KR20010036717A - 칼라음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집속전극과 양극에 형성된 주렌즈의 변화에 의해 발생되는 화면 주변부에서의 수렴의 어긋남 및 코마수차의 발생을 상기 집속전극에 인가되는 가변전압과 다수 집속전극의 구조를 적절히 구성하여 주렌즈에 최적의 입사조건을 제공함으로서 억제할 수 있도록 한 칼라음극선관용 전자총에 관한 것이다.

본 발명은 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 음극에서 방사된 전자빔을 제어하고 가속하기 위해 삼극부를 형성하는 제어전극 및 가속전극과, 상기 전자빔을 집속시키기 위해 주렌즈를 형성하는 다수의 집속전극과 양극으로 구성된 전자총에 있어서, 상기 집속전극중 적어도 하나의 전극에는 편향요크에 동기하여 가변되는 전압이 인가되고, 상기 집속전극내에는 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 반대 방향으로 이동시키는 수단과, 가변전압이 증가함에 따라 외곽전자빔을 중앙빔 방향으로 이동시키는 수단을 구비한 칼라음극선관용 전자총이다.

Description

칼라음극선관용 전자총{electron gun in color cathode ray tube}

본 발명은 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것으로, 특히 집속전극과 양극에 형성된 주렌즈의 변화에 의해 발생되는 화면 주변부에서의 수렴의 어긋남(Mis-Convergence) 및 코마(Coma) 수차의 발생을 방지할 수 있도록 구성된 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 단면도로서, 칼라 음극선관은 크게 나누어 형광체가 도포된 패널(Pannel)(1)과, 상기 패널의 내측면에 설치되어 색선별 기능을 갖는 새도우 마스크(3)와, 상기 패널의 후방으로 결합된 깔대기 형상의 펀넬(Funnel)(2)과, 상기 펀넬의 후단에 형성된 넥크관(4)과, 상기 넥크관내에 설치된 전자총(5)과, 상기 전자총에서 방사된 전자빔을 편향시키는 편향요크(6) 등으로 구성되어 있다.

도 2는 상기와 같은 칼라 음극선관 내에 설치된 인라인형 전자총의 일예를 나타낸 단면도로서, 전자총은 전자빔을 방사하는 음극(11)과, 상기 음극에서 화면방향으로 수직되게 일정한 간격으로 배치되어 음극으로부터 방사된 전자빔을 집속하고 가속하는 복수개의 전극들로 구성되어 있으며, 음극(11)내에 내장된 히터(10)가 도 1의 스템핀(7)으로부터 전원을 공급받아 발열하면 이 열과 다수의 전극에 인가되는 전압차에 의해 음극으로부터 전자가 방사되고 방사된 전자빔(8)은 다수의 전극에 형성된 구멍을 통과하여 화면에 도달한다.

즉, 전자총의 음극(11)에서 방사된 전자빔(8)은 제어전극(12)과 가속전극(13) 및 집속전극(14)으로 구성된 빔 형성영역에서 적절히 제어 및 가속되고, 집속전극(14)과 양극(15)에 인가되는 전압차에 의해 형성되어진 정전렌즈(Electrostatic Lens)에 의해 집속 및 가속된다.

이때 가속전극(13)에는 400 ~ 1,000V의 전압이 인가되고 양극(15)에는 25,000 ~ 35,000V의 고전압이 인가되며, 집속전극(14)에는 양극(15) 전압의 약 20 ~ 35%가 되는 중간전압이 인가된다.

전자총의 주렌즈인 정전렌즈를 통과한 전자빔은 새도우 마스크(3)를 통과한 후 패널(1)의 형광면(1a)에 충돌하여 발광을 시킨다.

상기 정전렌즈는 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 구현하는 3개의 전자빔이 화면 중앙에서 일치(Convergence)하도록 하기 위해 정전렌즈를 구성하는 전극에서 외곽 전자빔(적 및 청색을 구현하는 전자빔)이 통과하는 구멍을 이심(Offset)시키거나 또는 다른 적절한 방법으로 외곽 전자빔의 경로를 중앙빔(녹색을 구현하는 전자빔)쪽으로 향하도록 형성되어야 한다.

