KR20030011917A - 열효율이 우수한 캐소드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 음극선관 전자총용 캐소드 구조는 그 크기가 감소되고, 고속의 캐소드 가동 시간과 우수한 열 효율을 제공한다. 이 캐소드는 캐소드의 방출부를 지지하는 캡과, 방출부를 지지하는 캡의 영역을 향해 벽에 축전된 열 에너지를 복사에 의해 반사하도록 내부면이 오목한 접시형 스커트로 이루어진 밀폐실을 포함한다. 또한 캐소드 구조는, 스커트의 측벽을 통과하여 밀폐실에 있는 필라멘트 가열기에 접속되는 공급 리드를 포함한다.

Description

열효율이 우수한 캐소드{CATHODE WITH OPTIMISED THERMAL EFFICIENCY}

일반적으로 음극선관의 전자총에 사용되는 캐소드는 전자빔을 방출시킬 수 있는 재료가 배치되어 있는 캡과, 캡과 함께 단일 어셈블리를 형성하는 원통형 캐소드 스커트(skirt)와, 그 스커트내에 삽입되며, 일반적으로 캡 근방에 위치하는 나선부를 포함하는 가열 필라멘트, 및 전원 회로와의 접속을 위한 리드(lead)를 포함하고, 이러한 접속은 캡에 대향 배치된 스커트 오리피스(skirt orifice)를 통해 이루어지며, 필라멘트 리드는 전기적으로 비전도성 부품, 예컨대 유리를 통해 전자총의 구조에 고정된 경질 요크에 용접된다. 캐소드 그 자체는 캡에 대향하는 스커트의 단부에, 예컨대 용접에 의해 고정된 슬리브(sleeve)를 이용해서 전자총의 하부에 배치된다. 이 구조는 예컨대 미국 특허 제4,403,169호에 개시되어 있다.

이러한 형태의 전자총에 있어서, 방출부를 그 동작 온도에서 동작시키기 위해 필라멘트에 의해 인가되는 전력의 일부는 캐소드 스커트의 배면의 개구에서 복사로 인해 손실된다. 또한, 전술한 슬리브와 같이, 전자총의 캐소드 지지 수단을 통해 많은 양의 전력이 손실된다. 캐소드의 열효율을 향상시키기 위한 방안으로서,미국 특허 제5,013,965호는 캡에 대향하는 단부가 밀폐되는 특정 특징을 갖는 원통형 캐소드 스커트의 이용을 개시하고 있다. 이 구조는 스커트에서 방출부로의 열전도에 의해 공지된 캐소드의 열효율을 향상시키지만, 특히 텔레비젼 화면상에 이미지를 고속으로 도달시키는데 매우 중요한 특성인, 캐소드 가동 시간을 단축시키지 못하는 부적절한 방법이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 종래의 캐소드는 산화물 캐소드(oxide cathod)용 방출 재료층 또는 소위 주입형 캐소드(impregnated cathod)의 경우에 방출 재료가 주입된 펠릿(pellet)층의 형태로 이루어진 방출부(1)를 포함한다. 방출 재료는 원통형 스커트(3)의 단부 중 하나에 위치된 캐소드 캡(2)에 의해 지지되고, 스커트(3)가 방출부(1)의 방출면에 수직인 방향(Z)으로 놓이며, 캡에 대향하는 단부(4)에서 스커트(3)를 밀폐시켜 캐소드 필라멘트(5)를 밀봉하는 밀폐형 원통을 형성하고, 필라멘트 리드는 그 캡에 대향하는 단부(4)에 형성된 오리피스(orifice)(9)를 경유하여 캐소드 스커트를 통과한다. 캐소드는 종래의 방식으로 전자총의 다른 부분에 연결된 슬리브(7)에 의해 전자총의 구조에 지지된다.

그러나, 이러한 형태의 구조는 2가지의 큰 결점을 가지고 있다.

