KR20020002264A - 음극선관장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음극선관장치에 관한 것으로, 특히 형광체 스크린 주변부에서 빔 스폿형상의 타원 일그러짐을 개량하여 양호한 화질을 안정하게 공급하도록 이루어진 컬러음극선관장치에 관한 것으로서, 주렌즈는 제 2 세그먼트(G5-2), 제 6 그리드(G6) 및 이들 사이에 배치된 부가전극(GM)에 의해 구성되고, 제 2 세그먼트 및 제 6 그리드에는 각각 일정한 제 1 레벨의 고정전압 및 제 2 레벨의 고정전압이 인가되고, 부가전극에는 제 1 레벨과 제 2 레벨 사이의 제 3 레벨의 전압을 인가하고, 또한 전자빔의 편향량의 증대에 따라서, ((부가전극 인가전압)-(포커스전극 인가전압))/((애노드전극 인가전압)-(포커스전극 인가전압))의 값을 변화시키는 전압을 인가하고, 주렌즈의 전단(前段)에 배치된 제 3 그리드(G3) 내지 제 1 세그먼트(G5-1)에 의해 형성되는 보조렌즈는 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 집속작용이 저하하는 것을 특징으로 한다.

Description

음극선관장치{CATHODE RAY TUBE APPARATUS}
본 발명은 음극선관장치에 관한 것으로, 특히 형광체 스크린 주변부에서 빔 스폿형상의 타원 일그러짐을 개량하여 양호한 화질을 안정하게 공급하도록 이루어진 컬러음극선관장치에 관한 것이다.
현재, 주류의 셀프 컨버젼스·인라인형 컬러음극선관장치는 동일 수평면상을 통과하는 일렬 배치의 3전자빔을 방출하는 인라인형 전자총구체와, 이 전자총구체로부터 방출된 전자빔을 편향하는 비균일한 편향자계를 발생하는 편향요크를 구비하고 있다. 이 편향자계는 핀쿠션형의 수평편향자계와 배럴형의 수직편향자계에 의해 형성되고 있다. 이 편향자계는 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 전자빔을 수직방향으로 집속하고, 또한 수평방향으로 발산하는 등가적으로 4극자 렌즈로서의 작용이 강하다.
또, 전자총구체로부터 형광체 스크린까지의 거리는 전자빔이 형광체 스크린 중앙부에서 주변부로 편향됨에 따라서 길어진다. 이 거리차에 의해 형광체 스크린 중앙부에 전자빔을 포커스시킨 경우, 형광체 스크린 주변부에서는 전자빔은 디포커스한다.
따라서, 형광체 스크린 주변부에서의 빔스폿은 수평방향에 대해서는 편향자계의 발산작용과 상술한 거리차에 의한 디포커스가 서로 상쇄되어 최적 포커스가 되지만, 수직방향에 대해서는 편향자계에 의한 집속작용과 거리차에 의한 디포커스가 가해져 과집속상태가 된다. 이 때문에 형광체 스크린상에 형성되는 빔스폿은 중앙부에 있어서 거의 진원(眞圓)인 것에 대하여 주변부에 있어서 수평방향으로 가로길이가 긴 고휘도부(코어)와 수직방향으로 연장한 저휘도부(헤일로)를 수반한다. 이에 의해 형광체 스크린 주변부에서 해상도는 크게 열화한다.
이 문제를 해결하기 위해서 일본 특개소 61-99249호 공보에서는 DAF(Dynamic Astigmatism and Focus)형 전자총구체가 개시되어 있다. 이 전자총구체의 특징은 포커스전극인 제 3 그리드를 제 1 세그먼트(G3-1)와 제 2 세그먼트(G3-2)에 의해 구성하고, 제 1 세그먼트(G3-1)의 제 2 세그먼트(G3-2)측의 전자빔 통과구멍형상을 세로로 길게 하고, 제 2 세그먼트(G3-2)의 제 1 세그먼트(G3-1)측의 전자빔 통과구멍형상을 가로로 길게 하고 있다. 또한, 제 2 세그먼트(G3-2)에는 전자빔의 편향량의 변화에 따라서 파라볼라형상으로 변화하는 교류성분을 중첩한 다이나믹전압이 공급되는 구조로 하고 있다.
이에 의해 전자빔이 편향됨에 따라서 제 1 세그먼트와 제 2 세그먼트와의 사이에 전위차가 생긴다. 이 전위차는 제 1 세그먼트와 제 2 세그먼트의 사이에 전자빔을 수평방향으로 집속하고 또한 수직방향으로 발산하는 4극자 렌즈를 형성한다. 이 4극자 렌즈는 전자빔의 편향에 따라 생기는 편향수차를 보상하고 있다. 또, 제 2 세그먼트에 다이나믹전압이 공급되기 때문에, 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 주렌즈의 집속작용이 약해진다. 이 때문에 상술한 거리차에 의해 생기는디포커스도 동시에 보정하고 있다.
그러나, 이 전자총구체에는 2개의 문제가 있다. 하나는 전자빔이 편향됨에 따라서 전자총구체로부터 형광체 스크린까지의 거리가 장대하고, 이에 의해 스폿직경이 확대하는 문제이다. 또 하나는 전자빔이 편향됨에 따라서 형광체 스크린 상에 형성되는 빔스폿이 옆으로 찌그러지는 문제이다. 이들 두가지 영향에 의해 형광체 스크린의 주변부에 형성되는 빔스폿은 평균직경이 확대되는 동시에 형상이 일그러지는 상태가 된다.
이 전자총구체에 있어서 형광체 스크린 주변부에서 빔스폿직경이 확대되는 현상에 대해서 설명한다.
모델을 단순화하기 위해 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 편향자계에 의한 4극자 렌즈성분 및 전자총구체에 형성되는 4극자 렌즈를 제외하고, 전자총구체로부터 형광체 스크린까지의 거리와 주렌즈강도만으로 설명한다.
