KR20020053880A - 음극선관 - Google Patents

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KR20020053880A
KR20020053880A KR1020027006619A KR20027006619A KR20020053880A KR 20020053880 A KR20020053880 A KR 20020053880A KR 1020027006619 A KR1020027006619 A KR 1020027006619A KR 20027006619 A KR20027006619 A KR 20027006619A KR 20020053880 A KR20020053880 A KR 20020053880A
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cathode
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KR1020027006619A
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반데르바아트니츠체
니센에듀어드엠예이
히딩크마르틴게하
반고르콤게라르두스게페
헨드릭스베르나르두스하베
트롬페나르스페트루스하에프
반데르포엘윌리브로르두스아예이아
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요트.게.아. 롤페즈
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

출력 간극 가까이의 전자 빔 유도 공동의 벽의 적어도 일부는 음극과의 협동하기 위한 제 2 방출 계수 δ1 를 가지고 전자 소스를 형성하는 절연 물질을 포함하는, 전자 소스 및 입력 출구와 출력 출구를 가지는 전자 빔 유도 공동을 포함하는 음극선관. 또한, 상기 음극선관은 동작시 음극과 출력 간극사이에 제 1 전기장 세기 E1 의 전기장을 인가하는 제 1 전압 소스에 연결된 제 1 전극을 포함한다. δ1 및 E1 은 전자 빔 유도 공동을 통한 전자 전달을 가능하게 하는 값을 가진다. 본 발명에 따라, 음극 구조는 공동의 입력과 가속 격자사이에 출구 간극을 떠나는 전자의 에너지 분포 확산을 감소시키는 수단을 포함한다.

Description

음극선관 {CATHODE-RAY TUBE}
서론에서 언급한 유형의 음극선관은 미국 특허 제 5,270,611 호로부터 알려져 있다. 미국 특허 제 5,270,611 호는 음극, 전자 빔 유도 공동, 음극과 출구 간극 (exit aperture) 사이에 제 1 전기장 세기 E1 의 전기장을 인가하는 제 1 전원 공급 수단에 연결 가능한 제 1 전극이 제공된 음극선관을 설명한다. 전자 빔 유도 공동은 예를 들면 출구 간극 근처의 벽의 일부가 제 2 방출 계수 δ1 를 가지는 절연 물질을 포함하는 벽을 포함한다. 게다가, 상기 제 2 방출 계수 δ1 및 제 1 전기장 세기 E1 은 전자 빔 유도 공동을 통해 전자 전달을 가능하게 하는 값을 갖는다. 공동내의 전자 전달은 전자 빔 유도 공동의 세로 방향으로 충분한 세기의 전기장이 인가될 때 가능하다. 이러한 전기장의 값은 공동의 벽의 재료의 종류 및 기하학적 특성 및 크기에 의존한다. 정상 상태에서, 전자 전달은, 공동상에 충돌하는 각 전자에 대해 하나의 전자가 평균적으로 방출되도록 하는 제 2 방출 과정을통해서 발생한다. 전자 빔 유도 공동의 출구 간극을 나가는 전자수 만큼 전자 빔 유도 간극의 입구 간극으로 전자가 들어오도록 환경이 선택될 수 있다. 출구 간극이 입구 간극보다 훨씬 적으면 전자 압축기가 형성되고, 이것은 예를 들면 100 내지 1000의 인자로 전자 소스의 광도 (luminosity)를 집중시킨다. 따라서 고 전류 밀도를 가지는 전자 소스가 만들어 진다. 가속 격자 (accelerating grid) 는 주 전자 렌즈를 향하여 공동을 떠나는 전자를 가속시킨다. 주 전자 렌즈는 디스플레이 스크린상에 공동 출구 간극의 상을 맺게 하고, 편향 유닛을 통해서, 래스터 이미지 (raster image) 가 음극선관의 디스플레이 스크린상에 형성된다. 전자 빔의 스폿(spot) 크기는 음극선관의 해상도를 결정한다. 특히 컴퓨터 모니터 튜브 및 또한 텔레비전 화상 음극선관에 대해, 해상도는 중요한 특성이다. 공지된 음극선관에서, 디스플레이 스크린상의 전자 빔의 스폿 크기는 다른 무엇보다도 출구 간극의 직경 및 공동을 떠나는 전자의 에너지 분포에 의존한다.
공지된 음극선관의 결점은 디스플레이 스크린상의 전자 빔의 스폿 크기가 공동을 떠나는 전자의 넓은 에너지 분포에 의해 부정적으로 영향을 받는다는 것이다.
