KR20000066888A - 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

형광막 스크린에 도달하는 전자빔 스폿경을 최소화하여 고해상도의 선명한 화질을 구현할 수 있도록 하는 음극선관용 전자총으로서, 이는 열전자를 방출하는 캐소드와, 열전자의 방출을 제어하는 제 1 및 제 2그리드 전극과, 상기 넥크부의 내표면에 형성되는 고전위막으로 제공되어 대구경의 메인 포커스 렌즈를 형성하는 전위막 전극부를 포함한다. 상기 전위막 전극부는 넥크부의 원주방향을 따라 소정의 폭으로 형성되며 고저항막에 의해 연결되는 다수개의 전위막 전극들로 이루어진다.

이로서 메인 포커스 렌즈를 형성하는 집속 및 가속 전극인 다수개의 전위막 전극들은 넥크부의 안쪽 직경과 동일한 직경을 가지게 되며, 집속 전극의 직경 확대에 따라 전자빔 스폿경을 축소시킨다.

Description

음극선관용 전자총 {An electron gun for cathode ray tube}

본 발명은 음극선관용 전자총에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광막 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿경을 작게하여 고해상도의 선명한 화질을 구현할 수 있도록 하는 음극선관용 전자총에 관한 것이다.

일반적으로 전자총은 열전자를 방출하는 캐소드와, 방출된 열전자를 집속 및 가속시켜 전자빔을 형성하는 다수개의 그리드 전극들로 이루어지며, 형광막 스크린의 녹, 청, 적 형광체를 발광시키기 위하여 외부 신호에 의해 전자 방출량이 제어되는 세줄기의 전자빔을 방출하고 있다.

도 5는 종래 기술에 의한 전자총의 측면도이고, 도 6는 음극선관의 넥크부에 장착된 전자총의 단면을 개략적으로 도시하고 있다.

도 5와 도 6에서 도시하는 바와 같이, 전자총(1)은 내부로 히터(3)를 장착하며 표면으로 전자방출 물질이 코팅된 캐소드(5)와, 한쌍의 비이드 글래스(7)에 의해 일렬로 고정 장착되며 캐소드(5)와 마주하는 부분으로 전자빔 통과공을 형성하는 다수개의 그리드 전극들(9, 11, 13, 15)을 포함한다.

상기 캐소드(5)는 히터(3)에 의해 가열되어 표면에서 열전자를 방출시키며, 방출된 열전자는 제 1 및 제 2그리드 전극(9, 11)에 의해 방출량이 제어되면서 제 2 및 제 3그리드 전극(11, 13) 사이에 형성된 예비 포커스 렌즈(17)에 의해 예비 집속된다.

그리고 집속 전극인 제 3그리드 전극(13)과 가속 전극인 제 4그리드 전극(15) 사이에 형성된 메인 포커스 렌즈(19)에 의해 집속 및 가속되어 전자빔으로 형성된 다음, 제 4그리드 전극(15)과 패널 내부에 인가된 고전압에 이끌려 형광체에 충돌하게 된다.

이와 같은 그리드 전극들(9, 11, 13, 15)은 대략 0.1-0.3 mm 두께의 금속을 성형 가공한 것으로, 넥크부(21)보다 작은 대략 20 mm 정도의 직경으로 이루어진다.

이 때, 음극선관의 해상도를 높이기 위해서는 형광막 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿경을 최대한 작게 하여야 하는데, 도 7에서 나타내는 바와 같이, 집속 전극인 제 3그리드 전극(13)의 직경과 전자빔 스폿경은 서로 반비례하므로, 제 3그리드 전극(13)의 직경을 크게할수록 전자빔 스폿경을 작게할 수 있다.

이는 제 3그리드 전극(13)의 직경이 커질수록 메인 포커스 렌즈(19)가 대구경화되어 구면 수차의 영향을 감소시킬 수 있기 때문이다.

그러나 전자총(1)은 음극선관의 넥크부(21) 안쪽에 고정 장착되는 구조이므로, 전자총(1)은 일반적으로 넥크부(21) 안쪽 직경보다 3-8 mm 정도 작은 직경을 갖도록 제작된다. 이로서 전자총의 그리드 전극들은 직경 확장에 한계가 있으므로 메인 포커스 렌즈의 대구경화에 의한 전자빔 스폿경 축소에도 일정한 한계를 가지게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 집속 및 가속 전극의 직경을 최대화하여 대구경의 메인 포커스 렌즈를 제공함으로써 전자빔 스폿경을 작게하여 고해상도의 선명한 화질을 구현할 수 있도록 하는 음극선관용 전자총을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전자총을 포함하는 음극선관의 부분 절개 사시도.

도 2는 넥크부에 장착된 본 발명의 제 1실시예에 의한 전자총의 단면도.

