KR20030018376A - 칼라 음극선관의 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라 음극선관의 전자총에 관한 것으로, 열전자를 방사하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 방사된 열전자를 제어하는 제1전극 및 제2전극과, 전자빔을 형광막에 집속시키기 위한 주정전 집속 렌즈를 형성하도록 관축(Z-Z)방향으로 형성되는 제3전극과, 제4전극, 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 포커스전극과 애노드전극, 쉴드컵을 포함하는 전자총에 있어서, 상기 포커스 개구부 전극과 애노드 개구부 전극의 형상 및 수직, 수직방향의 형상이 동일하고, 포커스 인너전극과 애노드 인너전극의 형상이 서로 다르며, 상기 포커스 개구부전극과 애노드 개구부전극의 개구부에서 포커스 인너전극과 애노드 인너전극 까지의 거리가 동일하고, 포커스 인너전극의 사이드전자빔 통과공과 애노드 인너전극의 사이드전자빔 통과공의 내측 형상은 동일하며, 상기 포커스 인너전극의 사이드전자빔 통과공과 애노드 인너전극의 사이드전자빔 통과공의 외측은 서로 다른 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 전자총 부품제작에 따르는 치수 산포에 의한 포커스 특성 변화를 효과적으로 억제하여 전자총 생산시 안정된 포커스 특성을 얻을 수 있고, 주렌즈 자체로 스테이틱 컨버젼스를 이루므로 삼극부에서의 강한 코마 수차등이 제거되어 포커스 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

칼라 음극선관의 전자총 {Electron gun of Cathode Ray Tube}

본 발명은 칼라음극선관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주렌즈의 성능을 개선하고 생산에 따른 산포를 효과적으로 제거하여 해상도를 향상시키기 위한 칼라음극선관의 전자총에 관한 것이다.

도 1은 종래의 칼라음극선관을 보인 단면도이고, 도 2는 종래의 전자총을 보인 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 칼라음극선관은 내면에 형광막(10a)이 형성되는 패널(10)과, 패널(10)의 내면에서 일정간격 이격되어 설치되는 새도우마스크(12)와, 상기 새도우마스크(12)가 용접 고정되는 서포트 프레임(13)과, 상기 패널(10)의 후방에 고정되는 펀넬(14)과, 상기 펀넬(14)의 후방에 마려되는 네크(15)에 봉입되어 전자빔을 방출하는 전자총(20)과, 상기 네크(15)의 외주에 결합되어 전자총(20)에서 방출되는 전자빔을 편향시키기 위한 편향요크(16)를 포함하고 있다.

상기 전자총(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 열전자를 방사하는 캐소드(21)와, 상기 캐소드(21)에서 방사된 열전자를 제어하는 제1전극(22) 및 제2전극(23)과, 전자빔을 형광막에 집속시키기 위한 주정전 집속 렌즈를 형성하도록 관축방향(Z-Z)방향으로 형성되는 제3전극(24)과, 제4전극(25), 포커스전극(26), 애노드전극(27), 쉴드컵(28)을 포함하고, 상기 전극들을 절연성 비드글라스(29)로 고정한 구조이다.

이러한 전자총에서 캐소드(21) 내부에 삽입되어 있는 히터의 발열에 의하여 캐소드(21)에서 방출된 열전자는 캐소드(21)와 제1전극(22) 전압에 의하여 그 양이 제어되고 제2전극(23)에 의하여 가속된다. 그리고, 제2전극(23)과 제4전극(25)에는 약 1000볼트 이하의 전압이 인가되고 상기 제3전극(24)과 포커스 전극(26)에는 애노드전극(27)에 인가되는 전압의 20∼40%에 해당되는 전압이 인가된다.

이들 제2전극(23), 제3전극(24) 사이에 형성된 정전렌즈와, 제3전극과 제4전극 및 포커스전극에 의하여 형성된 정전렌즈(전단집속렌즈라 한다)에 의하여 전자빔이 주렌즈에 입사하는 입사각이 결정된다. 애노드전극(27)에 약 20000∼35000 볼트의 고전압을 인가하고 애노드전극(27)과 약 1mm 간격을 두고 이웃한 포커스전극(26)에는 이의 약 20∼40%에 해당되는 전압을 인가하면 두 전극 사이에 주정전 집속렌즈(주렌즈)가 형성된다.

