KR20000069190A - 반도체 캐소드를 구비한 음극선관 - Google Patents

Abstract

캐소드의 전자 방사층(30) 근방의 가스 압력이 음극선관의 다른 부분들에서보다 더 낮은 방식으로 구성되는 전자총을 구비한 음극선관이다. 이것은 스커트(43)를 가진 G2(36)를 제공함으로써 G1(33) 및 G2(36)간의 개구를 감소시켜 달성될 수 있다. 스커트의 벽, G1 및 G2 역시 게터(41)로 적어도 부분적으로 피복된다.

Description

반도체 캐소드를 구비한 음극선관{Cathode ray tube comprising a semiconductor cathode}

예컨대 텔레비전이나 모니터 등의 단색 표시 장치용 음극선관은 스크린 및 콘(cone)으로 구성되는 유리 엔벨롭(envelope)을 구비한다. 콘의 최광 단부(widest end)는 스크린에 고정된다. 콘의 최협 단부(narrowest end)는 거의 원형의 단면을 갖는 관형 단부(tubular end)에서 끝나며, 상기 관형 단부를 목부(neck)라고 칭하기도 한다. 인광 물질 층으로 이루어진 인광체 스크린은 스크린 상에 존재한다. 관형 단부는 동작 중에 전자빔을 방사하는 전자총을 수납한다. 이 전자빔은 소정의 자계를 발생하는 편향 코일에 의해 표시 스크린상의 소정의 스포트(spot)로 보내어질 수 있다.

표시 스크린은 스크린을 따라 전자빔을 주사함으로써 활성화되고, 상기 전자빔은 영상 신호에 의해 변조된다. 이 영상 신호에 의해서, 인광체는 그 발광에 의해 영상을 생성하는 패턴에 따라 여기된다. 그 여기 상태의 시간 동안에 다수의 전자들이 화소에 닿는 경우에 상기 화소는 보다 밝게 발광한다. 영상 신호는 전기 전류 도체들을 통해 캐소드에 인가된다.

단위 표면적당 화소들이 다수 존재한다. 또한 화소들은 매우 짧은 시간내에 잇따라 여기된다. 따라서 관찰자는 보통의 관찰 거리로부터 영상이 움직이는 것처럼 느끼게 된다.

예컨대 칼라 텔레비전이나 칼라 모니터 등의 칼라 표시 장치에 있어서는, 각각의 화소는 3가지의 인광 요소들을 갖고 있으며, 각각의 인광 요소들은 서로 다른 기본색으로 발광한다. 말하자면, 표시 스크린상에는 3개의 균일한 정규 패턴들이 있고, 각 패턴은 서로 다른 발광색을 가진다. 하나의 전자빔 대신에, 전자총내의 서로 다른 3개의 캐소드들에 의해 방사된 세 개의 전자빔들은 동작중에 스크린을 따라 주사된다. 이들 세 빔들 각각은 소정의 발광색에 따라 화소들을 여기시킨다. 화소의 인광 요소들은 서로 가까이 위치해 있기 때문에, 관찰자는 그 인광 요소들을 분리된 것이 아니라 하나의 요소인 것처럼 느끼게 된다. 느껴지는 색은 세 요소들을 혼합한 색이다. 소정의 세기로 각각의 요소들을 여기시킴으로써 관찰자는 소정의 색을 인식한다. 예를 들면, 적색 요소 및 청색 요소가 큰 정도로 여기되고 녹색 요소가 작은 정도로 여기되는 경우, 관찰자는 혼합된 자주색을 느끼게 된다. 또한, 단색화 음극선관과 마찬가지로, 화소들이 서로 너무 가까이 위치해 있기 때문에 관찰자는 화소들을 보통 가시 거리로부터의 분리 화소들로서 보지 않는 것은 유지된다. 이것에 의해서 칼라 영상이 생성된다.

제조 중에 음극선관의 엔벨롭은 밀봉되기 전에 진공 상태이어야 한다. 이것은 그것의 동작을 위해서는 필수적인 것이다. 왜냐하면 전자빔만이 진공속에서 거의 분산되지 않은 상태로 전파될 수 있기 때문이다.

