KR20010018884A - 칼라 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라 음극선관 또는 고정세도 산업용 모니터(Monitor)에 사용되는 전자총에서 고정세화 및 고주파의 사용으로 인한 화면상의 포커스를 향상시키기 위해 주렌즈경의 확대를 통한 화면상에서의 스폿경을 축소하여 화면상의 포커스특성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 전자빔을 방사하는 복수개의 음극(8)과, 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 전극으로 구성된 프리 포커스렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극을 갖는 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 주렌즈 형성전극중 포커스전극(13b)과 애노드전극(14)이 세 전자빔이 공통으로 통과하는 하나의 전자빔 통과공이 구비되고 독립적으로 림부가 형성된 전극(30)(31)과, 상기 전극에서 떨어져 연이어 배치된 정전장제어전극체(32)(33)로 구성되어 상기 전극과 정전장제어전극체에 동일한 전압이 인가되도록 구성된 것이다.

Description

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

본 발명은 칼라 음극선관 또는 고정세도 산업용 모니터(Monitor)에 사용되는 전자총에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 전자총에서 주렌즈를 형성하는 전극의 구조에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 횡단면도로서, 음극선관은 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 전자빔이 일정한 세기로 제어되어 스크린에 도달할 수 있도록 전자빔이 통과하는 경로상에 수직되게 인라인(in-line)으로 배치된다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 전자총(5)은 히터(7)가 각각 내장되고 상호 독립되게 수평으로 나란히 배치된 3개의 음극(8)과, 상기 음극으로부터 일정 간격이 유지되게 배치되어 음극에서 발생되는 열전자를 제어하는 제 1 전극(9)과, 상기 제 1 전극으로부터 일정 간격이 유지되게 배치되어 음극(8)의 전자 방사물질면(도시는 생략함)에 모여 있는 열전자를 당겨내어 가속시키는 역할을 하는 제 2 전극(10) 및 제 3 전극(11), 제 4 전극(12), 제 5 전극(13a)(13b) 그리고 제 6 전극(14)이 순차적으로 배치되어 있고, 상기 제 6 전극(14)의 상부에는 쉴드컵(15)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)(16)가 고정되어 있다.

상기한 구조의 전자총(5)은 음극(8)에 내장된 히터(7)가 스템핀(17)으로부터 전원을 인가받아 발열하면 상기 발열에 의해 음극(8)에서 전자가 방출되는데, 이렇게 방출되는 전자빔(2)은 제어전극인 제 1 전극(9)에 의해 제어되고 가속전극인 제 2 전극(10)에 의해 가속된 다음 제 2 전극(10), 제 3 전극(11), 제 4 전극(12) 그리고 제 5 전극(13a)(13b)사이에 형성되는 전단집속렌즈에 의해 일부 집속 및 가속된다.

그 후, 주렌즈 형성전극인 제 5 전극(이하 "포커스전극"이라 함)(13a)과 제 6 전극(이하 "애노드전극"이라 함)(14)에 의해 주집속 및 가속된다.

이렇게 주집속 및 가속된 전자빔(2)은 형광면(18)에 근접되게 설치된 섀도우마스크(3)를 통과하면서 색선별되어 형광면(18)에 충돌하여 형광체를 발광시키게 되므로 화면이 재현된다.

상기한 바와 같이 전자총(5)에서 방출된 전자빔(2)이 전자총을 떠나 스크린측으로 진행시 네크부(4a)에 설치된 편향요크(6)가 전자빔을 화면의 전영역에 걸쳐 수직 및 수평방향으로 편향시켜 준다.

도 2는 종래 전자총에서 주렌즈 전극의 일 실시예를 일부 절결한 사시도로서, USP 4,406,970호를 나타낸 것이다.

주렌즈를 형성하는 포커스전극(13a)과 애노드전극(14)의 대향면에는 3개의 전자빔(2)에 공통인 경주트랙 형상의 림(Rim)부(19)(20)가 전극의 내부로 함몰되게 형성되어 있고 함몰부의 평면(21)(22)에는 3개의 전자빔 통과공(23)(24)이 형성되어 단순히 독립된 3개의 전자빔 통과공이 형성된 종래의 전자총에 비해 주렌즈경을 확대하도록 되어 있다.