이러한 구조의 길이는 주축(Z) 방향으로 길어져서, 이러한 구조를 갖는 전자총의 길이를 길게 해야 하기 때문에, 이러한 전자총을 설치한 음극선관의 깊이가 깊어지고, 상기 캐소드의 열효율은 최적화되지 못한다. 스커트 및 이 스커트를 전자총의 다른 부분에 연결하는 수단에서는 많은 에너지가 손실된다.

본 발명은 캐소드의 길이를 줄이고 캐소드의 열효율을 향상시키기 위해서 그 구조를 개선시킨 음극선관의 전자총에 사용되는 캐소드에 관한 것이다.

이제, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 상세하게 설명할 것이다.

도 1은 종래의 캐소드의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 캐소드의 상면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 캐소드의 코일형 필라멘트와 방출부의 사시도이다.

본 발명에 따른 음극선관의 전자총에 사용되는 캐소드는 전자빔을 발생하기 위한 방출 재료와, 방출부가 배치되어 있는 금속캡과, 캡 하부에 배치되며 연결 리드에 의해 종단되는 나선형 가열 필라멘트, 및 이 필라멘트의 나선 부분을 둘러싸며 캡과 함께 밀폐 공간을 형성하는 스커트를 포함한다.

본 발명의 개선된 점은 캡에 대향하는 스커트의 배면부의 내부면이 필라멘트로부터의 열에너지를 방출부로 반사하여 캐소드 가동(start up) 시간을 고속화하여 우수한 열효율을 제공한다는 것이다. 일실시예에서, 스커트의 내부면은 오목한 것이 좋고, 그렇게 되면 방출부를 지지하는 캡의 부분을 향해 스커트 벽에 축적된 열 에너지를 복사에 의해 효율적으로 반사시킬 수 있다.

또다른 개선점이나 포함된 개선점은 연결 리드가 스커트의 측벽을, 바람직하게는 캡과 스커트간의 접합 지점에 가장 가까운 측벽을 통과하는 것이다.

도 2의 제1 실시예에 도시되는, 본 발명에 따른 캐소드는 종래 기술과 비교해서, Z축의 길이가 더 짧다. 도 2는 주입형 캐소드의 경우에서의 일실시예를 도시하고 있지만, 산화물 캐소드에도 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

캐소드는 방출 재료가 주입된 다공성 재료로 구성된 펠릿층의 형태로 이루어진 방출부(10)를 지지하는 금속캡(11)을 포함한다. 금속 스커트(14)는 캡에 부착된다. 종래 기술과 달리, 필라멘트(13)의 2개의 연결 리드(15)는 스커트(14)의 바닥부를 통과하지 않고, 오리피스 또는 노치(notch)(19)를 경유해서 스커드의 측벽을 통과한다. 이들 오리피스 또는 노치는 캡(11) 근방에 배치되거나 캡에 가장 가까운 스커트(14)의 단부에 배치되는 것이 좋다. 방출부(10), 캡(11), 스커트(14), 및 필라멘트(13)로 이루어진 캐소드는, 예컨대 소결 유리로 구성된 전기적으로 절연된 지지부(17)를 이용하여 적소에 배치되고, 지지부(17)와 캐소드/필라멘트 어셈블리[방출부(10), 캡(11), 필라멘트(13), 및 스커트(14)] 사이는 복수의 아암부(12)에 의해 기계적으로 연결되며, 이 복수의 아암부는 절연 지지부(17)에 포함된 금속 패드(16)에 용접된다. 이들 아암부의 개수는, 예컨대 서로 120°로 배치되는 3개가 될 수 있으며, 아암부들은 캐소드의 축 길이를 줄이기 위해서 그 지지부(17)와 캐소드의 방출부(10) 표면에 실질적으로 평행한 면에 배치되는 것이 좋다. 도 2에서 부분적으로 도시되는 바와 같이, 아암부(12) 중 하나는 전기 접속부로서 기능하여 전력원에 연결된 커넥터(18)를 이용하여 캐소드를 임시(ad hoc) 전위까지 끌어 올린다. 필라멘트(13)는, 한쪽에서는 리드(15)에 전기 접속된 필라멘트의 도전 코어와, 다른 쪽에서는, 서로 전기적으로 연결되는 방출부(10), 캡(11), 아암부(12), 스커트(14), 전기 전도성 패드(16), 및 커넥터(18)간에 전기적으로 절연되게 코팅된다. 예를 들어, 이 코팅은 캡(11)과 스커트(14)에 의해 형성되는 공간에 포함되는 필라멘트의 전체 부분에 걸쳐 이루어지고, 또한 오리피스(19) 쪽까지 코팅된다.