형광체 스크린상의 빔스폿의 크기는 형광체 스크린으로의 입사각(αi)에 대한 전자총구체에서 전자빔 발생부로부터의 발산각(αo)의 비로 나타내지는 배율(M)에 의존하고 있다. 즉, 배율(M)은
M=(발산각(αo)/입사각(αi)
으로 나타낼 수 있다.
도 8a에 도시한 바와 같이 형광체 스크린의 중앙부에 전자빔을 집속한 경우, 물점(0)에서 수평방향(X) 및 수직방향(Y)에 발산각(αo)으로 출사한 전자빔은 주렌즈(20)에 의해 집속되고, 형광체 스크린상에서 수평방향(X) 및 수직방향(Y)에 입사각(αi(1))으로 입사한다. 이 때 배율을 “M(1)”으로 하면 M(1)은
M(1)=αo/αi(1)
로 나타낼 수 있다.
도 8b에 도시한 바와 같이 형광체 스크린의 주변부에 전자빔을 편향한 경우, 전자총구체로부터 형광체 스크린까지의 거리가 장대화한다. 물점(O)에서 수평방향(X) 및 수직방향(Y)에 발산각(αo)으로 출사한 전자빔은 주렌즈에 의해 집속된다. 일본 특개소 61-99249호 공보에 개시된 전자총구체에서는 주렌즈의 집속력을 약하게 함으로써 초점(焦點)거리를 연장하고 있다. 주렌즈에 의해 집속된 전자빔은 형광체 스크린 상에 수평방향(X) 및 수직방향(Y)에 입사각(αi(2))으로 입사한다. 이 경우 배율을 “M(2)”로 하면, M(2)는
M(2)=αo/αi(2)
로 나타낼 수 있다. 물점(O)에서 주렌즈까지의 거리는 일정하기 때문에 주렌즈로부터 형광체 스크린까지의 거리(초점거리)가 길어질수록 αi(2)가 작아진다.
따라서, αi(1)>αi(2)이기 때문에
M(1)<M(2)가 된다.
즉, 초점거리를 주렌즈강도에 따라서 변화시키는 경우, 초점거리가 길어질 수록 배율(M)이 커지고, 형광체 스크린상에 형성되는 스폿직경이 확대된다. 이 때문에 일본 특개소 61-99249호 공보의 전자총구체에서는 형광체 스크린 주변부에 형성되는 빔스폿의 평균 스폿직경이 중앙부에 형성되는 평균 스폿직경에 대하여 확대된다.
다음에 전자빔이 화면 주변부에서 가로로 길게 일그러지는 현상에 대하여 동일하게 광학렌즈 모델을 이용하여 설명한다. 전자빔의 수평방향 배율을 “Mx”, 수직방향 배율을 “My”로 한다. Mx, My는 각각
Mx(수평방향배율)=αox(수평발산각)/αix(수평입사각)
My(수직방향배율)=αoy(수직발산각)/αiy(수직입사각)
으로 나타낼 수 있다.
무편향시에 있어서는 도 8a에 도시한 바와 같이 물점(O)을 수평방향(X) 및 수직방향(Y)으로 발산각(αo)으로 출사한 전자빔은 비점수차를 갖지 않는 주렌즈(20)로 집속되고, 형광체 스크린 상에 수평방향(X) 및 수직방향(Y)에 입사각(αi(1))으로 입사한다. 이 경우, 수평방향 배율(Mx)은 수직방향 배율(My)과 같고, 진원의 빔스폿이 형성된다.
편향시에 있어서는 도 8c에 도시한 바와 같이 편향자계에 의한 4극자 렌즈성분(30)과 이것을 보정하는 4극자 렌즈(21)가 새롭게 형성된다. 이것에 의해 물점(O)을 수평방향(x) 및 수직방향(y)에 발산각(αo)으로 출사한 전자빔은 4극자 렌즈(21), 주렌즈(20) 및 편향자계에 의한 4극자 렌즈성분(30)에 의해 형광체 스크린 상에 수평방향(X)으로 입사각(αix(3)), 수직방향(Y)에 입사각(αiy(3))으로 입사한다. 이 경우, 수평방향 배율(Mx(3)) 및 수직방향 배율(My(3))은 각각
Mx(3)=αo/αix(3)
My(3)=αo/αiy(3)
으로 나타낼 수 있다. 이 때, 도 8c에서도 알 수 있듯이,
αix(3)<αiy(3)
이 된다. 따라서 수평방향 배율(Mx(3))과 수직방향 배율(My(3))의 관계는
Mx(3)>My(3)
이 된다. 즉, 형광체 스크린의 주변부에 형성되는 빔스폿은 가로로 길어진다.
이 문제는 편향자계에 의해 생기는 비점수차를 편향자계에서 떨어진 위치에 있는 4극자 렌즈에서 보상하기 때문에 발생한다. 형광체 스크린 주변부에서 빔스폿이 가로로 길게 되는 것은 억제하기 위해서는 편향자계와 편향자계에 의해 생기는 비점수차를 보상하는 4극자 렌즈 사이의 거리를 단축하는 것이 필요하게 된다.
상술한 바와 같이 음극선관장치의 화질을 양호하게 하기 위해서는 형광체 스크린 전면(全面)에서 빔스폿의 형상을 균일하게 할 필요가 있다. 이 때문에 전자빔의 편향량이 증대함에 따라서 전자총구체-형광체 스크린간 거리가 확대됨으로써 생기는 디포커스와, 편향자계에 의한 비점수차를 동시에 보상하는 것이 요구된다.
일본 특개소 61-99249호 공보로 대표되는 종래의 전자총구체에서는 주렌즈의 저전압측 전극에 적당한 파라볼라형상의 다이나믹전압을 인가하여 주렌즈강도를 가변하고 디포커스를 보정하는 동시에 동적으로 변화하는 4극자 렌즈를 형성하여 편향자계에 의한 비점수차를 보정하고 있다.
