KR20020020959A - 전자총의 집속 수차를 감소시키는 렌즈 구멍 구조 - Google Patents

Abstract

음극선관의 전자총의 주 렌즈가 제공된다. 주 렌즈는 전자총에 의하여 방사되는, 동일 평면의 평행한 복수의 전자빔을 수용한다. 렌즈는 표시면에 입사하는 복수의 집속축 각각을 따라 각각의 전자 빔을 집속한다. 제1격자전극은 복수의 전자빔에 대하여 실질적으로 수직으로 배치되고, 복수의 구멍을 포함한다. 각각의 구멍은 복수의 전자빔 각각을 집속하고, 각각의 구멍은 상기 집속축 각각에 중심을 두고 있고, 하기 수학식 1로 표현되는 형태를 갖는다:

[수학식 1]

또는

상기식에서

a 및 b는 수평 및 수직축에서의 길이로 정의되고,

θ는 원점(x=0, y=0)과 구멍의 가장자리의 어느 한 점 사이의 선의 x축에 대한 각도로 0˚에서 360˚까지 변하며, 지수 n은 타원형으로부터 벗어나는 정도를 결정하고, 1 ＜ n ＜ 2 이다. 복수의 구멍의 형태가 렌즈의 집속 수차를 감소시킨다.

Description

전자총의 집속 수차를 감소시키는 렌즈 구멍 구조 {LENS APERTURE STRUCTURE FOR DIMINISHING FOCAL ABERRATIONS IN AN ELECTRON GUN}

칼라 음극선관(CRT) 전자총의 주 렌즈 구조는 목적하는 축을 따라 방사된 전자빔을 집속하기 위한 한 쌍의 격자구조를 일반적으로 포함한다. 일반적으로, 제1격자구조는 제1전위 또는 "집속 전압"을 갖게 되고, 제2격자구조는 제2전위 또는 음극선관의 "스크린 전압"을 갖는다. 이 격자구조들은 각각 비슷한 형태의 세 개의 구멍을 포함한다. 각 격자전극의 구멍들은 실질적으로 정렬되어 있고, 목적하는 집속축에 중심을 두고 있다.

격자의 각 구멍은 전자총으로부터 대응하는 전자빔(적색, 녹색, 청색)을 수용하기 위하여 제공된다. 격자전극은 종종 큰 일반적 렌즈구조에 가려지기도 하고,또한 주 렌즈의 수차(abberation)를 줄이면서, 중심(가장 가운데 전자빔)과 외부총(가장 바깥쪽의 전자빔)간의 집속 특성의 차이를 드러낸다.

전자총의 스팟 형성(즉, 표심면에 접하고 있는 전자빔의 점의 형태)의 평가에 있어서 수차는 중요한 결정 요소이다. 특히, 수차는 빔의 크기가 가장 클때 주로 수평방향으로 스팟 광반현상이 생길 수 있다. 외부총에서는 스팟 수차가 불균형한 플레어를 생기게 하며, 이는 삼각형 모양으로 스팟을 형성한다.

격자전극에 사용되는 공지된 구멍 모양은 원형과 타원형이다. 외부 구멍은 공통된 높이를 가지지만 절반의 폭이 다른 반타원형쌍들로 종종 구성된다. 다이아몬드 형 구멍 역시 알려져 있다. 타원형이든 다이아몬드형이든 구멍 모양은 수평 및 수직 차원들로 설계된다. 이러한 차원들은 기본적으로 수직 및 수평의 집속전압을 정하는데 이용되기 때문에, 기존의 모양들은 렌즈의 수차의 크기가 구멍 중심 주위의 각의 함수로서 어떻게 변화하는지에 대한 제어를 거의 제공하지 않는다.

따라서, 집속 수차를 줄이기 위해 새로운 구멍 모양이 필요하다.

