KR20010017757A - 칼라 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라 음극선관 또는 고정세도 산업용 모니터(Monitor)에 사용되는 전자총에 관한 것으로, 주렌즈 형성전극에 인가되는 전압을 달리하여 화면의 주변부에서 해상도를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 형광면을 향해 인라인방향으로 배치되어 3개의 전자빔을 발생하는 음극(7)과, 상기 3개의 전자빔을 형광면에 집속시키기 위한 제 1, 2 가속 및 집속전극(12)(13)을 구비하고 스크린 주변부에서 포커스특성을 개선하기 위한 다이나믹 시스템에서 사극자렌즈를 형성하도록 하나의 전극에 스태틱 포커스전압을 인가하며 다른 하나의 전극에는 다이나믹 포커스전압을 인가하는 전자총에 있어서, 포커스전극을 복수개로 분할 형성하여 고압전극(23)과 전기적으로 독립되게 설치된 포커스전극 A(24)에 외부의 포커스 다이나믹전압이 저항(25)을 통해 인가되고 포커스전극 C(26)에는 저항을 거치지 않은 외부 다이나믹 전압이 직접 인가되도록 하거나, 포커스전극 A(24)에 외부의 포커스 다이나믹전압이 저항(25)을 통해 인가되고 상기 포커스전극 A와 대향하여 제 1 사극자렌즈(32)(34)를 구성하는 포커스전극 B(27)에는 DC정전 포커스전압이 인가되며 포커스전극 B와 이웃하여 제 2 사극자렌즈(33)(35)를 구성하는 포커스전극 C(26)에는 외부에서 인가되는 다이나믹전압이 직접 인가되도록 하여서 된 것이다.

Description

칼라 음극선관용 전자총{electron gun for color cathode ray tube}

본 발명은 칼라 음극선관 또는 고정세도 산업용 모니터(Monitor)에 사용되는 전자총에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 주렌즈 형성전극에 인가되는 전압을 달리하여 화면의 주변부에서 해상도를 향상시키는 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 횡단면도로서, 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.

내측면에 적색, 녹색, 청색의 형광물질이 도포된 패널(1)과, 상기 패널의 내측면에 근접되게 설치되어 전자빔(2)의 색선별역할을 하는 섀도우마스크(3)와, 상기 패널의 후방에 고정되는 펀넬(4)과, 상기 펀넬의 네크부(4a)에 장착되어 전자빔(2)을 스크린측으로 주사하는 전자총(5)과, 상기 네크부의 외주면에 설치되어 전자총에서 발사된 전자빔을 수직 또는 수평방향으로 편향시키는 편향요크(6) 등으로 구성되어 있다.

상기 음극선관에 적용되는 전자총(5)의 각 전극들은 음극에서 발생된 전자빔(2)이 일정한 세기로 제어되어 스크린에 도달할 수 있도록 전자빔이 통과하는 경로상에 수직되게 인라인(in-line)으로 배치된다.

상기 전자총(5)의 구조에 대하여 첨부된 도 2를 참고하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

히터가 각각 내장되고 상호 독립되게 수평으로 나란히 배치된 3개의 음극(7)과, 상기 음극으로부터 일정 간격이 유지되게 배치되어 음극에서 발생되는 열전자를 제어하는 제 1 그리드전극(8)과, 상기 제 1 그리드전극으로부터 일정 간격이 유지되게 배치되어 음극(7)의 전자 방사물질면(도시는 생략함)에 모여 있는 열전자를 당겨내어 가속시키는 역할을 하는 제 2 그리드전극(9) 및 제 3 그리드전극(10), 제 4 그리드전극(11), 제 5 그리드전극(12) 그리고 제 6 그리드전극(13)이 순차적으로 배치되어 있고, 상기 제 6 그리드전극(13)의 상부에는 쉴드컵(14)이 고정되어 있으며 상기 쉴드컵에는 전자총(5)과 네크부(4a)를 전기적으로 연결해 주면서 전자총을 네크부에 고정시키는 역할을 하는 3개의 B.S.C(Bulb Space Connector)(도시는 생략함)가 고정되어 있다.