도 3, 도 4 및 도 5에 도시하는 본 발명의 제2 실시예에서, 필라멘트의 2개의 연결 리드(15)는 캐소드 지지 아암부로서 이용되며, 리드는 절연 지지부(17)에 포함되는 패드(16)에, 예컨대 용접에 의해 연결된다. 이 경우, 2개의 필라멘트 리드는 방출부(10)의 표면과 평행한 면에서 서로 120°로 스커트(14)의 측부를 통과할 수 있다. 2개의 리드(15) 사이가 120°로 배치되는 이 경우에, 적어도 하나의 아암부(12)에 의해 기계적 안정이 이루어진다. 캐소드는, 예컨대 다음과 같이 어셈블된다.

캐소드의 2개의 리드가 서로 120°로 배치되는 필라멘트(13)는 아암부(12)가 미리 용접되어 있는 캡(11) 아래에 배치된다.

외주면에 3개의 노치(19)를 서로 120°로 형성한 스커트(14)는 리드(15)와 아암(12)이 노치(19)를 통과하도록 캡(11)에 부착된다. 노치의 직경은 동작 중에 이들 구성 요소들의 실질적인 이동을 막도록 밀접 끼워맞춤(close fit)을 달성하기 위해서 리드(15)와 아암(12)의 직경에 일치시킨다.

스커트(14)는, 예컨대 용접으로 캡(11)에 고정되고, 리드(15)와 아암(12)은 절연 지지부(17)에 포함된 금속 패드(16)에, 예컨대 용접으로 고정된다.

이렇게 달성된 단일 모듈은 단색 또는 컬러 음극선관용 전자총의 하부에 하나 또는 3개씩 삽입될 수 있다. 바람직한 일실시예에서, 전자총의 제1 전극은 캐소드의 방출부가 양호한 거리만큼 떨어져서 그리드의 오리피스에 직면하도록 캐소드 모듈을 삽입하는 수단을 포함한다.

따라서, 본 발명은 캐소드의 축 길이를 용이하게 줄이고 또한, 캐소드의 열효율을 향상시킬 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따른 캐소드 구조는 캡(11)에 대향하는 하부를 밀폐시켜서, 캐소드의 방출부로 방사 열 에너지를 직접 반사시킴으로써 열반사기로서 작용한다. 방출부(10)를 지지하는 캡(11) 영역상에서 이러한 에너지 반사 기능을 수행하도록 스커트 하부의 오목한 내부면을 설계함으로써, 스커트의 밀폐된 하부의 내부면은 이 기능을 수행하도록 설계된 어떠한 오목한 형상일 수도 있으며, 바람직하게는 산업적으로 생산하기에 용이한 원뿔형이나 절두 원뿔형(frustoconical)일 수 있고, 그 원뿔의 꼭지각은 방출부(10)에 의해 직접 회수(pick up)되지 않는 일부 열이 방출부(10)를 지지하는 캡 영역으로 복사성 반사에 의해 전달되도록 선택된다.

필라멘트와 방출부간의 열교환을 향상시키기 위해서, 필라멘트(13)의 형상은 스커트의 내부면에 일치하도록 형성되기 때문에, 필라멘트의 헤드(20)는 방출부에 가장 가깝게 위치하는 베이스부보다 더 작은 캐소드의 방출면에 평행한 면의 크기를 갖는다. 필라멘트는, 예컨대 원뿔상에서 나선 회전될 수 있으므로, 방출부 아래에 위치하는 캡(11)의 표면에 직접 면하는 필라멘트의 표면적은 증대되고 캡의 표면과 필라멘트의 평균 거리는 감소된다.