그러나, 형광체 스크린 중앙부의 빔스폿을 거의 진원으로 하면 형광체 스크린 주변부의 빔스폿형상은 현저한 가로 일그러짐을 생기게 하고, 또한 평균직경이 커진다.
형광체 스크린 주변부에서 빔스폿이 옆으로 찌그러지게 되는 현상은 편향자계의 비점수차를 주렌즈보다 음극측에 있는 4극자 렌즈에 의해 보상하면, 편향자계에 의한 4극자 렌즈 성분과 전자총구체 내의 4극자 렌즈의 거리가 떨어져 있기 때문에 수평방향 배율(Mx)과 수직방향 배율(My)의 차이가 커지기 때문에 발생한다.
또, 전자빔을 형광체 스크린 주변부로 편향함에 따라서 생기는 디포커스를 주렌즈 강도를 변화시켜 보상하고 있기 때문에 형광체 스크린 주변부에서의 배율이 중앙부에서의 배율과 비교하여 커진다. 이 때문에 형광체 스크린 주변부에서의 빔스폿 평균직경이 확대된다.
본 발명은 상술한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로 그 목적은 형광체 스크린 전면(全面)에서 균일한 형상의 빔스폿을 형성할 수 있는 음극선관장치를 제공하는 데에 있다.
도 1은 본 발명의 음극선관장치에 적용되는 전자총구체의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 수평단면도,
도 2a는 도 1에 도시한 전자총구체에 적용되는 부가전극의 구조를 개략적으로 나타내는 정면도,
도 2b는 도 1에 도시한 전자총구체에 적용 가능한 다른 부가전극의 구조를 개략적으로 나타내는 정면도,
도 3은 본 발명의 음극선관장치의 한 실시형태에 관한 컬러음극선관장치의 구성을 개략적으로 나타내는 수평단면도,
도 4a는 회전 대칭인 바이포텐셜형 렌즈의 수평수직 단면도와 등전위면을 나타낸 도면,
도 4b는 회전대칭 바이포텐셜 렌즈의 사이에 부가전극을 배치하고, 4극자 렌즈가 동작하지 않는 경우의 수평수직 단면도와 등전위면을 나타낸 도면,
도 5는 도 1에 도시한 전자총구체에 있어서 주렌즈 내의 4극자 렌즈를 동작시킨 경우의 수평수직 단면도와 등전위면을 나타낸 도면,
도 6a는 도 1에 도시한 전자총구체에 있어서 전자빔을 형광체 스크린의 중앙부에 집속하는 무편향시의 렌즈작용을 설명하기 위한 광학 렌즈모델을 나타내는 도면,
도 6b는 전자총구체-형광체 스크린 사이 거리가 무편향시보다 확대된 경우의 렌즈작용을 설명하기 위한 광학 렌즈모델을 나타내는 도면,
도 6c는 전자빔을 형광체 스크린의 주변부를 향하여 편향한 편향시의 렌즈작용을 설명하기 위한 광학 렌즈모델을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 음극선관장치에서 형광체 스크린 상에 형성된 빔스폿의 일례를 나타내는 도면,
도 8a는 종래의 전자총에서 무편향 시의 렌즈작용을 설명하기 위한 광학렌즈 모델을 나타내는 도면,
도 8b는 전자총구체-형광체 스크린 사이 거리가 무편향시보다 확대된 경우의 렌즈작용을 설명하기 위한 광학렌즈모델을 나타내는 도면, 및
도 8c는 편향시의 렌즈작용을 설명하기 위한 광학 렌즈모델을 나타내는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 패널 2: 퍼넬
3: 형광체 스크린 4: 새도우마스크
5: 넥 6G: 센터빔
6B, 6R: 사이드빔 7: 전자총구체
8: 편향요크 20: 주렌즈
21, 22: 4극자 렌즈 23: 제 1 보조렌즈
24: 제 2 보조렌즈 30: 4극자 렌즈성분(비점수차 렌즈성분)
101: 분압저항기
본 발명의 추가적인 목적 및 이점은 다음의 설명에 따르고, 부분적으로는 상기 설명에서 명백해지거나 본 발명을 실행함으로써 알 수 있을 것이다. 상기 본 발명의 목적 및 이점은 이하에서 특히 강조되는 수단 및 결합에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.
명세서에서 구체화되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 적절한 실시예를 바로 나타내고, 상기한 개략적 설명 및 후술되는 적절한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 이론을 설명한다.
이하, 본 발명의 음극선관장치의 한 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 음극선관장치의 일례로서의 인라인형 컬러음극선관장치는 패널(1), 넥(5) 및 패널(1)과 넥(5)을 일체로 접합하는 깔대기형상의 퍼넬(2)로 이루어지는 외관용기를 갖고 있다. 패널(1)은 그 내면에 청, 녹, 적으로 발광하는 도트형상 또는 스트라이프형상으로 배치된 3색 형광체층으로 이루어지는 형광체 스크린(3)을 구비하고 있다. 섀도우마스크(4)는 그 내면에 다수의 전자빔 통과구멍을 갖고, 형광체 스크린(3)에 대향하여 배치되어 있다.
넥(5)은 그 내부에 배치된 인라인형 전자총구체(7)를 구비하고 있다. 이 전자총구체(7)는 동일 수평면상을 통과하는 센터빔(6G) 및 한쌍의 사이드빔(6B, 6R)으로 이루어지는 일렬 배치의 3전자빔(6B, 6G, 6R)을 방출한다.
편향요크(8)는 퍼넬(2)의 대직경부로부터 넥(5)에 걸쳐 장착되어 있다. 이 편향요크(8)는 전자총구체(7)로부터 방출된 3전자빔(6B, 6G, 6R)을 수평방향(X) 및 수직방향(Y)으로 편향하는 비균일한 편향자계를 발생한다. 이 비균일한 자계는 핀쿠션형 수평편향자계 및 배럴형 수직편향자계에 의해 형성된다.