전자빔들은 전자총내에서 발생되고 전자총에 의해서 방사된다. 이 전자총은 복수의 정전 그리드들을 포함한다. 이 그리드들은 목부까지의 거리가 큰 순서대로 G1, G2, G3 등으로 칭하여진다. 서로 다른 정전 그리드들은 동작중에 서로 다른 정전 전위들을 가지며 따라서 서로 접촉하지 않아야 한다. 이것을 달성하기 위하여, 그리드들은 브래킷(bracket)에 의해 고정되어 있는 유리 막대를 이용하여 서로에 대해 상대적으로 고정되어 있다. 제 1 그리드 G1(그리드 1)는 하나 이상의 캐소드를 수납하는 스커트(skirt)를 갖고 있다. 이들 캐소드들은 동작중에 전자들을 방사하는 표면을 갖고 있다. 이러한 캐소드에 의해 방사된 전자는 G1내의 개구를 통과하고 이어서 G2, G3 등 내의 개구들을 통과한다. 결과적으로, 전자는 전자총을 떠나 표시 스크린을 향해 이동한다.

지금까지, 방열에 의해 전자를 방사하는 열이온성 캐소드들은 음극선관용 전자총에 주로 사용되어 왔었다. 이러한 캐소드는 전자들을 방사하는 캡(cap) 및 필라멘트를 수납하는 엔벨롭을 갖고 있다. 캡은 소결(sintered) 재료로 만들어진다. 이 캡의 표면은 방열을 위해 일함수를 감소시키는 효과를 갖는 바륨이 제공된다. 그러나, 이 바륨은 잔여 가스들, 특히 산소에 의해 표면상에서 산화되고, 상기 잔여 가스들은 진공 상태로 되고 밀봉된 상태 이후에도 음극선관에 남아 있거나, 음극선관의 다른 부분들을 형성하는 재료나 엔벨롭의 벽으로부터 방출된다. 확산으로 인해 바륨은 소결 재료로부터 추가된다. 캐소드에 근접한 산화 가스들의 농도가 소정의 값을 초과하는 경우에는, 분배가 너무 느려 바륨층을 유지할 수 없다. 가스는 만족스런 전자 방사가 이루어지도록 10^-10내지 10^-9Pa의 최대 압력을 갖는다는 것을 알게되었다. 이런 압력 범위는 음극선관들의 제조에 있어서 표준으로서 유지된다.

열이온성 캐소드들 대신에 반도체 작용에 의해 동작하는 캐소드들("반도체 캐소드"라 칭함)을 이용하는 경우에는 문제점이 있다. 이것들은 예를 들면 특히 역방향 바이어스 접합 캐소드(예컨대 어밸런치 냉캐소드)들인 자계 방사체들일 수도 있다. 이런 종류의 캐소드는 미국 특허 제5,243,197호에 개시되어 있다. 반도체 캐소드의 표면은 또한 일함수를 감소시키는 재료를 지니고 있다. 이것은 세슘으로 하는 것이 바람직하다. 여기서도, 일함수를 감소시키는 재료 역시 잔여 가스에 의해 침해를 당한다. 특히 산소 함유 가스들에 의한 산화는 해가 된다. 그러나, 반도체 캐소드내로부터 세슘을 시여하는 것은 불가능하다. 왜냐하면 이런 캐소드는 인광성의 소결 재료로된 두꺼운 캡을 갖는 것이 아니라 그대신 스무스한 표면을 갖고 있다. 세슘은 캐소드의 벌크로부터 전혀 시여될 수 없다. 왜냐하면 캐소드는 너무 낮은 온도를 가지므로 세슘의 확산 속도를 거의 무시할 수 있기 때문이다. 열이온성 캐소드에 대해 허용되는 음극선관내의 기준 가스 압력은 반도체 캐소드를 신속히 비활성 상태로 되게 한다. 따라서, 표준 CRT에 있어서 반도체 캐소드들은 빠르게 문제가 발생할 것이다.

본 발명은 적어도 제 1 및 제 2 그리드를 포함하는 전자총, 및 동작중에 반도체의 작용에 의해 전자들을 방사하는 적어도 하나의 캐소드를 구비한 음극선관에 관한 것이다.