또한 일반적인 인라인 전자총에서 3색을 구현하는 전자빔이 화면 전면에서 일치하도록 하기 위해 비균일 자계를 형성시키는 셀프 컨버전스형 평향요크(6)를 사용하는데, 이러한 편향요크에 의해 도 3a와 같이 수평 편향자계는 핀쿠션(Pin-Cushion) 자계가 형성되고 도 3b와 같이 수직 편향자계는 바렐(Barrel) 자계가 형성되며, 이러한 자계 형성에 의해 3개의 전자빔은 화면 전면에서 일치하게 된다.

이때 3개의 전자빔은 상기 자계에 의해 수평방향으로는 발산하고 수직방향으로는 집속하는 힘을 받게되며, 상기와 같은 힘과 패널(1)의 기하학적구조에 의해 화면의 주변부에서 전자빔은 횡장화된 코아(Core)와 전자빔의 상,하로 저밀도의 상이 퍼지는 현상인 할로(Halo)가 발생되어 화면 주변부에서는 해상도의 열화를 초래하게 된다.

한편 상기와 같은 화면 주변부에서의 해상도 열화를 해결하기 위해 전자빔이 화면 주변으로 편향될 때 전자총내에 사극자 렌즈가 형성되도록 하는 기술이 알려져 있다.

도 4는 사극자 렌즈를 사용하는 전자총의 일예를 나타낸 단면도로서, 이러한 종류의 전자총에서는 집속전극(14)이 스테틱 전극(20)과 다이나믹 전극(21)으로 나누어져 있다.

상기 스테틱 전극(20)은 편향요크(6)에 인가되는 전류와 무관하게 항상 일정한 전압이 인가되는 전극이고 상기 다이나믹 전극(21)은 편향요크(6)에 동기하여 가변되는 전압이 인가되는 전극이며, 스테틱 전극(20)의 다이나믹 전극(21)측에는 독립된 3개의 종장사각공이 형성되고 다이나믹 전극(21)의 스테틱 전극(20) 측에는 독립된 3개의 횡장 사각공이 형성되어 있다.

또한 상기와 같이 구성된 스테틱 전극(20)과 다이나믹 전극(21)에 도 5와 같은 전압이 인가되면 그 전압차에 의해 상기 두 전극사이에 사극자 렌즈가 형성된다.

따라서 편향요크(6)에 인가되는 전류가 증가함에 따라 다이나믹 전극(21)에 인가되는 전압이 적절히 증가하여 사극자 렌즈내에서 전자빔이 수평 방향으로는 집속되고 수직방향으로는 발산되며, 보다 약화된 다이나믹 전극(21)과 양극(15) 사이에 형성된 주렌즈와 결합하여 화면 주변부에서 전자빔은 수평 및 수직 방향으로 초점이 거의 정확히 맺힌다.

그러나 상기와 같이 사극자 렌즈를 사용하는 전자총은 다이나믹 전극(21)의 전압이 증가하는 경우 주렌즈의 전자빔 집속력 뿐만 아니라 외곽 전자빔의 중앙빔 방향으로의 수렴력 또한 약해지는 문제가 있다.

즉, 셀프 컨버젼스형 편향요크(6)는 3개의 전자빔을 화면 전역에 걸쳐 수렴시키는 역할을 하는데, 상기와 같이 다이나믹 전극(21)의 전압증가에 따라 주렌즈의 수렴력이 약화되어 화면 주변부에서는 3개의 전자빔의 수렴 어긋남이 발생하게 된다.