전자총구체(7)로부터 방출된 3전자빔(6B, 6G, 6R)은 편향요크(8)가 발생하는 비균일 자계에 의해 편향되고, 섀도우마스크(4)를 통하여 형광체 스크린(3)을 수평방향 및 수직방향으로 주사한다. 이에 의해 컬러화상이 표시된다.
도 1에 도시한 바와 같이 전자총구체(7)는 수평방향(X)으로 일렬로 배치된 3개의 캐소드(K), 이들 캐소드(K)를 개별로 가열하는 3개의 히터(도시하지 않음) 및6개의 전극을 갖고 있다. 6개의 전극, 즉 제 1 그리드(G1), 제 2 그리드(G2), 제 3 그리드(G3), 제 4 그리드(G4), 제 5 그리드(G5)(포커스전극) 및 제 6 그리드(G6)(애노드전극)는 캐소드(K)로부터 형광체 스크린방향으로 차례로 배치되어 있다.
제 5 그리드(G5)는 캐소드(K)측에 배치된 제 1 세그먼트(G5-1)와 형광체 스크린측에 배치된 제 2 세그먼트(G5-2)에 의해 구성되어 있다. 또, 전자총구체(7)는 제 5 그리드(G5)의 제 2 세그먼트(G5-2)와 제 6 그리드(G6)의 기하학적 중심, 즉 제 2 세그먼트(G5-2)와 제 6 그리드(G6)로부터 등거리의 위치에 배치된 부가전극(GM)을 갖고 있다. 이들 히터, 캐소드(K) 및 복수의 전극은 한쌍의 절연지지체(도시하지 않음)에 의해 일체로 고정되어 있다.
제 1 및 제 2 그리드(G1, G2)는 각각 일체 구조의 판형상 전극에 의해 구성되어 있다. 이들 판형상 전극은 3개의 캐소드(K)에 대응하여 수평방향으로 일렬로 형성된 3개의 원형전자빔 통과구멍을 갖고 있다. 제 3 그리드(G3) 및 제 4 그리드(G4)는 일체 구조의 통형상 전극에 의해 구성되어 있다. 이들 통형상 전극은 그 양단에 3개의 캐소드(K)에 대응하여 수평방향으로 일렬로 형성된 3개의 원형전자빔 통과구멍을 갖고 있다. 제 5 그리드(G5)의 제 1 및 제 2 세그먼트(G5-1, G5-2) 및 제 6 그리드(G6)는 일체 구조의 통형상 전극에 의해 구성되고 있다. 이들 통형상 전극은 그 양단에 3개의 캐소드(K)에 대응하여 수평방향으로 일렬로 형성된 3개의 원형 전자빔 통과구멍을 갖고 있다.
부가전극(GM)은 도 2a에 도시한 바와 같이 3개의 캐소드(K)에 대응하여 수평방향으로 일렬로 형성된 수평방향(X)을 장축으로 하는 3개의 비원형 전자빔 통과구멍을 갖고 있다. 또는 이 부가전극(GM)은 도 2b에 도시한 바와 같이 3전자빔 공통의 수평방향(X)을 장축으로 하는 1개의 비원형 전자빔 통과구멍을 갖고 있어도 좋다.
이러한 구성의 전자총구체(7)에 있어서 캐소드(K)에는 약 150V의 직류전압에 영상신호가 중첩된 전압이 인가된다. 제 1 그리드(G1)는 접지되고 있다. 제 2 그리드(G2)에는 약 600V의 직류전압이 인가된다. 제 5 그리드(G5)의 제 2 세그먼트(G5-2)에는 전자빔의 편향량에 상관없이 약 6kV 내지 10kV로 일정한 고정전압이 인가된다. 제 6 그리드(G6)에는 전자빔의 편향량에 상관없이 약 25kV 내지 35kV로 일정한 양극전압이 인가된다.
제 3 그리드(G3)는 관내에서 제 5 그리드(G5)의 제 1 세그먼트(G5-1)에 전기적으로 접속되어, 소정의 직류전압에 파라볼라형상으로 변화하는 교류전압성분이 중첩된 다이나믹전압이 인가된다. 이 교류전압성분은 편향요크에 공급되는 톱니형상의 편향전류에 동기하고 또한 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 파라볼라형상으로 상승한다.
이 다이나믹전압은 전자빔을 형광체 스크린의 중앙부에 집속하는 무편향 시에는 최저가 되고, 전자빔을 형광체 스크린의 코너에 편향하였을 때에 최고가 된다. 단, 이 다이나믹전압은 무편향 시에 있어서 제 5 그리드(G5)의 제 2 세그먼트(G5-2)에 인가되는 전압보다 낮고, 또한 전자빔을 형광체 스크린의 코너에 편향하였을 때라도 제 2 세그먼트(G5-2)에 인가되는 전압 이상이 되지 않도록 설정되어 있다.
제 4 그리드(G4)는 관내에서 부가전극(GM)에 전기적으로 접속되어, 도 1에 도시한 바와 같이 전자총구체(7)에 따라서 배치된 분압저항기(101)에 의해 제 6 그리드(G6)에 인가되는 양극전압을 분압한 전압이 인가된다. 이들 제 4 그리드(G4) 및 부가전극(GM)에 인가되는 전압은 제 2 세그먼트(G5-2)에 인가되는 전압(포커스전압)보다 높고, 제 6 그리드(G6)에 인가되는 전압(애노드전압)보다 낮은 전압이다. 여기에서는 이들 제 4 그리드(G4) 및 부가전극(GM)에 인가되는 전압은 포커스전압을 애노드전압의 중간전위로 설정되고 있다.
전자총구체(7)는 각 그리드에 상술한 바와 같은 전압을 인가함으로써 전자빔 발생부, 프리포커스렌즈, 제 1 보조렌즈, 제 2 보조렌즈 및 주렌즈를 형성한다.
