KR20010003014A

KR20010003014A - 전자총 음극

Info

Publication number: KR20010003014A
Application number: KR1019990023123A
Authority: KR
Inventors: 송병권
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-06-19
Filing date: 1999-06-19
Publication date: 2001-01-15
Also published as: KR100312504B1

Abstract

본 발명은 고전류밀도를 가지고 저온동작을 할 수 있는 전자총 음극에 관한 것이다

본 발명의 전자총 음극은 음극과, 음극과 대향되게 배치된 컨트롤전극과, 컨트롤전극에서 음극에 대향되는 면에 마련되어 음극과 컨트롤전극에 인가되는 전압에 의해 전자를 방출하게 되는 전자방출부와, 전자방출부와 대향되는 음극 상에 형성되어 전자방출부에서 방출된 전자의 충돌에 의한 2차 전자를 방출하기 위한 코팅막을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자총 음극{Cathode Of Electron Gun}

본 발명은 칼러(Color) 음극선관(Cathode Ray Tube)에 사용되는 음극에 관한 것으로, 특히 고전류밀도를 가지고 저온동작을 할 수 있는 전자총 음극에 관한 것이다.

통상, 컴퓨터 모니터 및 TV(Television)의 단말기로 사용되는 칼러 음극선관은 전자빔을 생성하고 스크린 상에 집속시키는 전자총 및 생성된 빔을 편향시키는 편향요크 그리고 전자빔의 운동에너지를 광에너지로 변환시키는 형광체에 의해 구현된다. 이러한 음극선관의 구성요소들은 진공 벌브내에 장착되어 동작된다. 음극선관은 고해상도 및 고휘도 구현을 목표로 하고 있으므로 이에 밀접한 음극선관의 음극구조에 관하여 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 통상의 칼러 음극선관에 사용되는 전자총의 기본적인 구조와 빔 집속에 의한 형광체의 발광원리가 도시되어 있다. 도 1에서 전자총은 전자방출부(4)를 가지는 음극(2)과, 음극(2) 및 양극(12) 사이에 배치된 콘트롤전극(6), 가속전극(8), 포커스전극(10)을 구비한다.

도 1의 전자총에서 전자방출부(4)는 통상 히터의 열을 받아 전자를 방출하기 쉬운 산화물 재질로 구성된다. 전자방출부(4)로부터 방출된 열전자는 음극(2)의 표면근처에 분포하게 된다. 음극(2)의 전자방출부(4)에서 방출된 전자빔은 음극(2), 컨트롤전극(6) 및 가속전극(8)에 인가되는 전압에 의해 형성된 전계를 받아 양극(12)쪽으로 끌려가게 된다. 이를 위하여 음극(2)에는 수십 V, 컨트롤전극(6)에는 0V, 가속전극(8)에는 수백 V, 포커스전극(10)에는 수천 V, 양극(12)에는 수만 V의 전압을 통상적으로 인가하게 된다. 그리고, 음극(2)의 전압을 가변시킴에 의해 양극(12) 쪽으로 이동하는 전자빔의 량을 제어함으로써 휘도를 조절하게 된다. 이 경우, 전자빔은 컨트롤전극(6) 및 가속전극(8)의 부근에서 빔 크로싱(16)이 이루어진 후에 양극(12)쪽으로 발산하게 된다. 포커스전극(10)과 양극(12) 사이에 형성되는 전자렌즈(14)는 발산된 빔을 스크린 상의 한 점으로 집속시키게 된다. 여기서, 전자렌즈(14)는 광학렌즈와 같이 눈으로 볼 수 있는 것이 아니라 포커스전극(10)과 양극(12) 사이의 전계분포에 의해 전자빔을 안쪽으로 모아주는 작용을 하게 된다. 이렇게 집속된 전자빔은 도 1에서 패널(24)에 도포된 녹색(G) 형광체(20)에 집속되어 형광체(20)를 발광시키게 된다. 이에 따라, 음극(2)에 인가되는 전압의 조절에 의해 색상 및 휘도 조절이 가능하게 된다. 적색(R) 및 청색(B) 형광체(18, 22)를 발광시키기 위한 전자총은 상기 전자총과 나란하게 배치되며 각각의 전자총은 독립적으로 구동하게 된다.

이러한 전자총을 구비하는 음극선관을 포함하여 모든 디스플레이 소자들의 발전방향은 고해상도와 고휘도화에 맞추어져 있다. 음극선관에서 고해상도 및 고휘도화는 고전류밀도를 가지는 전자빔의 작은 스폿크기에 의해 가능하게 된다. 통상 빔스폿의 크기는 렌즈배율 및 물점크기와 다음 수학식 1과 같은 관계를 가지고 있다.

D = M ×D0

여기서, D는 빔스폿의 크기, M은 렌즈배율, D0는 물점크기를 나타낸다. 상기 수학식 1에 의해 빔스폿의 크기(D)는 렌즈배율(M)과 물점크기(D0)의 곱에 의해 결정됨을 알 수 있다. 이에 따라, 음극선관에서 고휘도와 고해상도를 동시에 달성하기 위해서는 빔 전류량이 증가하면서도 물점크기가 작게 유지되어야 함을 알 수 있다. 이는 전자총의 음극(2)에서 방출되는 전류밀도가 높아야 함을 의미한다.