한편, 상기와 같은 전자빔의 수렴 어긋남을 해결하기 위해 다이나믹 전극(21)의 스테틱 전극(22)측 외곽 횡장 사각공의 중심을 중앙빔의 반대방향으로 이심시켜 다이나믹 전극(21)에 스테틱 전극(22)보다 상대적으로 높은 전압이 인가되는 경우 상기 외곽 횡장사각공의 이심에 의해 사극자 렌즈를 통과한 외곽 전자빔과 중앙빔간의 거리를 사극자 렌즈 이전의 외곽 전자빔과 중앙빔간의 거리보다 작게 함으로서, 즉 사극자 렌즈 통과전의 외곽전자빔과 중앙빔 사이의 거리보다 사극자 렌즈 통과후의 외곽전자빔과 중앙빔사이의 거리를 작게함으로서 다이나믹 전극(21)의 전압증대에 따라 약해진 주렌즈의 수렴력을 보상할 수도 있다.

그러나 상기와 같이 하는 경우 전자빔이 화면 주변부로 이동함에 따라 다이나믹 전극(21)의 전압이 증대되고 주렌즈의 외측렌즈(외곽 전자빔이 통과하는 부분)의 세기도 약화됨에 따라 외측 렌즈의 중심이 중앙빔의 반대방향으로 이동하게 된다.

즉, 화면 주변부로 전자빔이 이동함에 따라 외곽전자빔의 중심과 주렌즈의 외측렌즈 중심이 점점 멀어져서 화면 주변부에서 전자빔의 코마수차가 발생하게 되는데, 상기와 같이 다이나믹 전극(21)에 인가되는 전압으로 인한 수렴력을 보상하기 위해 외곽 횡장 사각공의 중심을 중앙빔의 반대방향으로 이심시키면 이러한 코마수차의 발생은 더욱 심화되며, 화면이 평편화되고 대편향화되는 경우 코마수차는 보다 뚜렷이 나타난다.

본 발명의 목적은 다이나믹 전극을 사용하는 전자총에 있어서 전자빔이 화면 주변부로 이동함에 따라 발생되는 주렌즈 외측부의 중앙빔 반대 방향으로의 중심이동(이심) 및 수렴력의 약화를 편향요크와 동기한 가변전압과 집속전극의 구조를 적절히 구성하여 보정함으로서 코마수차의 발생을 억제하고 수렴 어긋남을 방지할 수 있는 칼라음극선관용 전자총을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 음극에서 방사된 전자빔을 제어하고 가속하기 위해 삼극부를 형성하는 제어전극 및 가속전극과, 상기 전자빔을 집속시키기 위해 주렌즈를 형성하는 다수의 집속전극과 양극으로 구성된 전자총에 있어서, 상기 집속전극중 적어도 하나의 전극에는 편향요크에 동기하여 가변되는 전압이 인가되고, 상기 집속전극내에는 가변전압이 증가함에 따라 외곽전자빔을 중앙빔 반대 방향으로 이동시키는 수단과 가변전압이 증가함에 따라 외곽전자빔을 중앙빔 방향으로 이동시키는 수단을 구비한 칼라음극선관용 전자총이 제공된다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 단면도

도 2는 종래 인라인 전자총의 일예를 나타낸 단면도

도 3a와 도 3b는 셀프 컨버전스 편향요크에 의해 생성되는 자계분포도

도 4는 종래 사극자 렌즈를 사용하는 전자총의 일예를 나타낸 단면도

도 5는 도 4와 같은 전자총의 가변전압의 파형도

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자총의 단면도

도 7은 도 6의 위치 A에서 본 전극 단면도

도 8은 도 6의 위치 B에서 본 전극 단면도

도 9는 전자빔이 화면 주변부로 편향할때의 전자총의 광학적 모델링도

도 10은 약화된 주렌즈의 수렴을 보정하는 방법을 설명하기 위한 광학적 모델링도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 음극 12 : 제어전극

13 : 가속전극 14 : 집속전극

16 : 제 1 집속전극 17 : 제 2 집속전극

18 : 제 3 집속전극

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자총의 단면도로서, 본 발명의 전자총은 전자빔을 방사하는 음극(11)과, 상기 음극으로부터 일정거리만큼 떨어져 순차적으로 배치된 제어전극(12)과 가속전극(13)과 복수개의 집속전극(14) 및 양극(15)으로 구성되어 있다.