도 3은 본 실시예에 의한 전위막 전극부의 전압 구성도.

도 4는 넥크부에 장착된 본 발명의 제 2실시예에 의한 전자총의 단면도.

도 5는 종래 기술에 의한 전자총의 측면도.

도 6은 넥크부에 장착된 종래 기술에 의한 전자총의 단면도.

도 7은 집속 전극의 직경과 전자빔 스폿경의 관계를 나타내는 그래프.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

넥크부의 내주면에 장착되고, 형광막 스크린을 향하여 세줄기의 전자빔을 방출하는 음극선관용 전자총에 있어서,

상기 전자총은 열전자를 방출하는 캐소드와, 열전자의 방출을 제어하는 제 1 및 제 2그리드 전극과, 상기 넥크부의 내표면에 형성되는 고전위막으로 제공되어 대구경의 메인 포커스 렌즈를 형성하는 전위막 전극부를 포함하는 음극선관용 전자총을 제공한다.

상기 전위막 전극부는 넥크부의 원주방향을 따라 소정의 폭으로 형성되며 일정한 간격을 두고 배치되는 다수개의 전위막 전극들로 이루어지며, 전위막 전극들 사이에는 고저항막이 형성되어 전위막 전극들을 전기적으로 연결시킨다.

이와 같이 메인 포커스 렌즈를 형성하는 가속 및 집속 전극들을 넥크부의 내표면에 형성되는 고전위막으로 형성함으로써 전극의 직경 확대에 따라 형광막 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿경을 효과적으로 축소시킬 수 있다.

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

도 1은 본 발명에 의한 전자총을 포함하는 음극선관의 부분 절개 사시도이다. 도시하는 바와 같이, 음극선관은 내면으로 형광막 스크린(2)을 형성하는 패널(4)과, 내주면으로 전자총(20)을 장착하는 넥크부(6)와, 상기 패널(4)과 넥크부(6)를 연결하는 나팔체 형상의 펀넬(8)을 포함하며, 형광막 스크린(2)과 일정한 간격을 두고 섀도우 마스크(10)를 장착하고, 펀넬(8)의 외주면으로 편향 요크(12)를 장착하고 있다.

상기 전자총(20)은 외부 신호에 의해 방출량이 제어되는 세줄기의 전자빔(22R, 22G, 22B)을 방출하는데, 방출된 전자빔들(22)은 편향 요크(12)가 발생하는 수평 및 수직 자계에 의해 편향되어 형광막 스크린(2)의 모든 화소를 순차적으로 주사하게 된다.

그리고 전자빔들(22)은 섀도우 마스크(10)의 빔통과용 어퍼쳐(10a)에서 일치된 후, 빔통과용 어퍼쳐(10a)를 통과하면서 해당하는 녹, 청, 적 형광체로 분리되어 해당하는 형광체를 발광시키게 된다.

이 때, 본 실시예에 의한 전자총(20)은 집속 전극과 가속 전극의 직경을 최대화하여 형광막 스크린(2)에 도달하는 전자빔 스폿경(Dt)을 축소시켜 해상도를 향상시키는바, 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 넥크부에 장착된 본 발명의 제 1실시예에 의한 전자총의 단면도이다. 도시하는 바와 같이 전자총(20)은 캐소드(22)와, 열전자 방출을 제어하는 제 1 및 제 2그리드 전극(24, 26)과, 이들을 일체로 고정 장착시키는 한쌍의 비이드 글래스(28)와, 메인 포커스 렌즈(30)를 형성하는 전위막 전극부(38)를 포함한다.

상기 캐소드(22)는 3개가 구비되어 인-라인형 전자총의 경우 수평축상으로 일렬로 배열되며, 내부에 장착된 히터(40)에 의해 가열되어 전자방출 물질이 도포된 표면에서 열전자를 방출시킨다.

캐소드(22)에서 방출된 열전자들은 제 1그리드 전극(24)과 제 2그리드 전극(26)에 의해 집속되면서 제 2그리드 전극(26) 근방에서 예비 집속되고, 전위막 전극부(38)에 의해 형성된 메인 포커스 렌즈(30)에 의해 집속 및 가속되어 형광막 스크린(2)으로 향하게 된다.

여기서, 상기 전위막 전극부(38)는 직경이 최대화될 수 있도록 넥크부(6)의 내표면에 형성되는 고전위막으로 제공된다. 즉, 상기 전위막 전극부(38)는 넥크부(6)의 원주방향을 따라 소정의 폭으로 형성되며 일정한 간격을 두고 배치되는 다수개의 전위막 전극들(32, 34, 36)로 이루어진다.