이 때, 상기 각 전극들은 봉상의 전기 절연물인 한 쌍의 비드 글라스(15)에 의해 매몰되어 각각 일정 간격을 유지하게 된다.

또한 상기 각 전극들에는 3개의 원형 전자빔 통과공이 전자빔(2)의 진행방향에 수직인 방향으로 형성되어 있는데, 이들 전자빔 통과공은 동일 평면상에 위치되어 있다.

상기 제 1 그리드전극(8)과 제 2 그리드전극(9)은 판상의 형태로 되어 있고, 주렌즈를 형성하는 제 6 그리드전극(이하 "제 2 가속 및 집속전극"이라 함)(13)과 제 5 그리드전극(이하 "제 1 가속 및 집속전극"이라 함)(12)은 도 3에 나타낸 바와 같이 비원형 실린더형태를 갖도록 형성되어 있다.

상기 제 1, 2 가속 및 집속전극(12)(13)에 형성되는 각각의 전자빔 통과공(12a)(12b)(12c)(13a)(13b)(13c)은 각 전극의 내부로 연장된 원형의 실린더상 측벽을 갖고 있다.

상기 제 1, 2 가속 및 집속전극(12)(13)에 형성되는 각각의 전자빔 통과공(12a)(12b)(12c)(13a)(13b)(13c)의 직경(D)은 통상 5.5mm ∼ 5.9mm 정도이며, 상기 전극(12)(13)의 간격(ℓ)은 0.8mm ∼ 1.2mm 정도를 유지하도록 설계되고 있다.

또한, 상기 전극의 양측에 위치하여 싸이드 전자빔(R, B)이 통과하는 전자빔 통과공(12a)(12c)(13a)(13c)은 일정한 값으로 이심되어 있는데, 통상 이심되는 양은 약 0.1mm ∼ 0.2mm 정도이다.

이와 같이 구성되는 전자총(5)의 음극(7)으로부터 전자빔(2)이 방출되면 방출된 전자빔은 각 전극을 순차적으로 통과하면서 가속 및 집속된 다음 형광면에 근접되게 설치된 섀도우마스크(3)의 미세 구멍을 통과하면서 색선별되어 형광면에 부딪혀 형광체를 발광시키게 되므로 화면이 재현된다.

이 때, 전자빔(2)이 부딪혀 발광되는 스폿(이하 "화소"라 함)은 칼라 음극선관의 해상도(resolution)를 결정하는 매우 중요한 요소로 작용된다.

일반적인 칼라 음극선관의 전자총에 있어서는 해상도가 양호하지 못한 문제점이 있다.

즉, 칼라 음극선관의 해상도를 열화시키는 큰 원인중의 하나는 전자빔(2)의 화소 주변부가 선명하지 못하고 희미하게 발광되는 소위 헤이즈(haze)현상이 나타나기 때문이다.

이러한 현상은 주집속 정전렌즈를 형성하는 전극(12)(13)의 유효렌즈경과 직접적으로 관련된 구면수차 및 비점수차의 영향에 때문인데, 헤이즈현상이 나타나면 전자빔 화소의 선예도(sharpness)가 떨어질 뿐만 아니라 전자빔 스폿의 크기가 커지게 되므로 결국 해상도의 저하를 초래하게 된다.

상기 문제를 해결하기 위해 집속전압이 전자빔의 편향각과 함께 증가되도록 조절하여 주렌즈전계를 약화시키는 다이나믹 포커스시스템을 현재까지 사용하고 있다.

그러나 이러한 시스템은 수평주사방향을 따라 일직선상에 배열된 3개의 전자빔 에미터를 가진 인라인형 칼라 음극선관에서 수평편향 자계분포 및 수직편향 자계분포가 자기 수렴효과를 나타내기 위해 각각 핀 쿠션 및 배럴형상을 하고 있으므로 전자빔의 주사시 전자빔은 각각 수평방향으로 발산하는 힘을 받고, 수직방향으로는 집속되는 힘을 받기 때문에 이 부분(편향자계 인가부분)을 통과한 전자빔은 왜곡현상을 일으키게 된다.