상기 복수개의 집속전극(14)은 음극(11)측으로부터 제 1 집속전극(16)과 제 2 집속전극(17) 및 제 3 집속전극(18)으로 분할되어 있다.

상기 양극에는 25,000V 이상의 고전압이 인가되고 가속전극(13)에는 400 ~ 1,000V의 전압이 인가되며, 제 2 집속전극(17)에는 양극 전압의 20 ~ 35% 정도의 중간전압이 인가되고 제 1 집속전극(16) 및 제 3 집속전극(18)에는 편향요크(6)에 동조하여 가변되는 전압이 인가된다.

상기 제 3 집속전극(18)과 양극(15) 사이에는 대구경 렌즈인 저수차 저배율의 정전렌즈가 형성되며, 이를 위해 제 3 집속전극(18)의 양극(15)측과 양극(15)의 제 3 집속렌즈(18)측은 빔통과공이 단일 개구부로 되어 있고 제 3 집속전극(18)과 양극(15)의 내부에는 중앙빔과 외곽 전자빔을 구분하는 내부 전극(19)이 설치되어 있다.

상기 제 1 집속전극(16)의 가속전극(13)측 외곽 전자빔 통과공의 중심은 가속전극(13)의 외곽 전자빔 통과공의 중심과 일치되어 있다.

즉, 이심이 되어 있지 않다.

상기 제 2 집속전극(17)의 제 3 집속전극(18)측 대향면에는 도 8과 같이 독립된 3개의 종장 빔통과공이 형성되어 있고 제 3 집속전극(18)의 제 2 집속전극(17)측 대향면에는 독립된 3개의 횡장 빔통과공이 형성되어 있으며, 상기 종장 빔통과공과 횡장 빔통과공은 일정거리를 두고 서로 대향하여 있다.

또한 제 3 집속전극(18)에 인가되는 전압이 증가함에 따라 제 3 집속전극(18)과 양극(15) 사이에 형성된 주렌즈의 약화로 인한 수렴력 약화를 보상하기 위해 상기 제 3 집속전극(18)의 횡장 빔통과공중 외곽 전자빔 통과공의 중심은 중앙빔의 반대방향으로 일정거리(S1)만큼 이심되어 있다.

상기 제 1 집속전극(16)의 제 2 집속전극(17)측 외곽전자빔 통과공 중심은 도 7과 같이 대향하는 제 2 집속전극(17)의 제 1 집속전극(16)측 외곽전자빔 통과공 중심축에 대하여 중앙빔 방향으로 일정거리(S2)만큼 이심되어 있다.

상기와 같이된 본 발명의 전자총은 전자빔이 편향요크(6)에 의해 화면 주변부로 이동함에 따라 가변되는 전압과 다수의 집속전극(14)의 구조에 의해 외곽 전자빔의 수렴량 보정은 물론 코마 수차도 억제할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전자총에서 전자빔이 화면 주변부로 편향될 때 외곽 전자빔의 경로를 나타낸 광학적 모델링도이다.

편향요크(6)의 전류가 증가함에 따라 제 1 집속전극(16)에 인가되는 전압이 증가하고 이때 제 1 집속전극(16)과 제 2 집속전극(17) 사이에 형성되는 렌즈에 의해 외곽 전자빔은 중앙빔의 반대방향으로 꺽이게 되며, 그 각도()는 제 1 집속전극(16)에 인가되는 전압(Vd)과 제 2 집속전극(17)에 인가되는 전압(Vf)의 차이() 및 이심량(S2), 그리고제 1 집속전극(16)과 제 2 집속전극(17)간 간격(d2)에 비례한다.

이를 식으로 나타내면(:상수)가 된다.