본 발명은 청구항 1 의 전제부에서 정의된 것과 같은 음극선관에 관한 것이다.
그러한 음극선관은 텔레비전 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 및 프로젝션 TV 에 사용될 수 있다
도면에서,
도 1 은 음극선관의 개략도,
도 2 는 음극선관의 사용에 있어 본 발명에 따른 음극 구조의 제 1 실시예,
도 3 은 본 발명에 따른 음극 구조의 제 1 실시예의 상세도,
도 4 는 본 발명에 따른 음극의 깔때기 모양의 출구 간극,
도 5 는 출구 간극의 상이한 형상,
도 6a 및 6b 는 2개의 경사각을 가지는 깔때기,
도 7 은 절연 막내에 제공된 출구 간극,
도 8 은 전자 빔 유도 공동의 출구 간극 및 공통축을 가지도록 배치된 전기적으로 전도체인 튜브, 및
도 9 는 전자 빔 유도 공동의 출구 간극 및 공통축을 가지도록 배치된 전기적으로 전도체인 깔때기를 나타낸다.
본 발명의 목적은, 디스플레이 스크린상의 전자 빔의 스폿 크기가 더 감소되는 음극선관을 제공함에 있다. 이러한 목적은 청구항 1에서 정의된 본 발명에 따른 음극선관에 의해 달성된다. 본 발명은, 공지된 음극선관에서는 출구 간극으로 들어오는 전자는 공동의 벽으로부터 제 2 전자를 방출한다는 인식에 기초한다. 제 2 전자의 초기 출발 에너지는 횡방향 및/또는 수직방향으로 작용하는 전기력에 기인하는 호핑하는 (hopping) 궤도를 따라 증가한다. 이러한 증가는 평균 에너지에 기여할 뿐 만아니라 에너지 분포의 확산을 증가시킨다. 횡방향 및/또는 수직방향에서에서의 에너지 분포의 확산을 감소시킴으로 인해, 스크린상의 스폿 크기는 더 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 음극선관의 특정 실시예는 청구항 2 에 정의된다. 깔때기 모양 (funnel-shaped) 의 출구 간극은 출구 간극에 대해 횡방향의 작은 전기력을 가지는 전자의 호핑 입사 (hop entrance) 를 가능하게 한다. 이 실시예에서 공동을 떠나는 전자의 횡방향에서의 평균 에너지는 거의 증가하지 않고, 따라서, 에너지 분포의 확산은 초기 에너지에 비해 거의 넓어지지 않는다. 출구 간극의 오목한 모양의 또다른 이점은 출구 간극의 표면에 예를 들면 MgO, Al2O3, 및 유리 같은 제 2 방출 물질이 좀 더 쉽게 제공된다는 것이다. 예를 들면, 제 2 방출 물질은 표면상에 스퍼터링 (sputerring) 또는 증착 (evaporation) 에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 음극선관의 또다른 실시예는 청구항 3 에 정의된다. 이 특허출원에서, 깔때기 모양 간극의 꼭지각 (apex angle) 은 출구 간극의 벽으로 둘러싸인 각도 2α로 정의된다. 꼭지각 2α는
에 의해 계산되며, 여기서,
2α는 꼭지각을 나타내며,
F는 깔때기의 표면에 수직방향인 힘을 나타내며,
F⇒ 는 깔때기의 표면에 평행한 힘을 나타내며,
E1은 제 2 방출이 1 과 같은 전자의 최저 에너지를 나타내며, 2E0는 제 2 전자의 평균 출발 에너지 E0를 나타낸다.
주어진 이러한 꼭지각 2α에서, 깔때기내의 등전위선의 방향은 전달 조건이 일치할 때 및 공간 전하의 영향을 고려하지 않고 깔때기의 출구 평면과 실질적으로 평행하다. 횡방향의 전기력은 이제 실질적으로 0 이기 때문에, 에너지 분포의 확산은 제 2 전자의 출발 에너지와 거의 동일하고, 따라서 전형적으로 2E0이다. E0및 E1모두는 표면상의 절연 물질의 특성이다. 예를 들면, 표면 처리에 따라, MgO 에 대해 E0및 E1값은 각각 2.2 eV 및 20 eV 이다. 식 (1) 에서, 꼭지각 2α는 70도가 된다. 절연체의 표면상에서의 전달 과정의 이론적 배경은 에스 티 디스와트 (S.T. de swart) 등에 의한 필립스 연구 잡지 (Philips Journal of Research) 1996년판 제 50 호 307페이지에서 335 페이지의 "절연체를 통한 전자 운송의 기본 (Basis of Electron Transport over Insulators)" 에 게재되어 있다.
