KR20010041076A - 전자총과 전자총이 제공된 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

초점 전극(41)과 양극 전극(45) 사이에 하나 이상의 중간 전극(42, 43, 44)을 갖는 주 렌즈 시스템을 포함하는 전자총에서 스트레이(stray) 방출을 감소할 수 있다. 상기 초점 전극의 다음에 오는 주 렌즈 시스템의 하나 이상의 구멍이 초점 전극의 구멍보다 더 작다면, 스트레이 방출의 감소가 실현된다. 최적의 스트레이 방출 상태는 상기 주 렌즈 시스템의 모든 구멍을 설계함으로서 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 전자총을 제조하기 위해서, 총 창작을 위한 외부 기준계(ouside reference system)를 갖는 것이 유익한데, 이는 상기 구멍을 통해서 전극을 핀의 중심에 위치시키는 것이 불가능하기 때문이다.

Description

전자총과 전자총이 제공된 디스플레이 장치{ELECTRON GUN AND DISPLAY DEVICE PROVIDED WITH AN ELECTRON GUN}

앞서 기술된 전자총은 유럽 특허 명세서(EP-B-0725972)에서 개시되었다. 이 명세서에 따른 전자총은, 전자빔의 전파 방향에서 볼 때 제 1 전극과 최종 전극 사이에 하나 이상의 중간 전극을 갖는 주 렌즈를 포함한다. 좀더 일반적인 전자총에서, 주 렌즈는 단지 제 1 전극과 최종 전극만을 가지며, 이들 전극은 보통 초점 전극 및 양극 전극으로 각각 지칭된다. 중간 전극을 추가함으로서, 주 렌즈는 더 많은 개수의 전극으로 분산된다. 이러한 이유로 인해, 이러한 유형의 주 렌즈는 흔히 분산된 주 렌즈(DML : Distributed Main Lens)로 지칭된다.

공지된 장치의 주 렌즈 시스템에서의 개별 전극은, 주 렌즈 전압이 동작시 전극을 가로질러 단계적으로 분산되게 하여 주 렌즈 시스템의 전위 점프의 크기를 줄이기 위해서 저항성 전압 분배기에 의해 상호 연결된다. 이것은, 주 렌즈 전압이 전적으로 두 전극만을 가로질러 인가되는 보다 일반적인 전자총과 비교할 때 상당히 개선된 렌즈 특성을 유도한다. 특히, 기계적인 렌즈 직경을 증가시키지 않으면서 상대적으로 큰 전자빔 전류에 의해 구면수차(spherical aberrations)가 충분히 억제될 수 있다.

이러한 유형의 전자총은, 예컨대 음극선관(CRT) 유형의 일반적인 디스플레이 장치에 응용될 수 있다. 이러한 디스플레이 장치는 목부분, 원추부 및 디스플레이 창을 갖는 진공 엔빌로프(envelope)를 포함한다. 전자총은 디스플레이 장치의 목부분에 놓인다. 일반적으로, 디스플레이 스크린에는 전자총으로부터 방출된 하나 이상의 전자빔에 의해 여기(excite)되는 전장발광성(electroluminescent) 물질이 제공된다. 이러한 디스플레이 장치의 예에는, 단 하나의 전자빔만 존재하고, 또한 단일 컬러의 전장발광성 물질만 존재하는 흑백 CRT와, 세 개의 전자빔을 생성하는 전자총을 갖되, 이러한 전자빔은 컬러 선택 수단을 통과한 후, 세 가지 컬러(예컨대, 빨간색, 초록색 및 파란색)의 전장발광성 물질을 여기하는(excite) 공지된 컬러 CRT와 같은 것들이 있다. 게다가, 수평 및 수직 방향으로 하나 이상의 전자빔을 편향하기 위한 편향 자계를 생성하여, 전체 디스플레이 스크린을 주사하기 위한 편향부가 음극선관의 원추부 주위에 장착된다.