따라서 제 1 집속전극(16)과 제 2 집속전극(17) 사이에서 형성된 렌즈에 의해 제 2 집속전극(17)과 제 3 집속전극(18)사이 위치에서 외곽 전자빔의 중심과 중앙빔 중심 사이의 거리(d1)는와 같다.

상기식에서 L2는 제 2 집속전극의 전장이고, d2는 제 1 집속전극과 제 2 집속전극 사이의 위치에서 중앙빔 중심과 외곽 전자빔 중심사이의 거리이다.

또한 제 2 집속전극(17)과 제 3 집속전극(18) 사이에 형성되는 렌즈에 의해 외곽 전자빔은 중앙빔 방향으로 꺽이는데, 그 각도()는 제 2 집속전극(17)에 인가되는 전압(Vf)과 제 3 집속전극(18)에 인가되는 전압(Vd)의 차이() 및 이심량(S1), 그리고 제 2 집속전극(17)과 제 3 집속전극(18)간 간격(d1)에 비례한다.

이를 식으로 나타내면가 된다.

따라서 제 2 집속전극(17)과 제 3 집속전극(18) 사이에서 형성된 렌즈에 의해 제 3 집속전극(18)과 양극(15) 사이의 위치에서 외곽전자빔의 중심과 중앙빔 중심간의 거리(d0)는와 같다.

상기식에서 L1은 제 3 집속전극의 전장이고, d1은 제 2 집속전극과 제 3 집속전극 사이의 위치에서 외곽 전자빔 중심과 중앙빔 중심 사이의 거리이다.

상기 식들에서 보는 바와 같이 d1과 d0,와은 제 1 집속전극(16)과 제 2 집속전극(17) 및 제 3 집속전극(18)에 의해 충분히 제어할 수 있음을 알 수 있다.

도 10은 제 3 집속렌즈(18)의 전압 증가시 주렌즈 세기가 약화됨에 따른 전자빔의 수렴력을 보정하는 방법을 설명하기 위한 광학적 모델링도이다.

설명상의 편의를 위해 주렌즈는 매우 얇은 렌즈로 가정하였고 구면수차에 대한 효과는 무시하였다.

도 10에서 S는 주렌즈 입사전의 렌즈 중심이며, 주렌즈의 외측렌즈 중심선의 법선과 주렌즈 입사전의 외곽 전자빔이 이루는 각을라 하고, 주렌즈 입사후 외곽 전자빔이 이루는 각을라 하면 스넬(Snell)의 법칙에 의해와 같은 식이 성립된다.

상기 식에서 Vd는 제 3 집속전극의 전압이고 Eb는 양극에 인가되는 전압이다.

한편 주렌즈 통과후의 외곽 전자빔과 중앙빔이 이루는 각을라 하면가 되므로 상기 식에서와를 알 수 있다.

또한 화면 중앙에서 3개의전자빔이 수렴되기 위해서는와 같은 식을 만족시켜야 한다.

상기 식에서는 3개의 전자빔이 화면 중앙에서수렴될 때 외곽 전자빔과 중앙빔이 이루는 각이며,는 주렌즈 입사전 주렌즈의 외측 렌즈의 중심선의 법선과 외곽 전자빔이 이루는 각으로 상기식에 의해를 알 수 있다.

상기 관계식에서 외곽 전자빔이 주렌즈에 입사하는 각을로 하면 외곽전자빔은 주렌즈 통과후 화면 중앙에서 중앙빔과 일치하게 된다.

또한 주렌즈 세기의 약화로 인한 3개의 전자빔의 수렴위치에서 주렌즈까지의 거리가 화면 중앙에서 주렌즈까지의 거리보다 크므로는보다 커야한다.

상기 설명에서와 같이 편향요크(6)에 인가되는 전류에 동기하여 제 3 집속전극(18)의 전압이 증가함에 따라 주렌즈의 외측렌즈 중심은 중앙빔 반대 방향으로 멀어지고 그 세기 또한 약해져서 화면 주변부에서의 코마수차 및 수렴 어긋남이 발생하는데, 본 발명에서는 주렌즈에 입사하는 외곽 전자빔의 위치 및 방향을 제어하여 이를 보정할 수 있음을 알 수 있다.