즉, 도 5a는 스크린의 주변부에서 나타나는 다이나믹 효과를 등가 렌즈로 표현한 것으로서, 상기 다이나믹 포커스 시스템을 적용하면 전자빔의 편향각이 증가함에 따라 수직의 전자빔은 스폿의 오버 포커스를 없애는 방향으로 작용하고, 수평방향으로는 편향하는 동안 사극자렌즈(16)의 집속부와 주렌즈(17)의 적절한 배합으로 최적의 상태를 유지하게 된다.

그러나 주렌즈(17)의 기능이 수직방향으로 균일하게 약화되고, 사극자렌즈(16)의 발산렌즈 영향에 의해 수직방향으로 헤이즈의 발생을 보상하나, 수평방향으로는 사극자렌즈(16)의 집속렌즈영향으로 최적화된 수평방향의 전자빔 스폿 크기가 증가되는 현상을 나타내게 된다.

도 5b는 도 5a에서와 같이 수평방향의 스폿 크기가 증가되는 문제를 개선하기 위해 이중 사극자렌즈를 적용한 상태를 나타내고 있다.

즉, 전술한 기존의 사극자렌즈(제 1 사극자렌즈)(16)와 주렌즈(17)를 입사하기 전에 기존 사극자렌즈방향과 반대인 또 다른 사극자렌즈(제 2 사극자렌즈)(18)를 이용하여 전자빔이 최종 주렌즈(17)로 입사될 때 수평방향의 전자빔 크기를 증가시키므로써 편향요크(6)에 의한 편향자계(19)를 지난 스크린 주변부에서의 수평 전자빔 싸이즈를 감소시키고 있다.

그러나 상기 이중 사극자렌즈(16)(18)를 이용한 스크린 주변부에서의 전자빔 수평 사이즈 개선효과는 그 이론적 배경에 비하여 크게 개선 효과를 얻지 못하고 있다.

이는, 수평방향의 이중 사극자렌즈(16)(18)중에 제 2 사극자렌즈(18)는 수평방향의 발산효과로 인하여 렌즈부에서 전자빔의 발산각과 전자빔의 크기를 증가시키고자 하는 것이지만, 상기 제 2 사극자렌즈(18)를 통과하여 제 1 사극자렌즈(16)를 지날 때, 또 다른 집속렌즈를 통과하게 되므로 그 작용이 반감되기 때문이다.

결국 현재는 이러한 전자빔이 주변부로 편향될 때 주렌즈(17)의 앞단에서 수평방향의 집속렌즈를 제거하기 위해 도 5d에 나타낸 바와 같이 주렌즈에 아스티그마티즘(20)을 증가시키고, 스크린의 주변부에서는 이중 사극자렌즈가 모두 사라지게 하고 있다.

결국 도 5c와 같이 스크린의 중앙에서 렌즈의 크기가 반전된 이중 사극자렌즈(21)(22)를 적용하므로써 스크린의 주변부에서 수평방향의 스폿 크기를 줄이는 방법을 주로 채택하고 있다.