전자총의 성능 항목중 하나는 전자총의 스트레이(stray) 방출 반응이다. 전자총에서, 서로 다른 전극은 갭에 의해 분리된다. 동작시, 전압이 각 전극에 인가된다. 그 결과, 두 인접한 전극 사이의 갭에 걸쳐 전압차가 존재하게 되며, 이는 인접한 전극 사이의 선택된 자계 세기를 일으킨다. 이러한 자계의 세기는 스트레이 방출로 지칭되는 현상을 일으킬 수 있다. 이러한 현상은, 전극이 완전히 깨끗하지 않을 때, 즉 전극에 붙은 "자유로운" 입자가 있는 경우나, 전극에 작고 거친 입자(small burr)가 남아있을 때 발생할 수 있다. 전극 상의 이러한 자유로운 입자 또는 거친 입자는 전자 방출 소스(source) 역할을 할 수 있다. 전극 구멍의 에지(edge)에서, 자계의 세기가 일반적으로 더 높아서, 이러한 에지도 전자 방출 소스 역할을 할 수 있다. 이러한 소스로부터 발생한 전자는 큰 공간각으로 방출되며, 더 높은 전압을 갖는 전극을 향하게 된다. 이러한 이유 때문에, 이러한 전자는 스트레이 전자로 지칭된다. 특히, 주 렌즈로부터 발생한 스트레이 전자는 전체 스크린에 도달할 수 있고, 여기서 이들 스트레이 전자는 뜻하지 않게 스크린 상의 전자발광성 물질을 여기하여, 디스플레이 장치의 콘트라스트 성능 열화를 초래한다.

본 발명은 하나 이상의 전자빔을 발생시키기 위한 부분과 전자빔의 전파 방향에서 볼 때, 제 1 전극, 최종 전극 및 하나 이상의 중간 전극을 갖는 주 렌즈 시스템을 포함하는 전자총에 관한 것으로, 각 전극은 전자빔을 통과시키고, 선택된 자계의 세기를 갖는 갭(gap)만큼 서로 분리되는 하나 이상의 구멍을 가지며, 하나 이상의 갭은 가장 높은 자계의 세기를 가지며, 주 렌즈 전압은 전자-광학 초점맞춤 렌즈를 형성하기 위해서 동작시 상기 전극을 가로질러 단계적으로(step-wise)인가된다.

본 발명은 또한 앞서 언급한 유형의 전자총이 제공되는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

도 1은 부분적으로 생략된, 컬러 선택 수단을 갖는 일반적인 컬러 디스플레이 음극선관의 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 전자총의 투시도.

도 3은 본 발명에 따른 전자총의 중간 전극의 실시예를 도시한 도면.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 전자총의 주 렌즈 시스템의 다양한 실시예의 횡단면도.

중간 주 렌즈 전극을 갖는 기존의 전자총과 비교해서, 스트레이 방출 반응을 개선하도록 구성되는 전자총을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 실현하는 전자총은, 각 전자빔에 대해서 제 1 전극 다음에 오는 하나 이상의 전극의 구멍은 상기 제 1 전극의 구멍보다 더 작은 것을 특징으로 한다.

대부분의 일반적인 전자총은 내부 기준계(inner reference system)를 이용하여 제조된다. 이것은, 스페이서(spacer)에 의해 분리된 전자총의 몇 개의 전극이 핀상에 장착됨을 의미한다. 이러한 공정에서, 주 렌즈의 양극 전극이 먼저 핀 상에 놓이고, 음극에 가장 근접한 전극인 제 1 전극이 마지막으로 장착된다. 비딩(beading) 공정시, 두 개 이상의 비딩 로드(beading rod)가 전자총의 비딩 유닛을 조립하는데 사용된다. 장착 핀으로부터 이러한 비딩 유닛을 제거할 수 있기 위해서, 연속적인 전극의 구멍 크기가 양극 전극에서 제 1 전극으로 갈수록 증가하지 않아야 한다. 이러한 이유로, 좀더 복잡한 전자총에서, 내부 기준계는 상당한 결점을 갖는다는 것이 분명하게 된다. 유럽 특허 명세서(EP-B-0376372)는 이러한 결점을 극복하는 기준계를 개시한다. 특별한 형태의 외부 윤곽을 갖는 전극을 사용하여, 전극을 정렬하는데 이러한 형태의 전극을 이용할 수 있다. 명백하게, 이러한 전극은 외부 기준계(outside reference system)로 지칭된다. 이러한 기준계의 사용은 본 발명에 매우 유익하며, 이는 전극중 하나가 앞선 전극보다 더 작은 구멍을 가질 수 있기 때문이며, 여기서 앞선다는 것은 음극에 더 가깝다는 것을 의미한다.

본 발명은, 외부 기준계로 제조된 전자총에서, 주 렌즈 전극의 하나이상에서의 구멍이 초점 전극(제 1 전극)에 더 가까이 있는 전극의 하나 이상에서의 구멍보다 더 작게 할 수 있다는 인식에 기초한다. 전극 구멍의 크기를 줄이면, 이 전극으로 인해 더 많은 스트레이 전자가 차단되며, 따라서, 스트레이 방출 반응이 개선된다.