전자빔 발생부는 캐소드(K), 제 1 그리드(G1) 및 제 2 그리드(G2)에 의해 형성된다. 이 전자빔 발생부는 전자빔을 발생하고, 또한 주렌즈에 대한 물점을 형성한다. 프리 포커스렌즈는 제 2 그리드(G2) 및 제 3 그리드(G3)에 의해 형성된다. 이 프리 포커스렌즈는 전자빔 발생부로부터 발생된 전자빔을 예비 집속한다.
제 1 보조렌즈는 제 3 그리드(G3)(제 1 전극), 제 4 그리드(G4)(제 2 전극) 및 제 5 그리드(G5)의 제 1 세그먼트(G5-1)(제 3 전극)에 의해 형성된다. 이 제 1 보조렌즈는 프리 포커스렌즈에 의해 예비 집속된 전자빔을 다시 예비 집속한다. 제 2 보조렌즈는 제 5 그리드(G5)의 제 1 세그먼트(G5-1) 및 제 2 세그먼트(G5-2)에 의해 형성된다. 이 제 2 보조렌즈는 제 1 보조렌즈에 의해 예비 집속된 전자빔을 다시 집속한다.
주렌즈는 제 5 그리드(G5)의 제 2 세그먼트(G5-2)(포커스전극), 부가전극(GM) 및 제 6 그리드(G6)(애노드전극)에 의해 형성된다. 이 주렌즈는 최종적으로 전자빔을 형광체 스크린 상에 집속한다. 무편향시에는 부가전극(GM)은 주렌즈의 기하학적 중심에 위치하고, 제 2 세그먼트(G5-2)의 인가전압과 제 6 그리드(G6)의 인가전압과의 중간전압이 인가되기 때문에, 비점수차가 없는 BPF형 주렌즈를 형성한다. 또, 편향시에는 주렌즈는 제 2 세그먼트(G5-2)와 제 6 그리드(G6)의 사이에 배치된 부가전극(GM)에 의해 그 내부에 4극자 렌즈를 형성한다.
우선, 무편향시에서 렌즈작용에 대하여 광학모델을 이용하여 설명한다.
즉, 도 6a에 도시한 바와 같이 주렌즈(20)의 전단(前段)에 제 1 보조렌즈(23) 및 제 2 보조렌즈(24)가 형성된다. 이들 제 1 및 제 2 보조렌즈(23, 24)는 수평방향(X) 및 수직방향(Y)에서 집속작용을 갖는다. 물점(O)에서 수평방향(X) 및 수직방향(Y) 모두 발산각(αo)으로 출사한 전자빔은 제 1 보조렌즈(23) 및 제 2 보조렌즈(24)에 의해 예비 집속되고, 또한 주렌즈(20)에 의해 집속된다. 이 전자빔은 수평방향(X) 및 수직방향(Y) 모두 입사각(αi(5))으로 형광체 스크린에 입사한다. 이 때의 배율을 “M(5)”로 하면,
M(5)=αo/αi(5)
가 된다. 이 경우, 수평방향(X) 및 수직방향(Y) 모두 대칭이 되기 때문에, 형광체 스크린 중앙부에 집속된 전자빔의 빔스폿직경은 수평방향직경 및 수직방향직경이 같고, 거의 진원이 된다.
이어서 편향시에서 전자총구체-형광체 스크린 사이 거리가 확대하였을 때의디포커스 보상에 대해서 설명한다.
전자빔을 형공체 스크린의 주변부를 향하여 편향한 경우, 제 3 그리드(G3) 및 제 5 그리드(G5)의 제 1 세그먼트(G5-1)에는 전자빔의 편향량의 변화에 따라서 변화하는 다이나믹전압이 인가된다. 제 4 그리드(G4)는 분압저항기(101)를 통하여 제 3 그리드(G3)보다 고위의 전압이 공급된다. 제 4 그리드(G4)에는 제 3 그리드(G3)와 제 1 세그먼트(G5-1)의 정전용량을 통하여 파라볼라형상의 교류성분이 유도된다. 이 때, 유도되는 유도전압을 구한다.
제 3 그리드(G3)-제 4 그리드(G4) 사이의 정전용량을 “C4”, 제 4 그리드(G4)-제 1 세그먼트(G5-1) 사이의 정전용량을 “C5”로 한다. 제 4 그리드(G4)는 부가전극(GM)에 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 제 2 세그먼트(G5-2)-부가전극(GM)사이의 정전용량(C6), 부가전극(GM)-제 6 그리드(G6) 사이의 정전용량(C7)도 제 4 그리드(G4)에 유도되는 유도전압에 영향을 미친다.
제 3 그리드(G3) 및 제 1 세그먼트(G5-1)에 인가되는 다이나믹전압을 “Vd”로 하면, 제 4 그리드(G4)에 유도되는 유도전압 “V4”는
V4=(C4+C5)/(C4+C5+C6+C7)*Vd
로 나타낼 수 있다. 여기에서 C4=C5=C6=C7인 경우,
V4=Vd/2
가 된다. 따라서, 제 4 그리드(G4)에는 다이나믹전압(Vd)의 절반의 전압이 유도된다. 제 3 그리드(G3) 및 제 1 세그먼트(G5-1)에는 다이나믹전압(Vd)이 인가되고, 전자빔의 편향량이 증대함에 따라서 제 4 그리드(G4)와의 전위차가 작아진다. 이 때문에 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 제 3 그리드(G3), 제 4 그리드(G4) 및 제 1 세그먼트(G5-1)에서 형성되는 제 1 보조렌즈(23)의 렌즈강도는 약해진다. 즉, 제 1 보조렌즈(23)의 수평방향(X) 및 수직방향(Y)의 집속작용은 전자빔의 편향량이 증대함에 따라서 저하한다.
또, 제 1 세그먼트(G5-1)에는 다이나믹전압(Vd)이 인가되고, 전자빔의 편향량이 증대함에 따라서 제 2 세그먼트(G5-2)와의 전위차가 작아진다. 이 때문에 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 제 1 세그먼트(G5-1)와 제 2 세그먼트(G5-2)로 형성되는 제 2 보조렌즈(24)의 렌즈강도는 약해진다. 즉, 제 2 보조렌즈(24)의 수평방향(X) 및 수직방향(Y)의 집속작용은 전자빔의 편향량이 증대함에 따라서 저하한다.