그러나 상기한 방법들을 이용한 전자총은 여전히 스크린의 주변부에서 전자빔이 심하게 왜곡되어 최적화된 전자빔이라 할지라도 심하게 횡장화된 스폿형태를 갖게 되므로 해상도가 떨어지는 결과를 초래하게 된다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 이중 사극자렌즈를 형성하는 포커스전극에 각각 진폭이 다른 다이나믹 전압을 인가하여 스크린의 전면에 걸쳐 포커스의 균일도를 향상시킴에 따라 해상도가 양호해지도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 형광면을 향해 인라인방향으로 배치되어 3개의 전자빔을 발생하는 음극과, 상기 3개의 전자빔을 형광면에 집속시키기 위한 제 1, 2 가속 및 집속전극을 구비하고 스크린 주변부에서 포커스특성을 개선하기 위한 다이나믹 시스템에서 사극자렌즈를 형성하도록 하나의 전극에 스태틱 포커스전압을 인가하며 다른 하나의 전극에는 다이나믹 포커스전압을 인가하는 전자총에 있어서, 포커스전극을 복수개로 분할 형성하여 고전압측과 전기적으로 독립되게 설치된 포커스전극 A에 외부의 포커스 다이나믹전압이 저항을 통해 인가되고 포커스전극 C에는 저항을 거치지 않은 외부 다이나믹 전압이 직접 인가됨을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총이 제공된다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 형광면을 향해 인라인방향으로 배치되어 3개의 전자빔을 발생하는 음극과, 상기 3개의 전자빔을 형광면에 집속시키기 위한 제 1, 2 가속 및 집속전극을 구비하고 스크린 주변부에서 포커스특성을 개선하기 위한 다이나믹 시스템에서 사극자렌즈를 형성하도록 하나의 전극에 스태틱 포커스전압을 인가하며 다른 하나의 전극에는 다이나믹 포커스전압을 인가하는 전자총에 있어서, 포커스전극 A에 외부의 포커스 다이나믹전압이 저항을 통해 인가되고 상기 포커스전극 A와 대향하여 제 1 사극자렌즈를 구성하는 포커스전극 B에는 DC정전 포커스전압이 인가되며 포커스전극 B와 이웃하여 제 2 사극자렌즈를 구성하는 포커스전극 C에는 외부에서 인가되는 다이나믹전압이 직접 인가됨을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총이 제공된다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 횡단면도

도 2는 도 1에 적용된 전자총의 일부를 절결하여 나타낸 측면도

도 3은 종래의 주렌즈 형성전극을 일부 절결하여 나타낸 사시도

도 4는 종래의 주렌즈 형성전극이 네크부에 설치된 상태의 정면도

도 5a 내지 도 5d는 전자빔의 경로를 설명하기 위한 모식도

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 적용되는 전극을 나타낸 종단면도 및 일부를 발췌하여 나타낸 사시도

도 7은 본 발명의 포커스전극에 인가되는 파형도

도 8a 내지 도 8c는 저항체에 의해 형성된 전자총내의 전기적인 AC 등가회로도 및 그래프

도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 이용된 다이나믹 시스템의 등가 정전렌즈의 모식도 및 전자빔 스폿이 형성되는 스크린의 정면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 음극 23 : 고압전극

24 : 포커스전극 A 25 : 저항

26 : 포커스전극 C 27 : 포커스전극 B

32, 34 : 제 1 사극자렌즈 33, 35 : 제 2 사극자렌즈

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 6 내지 도 9를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 적용되는 전극을 나타낸 종단면도 및 일부를 발췌하여 나타낸 사시도로서, 본 발명은 도 6a에서와 같이 기존의 고압전극(23)과 대향되게 설치되어 주렌즈를 형성하는 포커스전극 A(24)에 다이나믹전압이 소정의 저항(25)을 통해 인가되도록 되어 있어 상기 포커스전극 A에는 실제 인가되는 다이나믹전압의 진폭보다 대략 50% 정도 저감된 변형된 다이나믹전압이 인가된다.

그리고 상기 포커스전극 A(24)와 다이나믹전압이 직접 인가되는 포커스전극 C(26)사이에는 스태틱 포커스전압이 인가되는 포커스전극 B(27)가 위치되어 있다.

도 6b는 포커스전극 A(24)와 포커스전극 B(27)사이, 또는 포커스전극 B(27)와 포커스전극 C(26)사이에 형성되는 제 2 사극자렌즈를 구성하기 위한 전극의 형태를 나타낸 것이다.

상기 각각의 포커스전극에 인가되는 전압파형을 도 7에 나타내었다.

파형의 주파수는 편향요크 코일에 인가되는 수평 및 수직 주파수에 동기하는 주파수로, AC 파형의 피크점(Pike)은 스크린의 주변부(28)를 나타내며, 최소점은 스크린의 중앙부를 나타낸다.