본 발명에 따른 전자총의 바람직한 실시예는, 각 전자빔에 대해서 가장 높은 자계 세기를 갖는 갭 다음의 전극 구멍은 가장 높은 자계 세기를 갖는 갭 이전의 구멍보다 더 작다는 것을 특징으로 한다. 스트레이 방출의 발생 가능성은 자계의 세기에 따라 다르므로, 스트레이 방출이 발생할 위험은 가장 높은 자계의 세기를 갖는 전극 사이에서 가장 크다. 이러한 갭 다음에 오는 주 렌즈 전극의 구멍을 더 작게 만들어서 더 나은 스트레이 방출 성능을 유도할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 전자총의 또 다른 실시예는, 각 전자빔에 대해, 연속적인 전극의 구멍이 제 1 전극에서 최종 전극으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 한다. 초점 렌즈에서, 전자빔은 정상적으로는 전극이 배치된 영역으로 이미 수렴하고 있다. 이것은 전자빔의 직경이 제 1 전극에서 최종 전극으로 갈수록 감소함을 의미한다. 따라서, 구멍은 빔 클리어런스(clearance)를 희생하지 않은 채 줄어들 수 있고, 이 빔 클리어런스는 구멍 직경과 빔 직경 사이의 차이의 절반이다.

본 발명에 따른 전자총의 추가적인 실시예는, 각 전자빔에 대해서 최종 전극의 구멍이 주 렌즈 시스템의 앞선 전극의 구멍보다 더 작은 것을 특징으로 한다. 이러한 실시예에서, 단지 최종 전극만 다르며, 이는 전자-광학적 및 기계적 이유 로 인해 이점을 갖는다. 전자 광학 성능에 대한 이점은, 중간 전극이, 예컨대 동일하며, 일부 주 렌즈 에러의 부분 소거를 유도할 수 있다는 사실에서 유래한다. 물론, 동일한 중간 전극을 갖는 것은 기계적 이유로 인해 유익하며, 이는 동일한 장비로 이러한 중간 전극을 제조할 수 있기 때문이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 전자총이 제공된 디스플레이 장치에 관한 것이다.

본 발명의 이들 취지 및 다른 취지는 이하에 기술된 실시예로부터 비제한적인 예에 의해 자명해질 것이고, 이를 참조하여 설명된다.

이러한 도면은 개략적이며, 일반적으로 축척에 맞춰지지 않음을 주지해야 한다.

도 1에 도시된 음극선관(1)은, 목부분(5), 원추부(4) 및 전면 패널(3)을 갖는 진공 유리 엔빌로프(2)를 포함하는데, 이 엔빌로프는 곡면이거나 평면일 수 있다. 다른 컬러(예를 들어, 빨간색, 초록색과 파판색)로 발광하는, 예컨대 선 또는 점 패턴의 인광체를 갖는 디스플레이 스크린(10)은, 패널(3)의 내부에 배열될 수 있다. 프레임에 의해 지지되는 얇은 마스크(12)는 디스플레이 스크린(10)에서 가까운 거리에 위치한다. 마스크(12)는 원형 또는 기다란 구멍을 갖는 마스크 또는 와이어 마스크일 수 있다. 음극선관의 동작시, 음극선관의 목부분(5)에 배열되어 있는 전자총 시스템(6)은 마스크(12)를 통해 디스플레이 스크린(10)으로 전자빔(7,8,9)을 방출하며, 이로 인해 인광체는 빛을 방출할 것이다. 전자빔은 적당한 마스크-스크린 거리에서 전자빔이 해당 컬러의 인광체에만 충돌할 수 있도록 작은 상호각을 갖는다. 편향 장치(11)에 의해 전자빔이 체계적으로 디스플레이 스크린(10)에 주사할 수 있다.

본 출원에서, 전자총이라는 용어는 넓은 의미를 갖는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 이것은 도 1에 제시되고 앞서 기술된 것과 같은 컬러 화상 음극선관의 전자총을 지칭할 수 있다. 다른 예는 전자총이 하나의 전자빔만을 만들어내는 흑백 음극선관이다. 본 발명은 또한 하나 이상의 전자빔을 생성하는 전자총을 포함하는 다른 유형의 디스플레이 장치에도 응용 가능하다. 본 출원에 대해서, 3 컬러의 전자총은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 생각되어서는 않된다.