본 발명에 따른 음극선관의 추가적인 실시예는 청구항 5 에 정의되어 있다. 예를 들면 피라미드 모양인 출구 간극의 벽내 뾰족한 모퉁이 (corner) 는 공동을 떠나는 전자의 평균 에너지 분포와 상대적으로 다른 로브(lob) 를 도입한다. 깔때기 모양의 출구 간극내 둥근 모퉁이는 전자의 에너지 분포에서의 이러한 로브를 감소시키고 단일 피크 (peak) 주위에 에너지를 집중시킨다.
본 발명에 따른 음극선관의 추가적인 실시예는 청구항 6 에 정의되어 있다. 이러한 실시예에서, 출구 간극의 표면은 한 방향으로 (in one dimension) 만큼 증가되고 따라서 출구 간극에서의 전류 밀도는 비례적으로 감소한다. 이것은 출구 간극내의 공간 전하 밀도를 감소시키고, 에너지 분포의 확산을 감소시킨다. 선택된 방향에 있어서 출구 간극의 출구 평면에 평행한 단면의 증가는 그 방향으로 대응하는 해상도 손실과 균형을 이룬다. 예를 들면, 사각형 및 타원형 모양이 가능하다.
본 발명에 따른 음극선관의 추가적인 실시예는 청구항 7 에 정의되어 있다. 두 경사각을 가지는 오목한 출구 간극의 벽에 두 경사각을 제공하는 것은 전자가 벽과의 상호작용없이 출구 간극을 통해 직접 움직일 기회를 감소시킨다. 2개의 경사각 대신에, 음극에서 바라봤을 때 출구 간극에 오목한 벽을 제공하는 것도 또한 가능하다.
본 발명에 따른 음극선관의 상이한 실시예는 청구항 8 에 정의되어 있다. 이러한 실시예에서, 얇은 막사이의 전위차는 그 두께가 전형적으로 약 100 마이크로미터인 알려진 공동 벽사이의 전위차에 비해 작다. 수직방향으로의 가속은 작다. 따라서, 출구 간극을 통해 이동하는 전자의 에너지 분포 확산은 적은 채로 남으며, 따라서 수직방향에서의 평균 에너지의 증가는 작다.
본 발명에 따른 음극선관의 추가적인 실시예는 청구항 9 에 정의되어 있다. 절연 물질의 가장자리 (rim) 는 출구 간극 주위의 전기적으로 전도체인 가장자리의일부 물질을 제거함으로서 형성된다. 출구 간극으로 부터 제 1 전극을 뒤로 물러나게 하는 것은 전자가 제 1 전극과의 충돌없이 출구 간극을 통해 이동하는 기회를 감소시킨다. 절연 가장자리의 폭은 절연 가장자리에 모인 전하에 의한 원하지 않는 영향을 방지하기 위해 1 또는 2 마이크로미터로 한정된다.
본 발명에 따른 음극선관의 추가적인 실시예는 청구항 10 에 정의되어 있다. 이러한 실시예에서, 수직방향의 에너지 분포의 확산은 전기적으로 전도체인 채널의 내부벽과 출구 간극을 떠나는 실질적으로 모든 전자의 상호작용에 의해 감소된다. 1과 동일하거나 이보다 큰 전자 수율 (electron yield) 로 처리된 제 2 방출을 초기화시키기 위해서, 충분한 착륙 에너지가 전도 채널의 벽에서 전자에 공급되도록 소정의 제 3 전압이 선택된다. 전기적으로 전도체인 채널은 튜브 (tube) 또는 깔때기의 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 음극선관의 추가적인 실시예는 청구항 13 에 정의되어 있다. 이러한 실시예에서, 제 2 전극으로 인해, 제 2 전극과 음극사이의 거리가 충분이 작을 때, 음극에 대해 예를 들면 1에서 10 볼트의 범위에서 상대적으로 낮은 양의 전위차로 전자 빔 유도 공동을 떠나는 전류의 변조가 가능하다. 결과적으로, 적은 비용의 , 낮은 전압의 전자회로가 본 음극선관의 구동회로에 인가될 수 있다. 전자 빔 유도 공동과 관련된 이러한 제 2 전극은 사전 공개되지 않은 유럽 특허출원 제 00/05645 호에 설명되어 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 양상들은 본 명세서에서 설명하는 실시예를 참조하여 더욱 명료해질 것이다.