이 디포커스 보상에 대해서 도 6b에 도시한 광학모델을 이용하여 설명한다. 도 6b는 도 6a에 대하여 전자총구체-형광체 스크린 사이 거리를 확대하고 있다. 이 전자총구체의 특징은 전자총구체-형광체 스크린 사이 거리를 확대하는 것에 의한 디포커스 보상을 주렌즈(20)의 캐소드측에 배치한 제 1 보조렌즈(23) 및 제 2 보조렌즈(24)의 렌즈강도를 변화시켜 실시하고 있는 점이다.
물점(O)에서 수평방향(X) 및 수직방향(Y) 모두 발산각(αo)으로 출사한 전자빔은 제 1 보조렌즈(23) 및 제 2 보조렌즈(24)로 예비 집속되지만, 이 2개의 보조렌즈(23, 24)는 도 6a에서 도시한 무편향 시보다 렌즈강도가 약해진다. 이 2개의 보조렌즈(23, 24)의 렌즈강도가 약해지기 때문에 주렌즈(20)에 입사하는 전자빔 직경은 도 6a에 도시한 경우보다 확대된다. 주렌즈(20)의 렌즈강도는 항상 일정하기때문에 전자총구체-형광체 스크린 사이 거리가 확대된 경우, 전자빔은 형광체 스크린 상에 수평방향(X) 및 수직방향(Y) 모두 입사각(αi(6))으로 입사한다. 따라서, 배율(M(6))은
M(6)=αo/αi(6)
이 된다. 형광체 스크린에 입사되는 전자빔의 입사각(αi(6))은 도 6a에 도시한 경우의 형광체 스크린으로의 입사각(αi(5))과 거의 동등하게 할 수 있기 때문에 편향시에서 배율(M(6))은 무편향시에서의 배율(M(5))과 거의 같게 된다.
이 때문에 전자총구체-형광체 스크린 사이 거리 확대에 의한 렌즈배율 열화를 거의 해소할 수 있다.
다음에 주렌즈 내에 4극자 렌즈를 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
우선, 무편향시에 있어서 제 2 세그먼트(G5-2), 부가전극(GM) 및 제 6 그리드(G6)로 형성되는 주렌즈는 도 4b에 도시한 바와 같은 전계에 의해 형성된다. 도 4b에 도시한 바와 같은 전계는 도 4a에 도시한 바와 같은 제 2 세그먼트(G5-2)와 제 6 그리드(G6)의 2개의 전극으로 구성하는 주렌즈의 전계와 거의 동등하다.
즉, 부가전극(GM)은 제 2 세그먼트(G5-2)와 제 6 그리드(G6)의 기하학적 중심에 배치되고, 또한 제 2 세그먼트(G5-2)에 인가되는 포커스전압과 제 6 그리드(G6)에 인가되는 애노드전압의 중간 전압을 인가하고 있다. 이 때문에 부가전극(GM)과 제 2 세그먼트(G5-2)의 사이에 형성되는 전자렌즈와 부가전극(GM)과 제 6 그리드(G6)의 사이에 형성되는 전자렌즈의 균형이 잡히고 있다. 이 상태의 경우, 부가전극(GM)의 전자빔 통과구멍을 어떠한 형상으로 하여도 주렌즈를 형성하는전계에 영향을 주지 않는다. 따라서 주렌즈의 내부에 4극자 렌즈는 형성되지 않고, 주렌즈의 배율은 수평방향(X)과 수직방향(Y)에서 동일하게 되며, 도 7에 도시한 바와 같이 형광체 스크린의 중앙부에서는 거의 원형의 빔스폿이 형성된다.
이어서, 전자빔을 형광체 스크린의 주변부를 향하여 편향하는 편향시에 있어서, 상술한 바와 같이 제 4 그리드(G4)에는 다이나믹전압(Vd)의 절반의 전압(Vd/2)이 유도된다. 당연히 이 제 4 그리드(G4)에 접속된 부가전극(GM)에도 다이나믹전압(Vd)의 절반의 전압(Vd/2)이 유도된다. 한편, 제 2 세그먼트(G5-2) 및 제 6 그리드(G6)에는 항상 일정 전압이 인가되고 있다. 무편향시에 있어서 부가전극(GM)의 전압을 “EcM1”로 하고, 제 2 세그먼트(G5-2) 및 제 6 그리드(G6)의 전압을 각각 “Ec52”, “Ec6”로 하면,
EcM1=(Ec52+Ec6)/2
가 된다. 부가전극전압(EcM1)이 이 상태에서는 부가전극(GM)의 전자빔 통과구멍 형상을 어떻게 하여도 주렌즈 내에 4극자 렌즈는 형성되지 않는다.
편향 시의 부가전극의 전압을 “EcM2”, 인가되는 다이나믹전압을 “Vd”로 하면,
EcM2=EcM1+Vd/2=(Ec52+Ec6)/2+Vd/2
가 된다. 이에 의해 제 2 세그먼트(G5-2)-부가전극(GM) 사이의 전위차와, 부가전극(GM)-제 6 그리드(G6) 사이의 전위차의 균형이 무너져 주렌즈의 내부에 4극자 렌즈를 형성하는 것이 가능해진다.
이 실시형태에서는 전자빔의 편향량이 증대함에 따라서 부가전극(GM)에 유도되는 전압이 커지고, 부가전극(GM)과 제 6 그리드(G6)의 사이의 전위차가 작아진다. 즉, 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 제 2 세그먼트(G5-2)-부가전극(GM) 사이의 전위차가 부가전극(GM)-제 6 그리드(G6) 사이의 전위차보다도 커진다.