[발명의 요약]

본 발명은 음극선관의 전자총의 주 렌즈를 포함한다. 주 렌즈는 빔형성부에 의하여 방사되는, 실질적으로 평행한 복수의 전자빔을 수용한다. 렌즈는 표시면에 입사하는 복수의 집속축 각각을 따라 각각의 전자 빔을 집속한다. 제1격자전극은 복수의 전자빔에 대하여 실질적으로 수직으로 배치된다. 격자전극은 복수의 구멍을 포함하고, 각각의 복수의 전자빔 각각을 집속한다. 각각의 구멍은 상기 집속축각각에 중심을 두고 있고, 하기 수학식 1로 표현되는 형태를 갖는다:

[수학식 1]

또는

상기식에서

원점(x=0, y=0)은 구멍의 중심에 위치하고,

x축은 구멍의 중심으로부터 이웃한 구멍의 중심을 연결한 선이며,

y축은 상기 x축에 수직이다.

용어 a 및 b는 수평 및 수직축에서의 절반의 폭(원점으로부터 구멍의 가장자리까지의 거리)으로 정의되고, θ는 원점으로부터 구멍의 어느 한 점까지 그은 선의 x축에 대한 각도로 0˚에서 360˚까지 변한다. 지수 n은 타원형으로부터 벗어나는 정도를 결정하고, 1 ＜ n ＜ 2 이다. 복수의 구멍의 형태가 렌즈의 집속 수차를 감소시킨다.

본 발명의 또다른 측면에서, 외부 구멍의 두 개의 절반에 대하여 상이한 n값이 사용되고, 이번에는 상기 절반의 n이 가운데 구멍의 n 과 상이하여, 각각의 구멍의 형태가 주 렌즈의 집속 수차를 감소시키는, 음극선관의 전자총의 주렌즈가 제공된다.

[도면의 간단한 설명]

하기 발명의 바람직한 실시예에 대한 자세한 기술 뿐만 아니라 상기 요약은 첨부된 도면과 함께 읽을 경우 더 잘 이해된다. 발명을 예시하기 위하여, 도면상에 현재 바람직한 실시예를 도시하였다. 그러나, 본 발명이 도면상에 나타난 정확한 배열이나 수단에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 도면에서:

도 1은 전형적인 선행 기술의 음극선관(CRT)의 수평 단면도이고,

도 2는 구멍 변수 n=1.0인 경우의 선행기술의 주 렌즈의 정면도이며,

도 3A는 구멍 변수 n=1.2인 경우의 본 발명에 따른 주 렌즈의 정면도이고,

도 3B는 구멍 변수 n=1.4인 경우의 본 발명에 따른 주 렌즈의 정면도이며,

도 4는 도 2B에 따른 선행 기술의 타원형 구멍(n=1)에 의한 전형적인 스팟 분포 패턴이고,

도 5A는 본 발명(n=1.1)에 따른 스팟 분포 패턴이며,

도 5B는 도 3A에서와 같이 본 발명(n=1.2)에 따른 스팟 분포 패턴이고,

도 5C는 본 발명(n=1.3)에 따른 스팟 분포 패턴이며,

도 5D는 도 3B에서와 같이 본 발명(n=1.4)에 따른 스팟 분포 패턴이고,

도 6은 본 발명에 따라 가장 가운데와 가장 바깥쪽 구멍의 절반이 상이한 주 렌즈의 정면도이며,

도 7A는 도 2B에 따른 선행 기술의 타원형 구멍(n=1)에 의한 전형적인 적색 스팟 분포 패턴이고,

도 7B는 도 6에서 상이한 구멍(n=1.25/1.75)을 갖는 경우의 적색 스팟 분포 패턴이며,

도 7C는 도 2B에 따른 선행 기술의 타원형 구멍(n=1)에 의한 전형적인 녹색 스팟 분포 패턴이고,

도 7D는 도 6의 중심 구멍(n=1.3)에 따른 녹색 스팟 분포 패턴이다.

관련 출원에 관한 상호 참조

본 출원은 1999. 8. 10일자로 출원된 미국 가출원(provisional application) 번호 제60/148,010호의 이익을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에서 참조로서 포함된다.