도 2는 가장 일반적으로 사용되는 산화물 음극 구조를 나타낸 것이다. 도 2의 산화물 음극은 음극인 금속캡(2)과, 금속캡(2) 위에 도포된 전자방출부(4)와, 금속캡(2)의 내부에서 열을 방출하는 히터(26)로 구성된다. 히터(26)는 소정의 전압이 인가되면 적열하여 1000℃ 근처까지 온도가 올라가며, 이 열은 금속캡(2)을 통해 전자방출부(4)로 전달된다. 전자방출부(4)는 열전자 방출이 쉬운 산화바륨, 산화칼슘 등의 혼합물로 이루어져 있으며, 히터(26)의 열을 받아 열전자를 방출하게 된다. 이렇게, 전자방출부(4)로부터 방출된 전자들은 도 3에 도시된 바와 같이 음극(2)의 표면근처에 분포하게 된다. 음극(2)의 표면에 분포하는 전자들(25)은 가속전극(8)에 인가되는 수백V의 전압에 의해 양극(12)쪽으로 이끌려 가게 된다. 이 경우, 음극(2)에 소정의 전압을 인가하고 이 전압을 조절함으로써 양극(14)쪽으로 이동하는 전류의 양을 제어하게 휘도를 조절하게 된다. 그런데, 전술한 산화물 음극의 전류밀도는 1∼2 A/㎠로서 충분한 양은 아니다. 여기서, 음극(2)과 콘트롤전극(6)의 간격을 좁혀 전류밀도를 높일 수 있으나 이는 수명단축 및 접촉불량이 많아지는 단점이 있다. 또한, 음극(2)의 고열은 콘트롤전극(6) 및 가속전극(8) 및 포커스전극(10)쪽으로 복사열 전도에 의해 전달되어 전극변형 및 간격변화를 야기하기 때문에 특성열화의 원인이 된다.

도 4는 고전류밀도를 얻기 위해 음극 금속캡(28)의 상부에 텅스텐 등의 펠릿(30)을 마련하고 그 펠릿(30)에 산화물 음극을 함침한 음극을 도시한다. 도 4의 함침형 음극은 전술한 산화물 음극과 유사한 동작원리에 의해 전자빔을 방출한다. 그런데, 함침형 음극의 경우 빔 전류밀도는 높지만 동작온도가 산화물 음극보다 더 높은 단점을 가지고 있다.

이와 같이 전자총의 열음극은 전류밀도의 한계, 고온동작으로 인한 특성열화, 그리고 수명문제 등을 가지고 있으며, 이러한 문제점들은 고휘도와 고해상도 구현을 위해 극복되어야 할 과제가 되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 저온동작이 가능함과 아울러 고전류밀도를 얻을 수 있은 전자총 음극을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 전자총의 기본적인 구조와 빔 집속에 의한 형광체의 발광원리를 나타낸 도면.

도 2는 종래의 산화물 음극 구조를 나타낸 도면.

도 3은 도 2의 음극에서 방출된 전자들의 방사구조를 나타낸 도면.

도 4는 종래의 함침형 음극 구조를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 전자총 음극 구조를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전자총 음극 구조 및 전자 방사 구조를 나타낸 도면.

도 7은 도 6에서 2차 전자의 방사 구조를 상세하게 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

2, 32 : 음극 4, 40 : 전자방출부

6, 38 : 컨트롤전극 8 : 가속전극

10 : 포커싱전극 12 : 양극

14 : 전자렌즈 16 : 전자빔 크로싱

18 : 적색 형광체 20 : 녹색 형광체

22 : 청색 형광체 24 : 패널

25, 42 : 전자운 26 : 히터

28 : 금속캡 30 : 펠릿

34 : 코팅면 36 : 절연재

48 : 팁

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전자총 음극은 음극과, 음극과 대향되게 배치된 컨트롤전극과, 컨트롤전극에서 음극에 대향되는 면에 마련되어 음극과 컨트롤전극에 인가되는 전압에 의해 전자를 방출하게 되는 전자방출부와, 전자방출부와 대향되는 음극 상에 형성되어 전자방출부에서 방출된 전자의 충돌에 의한 2차 전자를 방출하기 위한 코팅막을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

통상적으로, 금속에서 전자를 이끌어내는 수단으로는 열, 고전계, 빛 등을 활용할 수 있다. 본 발명에서는 고전계에 의한 전자방출 및 2차 전자 방사를 동시에 이용하여 고전류밀도의 얻을 수 있게 된다. 일반적으로, 냉음극은 전계방출디스플레이(Field Emission Display; FED)의 음극 전자원으로 많이 사용되고 있으나 전자총에 적용될 수 없었다. 이는 하나의 전자원을 이용하여 편향에 의해 전화면을 발광하는 음극선관의 속성상 필요한 휘도를 얻기 위해서는 고전압을 사용할 수밖에 없기 때문이다. 또한, 빔의 편향을 위해 빔 이동거리가 대단히 길기 때문에 포커싱이 필수적이라 할 수 있으며 전자렌즈 이전단에서의 빔 크로싱 및 전자렌즈의 형태를 취하여야 하기 때문이다. 또한 휘도조절을 위해 전자빔의 양을 제어하는 수단이 반드시 필요하기 때문이다. 그런데, 본 발명에 따른 전자총 음극에서는 전계방출과 2차 전자의 방사현상을 결합시켜 고전류밀도의 전자빔을 얻을 수 있게 되므로 냉음극을 이용할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 전자총 음극의 구조를 나타낸 것이다.