도 1 은 공지된 음극선관의 개략도이다. 이러한 음극선관은 인용된 미국특허 제 5,270,611 호로부터 그 자체로 알려져 있다. 음극선관 (100) 은 전자 방출을 위한 음극 (105, 106,107) 및 전자 빔 유도 공동 (120, 121, 122) 을 가지는 전극 구조 (101) 를 포함한다. 바람직하게, 음극선관은 가열 필라멘트 (102, 103, 104) 를 포함한다. 게다가, 음극선관은 가속 격자 (140), 종래의 주 렌즈 (150), 종래의 자기 편향 유닛 (160) 및 종래의 컬러 스크린 (170) 을 포함한다. 이러한 모든부분들은 종래의 컬러 음극선관으로부터 알려져 있다. 본 발명에 따른 음극선관은 텔레비전, 프로젝션 텔레비전, 및 컴퓨터 모니터에 응용될 수 있다.
도 2 는 도 1에 도시된 음극선관에 적용된 음극 구조의 본 발명에 따른 음극 구조의 제 1 실시예이다. 음극 구조 (200) 는 프레임 (201), 가열 필라멘트 (202, 203, 204) 및 각 가열 필라멘트에 대응하는 음극 (205, 206, 207) 을 포함한다. 음극은 3개가 한벌로 제공되어 음극선관이 적색, 녹색, 청색 신호로 표현되는 컬러 화상의 디스플레이에 사용될 수 있도록 한다. 흑백 음극선관으로 흑색 및 백색을 디스플레이하기 위해선, 단일 음극구조로 충분하다. 게다가, 음극구조 (200) 는 그 각각이 입력 간극 (208, 209, 210), 출력 간극 (223, 224, 225), 및 제 1 전극 (226, 227, 228) 을 가지는 전자 빔 유도 공동 (220,221,222) 을 포함한다. 입력 간극 (208,209,210) 은 가로 2.5 mm 및 세로 2.5 mm 인 사각형 형상을 가진다. 전자 빔 유도 공동 (220,221,222) 의 출력 간극 (223,224,225) 주위 내부의 적어도 일부분은 음극 (205,206,207) 과 상호작용에 대해 제 2 방출 계수 δ1 > 1 인 절연 물질로 덮혀있다. 이러한 물질은 예를 들면 MgO 를 포함한다. MgO 층은 예를 들면 0.5 마이크로미터의 두께를 가진다. 예를 들면 유리 또는 켑톤 폴리아미드 물질 같은 다른 물질이 사용될 수도 있다. 제 1 전극 (226,227,228) 은 전자 빔 유도 공동 (220,221,222) 의 위부 측면 상의 출력 간극 (223,224,225) 주위에 위치한다. 제 1 전극은 금속 층 (metal sheet) 으로 구성된다. 금속 층은 예를 들면 1 마이크로미터의 두께를 가지며, 예를 들면 알루미늄 및 크로미움 (chromium) 의 결합의 금속 증착 (metal evaporation) 에 의해 형성될 수 있다. 출력 간극(223,224,225) 은 예를 들면 20 마이크로미터의 직경을 가진 원형일 수 있다. 또한, 음극 (205,206,207) 을 가열하기 위한 각 필라멘트 (202,203,204) 는 보조 전원 Va (미도시됨) 에 연결된다. 동작시, 각 필라멘트 (202,203,204) 는 대응하는 음극 (205,206,207) 을 가열한다. 음극은 예를 들면 산화 바륨 같은 종래의 산화 음극 물질을 포함한다.
동작시, 제 1 전극 (226,227,228) 은 음극 (205,206,207) 과 출력 간극 (223,224,225) 사이에 전기장 세기 EV1 을 가지는 전기장을 인가하는 제 1 전원 V1 에 연결된다. 제 1 전원 V1 의 전압은 예를 들면 100 V 내지 1500 V 사이의 범위이고 전형적으로는 700 V 이다. MgO 의 제 2 방출 계수 δ및 주어진 전기장 세기 EV1 는 전자 빔 유도 공동을 통한 전자 전달을 가능하게 하는 값을 가진다. 이러한 유형의 전자 전달은 미국 특허 제 5,270,611 호에 그 자체로 알려져 있다.