이와 같이, 캐소드(21)의 열전자가 주정전집속렌즈에 의하여 집속되어 스크린에 형성되는데, 이 때 스크린에서 전자빔 스팟의 선예도(sharpness)는 다음 3가지 성분에 의하여 좌우된다.

Ds = { (Dx + Dsa)²+ Dsc}^1/2

여기에서, Dx : 주정전 집속 렌즈의 배율에 의한 크로스오버점의 확대 성분,

Dsa : 주렌즈 구면수차에 의한 전자빔 분산 성분

Dsc : 공간 전하 효과에 의한 전자빔 분산 성분

이들중 특히 구면수차는 모니터용 전자총의 성능에 큰 영향을 미치게 되는데, 이 구면수차를 저감하고 해상도를 향상시키기 위하여 실효 대구경 전자총을 사용하게 된다.

도 3a와 도 3b는 일반적인 실효 대구경 전자총 주정전 집속렌즈부의 일례를 도시한 것으로, 이 주정전 집속렌즈부는 포커스 전극(26)과 애노드 전극(27)이 서로 대향되는 구조이다.

상기 포커스 전극(26)은 레이스 트랙(race track) 형태로 공통 개구를 갖는 캡(cap)형 포커스 개구부전극(26a)과, 이 포커스 개구부전극(26a)의 내부에 설치되어 전기적으로 연결된 포커스 인너전극(26b)으로 구성된다.

그리고, 상기 포커스전극(26)과 약 1.0mm 의 간격을 갖고 대향한 애노드 전극(27)은 도그 본(dog bone) 형태의 공통 개구부를 갖는 캡형 애노드 개구부전극(27a)과, 이 애노드 개구부전극(27a)의 내부에 설치되어 전기적으로 연결된 애노드 인너전극(27b)으로 구성된다.

상기 애노드전극(27)에 약 20,000∼35,000 볼트의 고압을 인가하고, 포커스 전극(26)에는 약 5,000∼8,000 볼트의 전압을 인가하면, 이 두 전극 사이에는 정전렌즈가 형성된다. 이 때 포커스 개구부전극(26a)과 애노드 개구부전극(27a)은 수평방향(세 전자빔 배열방향) 직경보다 수직방향 직경이 작아 강한 수직방향집속 작용을 보인다. 그리고, 포커스 및 애노드 개구부전극(26a)(27a)을 통하여 침투한 약화된 전계는 포커스 인너전극(26b)과 애노드 인너전극(27b)에 의하여 수평집속 작용을 한다.

또한, 두 사이드(side) 전자빔들은 포커스 개구부전극(26a)과 애노드 개구부전극(27a)의 공통 개구부 및 포커스 인너전극(26b)과 애노드 인너전극(27b)에 의하여 센터 전자빔으로 향하는 힘을 받고, 스크린에서 센터 전자빔을 향하여 모인다. 이를 스테이틱 컨버젼스(static convergence)라고 한다.

상기 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)과 포커스 및 애노드 개구부전극(26a)(27a)의 형상 및 치수의 결정에 따라 주렌즈의 비점 수차가 결정된다.

여기에서, 비점수차(astigmatism)란 스크린에서 수평집속하기 위한 포커스전압에서 수직집속하기 위한 포커스전압을 뺀 것으로, 특히 포커스 전극(26)에 일정한 전압을 인가하는 전자총의 경우 비점수차량은 매우 일정하게 관리되어야 한다.

이러한 전자총의 전극들은 프레스(press)와 금형을 이용하여 프레싱(pressing) 작업을 통하여 제작되는데, 프레싱 작업을 통하여 얻을 수 있는 제작 정도는 포커스 및 애노드 개구부전극(26a)(27a)의 개구부 치수의 경우는 약 ± 20㎛, 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)의 공경치수의 경우는 약 ± 5㎛ 이다.