도 3은 종래 전자총에서 주렌즈 전극의 다른 실시예를 일부 절결한 사시도로서, USP 4,599,534호를 나타낸 것이다.

주렌즈를 형성하는 포커스전극(13a)과 애노드전극(14)의 대향면에는 3개의 전자빔(2)에 공통인 경주트랙 형상의 림(Rim)부(19)(20)가 형성되어 있고 상기 림부에서 일정 간격 전극내부로 후퇴된 지점에는 수평(인라인 방향)이 수직(인라인에 수직한 방향)보다 작은 종장형의 전자빔 통과공(27)(28)을 가진 정전장제어전극체(25)(26)가 고정되어 있어 일 실시예와 마찬가지로 주렌즈경을 확대시키게 된다.

그리고 다른 실시예로 도시한 도 3에서는 애노드전극(14)과 전기적으로 연결되어 있는 쉴드컵(15)의 하단에 "ㄷ"자 형상의 보정전극(29)이 고정되어 있고 각 림부(19)(20)는 전극 제작시 일정 강도를 유지하여 공경의 변화가 최소화되도록 전극의 내부로 약 1mm 정도 말려 있다.

일반적으로 전자총의 설계특성 중 화면상의 스폿경에 영향을 미치는 요소로서, 렌즈배율, 공간 전하반발력 그리고 주렌즈의 구면수차 등이 있다.

그 중 렌즈배율로 인한 스폿경(Dx)의 영향은 기본적인 전압조건과 촛점거리 및 전자총의 길이 등이 확정되어 있는 상황이므로 전자총에서 설계요소로써 활용할 수 있는 부분이 적고 그 효과 또한 매우 미비하다.

상기 공간 전하반발력은 전자빔내의 전자들이 서로 반발 및 충돌함에 따라 스폿경이 확대되는 현상으로서, 공간 전하반발력으로 인한 스폿경(Dst) 확대를 줄이기 위해서는 전자빔이 진행하는 각도(이하 "발산각 : α"라 함)가 커지도록 설계하는 것이 보다 유리하다.

반면에 주렌즈의 구면수차 특성은 렌즈의 근축을 통과한 전자와, 원축을 통과한 전자간의 촛점거리 차이로 인한 스폿경(Dic) 확대를 의미하는 것으로, 공간 전하반발력과는 반대로 전자빔이 주렌즈에 입사하는 발산각이 작으면 작을수록 화면상에서 더 작은 스폿경을 구현할 수 있다.

일반적으로 화면상의 스폿경(Dt)은 아래의 식과 같이 3가지 요소의 합산으로 표현된다.

특히, 공간 전하반발력과 구면수차를 동시에 줄이는 최선의 방법은 주렌즈경을 확대하여 발산각이 큰 전자빔이 입사되어도 구면수차로 인한 스폿의 확대를 줄이고, 주렌즈를 통과한 후의 공간 전하반발력도 줄여주므로 화면에서의 작은 스폿 구현이 가능해지게 된다.

도 4는 주렌즈경에 따른 스폿경의 변화를 나타낸 그래프로서, 상기 그래프에서 알 수 있듯이 주렌즈경이 크면 클수록 주렌즈 구면수차로 인한 스폿경의 확대가 작아져 화면상에서 스폿경을 축소할 수 있음을 알 수 있다.

도 2에 나타낸 전자총의 주렌즈는 세 전자빔이 공통으로 통과하는 림부(19)(20)를 통해 주렌즈경을 확대하였으나, 세 전자빔에 대한 렌즈의 작용이 다르고, 렌즈의 작용도 수평이 수직보다 약하게 작용하는 문제점이 발생되어 이를 보정하기 위해 3개의 전자빔 통과공(23)(24)을 갖는 정전장제어전극체역할을 하는 평면(21)(22)이 형성되도록 림부(19)(20)를 내부로 함몰시켜 세 전자빔에 대한 렌즈의 작용을 동일하게 맞추어 주면서 수평과 수직의 집속작용을 거의 동일하게 조절해주는 역할을 하도록 되어 있다.