바람직하게, 제 2 전극 (230,231,232) 은 입력 간극 (208,209,210) 및 음극 (205,206,207) 사이에 위치한다. 제 2 전극 (230,231,232) 은, 전자 방출을 제어하는 제 2 전극 (230,231,232) 과 음극 (205,206,207) 사이에, 제 2 전기장 세기 EV2 의 전기장을 동작시 인가하기 위한 제 2 전원 수단 V2 (미도시됨) 에 연결된다. 바람직하게는, 제 2 전극 (230,231,232) 은 60%의 전자 전송을 가지는 거즈 (gauze) 를 포함한다. 거즈는 예를 들면 몰리브덴 같은 금속으로 만들어질 수 있고, 프레임 (201) 에 전기적으로 연결된다. 실제적으로, 모든 3개의 거즈 (230,231,232) 는 프레임 (201) 에 전기적으로 연결된다. 음극 (205,206,207) 과 거즈 (230,231,232) 의 전압차는 프레임에 고정된 전압을 인가하고 거즈에 대해서는 전압을 변화시킴으로서 결정된다. 동작시, 음극 (205,206,207) 과 거즈 (230,231,232) 사이의 전압차로 인한 인장 필드 (pulling field) 는 음극 (205,206,207) 으로부터 전자를 끌어당긴다. 음극 (205,206,207) 과 이에 대응하는 거즈 (230,231,232) 사이의 전위차는 각각 화상을 나타내는 R,G,B 신호에 해당한다. 음극선관의 동작에 대한 추가적인 설명을 위해, 도 1 을 참고한다. 전자가 전자 빔 유도 공동 (220,221,222) 의 출력 간극 (223,224,225) 을 떠나고 난 후, 가속 격자 (140) 는 방출된 전자를 주 렌즈 (150) 쪽으로 가속시킨다. 주 렌즈 (150), 및 편향 유닛 (160) 을 통해 적색, 녹색, 청색 신호에 해당하는 3개의 전자 빔은, 적색, 녹색, 청색 신호에 의해 표현되는 화상을 만들기 위해 컬러 스크린 (170) 으로 향한다. 이제 도 2 에 도시된 구조를 참조한다. 거즈 (230,231,232) 와 음극 (205,206,207) 사이의 거리가 충분히 작을 때, 예를 들면 20 및 400 마이크로미터의 범위일 때, 거즈 (230,231,232) 와 음극 (205,206,207) 사이의 비교적 낮은 전압이 전자 빔 유도 공동 (220,221,222) 의 입력 간극을 향하는 전자의 방출을 변조할 수 있다. 예를 들면, 거즈 (230,231,232) 와 음극 (205,206,207) 사이의 거리가 100 마이크로미터이면, 거즈와 음극사이의 5V 의 전압 변동 (voltage swing) 은 전자 빔 유도 공동 (220,221,222) 으로의 0 내지 3 mA 의 전자 전류를 변조할 수 있다.
공동 (220) 을 떠나는 전자의 에너지 분포의 확산을 줄이기 위해, 출구 간극 (223) 은 오목한 모양을 가지고, 음극쪽에서 바라보면, 벽은 내부로 향한다. 도 3 은 전자 빔 유도 공동 (220) 의 출구 간극으로 형성된 프루스토-원뿔 (frusto-conical) 모양의 단면도이다. 음극 구조는 종래의 음극 (205), 변조 거즈 (230), 및 MgO 로 덮혀진 벽 (240) 을 가지는 전자 빔 유도 공동 (220) 을 포함한다. 출구 간극 (223) 주위의 벽은 100 마이크로미터의 두께를 가진다. 텔레비전에의 응용인 이러한 실시예에서, 공동의 외부 측면의 출구 간극의 직경은 20 마이크로미터이다. 디스플레이 스크린상의 더 작은 스폿 크기를 요구하는 모니터에 대한 응용례에 대해서, 공동의 외부 측면의 출구 간극의 직경은 10 마이크로미터이다. 공동의 출구 간극 (223) 주위에서, 제 1 전극 (226) 에는 1 마이크로미터의 두께를 가지는 알루미늄 막 (226) 이 제공된다. 알루미늄 대신에 다른 금속도 적용가능하다. 이러한 전자 빔 공동은 도 1 및 도 2 를 참고하여 설명된 음극선관내에 사용될 수 있다.
바람직하게, 절연 물질 (MgO) 의 가장자리 (227) 는 제 1 전극 (226) 과 출구 간극 (223) 사이의 공동 (220) 의 외부 측면에 존재한다. 이러한 가장자리 (227) 은 전자가 제 1 전극 (226) 에 충돌하여 트랩되거나 (trapped) 제 1 전극상에서의 제 2 전자 방출을 일으키는 기회를 감소시킨다. 이러한 가장자리의 표면상의 원치않는 전하의 축적을 방지하기 위해 이러한 가장자리 (227) 의 폭은 제한된다. 이러한 원치 않는 전하는 출구 간극 (223) 을 떠나는 전자 빔을 핀치 오프 (pinch off) 할 수 있다. 가장자리 (227) 의 폭은 벽 (240) 의 두께보다 2차수 더 작은 크기이다. 이러한 예에서, 가장자리 (227) 은 약 1 마이크로미터의 폭을 가진다.