본 발명은 음극선관의 전자총에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 광반현상(flare), 코마(coma)를 줄이고 전자총으로부터 방사되는 전자빔의 스팟 형태를 개선하는 전자총의 주 렌즈에 관한 것이다.

특정 전문용어는 오직 편의를 위해서 본 명세서에서 사용되는 것이며, 본 발명의 한계로써 작용하지는 않는다. 예를 들면 집속 수차라는 용어는 당업자에게 공지된 플레어, 코마 및 스팟 모양상의 유사한 불규칙들을 일반적으로 언급하도록 정의되었다.

본 발명은 음극선관의 전자총의 주렌즈를 제공한다. 전형적인 주 렌즈는 전자총으로부터 방사되는, 실질적으로 공통-평면에서 평행한 다수 전자빔들을 받는다. 외부빔은 중앙빔에 대한 약간의 수렴(convergence)을 가질 수 있다. 렌즈는 표시면(display surface)에 입사하는 다수 집속축의 각각을 따라 전자빔을 집속한다. 제1격자전극은 실질적으로 복수의 전자빔에 수직으로 배치되어 있다. 격자전극은 복수의 구멍들을 포함하고 각각의 구멍들은 복수의 전자빔 각각을 집속한다. 각 구멍은 상기 집속축 각각에 중심을 두고 있고, 본 명세서에서 기술하는 바와 같이 새로운 형태를 갖게 된다. 복수의 구멍들의 형태는 렌즈의 집속 수차를 줄여준다.

도면에 대해 더욱 구체적으로 언급하면, 일반적인 칼라 음극선관(CRT)이도 1에 도시되어 있다. 일반적으로 1로 표시된 칼라 CRT는 내부면의 형광스크린 3을 지지하는 페이스 플레이트 2를 포함하는 유리 봉함관이다. 형광 스크린 또는 "표시면"은 줄무늬 형태를 이루기 위해 세 가지 색의 인광물질이 차례로 코팅되어 있다.음극 6, 7, 8을 포함하는 빔 형성부 11은 주 렌즈부 12내에 있는 대응하는 구멍들을 통해 통과하는, 동일-평면상에서 실질적으로 평행한 전자빔을 형성한다. 비록 동일 평면상의 빔들이 도시되었지만, 본 발명은 다른 빔 구조, 예를 들면 델타형 구조로 실시될 수 있음을 예상할 수 있다.

주 렌즈부 12는 빔생성부 11로부터 방사되는 복수의 전자빔에 대하여 실질적으로 수직으로 배치되어 있다. 주 렌즈부 12는 두 개의 격자전극 13, 18을 포함하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 당업자는 주 렌즈부 12가 2개의 격자전극을 갖는 것으로 기술되어 있지만, 주 렌즈부 12는 복수의 격자전극을 사용할 수 있음을 인식한다. 격자전극 13에는 집속전압으로 정의된 전위에서 전압을 가하고, 격자전극 18에는 스크린전압으로 정의된 전위에서 전압을 가한다. 각 격자는 복수의 구멍을 가지며, 각 구멍은 빔형성부 11로부터 방사되는 전자빔 각각을 집속하기 위해 제공된다. 바람직한 실시예에서, 칼라 CRT가 사용되며, 따라서 세 구멍들은 각 격자에서 빔생성부 11의 적색, 청색, 녹색의 전자빔에 대응하는 것이 바람직하다. 유사하게, 칼라 CRT에서 집속격자전극 13은 CRT 1의 내부벽상에 제공되는 도전성 코팅부 5와 등전위를 유지하는 격자전극 18에 비해 낮은 전위를 가진다.