도 2와 도 3에 도시하는 바와 같이, 주입형 캐소드의 경우에는 펠릿의 측벽(21) 둘레에 필라멘트(13)를 한번 선회시킴으로써, 열교환을 향상시킬 수 있다.

일반적으로, 열복사에 의한 우수한 열전달을 위해서, 방출부(10), 캡(11), 필라멘트(13), 및 스커트(14)와 같은 구성 요소들의 기하학적인 형상을 채택함으로써, 필라멘트(13)와 방출부(10) 사이에 열교환을 증대시킬 수 있다. 그 일례는 다음과 같다.

필라멘트(13)와 방출부(10)의 표면적을 서로에 대하여 직접 늘리고[더욱 자세하게 설명하면, 구성 요소(11)를 통해 직접], 그 표면적들 사이의 공간을 줄임으로써, 필라멘트(13)로부터 방출부(10)로 열을 전달할 수 있다.

또한, 필라멘트(13)와 스커트(14)의 표면적을 서로에 대하여 직접 늘리고, 그 표면적들 사이의 공간을 줄임으로써, 필라멘트(13)로부터 스커트(14)로 열을 전달할 수 있다.

게다가, 캐소드 지지부로서 리드(15)를 사용하면, 종래 기술에 따른 구조와 비교해서, 도 1의 슬리브(7)와 같은 캐소드 지지 요소에서, 한편으로는 방사에 의해, 다른 한편으로는 전도에 의해 열 손실을 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 캐소드 구조에서는 캐소드의 크기를 줄일 수 있고, 그 열효율을 향상시킬 수 있다는 사실 외에도, 열 반사기의 형태에서 스커트의 하부와 방출부에 더 가깝게 필라멘트를 갖는 사실은 캐소드 가동 시간, 즉 필라멘트에 공급 전압을 인가할 때와 캐소드에 의해 방출된 전자 전류를 획득할 때 경과하는 시간에대응하는 캐소드 가동 시간을 단축함으로써 또한 열효율을 향상시킬 수 있다는 것이다.

Claims (18)

1. 전자빔을 발생하도록 방출 재료로 구성된 방출부와, 상기 방출부가 배치되어 있는 금속캡과, 상기 금속캡 아래에 위치하고 연결 리드에 의해 종단되는 나선형의 가열 필라멘트와, 상기 필라멘트의 나선부를 둘러싸서 상기 캡과 밀폐 공간을 형성하며, 내부면을 갖는 스커트를 포함하는 음극선관의 전자총용 캐소드로서,

   상기 캡에 대향하는 상기 스커트의 배면부의 상기 내부면은 상기 필라멘트로부터의 열 에너지를 상기 방출부를 향해 반사하도록 구성된 형상인 것인 전자총용 캐소드.
2. 제1항에 있어서, 상기 스커트의 상기 배면부는 실질적으로 절두 원뿔형인 것인 전자총용 캐소드.
3. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트는 상기 방출부로부터 멀어질 때 직경이 감소하도록 선회되는 것인 전자총용 캐소드.
4. 제3항에 있어서, 상기 방출부는 방출 재료가 주입된 펠릿이며, 상기 필라멘트는 상기 방출부에 가장 가깝게 선회할 때 적어도 부분적으로 주입형 펠릿의 측벽을 둘러싸는 것인 전자총용 캐소드.
5. 제1항에 있어서, 상기 스커트는 상기 리드가 통과하고, 상기 캡 근방에 있는 상기 스커트의 측벽상에 위치한 개구를 갖는 것인 전자총용 캐소드.
6. 제1항에 있어서, 상기 캐소드는 경질 지지부를 이용해서 상기 전자총에 유지되고, 상기 리드 중 적어도 하나는 상기 캐소드와 상기 캐소드 지지부 사이의 기계적인 연결부로서 기능하는 것인 전자총용 캐소드.
7. 제6항에 있어서 상기 캐소드 지지부는 전기 절연성 재료로 주로 구성되는 것인 전자총용 캐소드.
8. 제7항에 있어서, 상기 캐소드 지지부는 전기 전도성 패드를 포함하는 것인 전자총용 캐소드.
9. 방출 재료로 구성되어 전자빔을 방출하는 방출부와, 상기 방출부가 배치되어 있는 금속캡과, 상기 금속캡 아래에 위치하고 연결 리드에 의해 종단되는 나선형의 가열 필라멘트와, 상기 필라멘트의 나선부를 둘러싸고, 상기 캡에 고정되며 측벽과 외주면을 갖는 스커트를 포함하는 음극선관의 전자총용 캐소드로서,