전술한 바와 같이 포커스전극 B(27)가 갖는 스태틱전압준위(29)는 수평주파수에 동기하는 다이나믹전압의 중간준위에 위치하도록 설계하고 저항(25)을 통과하는 포커스전극 A(24)는 스크린 주변부에서 스태틱전압과 클램핑(clamping)되도록 설계한다.

또한, 포커스전극 C(26)의 전압준위(30)는 외부에 인가된 다이나믹전압이 직접 인가되도록 한다.

이와 같은 본 발명에서 응용한 AC 전압저감을 위해 사용된 저항의 원리는 다음과 같다.

도 8a는 상기 저항을 통해 전자총내에서 형성되는 AC 등가회로도를 나타낸 것이다.

다음 식 1은 다이나믹전압 감소현상을 상기 등가회로를 이용하여 수식화한 것으로, 입력전압(Vi)을 외부에서 인가한 AC 다이나믹전압이라고 할 때, 포커스전극 A(24)의 유기전압(31)을 도출한 수식이다.

상기 수식 1을 이용하여 전극간의 기생 캐패시턴스와 연결된 저항값의 변화에 따른 유기전압특성을 도 8b 및 도 8c에 나타내었다.

상기 기생 캐패시턴스는 통상 10pF 미만이며 저항의 크기를 R 〉10MΩ 이상으로 할 때, 상기 저항을 통해 연결된 포커스전극 A(24)의 유기전압이 외부 입력전압의 50% 임을 알 수 있다.

또한, 이에 따른 페이스(φ)의 이동도 10°미만임을 수식을 통해 알 수 있다.

외부에서 인가된 다이나믹전압을 Vd = Vm·exp(jwt)라고 할 때,

도 7은 각각의 포커스전극에 인가하고자 하는 전압준위와 파형을 나타낸 것으로, 이로 인해 발생되는 각 전극사이의 정전렌즈의 등가모델은 도 9a 및 도 9b와 같다.

스크린의 중앙부에서 도 9a와 같이 강한 제 1 사극자렌즈(32)와 제 2 사극자렌즈(33)를 형성하는데, 특히 주렌즈와 대향된 제 1 사극자렌즈는 전자빔이 수직방향으로 강하게 집속되게 하고 수평방향으로는 강한 발산렌즈를 형성하게 하므로 중앙의 전자빔 스폿을 원형상으로 형성하게 된다.

그러나 스크린의 주변부에서는 도 9b에서와 같이 중앙에서와는 달리 강한 제 1 사극자렌즈(34)는 사라지고 주변부의 수평 스폿 크기를 개선해 줄 수 있는 렌즈형태로서 전자빔을 발산시키는 제 2 사극자렌즈(35)가 주렌즈와 직접 대향하게 된다.

이는, 도 7에 나타낸 포커스 전압준위와 같이 저항을 통해 인가된 포커스전극 A(24)의 전압준위가 스크린의 주변부에서는 스태틱 전압준위와 클램핑되기 때문이다.

이와 같이 스크린의 중앙부와 주변부에서의 정전렌즈의 구성은 식 2의 배율정의 수식을 통해 스폿 개선효과를 정의할 수 있다.

여기서 M : 배율

A : 전자빔의 주렌즈 입사각

B : 전자빔의 주렌즈 발산각

Vb : 애노드전압

Vf : 포커스전압

종래의 전자총 구조에서는 스크린의 주변부에서 수평방향의 주렌즈 발산각(Bh)(36)이 수직방향의 발산각(Bv)(37)보다 작게 되므로 수평방향의 배율이 수직방향보다 상대적으로 높게 된다.

또한, 종래의 개선된 다중 사극자렌즈의 구조에서는 전자빔이 수평방향의 집속과 발산의 2단계렌즈를 통과한 후 주변부에서 집속하기 때문에 충분한 수평방향 발산각을 형성시킬 수 없어 Mh 〉My와 같은 배율효과를 유지하게 되므로 스크린의 주변부에서 최적스폿형태가 도 9c와 같이 여전히 횡장화된 스폿(38)을 형성하게 된다.