즉, 상기 식들에 의해 제 3 집속전극(18)의 전압이 일정량 증가할 때 주렌즈의 외측렌즈 중심과 중앙빔 중심간의 거리(S)가 값 do와 일치하도록 하고,은가 되도록 상기 집속전극들의 칫수를 적절히 조절하면 코마수차의 발생 및 수렴 어긋남을 방지할 수 있게 된다.

또한을보다 크게 하기 위해서는 제 1 집속전극(16)과 제 2 집속전극(17)상의 외곽 전자빔 통과공간의 이심량(S2)보다 제 2 집속전극(17)과 제 3 집속전극(18)간의 이심량(S1)이 커야한다.

상기 본 발명의 실시예에서는 전자빔의 궤도를 수정하기 위해 가장 많이 사용되는 대향 전극간의 이심의 원리를 이용하였으나, 외곽 전자빔 통과공의 형상이 인라인 방향으로 비대칭인 구조를 사용하는 경우에도 상기와 같은 방법으로 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명은 집속전극을 다수개로 분할하여 그 중 적어도 하나의 집속전극에 편향요크에 동기하여 가변되는 전압을 인가시키고 상기 집속전극내에 외곽 전자빔을 이동시키는 수단을 구비하여 다이나믹 전극을 사용함에 따라 발생되는 화면 주변부에서의 코마수차 및 전자빔의 수렴 어긋남을 방지하여 화면 전역에서 고해상도를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 음극에서 방사된 전자빔을 제어하고 가속하기 위해 삼극부를 형성하는 제어전극 및 가속전극과, 상기 전자빔을 집속시키기 위해 주렌즈를 형성하는 다수의 집속전극과 양극으로 구성된 전자총에 있어서, 상기 집속전극중 적어도 하나의 전극에는 편향요크에 동기하여 가변되는 전압이 인가되고, 상기 집속전극내에는 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 반대방향으로 이동시키는 수단과 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 방향으로 이동시키는 수단을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 집속전극 내에서 적어도 편향에 동기한 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 반대방향으로 이동시키는 수단을 가지고, 상기 수단과 주렌즈 사이에는 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 방향으로 이동시키는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
3. 제 1 항에 있어서, 주렌즈 입사전 중앙빔과 외곽 전자빔간의 거리가 가변전압이 증가함에 따라 멀어지는 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
4. 전자빔을 방사하는 복수개의 음극과, 상기 음극에서 방사된 전자빔을 제어하고 가속하기 위해 삼극부를 구성하는 제어 전극 및 가속전극과, 상기 전자빔을 집속시키기 위해 주렌즈를 형성하는 다수의 집속전극과 양극으로 구성된 전자총에 있어서,

   상기 집속전극 중 적어도 하나의 전극에는 편향요크에 동기하여 가변되는 전압이 인가되고 상기 집속전극들에서 편향에 동기하여 가변되는 전압이 인가되는 전극과 일정한 전압이 인가되는 전극이 일정한 간격을 가지고 대향하는 면이 적어도 2개이상이며, 상기 대향면중 적어도 하나의 대향면에는 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 반대방향으로 이동시킬 수 있도록 대향하고 있는 외곽 전자빔 통과공의 중심이 서로 이심되게 함과 동시에 다른 하나의 대향면에는 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 방향으로 이동시킬 수 있도록 대향하고 있는 외곽빔 전자빔 통과공의 중심이 서로 이심되게 한 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 대향면중 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 방향으로 이동시킬 수 있도록 대향하고 있는 외곽전자빔 통과공의 중심이 이심된 양이, 가변전압이 증가함에 따라 외곽 전자빔을 중앙빔 방향으로 이동시킬 수 있도록 대향하고 있는 외곽 전자빔 통과공의 이심된 양보다 큰 것을 특징으로 하는 칼라 음극선관용 전자총.