전자총 시스템(6)은 도 2에 보다 상세히 도시된다. 이러한 전자총은 대개 삼극관(triode)으로 지칭되는 빔 생성 부분(20)을 포함한다. 이러한 삼극관은, 예를 들어 음극(미도시), 제 1 공통 전극(21) 및 제 2 공통 전극(31)의 3개의 직렬 전자 소스(three in-line electron source)로 구성된다. 대부분의 최근 전자총에서, 제 1 공통 전극(21)은 그리드 1(grid 1)(G1)로 지칭되고 접지되어있다; 제 2 공통 전극(31)(G2)은 대개 500 내지 1000V의 전위에 연결되어 있다. 또한 전자총은 빔-형성 부분 또는 미리 초점을 맞추는 부분(prefocusing section)(30)을 포함한다. 이러한 예에서, 상기 부분은 전극(31과 32)으로 구성되는데, 전극(32)은 초점 전극이며, 일반적으로 5kV 내지 9kV의 동작 전위가 제공된다. 전자총(6)의 주 렌즈 시스템(40)은 전자총의 주 초점맞춤 부분이다. 주 렌즈는 삼극관 부분에 의해 생성되는 것과 같이, 가상 물체의 초점이 맞추어진 상(image)을 만든다. 도 2의 주 렌즈 시스템(40)은, 제 1 전극(41), 최종 전극(45) 및 3개의 중간 전극(42,43,44)을 포함한다. 보다 일반적으로, 제 1전극과 최종 전극은 또한 초점 전극과 양극 전극으로 각각 지칭된다. 양극 전극에 대한 전형적인 작동 전압 범위는 25 내지 35kV이다. 주 렌즈 전압은 동작시 단계적으로 인가된다. 그리드(41-45)에 연결된 저항성 전압 분배기(46)를 사용해서 이것을 행할 수 있다. 중간 그리드(42,43,44)에 대한 선택 전위는 저항성 전압 분배기(46)의 탭(tap)을 적절하게 선택함으로써 얻어진다. 이러한 예에서, 주 렌즈 시스템에는 3개의 중간 전극이 제공된다. 여기서, 주 렌즈 시스템은 물론 다른 개수의 중간 전극을 가질 수 있다. 편의를 위해 3개의 중간 전극이 본 출원의 나머지 부분에서 사용된다.

대부분의 실제 예에서, 중간 전극은 도 3에 도시되는 바와 같이, 3개의 극판(plate)으로 제조된다. 예를 들어, 전극(42)은 극판(421,422와 423)의 조립품으로, 이것은 하나의 전극을 형성하기 위해 함께 결합된다. 이러한 중간 전극에 대한 몇몇 전형적인 크기는, 약 2mm의 총 두께와 약 4 내지 6mm의 구멍 크기이다. 물론, 다른 수의 극판으로 중간 전극을 결합하는 것도 또한 가능하다.

도 4a 내지 도 4d는 다른 실시예의 횡단면도이다. 전자총의 주 렌즈 부분만이 이들 도면에 도시된다.

도 4a에는, 본 발명에 따른 전자총의 일반적인 구성만이 나타나 있다. 이러한 도면 4a에서, 전극(44)의 구멍(54)은 전극(41,42,43과 45)의 구멍(51,52,53과 55)보다 더 작다. 따라서, 전극(41,42,43과 44) 사이에서 형성된 스트레이 전자는, 가장 작은 구멍(54)을 갖는 전극(44)에 의해 부분적으로 차단되고, 스크린 상에 보다 적은 스트레이 방출을 초래한다. 물론, 전극(44)에서 발생하는 스트레이 방출은, 전극(44)의 구멍(54)보다 큰 구멍(55)을 갖는 전극(45)을 여전히 통과할 수 있다. 그러나, 스트레이 방출 반응의 총체적인 효과는 여전히 절대적이다.

도 4b는 본 발명에 따른 전자총의 주 렌즈 시스템의 바람직한 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 가장 높은 자계 세기를 갖는 갭 다음에 오는 구멍이 보다 작게 만들어지기 때문에 바람직하다. 전기장의 세기가 전극(42와 43)사이에서 가장 높다고 가정하면, 전자의 전파 방향에서 봤을 때 전극(43)과 그 다음 전극의 구멍은, 전극(42)과 이전 전극의 구멍보다 작게 될 것이다. 두 전극 사이의 전기장 세기는, 전극 사이의 갭으로 나누어진 전극의 전압차로 나타난다. 가장 높은 자계의 세기를 갖는 갭에서, 이러한 갭 다음에 오는 전극에 대한 구멍 크기의 감소가 가장 효과적이도록 스트레이 전자는 보다 용이하게 형성될 수 있다.