도 3에 나타낸 전자총의 주렌즈는 세 전자빔에 공통인 림부(19)(20)와 종장형의 전자빔 통과공(27)(28)을 갖는 정전장제어전극체(25)(26)로 렌즈작용을 최적의 상태로 맞추면서 쉴드컵(15)의 하단에 위치된 보정전극(29)을 통해 전자빔의 수평과 수직의 집속력 차이를 의미하는 비점수차 특성을 미세 조절하고 있다.

이와 같이 주렌즈경을 확대하는 방안으로는 주렌즈 형성전극의 공경을 기구적으로 확대하는 방법과, 렌즈 보정작용을 하는 정전장제어전극체의 설치 깊이를 조절하는 방법을 채택하고 있다.

그러나 기구적인 전극의 공경을 확대하는 것은 네크부의 직경이 29.1mm로 한정되어 있는 제한요소가 있기 때문에 한계가 있다.

따라서 주렌즈 정전장제어전극체의 깊이를 깊게 설계하고 있으나, 도 2 및 도 3와 같은 구조에서는 포커스전극(13a)의 정전장제어전극체(25) 깊이(L1)를 약 3.8mm, 애노드전극(14)의 정전장제어전극체(26) 깊이(L2)를 약 3.6mm 이상으로 할 경우, 3개의 전자빔에 동일한 렌즈의 집속도와 요구 비점수차 그리고 외곽빔의 중앙빔으로의 집속작용으로 인한 화면상에서의 외곽빔간의 거리를 나타내는 OVC특성을 모두 만족시키는 설계가 불가능하다.

따라서 상기한 주렌즈에서 얻을 수 있는 최대 주렌즈경은 수평8.8mm, 수직7.8mm 정도이다.

여기서 특히, 화면의 고정세화 및 고주파수의 채용에 따른 포커스 향상을 위해서는 화면상에서의 수평 스폿경의 축소가 절실히 필요하며, 이에 따라 전자총에서는 수평 스폿경의 축소를 위해 수평 주렌즈경의 확대가 더욱 크게 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 고정세화 및 고주파의 사용으로 인한 화면상의 포커스를 향상시키기 위해 주렌즈경의 확대를 통한 화면상에서의 스폿경을 축소하여 화면상의 포커스를 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 전극으로 구성된 프리 포커스렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극을 갖는 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 주렌즈 형성전극중 애노드전극이 세 전자빔이 공통으로 통과하는 하나의 전자빔 통과공이 구비되고 독립적으로 림부가 형성된 전극과, 상기 전극에서 떨어져 연이어 배치된 정전장제어전극체로 구성되어 상기 전극과 정전장제어전극체에 동일한 전압이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총이 제공된다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 전극으로 구성된 프리 포커스렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극을 갖는 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 주렌즈 형성전극중 포커스드전극이 세 전자빔이 공통으로 통과하는 하나의 전자빔 통과공이 구비되고 독립적으로 림부가 형성된 전극과, 상기 전극에서 일정 거리 떨어진 전극에 고정된 정전장제어전극체로 구성되어 상기 전극과 정전장제어전극체에 동일한 전압이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총이 제공된다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 횡단면도

도 2는 종래 전자총에서 주렌즈 전극의 일 실시예를 일부 절결하여 나타낸 사시도

도 3은 종래 전자총에서 주렌즈 전극의 다른 실시예를 일부 절결하여 나타낸 사시도

도 4는 주렌즈경에 따른 스폿경의 변화를 나타낸 그래프

도 5는 본 발명의 일 실시예를 일부 절결하여 나타낸 사시도

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 일부 절결하여 나타낸 사시도

도 7a는 종래의 주렌즈 구조에 따른 등전위선의 분포를 비교하여 나타낸 개략도

도 7b는 본 발명의 주렌즈 구조에 따른 등전위선의 분포를 비교하여 나타낸 개략도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

8 : 음극 30, 31 : 전극

32, 33 : 정전장제어전극체

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 5 내지 도 7을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 일 실시예를 일부 절결하여 나타낸 사시도로서, 본 발명은 종래 전자총의 주렌즈 구조와 유사한 3개의 전자빔에 공통인 림부를 가지는 전극(30)(31)과, 3개의 원형 전자빔 통과공(32a)(33a)을 가진 판상의 정전장제어전극체(32)(33), 그리고 캡모양의 전극(34)(35)이 적층된 구조로 되어 있다.

