power)이 주어지는 경우, 본 발명의 레이저 음극선관은 빔의 직경이 더욱 작기 때문에 공지된 음극선관 보다 더욱 높은 해상도를 제공한다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 레이저 음극선관은 필라멘트(filament)에 의해 가열되며, 전자 방출 산화물 표면을 갖는 캐소드(1)(2)를 각각 구비한 2개의 전자총을 포함한다. 레이저 음극선관의 레이저 스크린(3)은 반도체 레이저 타겟을 포함하며, 상기 레이저 타겟은 사파이어로 된 투명 기판에 부착된다. 또한 레이저 음극선관은 포커싱 전극(4)(5)으로 구성된 2개의 포커싱 시스템과 전자빔을 수직 및 수평방향으로 편향시키는 코일을 포함하는 공통의 전자기 편향 시스템(6)을 갖는다.

레이저 음극선관의 다른 실시예에 있어서, 하나의 공통 포커싱 시스템이 사용될 수 있다. 또한 개별적인 디플렉션 시스템이 개별적인 빔을 위해 사용될 수도 있다.

레이저 음극선관의 전자총은 또한 각각의 캐쏘드의 중심부 맞은편에 위치한 구멍(orifice)을 구비한 중공의 실린더로써 만들어진 모듈레이터 전극(7)(8)을 포함한다. 레이저 음극선관의 다른 실시예에 있어서 하나의 공통 모듈레이터 전극은 모든 전자빔을 위해 사용될 수 있다.

또한 레이저 음극선관은 고 전압 전극(9)(10)을 포함한다. 레이저 음극선관의 구성 요소는 일반적인 유리 벌브(11)안에 위치된다. 레이저 스크린은 벌브(11)의 선단면에 설치된다. 레이저 스크린(3)에 인접하는 벌브(11)의 내측면에는 전기적으로 고 전압 전극(9)(10)에 연결된 전도성 코팅막(12)이 입혀진다. 디플렉션 시스템(6)은 벌브(11)의 외측에 설치된다.

레이저 음극선관은 다음과 같이 작동한다. 캐쏘드(1)(2)는 전자의 방출을 야기하는 외부의 전류 쏘스(도시 생략)에 의해 가열된다. 또한 외부 쏘스으로부터 높은 양(Positive)의 가속 전압(캐쏘드에 대하여)이 고 전압 전극(9)(10)에 인가된다. 캐쏘드(1)(2)는 전기적으로 함께 연결될 수 있다. 전극(9)(10)과 벌브(11)의 내측면에 입혀진 전도성 코팅막(12)에 인가된 높은 가속 전압의 작용하에 각각의 캐쏘드(1)(2)에 의해 방출된 전자빔(13)(14)은 레이저 스크린(3)을 향하여 이동한다. 각각의 캐쏘드에 대하여 음의 극성을 갖는 비디오 신호 전압(video signal voltage)은 비디오 신호의 외부 쏘스(도시 생략)로부터 모듈레이터(7)(8)에 인가된다. 모듈레이터에 인가된 비디오 신호의 전압은 레이저 스크린(10)을 향하는 전자의 양(즉, 전자빔의 전류)을 조정한다. 캐쏘드(1)(2) 뿐만 아니라 모듈레이터(7)(8)는 전기적으로 모두 연결될 수 있고, 비디오 신호 쏘스의 단일 출력으로부터 비디오 신호를 공급받을 수 있다. 선택적으로, 모듈레이터(7)(8)는 전자빔(13)(14)의 전류를 개별적으로 조정할 수 있도록(예를 들어, 정확하게 상기 전자빔을 같게 하는)비디오 신호 쏘스의 개별적 출력장치에 연결될 수 있다.