다른 실시예에서, 구멍 크기는 도 4c에 도시되는 바와 같이, 연속된 전극에 대해 단계적으로 감소된다. 이러한 경우에, 각각의 다음 전극은 스트레이 전자의 수를 약간씩 감소시킨다.

도 4d는 많은 전자-광학적 이점을 갖는 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 최종, 즉 양극 전극의 구멍만이 감소된다. 이것은 대략 전극(44와 45)의 구멍 크기 비만큼 스트레이 방출의 감소를 초래한다. 일반적인 전자총의 주 렌즈 시스템의 전자-광학적 설계에서, 반사된 주 렌즈 부분을 사용하는 것이 흔히 바람직하다. 이것은, 초점 그리드와 양극 그리드가 총 부분의 동일한 배치(batch)로부터 얻어짐을 의미한다. 반사된 렌즈 부분이 사용되면, 전자총에서 화상의 선명도를 감소시키는 몇몇 원치 않는 확산 소스(source of spread)가 제거된다는 사실에서 상기 이점을 발견할 수 있다. 예를 들어, 앞에서 언급한 확산 소스는 자유 낙하 에러(free fall error), 빔 변위 및 코어-헤이즈 비대칭(core-haze asymmetry)이다. DML 유형의 전자총에서, 동일한 배치의 전극을 사용함으로써, 이러한 확산 소스 제거 효과를 얻는 것이 가능하다. 전극(45)만이 더 작은 구멍을 갖고 전극(41,42,43과 44)은 동일한 배치인 경우에, 이러한 확산 소스 제거 효과는 부분적으로 실현된다. 전자-광학적 확산 소스의 제거는, 상술된 도 4b와 4c에서 도시되는 바와 같은 실시예들에 대한 이 실시예의 이점이다.

요약하면, 초점 전극(41)과 양극 전극(45) 사이에 하나 이상의 중간 전극(42,43,44)을 갖는 주 렌즈 시스템을 포함하는 전자총에서 스트레이 방출을 감소시키는 것이 가능하다고 할 수 있다. 초점 전극 다음에 오는 주 렌즈 시스템의 하나 이상의 구멍이 초점 전극의 구멍보다 작은 구멍을 갖는다면, 스트레이 방출이 감소된다. 최적의 스트레이 방출의 경우는, 주 렌즈 시스템의 모든 구멍을 설계함으로써 발견될 수 있다. 본 발명에 따른 전자총을 제조하기 위해서는, 구멍을 통해 전극을 핀(pin)의 중심에 위치시키는 것이 더 이상 가능하지 않기 때문에, 전자총 장착을 위해서는 외부 기준계를 갖는 것이 유리하다.

전술한 관점에서 볼 때, 첨부된 청구 범위에 의해 이후 정의된 바와 같이 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 그래서 본 발명은 제공된 예들에 한정되지 않는다는 점은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (5)

1. 하나 이상의 전자빔을 생성하기 위한 부분과 전자빔의 전파 방향에서 볼 때, 제 1 전극, 최종 전극 및 하나 이상의 중간 전극을 갖는 주 렌즈 시스템을 포함하는 전자총으로서, 상기 각 전극은 상기 전자빔을 통과시키고, 선택된 자계의 세기를 갖는 갭(gap)만큼 서로 분리되는 하나 이상의 구멍을 가지며, 상기 하나 이상의 갭은 가장 높은 자계의 세기를 가지며, 주 렌즈 전압은 전자-광학 초점맞춤 렌즈(electron-optical focusing lens)를 형성하기 위해서 동작시 상기 전극을 가로질러 단계적으로(step-wise)인가되는, 전자총에 있어서,

   각 전자빔에 대해서, 상기 제 1 전극 다음에 오는 하나 이상의 전극에서의 상기 구멍은 상기 제 1 전극의 상기 구멍보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 전자총.
2. 제 1항에 있어서, 각 전자빔에 대해서, 상기 가장 높은 자계 세기를 갖는 상기 갭 다음에 오는 상기 전극의 구멍은 상기 가장 높은 자계 세기를 갖는 상기 갭 이전의 구멍보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 전자총.
3. 제 1항에 있어서, 각 전자빔에 대해서, 연속적인 전극의 구멍은 상기 제 1 전극에서 상기 최종 전극으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는, 전자총.
4. 제 1항에 있어서, 각 전자빔에 대해서, 상기 최종 전극의 구멍은 상기 주 렌즈 시스템의 상기 이전의 전극의 구멍보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 전자총.
5. 제 1항의 전자총이 제공된 디스플레이 장치.