따라서, 상기와 같이 포커스 전극(26)을 구성하는 부품과 애노드 전극(27)을 구성하는 부품이 실질적으로 달라서 별도의 금형을 이용하여 제작되어야 하는 경우, 대향한 포커스 및 애노드 개구부전극(26a)(27a)의 치수는 최대 40㎛ 의 차이가 발생될 수 있다. 이러한 40㎛ 의 차이는 스테이틱 컨버젼스량을 약 1mm 변화시키므로 스크린에 형성된 적,녹,청색의 배열 및 컨버젼스 특성에 매우 큰 변화를 유발시킨다. 이와 함께 비점수차등 주렌즈의 집속 특성 또한 매우 크게 변화되므로 전자총의 포커스특성이 매우 나빠지게 되는 것이다.

전자총의 포커스 특성에 영향을 크게 미치는 또 하나의 요소는 포커스 및 애노드 개구부전극(26a)(27a)의 개구부에 대한 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)의 깊이이다. 이러한 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)의 깊이는 용접시 여러조건에 기인하며 동일 시점 작업 조건에서는 통상 ± 5㎛의 정밀도를 가지나 용접기가 다르거나 주변 환경이 변화하는 경우에는 약 ± 15㎛의 차이를 보이게 된다.

이와 같이, 별도의 금형 사용에 따른 상기한 바와 같은 문제점을 제거하기 위하여 동일한 부품을 포커스전극(26)과 애노드전극(27)에 사용하여 전극의 변화를 상쇄시키려는 방법이 있는데, 이를 미러링 렌즈(mirroring lens)라 하며, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 포커스 및 애노드 개구부 전극(26a)(27a)과 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)을 완전히 동일한 것을 사용하는 것이다.

또한, 포커스 및 애노드 개구부전극(26a)(27a)과 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)을 용접하여 포커스전극(26)과 애노드 전극(27)으로 사용하므로, 완전히 대칭적인 렌즈를 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 포커스 개구부전극(26a)의 치수가 +20㎛ 변화되어 있더라도 치수변동에 의한 특성변화는 상쇄되어 사라진다. 그리고, 포커스 및 애노드 개구부전극(26a)(27a)과 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)을 완전히 동일한 용접기에서 제작하여 사용하므로 포커스 및 애노드 인너전극(26b)(27b)의 깊이 변동에 따른 포커스특성의 변화 또한 매우 작게 된다.

그러나, 이와 같이 완변한 미러링 렌즈의 경우 주렌즈를 구성하는 포커스 전극(26)과 애노드 전극(27)이 동일한 치수로 대칭이므로 스테이틱 컨버젼스 작용을 하지 못하게 된다. 따라서, 삼극부에서 사이드 전자빔을 전자총의 중심을 향해 꺾어 입사시켜서 스테이틱 컨버젼스 작용을 하게 된다. 삼극부에서의 강력한 빔 꺾음은 삼극부의 대향한 전극 공경간의 중심 위치차를 이용해 얻을 수 있으나 이로 의해 사이드전자빔들은 정전렌즈의 중심을 벗어난 지점을 통과하게 되는데, 이를 코마수차라 한다.

상기와 같은 종래의 전자총은 코마수차를 강하게 겪게 되므로 스크린에서의 포커스 특성의 저하를 초래하게 되고, 삼극부에서 주렌즈부에 이르기까지 전자빔의 위치가 계속 변화되므로 사이에 위치한 전극들의 S치 (센터빔 통과공과 사이드빔 통과공간의 거리)가 계속 변화되어야 하므로 제작에 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 주렌즈를 형성하는 포커스전극과 애노드 전극에서 개구부 전극의 개구부를 동일하게 형성하고, 인너 전극의 전자빔 통과공의 크기를 서로 다르게 형성하여, 코마수차를 제거하고 포커스 성능을 향상시키도록 한 칼라 음극선관용 전자총을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 칼라 음극선관을 보인 도면,

도 2는 종래의 칼라 음극선관의 전자총을 보인 도면,

도 3a와 도 3b 내지 도 4a와 도 4b는 종래의 칼라음극선관의 전자총의 주렌즈 전극을 보인 도면,

도 5a와 도 5b 내지 도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 칼라음극선관의 전자총의 주렌즈부 전극을 보인 도면,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30; 포커스 전극 30a; 포커스 개구부전극