격자전극 13의 격자구멍의 중심은 집속축 15, 16, 17의 각각과 일치한다. 집속축은 x,y좌표축에 의해 결정되는 공통 평면에 배치되고 이들은 실질적으로 서로 평행하며 거리 S만큼 떨어져 있다. 이 공통면에 수직한 방향은 이하에서 수평방향(horizontal direction)이라 칭한다(도 2 내지 7의 z축). 격자전극 18은 축 15, 16, 17과 실질적으로 수직이 되도록 격자전극 13과 표시면 3 사이에 배치된다. 격자전극 18의 구멍들은 격자전극 13의 각 구멍들에 대응하며, 실질적으로 그것들과 정렬되어 있다. 외부의 구멍들은 당업자에게 알려진 바와 같이 정렬로 부터 다소 벗어날 수도 있다.

동작에 있어서, 빔생성부 11로 부터 나오는 전자빔은 중심축 15, 16, 17을 따라 움직인다. 가장 가운데 빔은 주 렌즈부 12에 의해 집속축 16과 일치되도록 집속된다. 가장 바깥쪽 빔은 집속축 15, 17과 일치되도록 주 렌즈 12에 의해 집속된다. 가장 바깥쪽 빔들은 그후에 교차하는 방식으로 가운데 빔을 향하여 모이게 된다(즉, 정적 수렴). 수렴 집중된 빔은 표시면에 패턴(이하 "스팟"이라 칭한다)을 생성하고, 스팟이 목적하는 집속 형태로부터 변하는 정도는 광반현상(비정상적으로 형성된 낮은 레벨의 부분 또는 로브를 가지는 형태로 정의됨)및 코마(혜성 형태와 같이 비대칭적인 스팟으로 정의됨)와 같은 집속 수차에 의해 영향을 받는다. 섀도우 마스크 4는 표시면 3위에 배치되어 전자빔에 대응하는 색의 형광물질을 빛나게 하는 요소만 섀도우 마스크의 구멍을 통과하여 표시면 3에 도달하도록 한다. 편향 요크 14는 표시면 3상에 전자빔을 주사하기 위하여 CRT 1의 외부에 배치된다.

이제 도 2 내지 도 7에 관해 언급하면, 본 발명은 집속 수차를 줄이기 위한 격자전극 구멍 모양을 제공하기 위하여 기술될 것이다. 본 발명에 따른 구멍 모양( 제1사분면)의 수학적 기술은 하기 수학식 1과 같다. 지수 n이 2인 경우 구멍모양은 늘어난 다이아몬드형이다. n이 1인 경우, 그 모양은 도 2의 격자전극에 나타낸 바와 같이 타원이 된다. n이 0인 경우, 그 모양은 사각형이 된다.

[수학식 1]

또는

상기식에서,

a 및 b는 수평 및 수직축의 절반의 폭을 나타내고,

x는 x축에서의 위치를 나타내며,

y는 y축에서의 위치를 나타내고,

θ는 원점으로부터 구멍 가장자리의 한 점까지 그은 선의 x축에 대한 각으로 0°에서 360°까지 변하고,

지수 n은 n=0(사각형), n=1(타원) 및 n=2(다이아몬드)와 같이 타원형으로부터 벗어나는 정도를 결정한다.

도 2와 관련하여 도 3A 및 도 3B에서 나타낸 바와 같이, 지수 n이 증가함에 따라 구멍 사이의 격자전극 물질의 양도 증가한다. 가장 좁은 포인트에서의 물질의 브릿지(bridge) 폭이, 다양한 n값에 대해서 동일하더라도 이는 사실이다. 그 결과, 그 부분의 전체적인 기계적 강도는 타원형 구멍을 적용한 표준형 격자전극의 강도보다 높을 것이다.

n값이 증가함에 따라, 수직 및 수평 방향의 수차계수는 감소한다. 동시에, 대각선 방향의 렌즈의 크기가 유효하게 줄기 때문에 대각선 방향에 따른 수차는 증가한다. 그 결과, 플레어는 수평상으로 줄어들게 되고, 전류밀도의 일부는 스팟의 모서리 부분으로 재배치된다. 줄어든 광반 현상과 더욱 바람직한 형태를 가진 스팟이 그 결과가 된다. 도 4는 타원형 구멍구조를 채용한 선행 기술의 격자전극의 스팟 형태를 보여준다. 다양한 n값에 따른 스팟 모양의 예는 하기 도 5A 내지 도 5D에 도시되었다. 2%, 5%, 10% 및 50%의 외곽 레벨은 각각 도 5A 내지 도 5D에 도시되었다.