이에 의해 제 2 세그먼트(G5-2)-부가전극(GM) 사이의 전위가 부가전극(GM)에 형성된 전자빔 통과구멍을 통하여 제 6 그리드(G6)측에 침투한다. 도 2a 또는 도 2b에 도시한 바와 같이 부가전극(GM)에 형성된 전자빔 통과구멍이 가로로 긴 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 주렌즈의 내부에 수평방향(X)으로 집속작용을 갖는 동시에 수직방향(Y)으로 발산작용을 갖는 4극자 렌즈를 형성하는 것이 가능해진다. 이에 의해 주렌즈의 렌즈작용은 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 수평방향(X)의 집속력보다 수직방향(Y)의 집속력이 저하하도록 변화한다.
이 렌즈작용을 도 6c에 도시한 바와 같은 광학모델을 이용하여 설명한다. 즉, 편향시에는 주렌즈(20)의 내부에 4극자 렌즈(22)가 형성되고, 편향자계에 의한 비점수차 렌즈성분(30)을 보상할 수 있다. 물점(O)에서 수평방향(X) 및 수직방향(Y) 모두 발산각(αo)으로 출사한 전자빔은 도 6a에 도시한 바와 같은 무편향시와 비교하여 렌즈강도가 약해진 제 1 보조렌즈(23) 및 제 2 보조렌즈(24)에 의해 예비 집속된다. 이 전자빔은 또한 주렌즈(20)에 의해 집속되고, 주렌즈(20)의 내부에 형성된 4극자 렌즈(22), 편향자계에 의한 비점수차 렌즈성분(30)을 통과하고, 수평방향(X) 및 수직방향(Y)에 각각 입사각(αix(7)), 입사각(αiy(7))으로 형광체 스크린의 주변부에 입사한다. 수평방향(X)의 배율을 “Mx(7)”, 수직방향(Y)의 배율을 “My(7)”로 하면, 이것은 각각
Mx(7)=αo/αix(7), My(7)=αo/αiy(7)
로 나타낼 수 있다.
여기에서 αix(7)<αiy(7)이 되지만, 주렌즈(20) 내에 형성한 4극자 렌즈(22)와 편향자계에 의한 비점수차 렌즈성분(30) 사이의 거리는 종래 일본 특개소 61-99249호 공보로 대표되는 전자총구체보다 가깝기 때문에, αix(7)과 αiy(7)의 차는 적다. 이 때문에 수평방향 배율(Mx(7))과 수직방향 배율(My(7))의 배율차가 축소된다.
상술한 바와 같이 이 전자총구체에서는 전자총구체-형광체 스크린간 거리를 확대하여도 거의 빔스폿형성은 열화되지 않는다. 따라서, 이러한 전자총구체를 이용한 경우, 형광체 스크린상에서 주변부에 형성된 빔스폿의 형상은 도 7에 도시한 바와 같이 거의 원형으로 하는 것이 가능해진다.
따라서, 형광체 스크린 상의 모든 영역에 걸쳐 빔스폿을 균일한 원형으로 하는 것이 가능해지고, 표시화상의 화질을 향상하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이 상술한 음극선관장치에 의하면, 전자빔의 진행방향에 따라서 차례로 배치된 포커스전극(제 5 그리드(G5)의 제 2 세그먼트(G5-2)와 애노드전극(제 6 그리드(G6))과, 이들 사이에 배치된 적어도 1개의 부가전극(GM)에 의해 주렌즈를 구성하는 전자총구체를 구비하고 있다. 포커스전극 및 애노드전극에는 각각 전자빔의 편향량에 상관없이 일정 포커스전압 및 애노드전압이 인가된다.
부가전극에는 양극전압을 분압하는 분압저항기를 통하여 포커스전압과 애노드전압 사이의 레벨의 전압이 인가된다. 즉, 전자빔을 형광체 스크린의 중앙부에집속하는 무편향시에 있어서, 전자빔 통과구멍 중심축상의 전위분포가 포커스전극 및 애노드전극에 의해 형성되는 바이포텐셜형 전자렌즈와 동등하게 되는 전압을 인가한다. 여기에서는 부가전극은 주렌즈의 기하학적 중심, 즉 포커스전극 및 애노드전극으로부터 각각 등거리의 위치에 배치되어 있다. 이 부가전극에 대하여 무편향시에는 포커스전압과 양극전압의 중간 레벨의 전압이 인가되고 있다. 이에 의해 부가전극에 형성된 전자빔 통과구멍이 비원형이라도 그 형상에 의한 4극자 효과는 없다. 즉, 포커스전극과 애노드전극에 의해 구성되는 주렌즈는 포커스전극 및 애노드전극의 2개 구성의 주렌즈와 거의 동등한 렌즈가 된다.
전자빔을 형광체 스크린 주변부를 향하여 편향하는 편향 시에 있어서 전자빔의 편향량의 증대에 따라서
((부가전극 인가전압)-(포커스전극 인가전압))/((애노드전극 인가전압)-(포커스전극 인가전압))
의 값을 변화시키는 전압이 부가전극에 인가된다.
이 때 동시에 주렌즈의 전단에 형성된 적어도 1개의 보조렌즈는 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 점차 집속작용이 저하한다.
즉, 주렌즈의 전단에서는 보조렌즈를 형성하기 위해서 전자빔의 진행방향을 따라서 차례로 제 1 전극(제 3 그리드(G3)), 제 2 전극(제 4 그리드(G4)) 및 제 3 전극(제 5 그리드(G5)의 제 1 세그먼트(G5-1))가 배치되어 있다. 부가전극은 제 2 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 전극은 제 3 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 전극 및 제 3 전극에는 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 변동하는 다이나믹전압이 인가되어 있다. 이 다이나믹전압은 전자빔의 편향량이 증대함에 따라서 파라볼라형상으로 증대하는 전압이다.
이 다이나믹전압은 제 1 전극-제 2 전극 사이의 정전용량과 제 2 전극-제 3 전극 사이의 정전용량을 통하여 제 2 전극에 전위를 유도한다. 따라서, 이 제 2 전극에 접속된 부가전극에도 전위가 유도된다.