30b; 포커스 인너전극

30c, 32c; 사이드전자빔 통과공의 내(외)측

30d, 32d; 사이드전자빔 통과공의 외(내)측

32; 애노드 전극

32a; 애노드 개구부전극 32b; 애노드 인너전극

30e, 32e; 위치 지정용구멍

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음극선관의 전자총은, 열전자를 방사하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 방사된 열전자를 제어하는 제1전극 및 제2전극과, 전자빔을 형광막에 집속시키기 위한 주정전 집속 렌즈를 형성하도록 관축(Z-Z)방향으로 형성되는 제3전극과, 제4전극, 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 포커스전극과 애노드전극, 쉴드컵을 포함하는 전자총에 있어서, 상기 포커스 개구부 전극과 애노드 개구부 전극의 형상 및 수직, 수직방향의 형상이 동일하고, 포커스 인너전극과 애노드 인너전극의 형상이 서로 다르며, 상기 포커스 개구부전극과 애노드 개구부전극의 개구부에서 포커스 인너전극과 애노드 인너전극 까지의 거리가 동일하고, 포커스 인너전극의 사이드전자빔 통과공과 애노드 인너전극의 사이드전자빔 통과공의 내측 형상은 동일하며, 상기 포커스 인너전극의 사이드전자빔 통과공과 애노드 인너전극의 사이드전자빔 통과공의 외측은 서로 다른 것을 특징으로 한다.

상기 포커스 인너전극과 애노드 인너전극에는 개구부전극과 인너전극의 용접시 용접지그의 위치를 설정하기 위한 위치 설정용 구멍을 형성하는 것도 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 음극선관용 전자총의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 전자총은 열전자를 방사하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 방사된 열전자를 제어하는 제1전극 및 제2전극과, 전자빔을 형광막에 집속시키기 위한 주정전 집속 렌즈를 형성하도록 관축방향(Z-Z)방향으로 형성되는 제3전극과, 제4전극, 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 포커스전극과 애노드전극, 쉴드컵을 포함하고, 상기 전극들을 절연성 비드글라스로 고정한 구조이다.

상기 포커스 전극(30)과 애노드 전극(32)은 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 포커스 및 애노드 개구부전극(30a)(32a)과 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)으로 구성된다.

한편, 주렌즈를 구성하는 전극중 제작치수가 목표치수에 비하여 가장 큰 차이를 보이는 전극은 보통 포커스 및 애노드 개구부전극(30a)(32a)이다. 이 포커스 및 애노드 개구부전극(30a)(32a)은 디프드로잉(deep drawing)을 통해 전극의 구조가 형성되고 그 끝단에 개구부를 형성시키므로 개구부의 구조는 외력에 취약하다. 따라서 제작 과정에서 치수 변동이 생기기가 쉬우므로 동일한 형상으로 포커스 및 애노드 개구부전극(30a)(32a)을 제작하여 사용하고 상하좌우를 구분할 수 있도록 노치(notch) 또는 돌기를 사용하여 놓이는 방향을 서로 대칭되게 구성한다면 포커스 및 애노드 개구부전극(30a)(32a)은 동시에 크거나 동시에 작거나 또는 동시에 정해진 치수에서 공차를 갖고 벗어나게 된다. 치수의 변화는 포커스 전극(30)과 애노드 전극(32)에서 서로 반대의 작용을 유발하므로 동일한 금형에서 제작된 것을 사용하면 서로 치수가 반복되므로, 포커스 및 애노드 개구부전극(30a)(32a)의 치수 변동에 의한 전자총의 특성 변동은 완벽하게 제거된다.

그리고, 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)의 경우 제작 정밀도는 ±5㎛로 매우 우수한 편이므로 동일한 전극을 사용하지 않아도 이로 인한 포커스특성의변동은 작다. 그러나, 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)의 형상이 완전히 다르면, 서로 다른 용접기와 용접 지그(jig)를 사용하여야 하므로, 인너전극의 깊이가 동일한 수준으로 관리되기가 매우 어렵다. 깊이가 동일한 수준으로 관리되기 위해서는 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)을 동일한 용접지그를 사용하여 제작 가능한 형상 및 구조이어야 한다.