음극선관은 촬상관 또는 표시관으로서 적당하지만, 대안적으로는 아거 스펙트로스코피(Auger spectroscopy), 전자 마이크로스코피(microscopy) 및 전자 리소그래피용 장치에 이용될 수도 있다.

도 1은 표시 장치의 개략적인 단면도.

도 2는 전자총의 개략적인 단면도.

도 3은 반도체 캐소드를 구비하는 표시 장치의 종래 전자총의 일부분을 개략적으로 도시하는 도면.

도 4는 반도체 캐소드를 구비하는 본 발명에 따른 표시 장치의 전자총의 개략적인 부분 단면도.

본 발명의 목적은 반도체 캐소드가 표준 압력에서 기능할 수 있는 전자총을 구비한 음극선관을 제공하는데 있다.

이 때문에, 본 발명에 따른 음극선관은, 전자총이 캐소드 근방의 산화 잔여 가스들의 부분적인 가스 압력을 음극선관의 다른 부분들에서보다 더 낮게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이런 수단은 전자총내의 캐소드 근방에 위치한 게터(getter)일 수도 있다. 이 게터는 산화 가스 분자들을 제거한다. 캐소드 근방의 적절한 공간은 음극선관의 다른 부분들과 관련해서 매우 작다. 음극선관이 동작하는 경우에, 가스는 소량의 게터에 의해 캐소드 공간으로부터 제거될 수 있다. 이어서, 가스는 여전히 음극선관의 다른 부분들로부터 캐소드 공간으로 들어가지만, 이것은 전자총의 벽상에 제공된 게터에 의해 제한될 수 있다. 이것은 캐소드 공간내의 개구들이 다음의 조건들 중 적어도 어느 하나를 만족하는 경우에 매우 효과적인 방법으로 행해진다:

- 개구는 캐소드의 "보이지 않는 부분(out of sight)"이다. 이것이 의미하는 바는 개구와 캐소드 사이에는 직선이 그어질 수 없음을 뜻한다. 따라서 가스 분자는 캐소드에 도달하게 되는 경우에 먼저 벽과 충돌해야 한다. 이 벽에 게터가 제공되는 경우, 분자는 확실하게 포획될 것이다.

- 상기 수단은 거리(d)보다 적어도 2배 더 긴 길이(1)를 갖는 제 1 및 제 2 그리드 간에 개구(40)를 형성하도록 제 1 및 제 2 그리드 간의 거리를 감소시키는 수단을 포함한다. 벽과 충돌하지 않고 가스 분자들이 그러한 개구를 통과할 위험은 적다. 따라서, 아주 소량의 가스만이 단위 시간 당 그것을 통과하여 확산된다. 벽을 게터로 피복하는 경우에, 통과하여 오는 상기 소량의 가스 분자들 모두는 실질적으로 게터에 의해 포획된다.

본 발명의 상기 및 기타 다른 양태들에 대해서는 하기의 실시예들로부터 명확히 설명되어 있다.

도 1은 표시 장치의 개략적인 단면도이다. 캐버닛(cabinet)(1)은 음극선관(2)을 수납한다. 음극선관(2)은 스크린(3) 및 콘(4)으로 구성되는 유리 엔벨롭을 구비한다. 참조 번호 5는 목부를 나타낸다. 유리 엔벨롭은 전자총(6) 및 인광 스크린(7)을 수납한다. 편향 코일(8)은 음극선관 둘레에 배열된다. 표시 장치가 동작되면, 전자총(6)은 전자들을 방사하고, 이 전자들은 원하는 경우 편향 코일(8)에 의해 편향되고나서, 전자들은 인광 스크린(7)상의 소정의 스포트상에 닿는다. 전자총은 하나 이상의 캐소드들(도시하지 않음)을 수납한다. 칼라 표시 장치를 동작시키는 경우, 3개의 전자빔들이 세 개의 분리 캐소드들을 포함하는 전자총에 의해 발생된다. 참조 번호 9가 이들 세 개의 전자빔들을 나타낸다.