도 4 는 프루스토- 원뿔 모양 출구 간극의 출구 간극 상세 단면도이다. 꼭지각 2α는 출구 간극 (223)의 내부 방향측 벽에 의해 둘러싸인 각도로 정의된다. 꼭지각 2α는 다음 식에 따라 최적화되고,
여기서, 2α는 꼭지각을 나타내며,
F는 깔때기의 표면에 수직방향인 힘을 나타내며,
F⇒ 는 깔때기의 표면에 평행한 힘을 나타내며,
E1은 제 2 방출이 1 과 같은 전자의 최저 에너지를 나타내며, 2E0는 제 2 전자의 평균 출발 에너지 E0를 나타낸다.
주어진 이러한 꼭지각 2α에서, 출구 간극내의 전계라인의 방향은 전달 조건이 충족되고 공간 전하의 영향을 고려하지 않을 때 출구 간극 (223)의 출구 평면과 실질적으로 평행하다. 이러한 경우, 횡방향의 전기력은, 즉 출구 평면에 평행한 전기력은 실질적으로 0 이 되고, 공동을 떠나는 전자의 에너지 분포의 확산은 제 2 전자의 출발 에너지와 거의 동일하게 되고, 따라서 전형적으로 2E0가 된다. E0및 E1모두는 절연 물질의 특성이다. 예를 들면, 표면 처리에 따라 E0및 E1의 전형적인 값은 MgO 에 대해서 각각 2.2 eV 및 20 eV 이고 이러한 예에서 식 (1) 의 깔때기의 꼭지각 2α은 106 도가 된다.
출구 간극의 수직방향내의 전자 에너지 분포의 확산을 감소시키기 위해, 출구 평면에 평행한 출구 간극의 단면은 예를 들면 사각형 또는 타원체 모양인 늘여진 (elongated) 모양이다. 이러한 늘임 (elongation) 은 늘임 축의 방향에서 디스플레이 스크린상의 해상도의 비례적인 손실과 균형을 이루어야 한다.
이동하는 전자의 에너지 분포내의 원치않는 로브 (lob) 를 방지하기 위해서, 출구 간극 (223) 의 도 4 에서 선 A'-A" 로 취해진 출구 평면에 평행한 단면에는 단면에 내접한 원의 반경의 1/2 내지 1/10 의 범위에 있는 반경을 가지는 모퉁이가 제공된다.
도 5 는 출구 간극 (223) 의 또다른 단면의 몇 실시예, 즉 원 (500), 둥근 모퉁이 (504) 를 가진 정사각형 (502), 둥근 모퉁이 (508) 을 가진 직사각형 (506) 및 타원체 (509) 를 도시한다.
대안적으로, 이동하는 전자의 출구 간극 (223) 의 벽과의 상호작용의 기회를 증가시키기 위해, 2 개의 경사각이 제공된다.
도 6 은 중심축에 대해 제 1 꼭지각 2α1및 제 2 꼭지각 2α2을 가지는 오목한 출구 간극 (223) 을 도시한다. 바람직하게, 제 1 꼭지각 2α1에 해당하는 출구 간극의 벽 (228) 부분을 따르는 거리는 이 벽을 따르는 제 2 전자의 호핑 길이 (hopping length) 보다 한 차수 큰 크기이다. 벽 (228) 을 따르는 제 2 전자의 호핑 길이는 제 1 전극상의 전압 V1 의 역수 (inverse value) 에 의존한다. 이러한 예에서, 호핑 길이는 전형적으로 5 마이크로미터이다. 따라서 벽 (228) 을 따르는거리는 약 50 마이크로미터이다. 이러한 예에서 전자의 궤도는 더 큰 상호 유사점을 가지며, 따라서 전자 에너지 분포의 확산은 감소된다.
대안적으로, 출구 간극 (223) 의 벽 (228) 에는 도 6b 에서와 같이 점차 경사가 급해지는 사면이 제공된다.