보다 상세하게, 상기 전위막 전극부(38)는 제 2그리드 전극(26)에 근접 배치되며 포커스 전압을 제공받는 제 1전위막 전극(32)과, 상기 제 1전위막 전극(32)과 일정한 간격을 두고 배치되는 제 2전위막 전극(34)과, 내장 흑연막(48)을 통하여 애노드 전압을 인가받는 제 3전위막 전극(36)으로 이루어진다.

그리고 각각의 전위막 전극들(32, 34, 36) 사이로 고저항막(42)이 형성되어 전위막 전극들을 전기적으로 연결시킨다.

본 실시예에서 전위막 전극부(38)는 3개의 전위막 전극들로 이루어지나, 상기 전위막 전극부(38)는 4개 또는 그 이상의 전위막 전극들로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 실시예에 의한 전위막 전극부의 전압 구성도로서, V1은 애노드 버튼(도시하지 않음)으로 인가되어 내장 흑연막(48)을 통해 제 3전위막 전극(36)에 인가되는 애노드 전압을 나타내며, V3는 연결체(44)를 통하여 제 1전위막 전극(32)에 인가되는 가변 포커스 전압을 나타낸다.

그리고 R1은 제 3전위막 전극(36)과 제 2전위막 전극(34) 사이의 저항을, R2는 제 2전위막 전극(34)과 제 1전위막 전극(32) 사이의 저항을 나타낸다.

이로서 제 2전위막 전극(34)에 인가되는 전위는 저항값(R1, R2)에 따라 변하게 되는데, 전체적인 전류 I는 다음의 수학식 1로 표현되며, 제 2전위막 전극(34)에 인가되는 전압(V2)은 다음의 수학식 2로 표현된다.

I = (V3 - V1) / (R1 + R2)

V2 = V1 + R1 × I

이와 같이 제 1전위막 전극(32)과 제 3전위막 전극(36)에 특정 전압이 제공되면, 제 2전위막 전극(34)으로는 각 전위막 전극들 사이의 저항(R1, R2)에 의해 전압 강하가 일어나며, 이러한 전압 강하에 의해 전위막 전극들(32, 34, 36) 사이에 전위 차가 발생하게 된다.

따라서 이러한 전위 차에 의해 전위막 전극부(38) 내부로 정전 포커스 렌즈, 즉 메인 포커스 렌즈(30)가 형성되어 전자빔을 집속 및 가속시키게 된다.

상기한 전위막 전극들(32, 34, 36) 사이의 전압 강하는 고저항막(42)의 물성과 전위막 전극들 사이의 간격(S)에 의해 결정되는데, 고저항막(42)의 저항률과 상기한 S값이 클수록 전압 강하는 더욱 큰 폭으로 나타난다. 이 때, 전위막 전극들(32, 34, 36) 사이의 간격(S)은 내압에 의한 방전을 방지할 수 있도록 2.0 mm 이상으로 이루어짐이 바람직하다.

이로서 상기한 고저항막(42)의 저항률과 전위막 전극들 사이의 간격(S)을 제어하는 것으로 각 전위막 전극들(32, 34, 36) 사이의 전위 차를 용이하게 결정할 수 있다.

상기한 전위막 전극들(32, 34, 36)은 일례로 알루미늄막으로 이루어질 수 있으며, 상기 고저항막(42)은 최소 수 메가오옴(MΩ) 단위의 저항값을 갖는 막으로서, 일례로 SiO₂또는 RF막으로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 고저항막(42)은 전위막 전극들 사이의 S구간에만 형성되는 것이 용이하지 않기 때문에, 도시하는 바와 같이 전위막 전극들(32, 34, 36)에 걸쳐 넓은 폭으로 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 의한 전자총(20)은 메인 포커스 렌즈(30)를 형성하는 집속 및 가속 전극들을 고전위막으로 제작함으로써 전극의 직경을 최대화시킨다. 이로서 도 7을 참고하여 앞에서 설명한 바와 같이, 집속 전극인 제 1전위막 전극(32)의 직경을 확대시킬수록 전자빔 스폿경(Dt)을 효과적으로 축소시킬 수 있는 것이다.

도 4는 넥크부에 장착된 본 발명의 제 2실시예에 의한 전자총의 단면도이다. 도시하는 바와 같이 본 실시예에 의한 전자총(20)은 넥크부(6)의 내표면으로 전위막 전극부(38)의 바깥 둘레에 걸쳐 절연막(46)을 더욱 형성하며, 그 이외의 구성은 앞선 실시예와 동일하게 이루어진다.

상기 절연막(46)은 넥크부(6)를 구성하는 글래스에 나트륨 성분이 일정값 이상일 때 제공되는 것이 바람직하며, 상기 절연막(46)은 전위막 전극부(38)를 넥크부(6)의 전기적인 영향, 즉 나트륨 이온의 이동으로부터 차단시키는 역할을 한다.