한편, 포커스전극 및 애노드전극의 전위는 변동하지 않기 때문에 부가전극에 전위가 유도되면, 포커스전극-부가전극 사이의 전위차가 부가전극-애노드전극 사이의 전위차보다 커진다. 이에 의해 무편향시에서는 포커스전극-부가전극 사이 렌즈와 부가전극-애노드전극 사이 렌즈가 균형상태에 있는 주렌즈가, 편향시에서는 균형상태가 무너져 포커스전극-부가전극 사이 렌즈가 부가전극-애노드전극 사이 렌즈보다 강해진다.
즉, 부가전극의 포커스전극측 전위가 부가전극에 형성되는 전자빔 통과구멍을 통하여 애노드측에 침투한다. 이 상태에서 부가전극에 형성된 인라인방향 즉 수평방향에 장축을 갖는 가로로 긴 비원형의 전자빔 통과구멍을 조합시킴으로써 주렌즈 내에 4극자 렌즈를 형성하는 것이 가능해진다.
이 4극자 렌즈는 수평방향으로 집속작용을 갖는 동시에 수직방향으로 발산작용을 갖는다. 이렇게 주렌즈 내에 4극자 렌즈를 형성함으로써 주렌즈의 종합적인 렌즈작용은 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 수평방향의 집속력보다도 수직방향의 집속력이 약해지도록 변화한다.
이에 의해 편향자계에 의한 비점수차 렌즈성분과 전자총구체 내의 4극자 렌즈 사이의 거리가 단축되고, 이 편향자계에 의한 비점수차 렌즈를 편향 자계에 보다 가까운 주렌즈 내에 형성한 4극자 렌즈를 이용하여 보상하기 위해 전자빔의 수평방향과 수직방향의 배율차를 저감할 수 있다. 따라서, 형광체 스크린 주변부에서 빔스폿이 옆으로 찌그러지는 것을 개선할 수 있다. 또, 이 방법으로는 부가전극에 다이나믹전압의 절반 전압이 유도되고, 이 전압이 4극자 렌즈 형성의 기전압이 되기 때문에 4극자 렌즈의 감도를 향상하는 것이 가능해진다.
또, 형광체 스크린 주변부로 편향되기 위해서 생기는 디포커스를 주렌즈보다 캐소드측에 위치하는 보조렌즈의 렌즈강도를 가변하여 조정하기 때문에 편향에 따른 배율 열화가 적어진다.
따라서, 형광체 스크린의 전역에 걸쳐 균일한 빔스폿을 얻을 수 있고, 표시화면의 화질을 향상하는 것이 가능해진다.
해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 추가적인 이점 및 수정을 용이하게 생각할 수 있을 것이다.
그러므로, 더 폭넓은 측면에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 상세설명 및 대표적인 실시예에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부한 특허청구범위 및 그에 상당하는 것에 의해 한정된 바와 같은 개략적인 진보적 개념의 정신 또는 범주에서 벗어나지 않고서 다양한 수정을 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 형광체 스크린 전면에서 균일한 형상의 빔스폿을 형성할 수 있는 음극선관장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 전자빔을 발생하는 전자빔 발생부, 상기 전자빔 발생부로부터 발생된 전자빔을 예비 집속하는 적어도 1개의 보조렌즈 및 상기 보조렌즈에 의해 예비 집속된 전자빔을 형광체 스크린 상에 집속하는 주렌즈을 갖는 전자총구체와, 상기 전자총구체로부터 출사된 전자빔을 수평방향 및 수직방향으로 편향하는 편향자계를 발생하는 편향요크를 구비한 음극선관장치에 있어서,
    상기 전자총구체는 상기 주렌즈를 구성하며 전자빔의 진행방향에 따라서 차례로 배치된 포커스전극, 적어도 1개의 부가전극 및 애노드전극을 구비하고, 또한 상기 주렌즈를 구성하는 각 전극에 각각 소정의 전압을 인가하는 전압인가수단을 구비하며,
    상기 전압인가수단은 상기 포커스전극에는 항상 일정한 포커스전압을 인가하고, 상기 애노드전극에는 항상 일정하게 상기 포커스전압보다 높은 애노드전압을 인가하며, 상기 부가전극에는 상기 포커스전압보다 높고 상기 애노드전압보다 낮으며 또한 전자빔의 편향에 동기하여 변화하는 전압을 인가하고,
    상기 주렌즈는 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 수평방향의 집속력보다 수직방향의 집속력이 저하되도록 변화하며,
    상기 적어도 1개의 보조렌즈는 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 집속력이 저하되는 것을 특징으로 하는 음극선관장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주렌즈를 구성하는 각각의 전극은 전자빔을 통과하는 전자빔 통과구멍을 갖고,
    상기 전압인가수단은 전자빔을 형광체 스크린 중앙부에 집속하는 무편향시에 상기 부가전극에 대하여 전자빔 통과구멍 중심축 상의 전위분포가 상기 포커스전극 및 상기 애노드전극에 의해 형성되는 바이포텐셜형 전자렌즈와 대략 동등하게 되는 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 음극선관장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압인가수단은 상기 부가전극에 대하여 상기 애노드전극에 인가된 애노드전압을 분압하는 분압저항기를 통하여 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 음극선관장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 1개의 상기 보조렌즈는 전자빔의 진행방향에 따라서 차례로 배열된 제 1 전극, 제 2 전극, 제 3 전극에 의해 구성되며,
    상기 부가전극과 상기 제 2 전극이 전기적으로 접속되어 있고, 또한 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극이 전기적으로 접속되며,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 3 전극에는 전자빔의 편향량의 증대에 따라서 변동하는 다이나믹전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 음극선관장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가전극은 수평방향으로 장축을 갖는 가로로 긴 전자빔 통과구멍을 갖는 판형상 전극에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 음극선관장치.
KR10-2001-0037379A 2000-06-29 2001-06-28 음극선관장치 KR100409132B1 (ko)

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