n값이 증가함에 따라, 도 5A 내지 도 5D의 300㎂ 스팟들의 수평 플레어(예를 들면 2%)는 거의 또는 전혀 비용없이 크게 감소하여 10%레벨 가까이 접근한다. 스팟들 역시 형태상 점점 사각형에 가까워진다. 바람직한 n값의 범위는 1.2내지 1.4이다.

외부총 스팟들(즉, 적색 및 녹색전자빔을 위한 가장 바깥쪽의 구멍들)은 종종 좌우 비대칭이거나, 특히 안쪽으로 향하는 플레어를 나타낸다. 타원형 구멍에 의하여 형성되는 상기 스팟이 도 7A에 도시되어 있다. 상기한 비타원형의 구멍모양의 구현이 구체적으로 수평 플레어와 스팟의 각지는 정도를 제어하기 때문에 구멍의 가장 안쪽과 가장 바깥쪽의 절반에 대하여 차별화된 지수 n값을 이용하는 것이 앞서 언급된 비대칭적인 외부총 스폿 왜곡을 제어할 수 있다고 기대될 수 있다. 따라서, 대안적 실시예에 있어서, 외부총 지수 n(좌측 가장 바깥쪽 구멍)은 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 구멍의 내부 및 외부 요소에 대하여 상이한 지수 n을 이용한다. 본 실시예의 외부스팟의 크기 및 형태에서의 개선 효과를 n=1.25 및 n=1.75인 도 7B에 도시하였다. 유사하게, 보다 최적화된 실시를 위해 집속 및양극-격자 구멍의 지수값을 달리 할 수도 있다.

당업자는 광범위한 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 상기 실시예를 변화시킬 수 있음을 인식할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 격자구조는 칼라 CRT를 기준으로 기술되어 있지만, 본 명세서에 개시된 렌즈 구조는 또한 단색 CRT 및/또는 일반적 표시장치의 전자총에서도 적용가능하다. 또한, 본 발명의 구멍 형태를 복수 격자 주 렌즈 부의 단일 격자에만 적용하거나, 본 발명에 따른 상이한 구멍 형태를 복수의 격자에 교차하여 적용하는 것도 바람직할 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예에만 제한되는 것이 아니라 본 발명의 범위와 사상내에서의 변형체도 포함하기 위한 것으로 이해된다.

Claims (10)

1. 음극선관의 전자총의 주 렌즈로서,

   전자총으로부터 방사되는 전자빔을 수용하고, 표시면에 입사하는 집속축을 따라 전자 빔을 집속하며, 집속축에 대해서 실질적으로 수직으로 배치된 격자전극을 포함하고,

   상기 격자전극은 하나 이상의 전자빔 집속용 구멍을 포함하며,

   상기 구멍은 집속축에 중심을 두고 있고, 하기 수학식 1로 표현되는 형태이며,

   이에 의하여 하나 이상의 구멍의 형태가 렌즈의 집속 수차를 감소시키는 주 렌즈:

   [수학식 1]

   상기식에서

   1 ＜ n ＜ 2이고,

   a 및 b는 각각 수평 및 수직축에서의 구멍의 절반의 폭을 나타내며,

   지수 n은 구멍이 타원형으로부터 벗어난 정도를 결정한다.
2. 제 1 항에 있어서, 1.2 ≤ n ≤ 1.4 인 주 렌즈.
3. 제 1 항에 있어서, 집속축와 실질적으로 수직이 되도록 상기 격자전극과 표시면 사이에 추가 격자전극을 더 포함하고,