도 2는 전자총의 개략적인 단면도이다. 전자총은 표시 장치의 스크린을 향해 전자빔을 방사시킨다. 이러한 전자총은 복수의 연속 배열된 정전 그리드(10, 11, 12, 13)들을 포함한다. 제 1 그리드, G1(10)은 하나 이상의 캐소드(도시하지 않음)들을 수납하는 스커트(14)를 구비한다. 그리드들은 브래킷(15, 15', 15", 15'", 15"")들을 구비한다. 정전 그리드들의 브래킷들은 제작 공정 중에 유리 막대(17)내로 눌리는 한편, 이들 막대들은 소프트하다. 막대(17)들을 냉각한 후에, 그리드(10, 11, 12, 13)들은 서로에 대응해서 위치가 정해지고 고정된다.

도 3은 반도체 캐소드들을 구비한, 표시 장치내의 전자총의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다. 지지부(31)에는, 전자 방사 재료(30)의 층이 제공된다. 지지부(31)는 스트랩(strap)(32)에 의해 제 1 그리드(G1)(33)에 고정된다. 제 1 그리드(G1)(33)는 동작중에 캐소드에 의해 방사된 전자들이 전자총의 또다른 그리드 시스템으로의 경로를 찾는 개구(34)를 구비한다. 제 1 그리드(33)는 스커트(35) 및 브래킷(36, 36')을 갖는다. 제 2 그리드(G2)(42)는 제 1 그리드(33)에 가까이 제공된다. 제 2 그리드 역시 개구(37) 및 브래킷(38, 38')을 갖는다. 층(30)으로부터의 전자 방사는 층(30)상에 제공되어 일함수를 감소시키는 재료에 의해 가능하게 된다. 이 재료는 대개 세슘이다. 빈번하게 되는 문제점은 세슘을 소실하지 않도록 하는 것이다. 세슘 소실의 중요한 원인은 산화이다. 산화는 제 1 그리드(33) 및 제 2 그리드(36) 사이의 개구 및 스커트의 개구(39)를 통해 전자 방사층(30)에 도달하는 가스 분자들, 특히 산소 함유 분자들에 의해 일어난다.

산화는 게터의 작용에 의해 산화 가스 입자들을 포획함으로써 상당한 정도까지 제한되어질 수 있다. 이것은 전자총에 특정 기하를 부여함으로써 효율적으로 행해질 수 있다. 양 측정은 본 발명의 일부를 형성한다.

도 4는 반도체 캐소드를 구비하는, 본 발명에 따른 표시 장치의 전자총의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

제조 중에 음극선관은 진공 상태로 되어 밀봉된다. 그러나, 가스 분자들은 남아 있게 된다. 완전 진공은 실현이 불가능하다. 이들 잔여 분자들 이외에, 가스는 또한 유리 엔벨롭의 벽 및 유리 엔벨롭내에 존재하는 부품으로부터 방출된다. 이들 잔여 가스들은 캐소드의 표면을 침해한다. 수정 수단이 이것을 위해 개발되었었다. 열이온성 캐소드들에 있어서, 일함수를 감소시키는 재료의 상부층은 음극선관의 수명을 연장시킨다. 음극선관의 제작에 있어서, 최대 최종 압력은 이용된 열이온성 캐소드들이 상기 수정 수단의 효과를 유지할 수 있는 압력으로 유지된다.

또한, 반도체 캐소드에서, 일함수를 감소시키는 재료는 산화 잔여 가스들에 의해 침해된다. 그러나, 반도체 캐소드내로부터의 시여는 불가능하다. 따라서, 반도체 캐소드를 갖는 전자총이 표준 음극선관내에 형성되는 경우, 상기 음극선관들은 원하는 수명을 갖지 못한다.

이런 문제는 특수 전자총을 이용함으로써 해결될 수 있다. 즉, 음극선관내의 상기 특수 전자총을 장착한 후에는 반도체 캐소드들의 근방에 있는 산화 잔여 가스들의 부분 가스 압력이 음극선관의 다른 부분에서보다 더 낮게 유지될 수 있다. 이것이 가능한 이유는, 캐소드 공간이 음극선관의 다른 부분과 비교할 때 더 작기 때문이다. 음극선관이 동작한 이후에 산화 잔여 가스들이 게터에 의해 캐소드 공간으로부터 제거된 경우, 이들 가스들에 대해 얻어진 더 낮은 부분 가스 압력이 유지될 수 있다. 이것은 게터의 도움으로 인입하는 산화 가스 분자들을 포획함으로써 이루어진다. 산소 함유 가스들을 위한 게터로는 예컨대 바륨이 있다. 따라서 게터가 더 긴 수명을 갖도록 인입 가스의 비를 제한하는 것이 중요하다. 또한, 가스 입자들이 직접 캐소드에 쉽게 도달하지 않고 가급적 벽과 최초로 충돌하는 것이 중요하다. 가스 입자들은 상기 벽상에 게터를 제공함으로써 제거될 수 있다.