즉, 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)의 사이드 전자빔 통과공의 내측의 형상을 동일하게 하면, 동일한 용접 지그를 사용하여 포커스 개구부전극(30a)과 포커스 인너전극(30b) 및 애노드 개구부전극(32a)과 애노드 인너전극(32b)을 용접할 수 있으므로, 용접 공정 및 지그에 따른 인너 깊이의 변동을 제거할 수 있으므로 포커스 특성을 균일하게 유지할 수 있다.

포커스 인너전극(30b)과 애노드 인너전극(32b)의 사이드전자빔 통과공은 스테이틱 컨버젼스를 위하여 형상이 다르게 제작된다. 즉, 도 5a 내지 도 5b와 같이 애노드 인너전극(32b)의 사이드전자빔 통과공 외측(32d)을 포커스 인너전극의 사이드전자빔 통과공 외측(32d)에 비하여 크게 형성하면, 사이드전자빔이 애노드 인너전극(32b)을 통과할 때, 전자빔 통과공 내측(32c)이 전자빔 통과공 외측(32d)에 비하여 가까이 형성되어 있으므로 전자가 높은 전위로 이동하는 법칙에 의해 사이드전자빔들은 내측으로 집속력을 받게 된다. 따라서, 스테이틱 컨버젼스를 위해 필요한 정전력을 사이드전자빔에 가할 수 있다. 스테이틱 컨버젼스가 주렌즈에서 형성되므로 사이드전자빔들은 심한 코마수차를 겪지 않게 되어 포커스 성능이 향상된다.

또한, 도 6a 및 도 6b와 같이, 동일한 용접지그를 사용하여 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)의 형상에 제약을 없앨 수 있도록 별도의 위치 설정용 구멍(30e)(32e)을 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)에 형성한다. 그러면, 포커스 및 애노드 인너전극(30b)(32b)에서 사이드전자빔 통과공의 크기는 중요하지가 않기 때문에, 그 형상에 구애를 받지 않는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 포커스전극과 애노드 전극에서 개구부 전극의 개구부를 동일하게 형성하고, 인너 전극의 전자빔 통과공의 크기를 서로 다르게 형성함으로써, 전자총 부품제작에 따르는 치수 산포에 의한 포커스 특성 변화를 효과적으로 억제하여 전자총 생산시 안정된 포커스 특성을 얻을 수 있고, 주렌즈 자체로 스테이틱 컨버젼스를 이루므로 삼극부에서의 강한 코마 수차등이 제거되어 포커스 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 열전자를 방사하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 방사된 열전자를 제어하는 제1전극 및 제2전극과, 전자빔을 형광막에 집속시키기 위한 주정전 집속 렌즈를 형성하도록 관축(Z-Z)방향으로 형성되는 제3전극과, 제4전극, 전자빔을 화면에 집속하기 위한 주렌즈를 형성하는 포커스전극과 애노드전극, 쉴드컵을 포함하는 전자총에 있어서,

   상기 포커스 개구부 전극과 애노드 개구부 전극의 형상 및 수직, 수직방향의 형상이 동일하고, 포커스 인너전극과 애노드 인너전극의 형상이 서로 다르며, 상기 포커스 개구부전극과 애노드 개구부전극의 개구부에서 포커스 인너전극과 애노드 인너전극 까지의 거리가 동일하고, 포커스 인너전극의 사이드전자빔 통과공과 애노드 인너전극의 사이드전자빔 통과공의 내측 형상은 동일하며, 상기 포커스 인너전극의 사이드전자빔 통과공과 애노드 인너전극의 사이드전자빔 통과공의 외측은 서로 다른 것을 특징으로 하는 음극선관의 전자총.
2. 제1항에 있어서, 상기 포커스 인너전극과 애노드 인너전극에는 개구부전극과 인너전극의 용접시 용접지그의 위치를 지정하기 위한 위치 설정용 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 음극선관의 전자총.