   상기 추가 격자전극은 하나 이상의 추가 구멍을 포함하며,

   상기 하나 이상의 추가 구멍은 상기 격자전극의 하나 이상의 구멍에 대응하고, 실질적으로 이들과 정렬되어 있는 주 렌즈.
4. 제 6 항에 있어서, 상기 추가 구멍이 수학식 1에 의해 표현되는 형태인 주 렌즈.
5. 음극선관의 전자총의 주렌즈로서,

   전자총으로부터 세 개의 평행한 전자빔을 수용하고, 표시면에 입사하는 대응 집속축을 따라 각각의 전자빔을 집속하며, 세 개의 전자빔에 대해서 실질적으로 수직으로 배치된 제1격자전극을 포함하고,

   상기 격자전극은 세 개의 구멍을 포함하며,

   각각의 구멍은 상기 세 개의 전자빔 각각에 대응하고, 이들과 실질적으로 정렬되어 있으며, 상기 집속축 각각에 중심을 두고 있고, 하기 수학식 1에 의해 표현되는 형태인 주 렌즈:

   [수학식 1]

   상기식에서,

   a 및 b는 각각 수평 및 수직축에서의 구멍의 절반의 폭을 나타내고,

   지수 n은 구멍이 타원형으로부터 벗어난 정도를 결정하며,

   1 ＜ n ＜ 2 이고,

   여기에서, 상이한 n값이 각각의 구멍에 사용되어 각각의 구멍의 모양이 대응하는 전자빔의 주 렌즈 집속 수차를 감소시킨다.
6. 제 9 항에 있어서, 가장 바깥쪽의 구멍이 실질적으로 동일한 모양인 주 렌즈.
7. 제 10 항에 있어서, 각각의 외부 구멍은 n=1.25인 외부 구멍의 내부면과 n=1.75인 외부 구멍의 외부면을 갖는 주 렌즈.
8. 제 9 항에 있어서,

   집속축에 대하여 실질적으로 수직이 되도록 제1격자전극과 표시면 사이에 위치하고, 세 개의 추가 구멍을 포함하는 제2격자전극을 더 포함하고,

   상기 각각의 추가 구멍은 제1격자전극의 세 개의 구멍에 각각 대응하며, 실질적으로 이들과 정렬되어 있는 주 렌즈.
9. 제 13 항에 있어서, 제2격자전극의 각각의 구멍이 수학식 1에 의해 표현되는 형태인 주 렌즈.
10. 컬러 음극선관으로서,

    상기 컬러 음극선관의 표시면으로 동일 평면상의 평행한 세 개의 전자빔을 발생하는 전자총;

    제1전극렌즈로서,

    전자총으로부터 동일 평면상의 평행한 세 개의 전자빔을 수용하고, 표시면에 입사하는 대응 집속축을 따라 각각의 전자빔을 집속하며, 세 개의 전자 빔에 대해 실질적으로 수직으로 배치되고, 세 개의 구멍을 포함하며,

    상기 각각의 구멍은 상기 세 개의 전자 빔에 각각 대응하고, 실질적으로 이들과 정렬되어 있으며, 상기 집속축 각각에 중심을 두고 있고, 하기 수학식 1로 표현되는 형태인 제1전극렌즈;

    제2전극렌즈로서,

    집속축에 대하여 실질적으로 수직이 되도록 상기 제1전극렌즈와 표시면 사이에 위치하고, 세 개의 추가 구멍을 포함하며,

    상기 각각의 추가 구멍은 상기 제1격자전극의 세 개의 구멍에 각각 대응하고, 실질적으로 이들과 정렬되어 있는 제2전극렌즈를 포함하며,

    이에 의하여 복수의 구멍의 형태가 렌즈의 집속 수차를 감소시키는 음극선관:

    [수학식 1]

    상기식에서,

    a 및 b는 수평 및 수직축에서의 절반의 폭으로 정의되고,

    지수 n은 타원형으로부터 벗어난 정도를 결정하며,

    1 ＜ n ＜ 2 이다.