그러나 본 발명에서는 스크린의 주변부에서 제 1 사극자렌즈(34)는 축소되어 소멸되고, 주렌즈가 제 2 사극자렌즈(35), 즉 발산렌즈와 직접 대향되므로 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 수평방향의 주렌즈 발산각(Bh)(36)을 충분히 크게 형성시키게 된다.

따라서 수평방향의 주렌즈 발산각과 수직방향의 주렌즈 발산각을 거의 일치시킬 수 있게 되므로 결과적으로는 Mh ≒ My 를 실현할 수 있게 되고, 이에 따라 도 9c에 점선으로 나타낸 바와 같이 스크린의 주변부에서 중앙 스폿과 동일한 형상인 원형의 스폿(39)을 구현할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 전자총의 전극 구조 및 전극 결선형태에 따라 포커스전극에 각기 다른 전압을 인가하게 되므로 스크린으로 주사되는 전자빔의 열화특성을 제거하게 되고, 이에 따라 스크린의 전 영역에 걸쳐 해상도를 균일하게 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 형광면을 향해 인라인방향으로 배치되어 3개의 전자빔을 발생하는 음극과, 상기 3개의 전자빔을 형광면에 집속시키기 위한 제 1, 2 가속 및 집속전극을 구비하고 스크린 주변부에서 포커스특성을 개선하기 위한 다이나믹 시스템에서 사극자렌즈를 형성하도록 하나의 전극에 스태틱 포커스전압을 인가하며 다른 하나의 전극에는 다이나믹 포커스전압을 인가하는 전자총에 있어서, 포커스전극을 복수개로 분할 형성하여 고전압측과 전기적으로 독립되게 설치된 포커스전극 A에 외부의 포커스 다이나믹전압이 저항을 통해 인가되고 포커스전극 C에는 저항을 거치지 않은 외부 다이나믹 전압이 직접 인가됨을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서,

   이중 사극자렌즈를 구성하기 위해 포커스전극 A, C 사이에 포커스전극 B를 설치하여 상기 포커스전극 C에 스태틱 포커스전압이 직접 연결됨을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
3. 제 1 항에 있어서,

   이중 사극자렌즈를 구성하기 위한 스태틱 포커스전압의 준위(Vsf)는 외부의 다이나믹전압(VDf + Vdf)과 V_Df≤ VSf ≤ V_Df+ (ΔVdf)의 관계를 갖게 됨을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
4. 형광면을 향해 인라인방향으로 배치되어 3개의 전자빔을 발생하는 음극과, 상기 3개의 전자빔을 형광면에 집속시키기 위한 제 1, 2 가속 및 집속전극을 구비하고 스크린 주변부에서 포커스특성을 개선하기 위한 다이나믹 시스템에서 사극자렌즈를 형성하도록 하나의 전극에 스태틱 포커스전압을 인가하며 다른 하나의 전극에는 다이나믹 포커스전압을 인가하는 전자총에 있어서, 포커스전극 A에 외부의 포커스 다이나믹전압이 저항을 통해 인가되고 상기 포커스전극 A와 대향하여 제 1 사극자렌즈를 구성하는 포커스전극 B에는 DC정전 포커스전압이 인가되며 포커스전극 B와 이웃하여 제 2 사극자렌즈를 구성하는 포커스전극 C에는 외부에서 인가되는 다이나믹전압이 직접 인가됨을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
5. 제 4 항에 있어서,

   이중 사극자렌즈를 구성하기 위한 스태틱 포커스전압의 준위(Vsf)는 외부의 다이나믹전압(VDf + Vdf)과 V_Sf= V_Df+ ΔV_vdf(max)+ (ΔV_hdf(max)) / 2의 관계를 갖게 됨을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.

   단, ΔV_hdf(max): 수평 다이나믹 AC 최대전압

   ΔV_vdf(max): 수직 다이나믹 AC 최대전압