또다른 실시예에서, 에너지 분포의 확산을 감소시키는 수단은 예를 들면 MgO 같은 절연 물질 막에 만들어진 전자 유도 공동의 출구 간극을 포함한다. 도 7 은 MgO 막 (700) 에 만들어진 전자 유도 공동의 출구 간극 (723) 을 도시한다. 막 (700) 은, 전자가 출구 간극 (723) 의 벽 (728) 과 거의 상호작용을 하지 않을 정도의, 그리고 막 (700) 이 여전히 실제적으로 취급될 수 있을 정도의 두께를 가진다. 이러한 실시예에서, 막은 MgO 로 만들어진다. 바람직하게, 막의 두께는 출구 간극의 직경보다 2배 내지 5배 적다. 텔레비전으로의 응용에서, 출구 간극 (223) 은 예를 들면 20 마이크로미터의 직경 Wm 을 가진다. 이러한 예에서, 막은 5 마이크로미터의 두께이다. 제 1 전극으로 기능하는 출구 간극 (723) 주위의 알루미늄 막 (726) 은 대략 1 마이크로미터의 두께를 가진다. 또한 이러한 전자 빔 공동은 도 1 및 도 2 를 참고하여 설명된 음극선관내에 사용될 수 있다. 동작시, 음극선관 (100) 내에서 전자 소스로 기능하는 출구 간극 (723) 을 통해 표면 (701) 을 따라 전자는 움직인다. 주 전자 렌즈 (150) 는 디스플레이 스크린 (110) 상에 출구 간극의 화상을 형성한다. 이러한 예에서, 막사이의 전위차는 거의 0 이고 출구 간극의 수직방향의 가속은 거의 0 이기 때문에, 에너지 분포는 감소된다. 따라서 전자의 평균 에너지는 거의 증가하지 않고 E1으로 유지된다.
또다른 실시예에서, 에너지 분포의 확산을 감소시키는 수단은 전자 유도 공동의 출구 간극과 음극선관의 가속 격자사이에 공통축을 가지고 위치한 전기적으로 전도체인 채널을 포함한다. 또한 이러한 음극 구조는 도 1 및 도 2 를 참고하여 설명된 음극선관에 사용될 수 있다. 도 8 은 출구 간극 (823) 을 가지는 공동의 멱 (849) 과 출구 간극 (823) 의 주 축 (824) 에 대해 공통축을 가지도록 위치한 전기적으로 전도체인 튜브 (850) 의 단면도의 예를 도시한다. 출구 간극 (823) 의 벽 (828) 은 예를 들면 MgO 인 절연 물질을 포함한다. 제 1 전극 (826) 은 출구 간극 (823) 을 통한 전자 전달이 가능하도록 음극과 제 1 전극 (826) 사이에 전압차를 제공하는 제 1 전원 V1 에 연결된다. 전도 튜브 (850) 는 제 3 전원 V3 에 연결된다. 제 3 전원 V3 는, 전위차 V1-V3 가 1 보다 큰 전자 수율을 가지는 제 2 전자 방출을 개시하도록 전기적으로 전도체인 튜브 (850) 내의 전자에 전자에 충분한 착륙 에너지를 공급할 정도의 전압 V3 를 공급한다. 이러한 예에서, 전압 V1 은 800 V 이고 전압 V3 는 1000 V 이다. 결과적으로, 제 1 전극 (850) 과 전기적으로 전도체인 튜브 (850) 사이의 전위차는 대략 200 V 이다. 게다가, 음극선관의 전도 튜브 (850) 와 가속 격자 (140) 사이의 전압은 전도 튜브 (850) 에 의해 생성된 모든 제 2 전자를 디스플레이 스크린 (170) 쪽으로 당기는데 충분하여야 한다. 따라서 수직방향 속도 성분의 에너지 분포에 대한 기여는 횡방향 속도 성분의 에너지 분포의 기여에 영향을 미치지 않고 감소될 수 있다. 전자 유도 공동의 출구 간극 (823) 을 떠나는 모든 전자는 전기적으로 전도체인 채널 (850) 의 벽과 상호작용하므로, 모든 전자의 출발 전위는 동일하다. 전압 V3 를 조절함으로서, 전도 튜브 (850) 내의 제 2 전자 방출 과정이 주로 발생하도록 이러한 전자의 착륙 에너지가 적응될 수 있다. 이러한 조건하에서, 백-스케터링 과정 (back-scattering process) 의 기회는 최소화되고, 전자의 평균 출발 에너지는 2E0크기의 차수로 감소된다. 그 후 이러한 에너지는 수직방향 및 횡방향 에너지로 분포되고, 이에 의해 평균 에너지는 양방향 모두에서 동일한 크기 차수만큼 증가한다.