상기 전극들은 용접 공정 등을 통해 상호 고정되어 전기적으로 연결되어 있다.

그러나 본 발명에서는 세 전자빔에 공통인 림부의 형상을 지닌 전극(30)(31)을 3개의 전자빔 통과공(32a)(33a)을 가진 판상의 정전장제어전극체(32)(33)와 일정 간격 이격되게 배치하여 구성한다.

상기 정전장제어전극체(32)(33)로부터 이격되어 배설된 전극(30)(31)과, 판상의 정전장제어전극체(32)(33)에는 동일한 전압이 각각 인가된다.

상기 세 전자빔에 공통인 림부를 갖는 전극(30)(31)이 일 실시예로 도시한 도 5와 같이 판상의 구조로 형성될 경우에는 림부의 여유 면적이 좁아져 제조 공정시 변형될 우려가 있으므로 림부의 두께를 적절히 고려하여야 된다.

그러나 두께의 조절이 불가피할 경우에는 전극(30)(31)을 다른 실시예로 도시한 도 6과 같이 높이가 낮은 캡형상으로 구성하여 제조 공정시 취급 부주의로 림부가 변형되지 않도록 하여야 된다.

본 발명에서는 주렌즈 형성전극이 림부를 갖는 전극(30)(31)과, 판상의 정전장제어전극체(32)(33), 그리고 캡형상의 전극(34)(35)으로 구성되어 있고 상기 림부를 갖는 전극(30)(31)과 정전장제어전극체(32)(33)가 서로 이격되게 배설되어 있어 종래의 일 실시예와 같이 함몰부를 깊이(L1)(L2)를 깊게 하는 것에 대한 제작상의 난이점과, 다른 실시예에서와 같이 내부에 부착된 정전장제어전극체(25)(26)의 형상에 따라 변형에 대한 대응 강도가 약하여 정전장제어전극체(25)(26)의 설치 깊이 및 형상의 변형 우려가 큰 문제점을 해결하게 되고, 또한 정전장제어전극체(32)(33)의 깊이(L1)(L2)를 동일하게 설정하여도 더욱 큰 주렌즈를 형성할 수 있게 된다.

본 발명은 종래 주렌즈의 문제점으로 대두되는 정전장제어전극체(25)(26)의 깊이를 깊게 설정할 경우 나타나는 세 전자빔에 대한 렌즈의 동일한 액션 설계가 어려운 문제점으로 인한 포커스전극(13b)의 정전장제어전극체(25)의 깊이를 3.8mm 이하로 설정하여야 되고, 애노드전극(14)의 정전장제어전극체(26)의 깊이를 3.6mm 이하로 설계하여야 되는 제한 요소를 해결하기 위해 전극(30)(31)과 정전장제어전극체(32)(33)를 상호 일정 거리 이격되게 배설하고 각각의 전극과 정전장제어전극체에 동일한 전압을 인가시키므로써 종래의 동일한 깊이, 동일한 수평경 및 수직경의 림부를 적용하더라도 더욱 확대된 주렌즈를 구현할 수 있게 됨은 물론 설계의 다양한 접근을 가능하게 한다.

이에 대하여 이하에서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이 주렌즈경의 확대를 위해서는 주렌즈 형성전극의 공경을 기구적으로 확대하는 방법과, 정전장제어전극체(32)(33)의 깊이를 깊게 설정하는 방법 등이 알려져 있다.

본 발명에서는 주렌즈 형성전극의 공경을 기구적으로 확대하여 전극(30)(31) 및 정전장제어전극체(32)(33)의 설계 치수를 조절하지 않고도 주렌즈경을 확대시킬 수 있게 된다.

도 7a 및 도 7b는 종래의 주렌즈 구성에서 고압과 포커스전압이 인가된 상태의 등전위선의 모양과, 본 발명의 주렌즈 구성에서 고압과 포커스전압이 인가된 상태의 등전위선의 모양을 비교하여 나타낸 것이다.

종래의 주렌즈 구성에 따라 도 7a에 나타난 등전위선의 모양과 도 7b와 같이 본 발명에서 나타나는 등전위선의 모양을 비교하여 보면, 본 발명에 따라 나타나는 등전위선이 종래의 등전위선보다 더욱 완만한 곡선을 나타내고 있음을 알 수 있다.