   상기 스커트의 상기 측벽은 개구를 갖고 상기 리드는 그 개구를 통과하는 것인 전자총용 캐소드.
10. 제9항에 있어서, 상기 리드가 통과하는 상기 개구는 상기 캡에 밀접한 상기 스커트의 상기 외주면에 배치된 노치인 것인 전자총용 캐소드.
11. 제9항에 있어서, 상기 캐소드는 경질 지지부를 이용하여 상기 전자총에 유지되고, 상기 리드 중 적어도 하나는 상기 캐소드와 상기 지지부 사이의 기계적인 연결부로서 기능하는 것인 전자총용 캐소드.
12. 제11항에 있어서, 상기 캐소드 지지부는 전기 절연성 재료로 주로 구성되는 것인 전자총용 캐소드.
13. 제12항에 있어서, 상기 캐소드 지지부는 전기 전도성 패드를 포함하는 것인 전자총용 캐소드.
14. 제9항에 있어서, 상기 필라멘트는 상기 방출부에서 멀어질 때 선회 직경이 감소하도록 선회되는 것인 전자총용 캐소드.
15. 제14항에 있어서, 상기 방출부는 방출 재료가 주입된 펠릿이며 상기 필라멘트는 상기 방출부에 가장 가깝게 선회할 때 적어도 부분적으로 주입형 펠릿의 측벽을 둘러싸는 것인 전자총용 캐소드.
16. 제9항에 있어서, 상기 캡에 대향하는 상기 스커트의 단부는 상기 필라멘트의 일부가 상기 캡과 상기 스커트에 의해 형성된 중공체에 밀봉되도록 밀폐된 것인 전자총용 캐소드.
17. 제9항에 있어서, 상기 스커트의 형상은 상기 필라멘트에 의해 방출된 열 에너지를 상기 방출부상에 반사시키기 위하여 실질적으로 절두 원뿔형인 것인 전자총용 캐소드.
18. 음극선관의 전자총용 캐소드로서,

    방출 재료로 이루어져 전자 빔을 생성하는 방출부와,

    상기 방출부가 배치되는 금속캡과,

    상기 캡 아래에 위치하며 상기 연결 리드에 의해 종단되는 나선형의 가열 필라멘트와,

    상기 캡에 대항하는 내부면과, 개구를 구비하고, 상기 필라멘트의 나선부를 둘러싸서 상기 캡과 함께 밀폐 공간을 형성하는 스커트와,

    경질 지지부를 포함하고,

    상기 필라멘트 리드가 통과하는 상기 개구는 상기 캡 근방에 있는 상기 스커트의 외주면에 위치한 노치를 갖고,

    상기 리드 중 적어도 하나는 상기 캐소드와 상기 지지부 사이의 기계적 연결부로서 기능하며,

    상기 내부면은 상기 필라멘트로부터 열 에너지를 상기 방출부를 향해 효율적으로 반사하도록 그 형상이 실질적으로 절두 원뿔형인 것인 전자총용 캐소드.