대안적으로, 전기적으로 전도체인 깔때기는 전기적으로 전도체인 튜브 대신에 사용될 수 있다. 도 9 는, 출구 간극 (923) 의 주 축 (924) 에 대해 공통축을 가지도록 위치한, 출구 간극 (923) 을 구비하는 전자 공동과 전기적으로 전도체인 깔때기 (950) 를 도시한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 음극선관에 관한 것이며, 보다 상세하게는 제 2 방출 계수 δ1 를 가지고 전자 소스를 형성하는 절연 물질을 포함하는, 전자 소스 및 입력 출구와 출력 출구를 가지는 전자 빔 유도 공동을 포함하는 음극선관에 이용 가능하다.

Claims (13)

  1. 전자를 방출하는 음극을 가지는 전자 소스;
    상기 음극으로부터 방출된 전자를 집중시키는 전자 빔 유도 공동으로서,
    상기 공동은 입구 간극 및 출구 간극을 가지고 상기 출구 주위의 상기 공동의 내부 측면 부분에는 절연 물질이 제공되는 전자 빔 유도 공동;
    동작시 전자 빔 유도 공동을 통하여 전자 전달이 가능하도록 상기 음극과 상기 출구 간극 사이에 제 1 전기장 세기 E1 의 전기장을 인가하는 제 1 전력 공급 수단에 연결가능한 제 1 전극; 및
    집중된 전자에 초점을 디스플레이 스크린상에 맞추는 주 전자 렌즈를 포함하는 음극선관으로서,
    상기 음극선관은 상기 공동을 떠나는 전자의 에너지 분포의 확산을 감소시키는, 상기 공동의 입력과 상기 주 전자 렌즈사이에 위치하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 분포의 상기 확산을 감소시키는 상기 수단은 깔때기 모양의 출구 간극을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 깔때기 모양의 간극의 상기 꼭지각 2α는 상기 절연 물질으로부터 방출되는 상기 제 2 전자의 출발 에너지 E0및 제 2 전자가 방출되기위한, 상기 절연 물질에 충돌하는 상기 전자의 최저 에너지 E1에 의존하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 절연 물질은 MgO 를 포함하고, 상기 깔때기 모양의 간극은 약 106 도의 꼭지각 2α를 가지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 공동의 외부 측면의 상기 출구 간극의 단면은 모퉁이를 가지는 사각형 형상을 가지고, 상기 모퉁이의 반경은 상기 사각형에 내접한 원의 반경의 1/2 내지 1/10 의 범위의 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 출구 평면에 평행한 상기 출구 간극의 단면은 길게 늘여진 (elongated) 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 오목한 출구 간극의 벽은 깔때기 모양의 간극의 중심축에 대해 2 개의 경사각이 제공되는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  8. 제 1 항에 있어서, 에너지 분포 확산을 감소시키는 상기 수단은 절연 물질의 막 (sheet) 에 형성된 상기 출구 간극을 포함하고, 상기 막은 상기 출구 간극을 통해 이동하는 전자와 상기 출구 간극의 벽사이에 상호작용이 거의 없을 정도의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 공동의 외부 측면상의 출구 간극 주위에 전기적으로 전도체인 가장자리 (rim) 을 포함하고, 상기 음극선관은 상기 출구 간극과 상기 전기적으로 전도체인 가장자리사이의 상기 공동의 외부 측면상의 상기 출구 간극 주위에 절연 물질의 가장자리를 더 포함하고, 상기 절연 가장자리의 폭은 상기 공동의 벽의 두께보다 적어도 2차수 (order) 크기만큼 적은 것을 특징으로 하는 음극선관.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 음극선관은 상기 공동의 상기 출구 간극과 상기 주 전자 렌즈사이에 공통축을 가지며 위치한 전기적으로 전도체인 채널을 포함하고, 상기 전기적으로 전도체인 채널은 상기 전기적으로 전도체인 채널에 소정의 제 3 전압을 공급하는 제 3 전원에 연결가능하도록 되고, 상기 전기적으로 전도체인 채널과 상기 제 1 전극사이의 전위차는 전자 수율이 1 과 동일하거나 그보다 큰 제 2 방출을 초기화하기 위해 상기 전기적으로 전도체인 채널내의 전자에 충분한 착륙 에너지를 공급하는 정도인 것을 특징으로 하는 음극선관.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전기적으로 전도체인 채널은 전기적으로 전도체인 튜브 (tube) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 전기적으로 전도체인 채널은 전기적으로 전도체인 깔때기 (funnel) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극선관.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 음극선관은 상기 음극과 상기 전자 빔 유도 공동사이에 위치한 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극은 상기 전자 방출을 제어하기위해 동작시 상기 음극과 상기 제 2 전극사이에 제 2 전기장 세기 E2 의 전기장을 인가하는 제 2 전원에 연결가능한 것을 특징으로 하는 음극선관.
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