KR20040046132A - 프로젝션 표시장치용 모노크롬 음극선관 - Google Patents

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KR20040046132A
KR20040046132A KR1020020073954A KR20020073954A KR20040046132A KR 20040046132 A KR20040046132 A KR 20040046132A KR 1020020073954 A KR1020020073954 A KR 1020020073954A KR 20020073954 A KR20020073954 A KR 20020073954A KR 20040046132 A KR20040046132 A KR 20040046132A
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강동현
김민호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

넥크부의 구조 개선을 통해 대구경 전자총을 구비하여 프로젝션 스크린의 해상도를 향상시키는 모노크롬 음극선관에 관한 것으로서, 모노크롬 음극선관은 내면에 형광 스크린이 형성되는 페이스 패널과; 페이스 패널에 대향하는 바디부 및 바디부 후방에 연결되는 콘부를 구비하여 페이스 패널 후방에 고정되는 펀넬과; 콘부의 후방 끝단과 동일한 직경을 갖는 전단부 및 전단부보다 큰 직경을 가지면서 전단부 후방에 연결되는 후단부를 구비하여 펀넬 후방에 고정되는 넥크부와; 넥크부의 후단부 내부에 장착되어 형광 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총과; 펀넬의 콘부와 넥크부의 전단부 외주상에 장착되는 편향 코일부와, 넥크부의 후단부 외주상에 장착되는 컨버젼스 조정부로 분리 형성되는 편향 장치를 포함한다.