이는, 종래 주렌즈의 림부(19)(20)를 갖는 포커스전극(13b)과 애노드전극(14)의 측벽이 림부(19)(20) 및 정전장제어전극체(25)(26)와 동일한 전위를 지니므로써 형성될 수 있는 주렌즈의 크기가 상당한 제한을 받기 때문이다.

이에 반해, 본 발명은 전극(30)(31)과 정전장제어전극체(32)(33)가 상호 일정 거리 이격되어 있어 종래 구조에서 전극의 측벽을 제거한 구조이므로 전위 자체가 넓게 형성되고, 이에 따라 등전위선을 확대시킬 수 있게 된다.

또한, 넓고 완만한 곡선부를 갖는 등전위선은 종래의 주렌즈 구조에 비해 더 큰 주렌즈를 형성시키게 됨을 알 수 있다.

	17" CDT	19" CDT
	포커스 전압비	스폿 사이즈	포커스 전압비	스폿 사이즈
종 래	23.1	0.97	24.9	0.99
본 발 명	22.6	0.93	24.3	0.94

표 1은 모델별 종래의 주렌즈 형성전극의 형상과 본 발명의 주렌즈 형성전극의 형상을 컴퓨터 시뮬레이션한 결과를 고압 대비 포커스전압의 비율과 스폿 싸이즈로 나타낸 것이다.

일반적으로 동일한 주렌즈형상을 갖는 전자총에서 주렌즈경을 확대하는 방법은 포커스전압의 비율을 높이는 것이며, 이 때 주렌즈의 구면수차가 줄고 공간 전하반발력이 감소되어 스크린에서의 스폿경을 감소시키게 되므로 결과적으로 해상도를 향상시키게 된다.

표 1에서와 같이 본 발명에서 모델별 고압 대비 포커스전압의 비율이 낮게 나타난 것은 종래와 같이 동일 전압비를 인가할 경우 더욱 큰 주렌즈를 형성함을 의미하는 것이다.

컴퓨터 시뮬레이션상에서 더 낮은 포커스전압을 인가하여 전자빔을 스크린에 정확히 집속시켜 스폿의 싸이즈를 비교하여 본 결과, 종래 대비 약 5이상의 스폿 싸이즈가 감소되는 효과를 얻게 됨을 알 수 있었다.

이상에서와 같이 본 발명은 포커스에 큰 영향을 미치는 수평경을 축소시키기 위해 포커스전압이 인가되는 전극의 림부와, 고압이 인가되는 전극의 림부 그리고 정전장제어전극체를 분리하여 배설하고 각가의 전압을 인가하므로써 종래의 주렌즈에 비해 약 5정도의 스폿 싸이즈를 감소시키는 효과를 얻게 되므로 고정세화 및 고주파수 요구에 대응하는 작은 스폿경의 구현이 가능해지게 된다.

Claims (6)

1. 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 전극으로 구성된 프리 포커스렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극을 갖는 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 주렌즈 형성전극중 애노드전극이 세 전자빔이 공통으로 통과하는 하나의 전자빔 통과공이 구비되고 독립적으로 림부가 형성된 전극과, 상기 전극에서 떨어져 연이어 배치된 정전장제어전극체로 구성되어 상기 전극과 정전장제어전극체에 동일한 전압이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서,

   림부가 형성된 전극이 판상인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
3. 제 1 항에 있어서,

   림부가 형성된 전극이 컵형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
4. 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 전자빔의 방사량 조절을 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 일정량 집속시키는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 전극으로 구성된 프리 포커스렌즈부와, 상기 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 전극을 갖는 음극선관용 전자총에 있어서, 상기 주렌즈 형성전극중 세 전자빔이 공통으로 통과하는 하나의 전자빔 통과공이 구비되고 독립적으로 림부가 형성된 전극과, 상기 전극에서 떨어져 연이어 배치된 정전장제어전극체로 구성되어 상기 전극과 정전장제어전극체에 동일한 전압이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
5. 제 4 항에 있어서,

   림부가 형성된 전극이 판상인 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
6. 제 4 항에 있어서,

   림부가 형성된 전극이 컵형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.