레이저 스크린(3)에 전자빔(13)(14)의 정전기적 집속을 제공하는 전위는 포커싱 전극(4)(5)에 인가된다. 정전기적 집속에 있어, 포커싱 전극(4)(5)과 가속 전극(9)(10)에 의해 형성된 전계는 캐쏘드(1)(2)에 의해 발생된 발산하는 전자빔을 좁게 수렴하도록 집속하는 전자 렌즈(도면에 대쉬 라인으로 나타남)를 형성한다. 각각의 구성요소(1)(4)(9)나 (2)(5)(10)에 의하여 구성된 전자총의 길이방향 축은 전자빔(13)(14)이 한점(15)에 입사하도록 서로 동일한 각도를 갖는다. 디플렉션 시스템(6)의 코일에 전류가 흐르지 않을 때, 상기 점(15)은 스크린(3)의 중앙에 위치하게 된다. 빔의 컨버젼스를 조정하기 위한 수단은 전자총의 부정확한 공간 조정을 바로잡는 시스템에 포함될 수 있으며, 상기 수단은 통상적인 컬러 음극선관에 사용되는 그것과 유사하다. 이러한 수단은 예를 들어 벌브(11)의 외측면에 배치된 자성체, 또는 정확한 빔의 컨버젼스를 위한 다른 공지된 수단로써 만들어질 수 있다.

디플렉션 시스템(6)의 코일은 톱니형의 수평 및 수직 주사 신호를 공급받는다. 코일의 전자계는 동시에 수직과 수평방향으로 두 전자빔(13)(14) 모두를 편향시킨다. 이는 공지된 음극선관이 형성하는 것과 같은 텔레비젼 라스터를 형성한다. 전자빔(13)(14)이 동시에 편향될 때, 전자빔(13)(14)은 텔레비젼 라스터안에 있는 레이저 스크린(3)의 한점(15)에 입사한다. 통상적인 컬러 음극선관에서 다이나믹 컨버젼스를 위해 사용된 공지의 시스템은 전자빔(13)(14)을 주사하는 동안 전자빔(13)(14)에 있을 수 있는 발산의 보정을 위해 사용될 수 있다.

모듈레이터(7)(8)에 인가된 비디오 신호 전압의 디씨 콤퍼넌트(DC component)는 다음과 같은 방법으로 조정된다. 비디오 신호가 블랙 레벨에 상당할 때, 전자빔(13)(14)의 총 전류 밀도는 임계값을 초과하지 못하며, 레이저 발진은 일어나지 않는다. 비디오 신호 전압이 블랙 레벨과 화이트 레벨사이에 있을 때, 전자빔(13)(14)이 입사하는 스크린(3)의 한점(15)은 레이저 발광을 발생시키는 결과을 낳으며, 전자빔(13)(14)은 스크린(3)의 표면에 임계값을 초과하는 전류 밀도를 만들어 낸다. 스크린의 한점(15)로부터의 발광 강도는 주어진 순간에 모듈레이터(7)(8)에 인가된 비디오 신호 전압에 종속되는 전류 밀도에 비례한다. 텔레비젼 영상은 레이저 음극선관에 주사 및 비디오 신호를 동시에 공급함으로써 레이저 음극선관에서 외부의 스크린(도시 생략)에 투영된다.

레이저 스크린(3)의 한점(15)을 2개의 전자빔(13)(14)을 사용하여 여기시키는 것은 2개의 전자빔(13)(14) 각각의 전류와 직경의 증가없이 여기 전류의 표면 밀도를 2배로 증가시키기 위함이다. 가령, 단일 전자빔을 사용하는 공지된 레이저 음극선관에 있어 전자빔의 전류가 2배로 증가되면, 전류 밀도는 2배 보다는 작지만 증가할 것이고, 이에 따라 전자빔을 구성하는 전자들 사이의 상호작용으로 전자빔의 직경 또한 커질 것이다. 전자빔의 전류가 증가한 결과로써 전자빔의 직경이 커지는 것은 공지된 레이저 음극선관에 있어 해상도가 열화되는 결과를 낳게 된다. 따라서 본 발명에 따른 음극선관은 하나의 전자빔을 사용하는 공지된 레이저 음극선관과 비교하여 전자빔의 작은 직경과 큰 전류 밀도 및 발광 강도, 그리고 높은 해상도를 얻을 수 있다.

레이저 타겟의 온도가 증가함에 따라 표면 전류 밀도의 임계값(threshold value)이 빠르게 증가한다. 본 발명에 따르면, 스크린(3)에 입사하는 이중의 전자빔의 직경을 증가시킴 없이 전자빔(13)(14)에 의해 스크린(3)에 발생된 전류 밀도를 증가시키는 가능성은 음극선관이 레이저 타겟의 높은 온도하에서 작동하는 것을 가능케 한다. 따라서 전자빔(13)(14)의 전류는 더욱 증가되거나, 또는 쿨링 시스템에 부가된 요구사항은 감소될 것이다.