구체적으로는, 하기의 두 단계가 캐소드들로부터 가스 입자들을 제거하는데 행하여진다:

- 제조중에, 게터(가급적 바륨)는 전자총에 스퍼터되고, 그 게터는 스커트(35) 및 G1(33)의 벽상에 그리고 G2(36)의 하부단상에 제공된다. 게터 증착은 참조 번호(41)에 의해 표시된다. 음극선관의 베이스의 방향으로부터 스커트(35)의 개구(39)를 통해 들어오는 가스 분자들은 캐소드 표면에 닿을 수 있기 전에 벽과 적어도 1회 충돌한다. 이러한 경로의 예가 파선으로 표시되어 있다. 이 충돌시에 가스 분자들은 게터에 의해 포획된다.

- G2(38)에는 내측으로 접힌 스커트(43)가 제공된다. G1 및 G2 사이의 개구(40)를 통해 들어오는 가스 분자들은 먼저 길고 협소한 제한부(44)를 통과해야 한다. 제한부의 축과 거의 평행한 분자들만이 제한부의 벽과 충돌하지 않고 지나갈 수 있다. 그러나 대부분의 가스 분자들은 제한부의 벽과 충돌하고 이 제한부상에 존재하는 게터에 의해 포획된다.

따라서 본 발명은 캐소드의 전자 방사층(30) 근방의 가스 압력이 음극선관의 나머지 부분에서보다 더 낮은 방식으로 구성되는 전자총을 구비한 음극선관에 관 것이다. 이것은 예컨대 스커트(43)를 갖는 G2(36)를 제공함으로써 G1(33) 및 G2(36)간의 거리 d를 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 스커트의 벽, G1, 및 G2 역시 게터(41)로 부분 피복된다. 개구(40)의 간격 d는 개구(40)의 길이 l의 1/2보다 더 적은 것이 바람직하다(1≥2d).

본 발명에 따라서, 전자총이 캐소드 근방의 산화 잔여 가스들의 부분적인 가스 압력을 음극선관의 다른 부분들에서보다 더 낮게 하는 게터을 포함하여, 산화 가스 분자들을 제거하도록 함으로써, 반도체 캐소드가 표준 압력에서 기능할 수 있는 전자총을 구비한 음극선관이 제공된다.

Claims (6)

1. 반도체의 작용에 의해서 동작중에 전자들을 방사하는 적어도 하나의 캐소드, 및 적어도 제 1 및 제 2 그리드를 포함하는 전자총을 구비한 음극선관에 있어서,

   상기 전자총은 상기 캐소드 근방의 산화가스의 부분 가스 압력이 음극선관의 다른 부분들에서보다 더 낮게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
2. 제 1 항에 있어서, 캐소드 공간내의 개구 및 캐소드 간에는 직선 개방 접속이 없어서, 산화 가스들의 분자들이 직선으로 캐소드에 도달할 수 없는 것을 특징으로 하는 음극선관.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 수단은 거리 d의 적어도 2배이상의 길이를 갖는 상기 제 1 및 제 2 그리드 간에 개구를 형성하여, 상기 제 1 및 제 2 그리드 간의 거리를 단축하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 수단은 상기 제 2 그리드에 접속되는 스커트를 포함하고, 상기 스커트는 제 2 정전 그리드 및 스커트간의 상호 거리의 적어도 2배인 폭을 갖는 내측으로 접힌 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 음극선관.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수단은 상기 전자총의 벽의 적어도 일부분 상에 게터를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 게터는 주로 바륨으로 구성되는 것을 특징으로 하는 음극선관.