이러한 절연막(46)은 수십 내지 수백 메가오옴(MΩ) 단위의 저항값을 갖는 절연막으로서, 일례로 알루미늄 나이트라이드(AlN) 또는 TaO₂등의 절연물질을 이용한 막으로 이루어질 수 있다.

다음의 표 1은 종래 기술에 의한 전자총에서의 전자빔 스폿경을, 표 2는 본 실시예에 의한 전자총에서의 전자빔 스폿경을 나타낸 표이다.

	제 3그리드 전극직경 (mm)	제 4그리드 전극직경 (mm)	전자빔 스폿경(mm)
종 래	20	20	2.80

	제 1전위막 전극직경 (mm)	제 2전위막 전극직경(mm)	전자빔 스폿경(mm)
실시예 1	26.1	26.1	1.35
실시예 2	25.8	25.8	1.42

상기한 종래 기술에 의한 전자총과 본 실시예에 의한 전자총 모두 29인치 칼라 음극선관에 장착되었을 때 측정된 것으로서, 종래 전자총에서 제 3그리드 전극에 인가된 전압은 7.5 kV이고, 내장 흑연막을 통하여 제 4그리드 전극에 인가된 전압은 30 kV이며, 전류는 2.0 mA이다.

또한 본 실시예에 의한 전자총에서 제 1전위막 전극에 인가된 전압은 9.5-10.5 kV이며, 내장 흑연막을 통하여 제 2전위막 전극에 인가된 전압은 30 kV이고, 전류는 2.0 mA이다.

상기한 표 1과 표 2에서 나타낸 바와 같이, 형광막 스크린에 도달하는 전자빔 스폿경은 종래 전자총에서 2.80 mm인 반면, 본 발명에 의한 전자총은 실시예 별로 각각 1.35 mm 및 1.42 mm로서, 종래의 전자빔 스폿경에 비하여 각각 52%와 49% 감소된 전자빔 스폿경을 나타낸다.

이와 같이 본 발명에 의한 전자총은 넥크부의 내표면에 형성되는 전위막 전극들에 의해 전자빔 스폿경을 효과적으로 축소시킬 수 있는 것이다.

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 의한 전자총은 메인 포커스 렌즈를 형성하는 집속 및 가속 전극들을 넥크부의 내표면에 형성되는 전위막 전극들로 형성함으로써 전자빔 스폿경을 효과적으로 축소시킬 수 있다. 이로서 음극선관의 해상도가 향상되어 보다 선명한 화질을 구현할 수 있다.

Claims (10)

1. 넥크부의 내주면에 장착되고, 형광막 스크린을 향하여 세줄기의 전자빔을 방출하는 음극선관용 전자총에 있어서,

   상기 전자총은 열전자를 방출하는 캐소드와;

   열전자의 방출을 제어하는 제 1 및 제 2그리드 전극과;

   상기 넥크부의 내표면에 형성되는 고전위막으로 제공되어 대구경의 메인 포커스 렌즈를 형성하는 전위막 전극부를 포함하는 음극선관용 전자총.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전위막 전극부는 넥크부의 원주방향을 따라 소정의 폭으로 형성되며 일정한 간격을 두고 배치되는 다수개의 전위막 전극들로 이루어지는 음극선관용 전자총.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전위막 전극들 사이로 고저항막이 형성되어 전위막 전극들을 연결시키는 음극선관용 전자총.
4. 제 2항에 있어서, 상기 다수개의 전위막 전극들 가운데 캐소드와 마주하는 첫번째 전위막 전극에 포커스 전압이 인가되는 음극선관용 전자총.
5. 제 2항에 있어서, 상기 다수개의 전위막 전극들 가운데 캐소드에서 가장 멀리 떨어진 마지막 전위막 전극은 내장 흑연막에 의해 애노드 전압이 인가되는 음극선관용 전자총.
6. 제 2항에 있어서, 상기 전위막 전극들은 알루미늄막으로 이루어지는 음극선관용 전자총.
7. 제 3항에 있어서, 상기 고저항막은 SiO₂또는 RF막으로 이루어지는 음극선관용 전자총.
8. 제 2항에 있어서, 상기 고저항막이 위치하는 전위막 전극들 사이의 간격은 2.0 mm 이상으로 이루어지는 음극선관용 전자총.
9. 제 1항에 있어서, 상기 전자총은 넥크부의 내표면과 전위막 전극부 사이에 형성되는 절연막을 더욱 포함하는 음극선관용 전자총.
10. 제 9항에 있어서, 상기 절연막은 알루미늄 나이트라이드(AlN) 또는 TaO₂막으로 이루어지는 음극선관용 전자총.