상기 2개의 전자총을 갖는 레이저 음극선관의 디자인(design)은 단지 하나의 예로써 나타낸 것이다. 음극선관의 요구된 발광 강도에 의해 전자빔의 수가 결정되는 것처럼 이에 요구되는 수의 전자총은 2개 이상 예를 들어 3개나 4개가 될 수 있다. 또한, 본 발명은 비디오 신호 전압이 모듈레이터 전극에 인가되는 상기한 실시예의 레이저 음극선관만으로 한정되는 것은 아니고, 캐쏘드로 비디오 신호 전압이 인가되는 일반적인 레이저 음극선관으로 적용됨이 가능하다.

아울러, 본 발명은 전자빔의 발생, 조정, 집속, 편향을 위한 음극선관이나 그 밖의 다른 유사한 장치에 사용된 공지의 기술 또한 본 발명에 따른 장치와 방법에 사용될 수 있다. 예를 들어 참고문헌에 개시된 것처럼, 또는 종래 기술로 알려진 것처럼, 이미 알고 있는 타입의 레이저 스크린과 음극선관 벌브와 다른 부가되는 장치와 수단이 사용될 수 있다.

상기 레이저 음극선관의 여기방법은 빔직경의 증가를 수반하지 않으며, 통상적인 레이저 음극선관에 비교하여 보다 큰 발광 강도와 높은 해상도를 제공할 수 있다.

Claims (11)

1. 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 갖는 전자총과; 레이저 스크린과; 상기 레이저 스크린에 전자빔을 집중시키기 위한 포커싱 시스템과; 상기 전자빔을 편향시키기 위한 디플렉션 시스템을 갖는 레이저 음극선관에 있어서,

   상기 레이저 음극선관은 상기 디플렉션 시스템에 의해 정해진 레이저 스크린의 동일한 한 요소에 동시에 포커싱되는 적어도 2개의 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 갖는 적어도 2개의 전자총을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
2. 제1항에 있어서, 각각의 전자총에 의해 발생된 전자빔의 전류를 각각 조정하기 위한 적어도 2개의 개별적인 모듈레이터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
3. 제1항에 있어서, 상기 레이져 음극선관은 각각의 빔을 집중시키기 위한 적어도 2개의 개별적인 포커싱 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
4. 제3항에 있어서, 각각의 전자총에 의해 발생된 전자빔의 전류를 각각 조정하기 위한 적어도 2개의 개별적인 모듈레이터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 모든 빔을 동시에 편향시키기 위한 공통의 디플렉션 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
6. 제5항에 있어서, 각각의 전자총에 의해 발생된 전자빔의 전류를 각각 조정하기 위한 적어도 2개의 개별적인 모듈레이터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관.
7. 유리 벌브와; 이 유리 벌브 내에 배치되어 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 갖는 전자총과; 상기 벌브의 선단면에 설치되는 스크린과; 이 스크린에 전자빔을 집중시키기 위한 포커싱 시스템과; 상기 벌브의 외측에 배치되어 전자빔을 편향시키기 위한 디플렉션 시스템을 포함하는 음극선관에 있어서,

   상기 음극선관은 상기 디플렉션 시스템에 의해 상기 스크린의 정해진 동일한 한 요소에 동시에 포커싱되는 적어도 2개의 전자빔을 발생시키기 위한 캐쏘드를 갖는 적어도 2개의 전자총을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
8. 제7항에 있어서, 상기 음극선관은 레이저 음극선관임을 특징으로 하는 음극선관.
9. 레이저 발광을 여기하기 위해, 발생된 전자빔이 스크린의 한 요소로 향하게 되는 레이저 음극선관을 여기하는 방법에 있어서,

   적어도 2개의 개별적인 전자빔이 발생되어 스크린의 동일한 요소에 동시에 집중되는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관의 여기방법.
10. 제9항에 있어서, 개별적인 캐쏘드에 의하여 개별적인 전자빔이 발생되어 각각의 개별적인 포커싱 시스템에 의해 포커싱되는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관의 여기방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 스크린의 동일한 요소로 동시에 향하게 되는 전자빔의 전류 밀도는 레이저 발광을 여기하기 위해 요구된 임계값을 초과하는 것을 특징으로 하는 레이저 음극선관의 여기방법.