도 5의 전자총 음극은 음극(32)과, 음극(32)과 대향된 면에 전자방출부(40)가 마련된 컨트롤전극(38)과, 음극(32) 및 컨트롤전극(38)을 절연시키기 위한 절연재(36)와, 전자방출부(40)와 대향되는 음극(32)의 상면에 코팅된 코팅막(34)을 구성으로 한다. 그리고, 도 5의 전자총 음극에서 가속전극(8) 이후는 도 1에 도시된 종래의 전자총과 동일한 구성요소를 가진다.

도 5에서 음극(32)에 컨트롤전극(38)에 인가되는 전압보다 높은 전압을 인가한다. 음극(32)과 컨트롤전극(38) 사이에 형성되는 강한 전계에 의해 컨트롤전극(38)의 하부에 형성된 전자방출부(40)에서 전계방출이 일어나게 된다. 전자방출부(40)로는 도 6에 도시된 바와 같이 다수개의 팁(Tip; 48)을 이용하게 된다. 또한, 전자방출부(40)로는 도 6과 같이 전자방출이 비교적 용이한 팁(40) 형태는 물론 평면형도 적용 가능하다. 음극(32) 상면의 코팅은 2차 전자 방사율이 큰 재료를 사용한다. 전자방출부(48)에서 방출된 전자는 도 7에 도시된 바와 같이 그대로 음극(32)의 코팅면(34)에 충돌하게 된다. 음극(32)의 코팅면(34)은 전자가 충돌하게 되면 2차 전자 방사율에 따라 2차 전자를 방출하고, 이 2차 전자들은 다시 음극(32)의 코팅면(34)에 충돌하는 현상을 반복하게 됨으로써 전자밀도가 높아지게 된다. 이렇게 전자방출부(48) 및 음극(32)의 코팅면(34)에서 방출되는 전자들은 음극(34)의 표면근처에서 고밀도의 전자운이 형태로 분포하게 된다. 음극(34)의 표면근처에 분포된 전자들은 가속전극(8)에 인가되는 수백 V의 고전압에 의해 이끌어낼 수 있게 된다. 이후 포커싱을 받는 작용은 도 1에 도시된 전자총과 동일하다. 또한, 음극(32)과 컨트롤전극(38) 사이의 전압차이를 조절함으로써 가속전극(8)과 콘트롤전극(38) 사이 쪽으로 끌어내는 전자빔의 량을 용이하게 제어할 수 있게 된다. 이에 따라, 가속전극(8)과 포커스전극(10)을 통해 양극(12) 쪽으로 진행되는 전자빔(46)과 가속전극(8)과 컨트롤전극(38) 사이로 진행하는 전자빔(44)이 크로싱을 이루게 됨에 따라 포커싱이 가능할 뿐만 아니라 전자빔 전류량 제어가 가능하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전자총 음극은 기본적인 전자방출을 위해 전계방출을 이용하므로 저온동작이 가능하다는 장점을 가지게 된다. 또한, 본 발명에 따른 전자총 음극은 방출전자와 2차 전자 방사전자를 동시에 이용하기 때문에 고밀도의 전류를 얻는 것이 가능하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자총 음극은 기본적인 전자방출을 위해 전계방출을 이용하므로 저온동작이 가능하다는 장점을 가지게 된다. 또한, 본 발명에 따른 전자총 음극은 방출전자와 2차 전자 방사전자를 동시에 이용하기 때문에 고밀도의 전류를 얻는 것이 가능하게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims

음극과,

상기 음극과 대향되게 배치된 컨트롤전극과,

상기 컨트롤전극에서 상기 음극에 대향되는 면에 마련되어 상기 음극과 컨트롤전극에 인가되는 전압에 의해 전자를 방출하게 되는 전자방출부와,

상기 전자방출부와 대향되는 음극 상에 형성되어 전자방출부에서 방출된 전자의 충돌에 의한 2차 전자를 방출하기 위한 코팅막을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자총 음극.
제 1 항에 있어서,

상기 전자방출부는 복수개의 원추형 및 평면형 중 어느 하나의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 전차총 음극.
제 1 항에 있어서,

상기 전자방출부 및 코팅막이 형성된 부분을 제외한 컨트롤전극과 음극 사이에 형성된 절연층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자총 음극.
제 1 항에 있어서,

상기 전자방출부 및 코팅막에서 방출된 전자들을 양극쪽으로 가속시키기 위한 가속전극과상기 양극쪽으로 발사되는 전자빔을 집속시키기 위한 포커스전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자총 음극.