Description

프로젝션 표시장치용 모노크롬 음극선관{MONOCHROME CATHODE RAY TUBE FOR PROJECTION DISPLAY SYSTEM}
본 발명은 프로젝션 표시장치에 사용되는 모노크롬 음극선관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 넥크부의 구조 개선을 통해 대구경 전자총을 구비하여 프로젝션 스크린의 해상도를 향상시킬 수 있는 모노크롬 음극선관에 관한 것이다.
일반적으로 음극선관을 이용하는 프로젝션 표시장치는 R(적), G(녹), B(청)단색의 화면을 구현하는 3개의 모노크롬 음극선관과, 이들 음극선관에서 각기 구현된 단색의 영상들을 프로젝션 스크린으로 확대 투사하여 칼라 영상으로 합성하는 광학 시스템을 주요 구성으로 한다.
이러한 모노크롬 음극선관은 한줄기 전자빔으로 형광 스크린을 주사하므로, 전자빔의 포커스 성능이 표시장치의 해상도에 직접적인 영향을 미치며, 각 모노크롬 음극선관의 화면이 대략 10배 정도 확대되어 프로젝션 스크린에 투사되기 때문에, 전자총에서 고전류 밀도의 전자빔을 방출하여 화면의 휘도를 높이게 된다.
따라서 모노크롬 음극선관에 구비되는 전자총은 고전류 영역에서 포커스 성능이 우수한 유니포텐셜 포커스(unipotential focus) 또는 하이-유니포텐셜 포커스(hi-unipotential focus) 방식이 주종을 이루고 있으며, 메인 포커스 렌즈의 성능을 최대화하기 위한 전극 구조가 연구 개발되고 있다. 이는 메인 포커스 렌즈를 형성하는 전극들의 직경을 크게 할수록 메인 포커스 렌즈의 성능이 우수해지고, 구면 수차가 감소하여 전자빔의 스폿 사이즈를 축소시킬 수 있기 때문이다.
그러나 현재 프로젝션 표시장치에서 가장 널리 사용되는 모노크롬 음극선관은 7인치(inch) 화면과 29.1mm의 넥크부 외경을 갖는 기종이며, 상기 기종의 특성에 맞게 편향 장치와 세트 회로 및 프로젝션 표시장치의 내부 구조가 세팅되어 있는 실정이다.
따라서 넥크부의 직경이 제한된 상태에서 전자총의 전극 직경을 확대시키는 데에는 일정한 한계가 있으며, 대구경 전자총을 장착하기 위해 넥크부의 직경과 전자총의 기종을 변경시키는 경우, 이에 수반하여 편향 장치와 세트 회로 및 프로젝션 표시장치의 구조 변경이 불가피한 실정이다.
그 결과, 종래의 모노크롬 음극선관은 전자빔의 스폿 사이즈를 축소시키는데 한계가 있으며, 편향 방향으로 전자빔의 직경이 확대되는 특성에 의해 화면 주변부에서 전자빔의 스폿 사이즈가 확대되어 프로젝션 스크린 상에서 화면 중앙부 대비 주변부의 해상도가 악화되는 단점을 안고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 프로젝션 표시장치의 구조 변경을 최소화하면서 대구경 전자총을 구비하여 형광 스크린 상에 보다 작은 전자빔 스폿 사이즈를 구현하고, 그 결과 프로젝션 스크린 상에서 구현되는 화면의 해상도를 향상시킬 수 있는 프로젝션 표시장치용 모노크롬 음극선관을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모노크롬 음극선관의 부분 절개 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 튜브의 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 편향 장치의 개략도.
도 4는 도 1에 도시한 전자총과 넥크부 후단부의 확대도.
도 5는 도 1에 도시한 제1 전극과 제2 전극의 확대 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모노크롬 음극선관과 종래 기술에 의한 모노크롬 음극선관 각각에서 전자빔 전류 변화에 따른 전자빔 스폿 사이즈를 측정하여 나타낸 그래프.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
내면에 형광 스크린이 형성되는 페이스 패널과, 페이스 패널에 대향하는 바디부 및 바디부 후방에 연결되는 콘부를 구비하여 페이스 패널 후방에 고정되는 펀넬과, 콘부의 후방 끝단과 동일한 직경을 갖는 전단부 및 전단부보다 큰 직경을 가지면서 전단부 후방에 연결되는 후단부를 구비하여 펀넬 후방에 고정되는 넥크부와, 펀넬의 콘부와 넥크부의 전단부 외주상에 장착되는 편향 코일부 및 상기 넥크부의 후단부 외주상에 장착되는 컨버젼스 조정부로 분리 형성되는 편향 장치를 포함하는 모노크롬 음극선관을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모노크롬 음극선관의 부분 절개 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 튜브의 단면도로서, 모노크롬 음극선관(2)은 페이스 패널(4)과 펀넬(6) 및 넥크부(8)가 일체로 결합되고, 내부가 진공 상태인 튜브(10)를 기본 구성으로 한다.
프로젝션 표시장치에 사용되는 모노크롬 음극선관(2)은 통상의 칼라 음극선관과 달리 단색의 형상 스크린(12)을 형성하며, 투사관의 특성상 페이스 패널(4)의 화면부(4a)가 볼록 렌즈 기능을 수행하도록 화면부(4a) 내면이 넥크부(8)를 향해 대략 350∼500mm의 곡률 반경을 갖는 구면으로 제작된다.
그리고 상기 펀넬(6)은 페이스 패널(4)에 대향하는 바디부(6a)와, 넥크부(8)에 대향하는 콘부(6b)로 이루어지며, 콘부(6b) 후방에 넥크부(8)가 고정된다. 상기 넥크부(8) 내부에는 전자총(14)이 장착되어 형광 스크린(12)을 향해 한줄기 전자빔을 방출하며, 콘부(6b)와 넥크부(8) 일부의 외주상에 편향 장치(16)가 장착되어 전자빔 경로상에 편향 자계를 발생시킨다.
여기서, 본 실시예에 의한 모노크롬 음극선관(2)은 넥크부(8)를 콘부(6b)에 대향하는 전단부(8a)와, 전단부(8a) 후방에 위치하는 후단부(8b)로 분리하고, 후단부(8b)의 직경을 전단부(8a)의 직경보다 크게 구성하여 후단부(8b) 내부에 전극들의 직경이 확대된 대구경 전자총(14)을 장착한다.
바람직하게, 상기 넥크부(8)의 전단부(8a) 외경(D1)과 후단부(8b) 외경(D2)은 다음의 조건을 만족하도록 이루어진다.
일례로 상기 넥크부(8)는 전술한 조건을 만족하는 범위 내에서 상기 전단부(8a)의 외경(D1)을 29.1mm로 설정하고, 후단부(8b)의 외경(D2)을 36.5mm로 설정할 수 있으며, 후단부(8b)의 직경에 비례하여 전자총(14)을 구성하는 전극들의 직경이 확대된다. 따라서 상기 전자총(14)은 동작 과정에서 메인 포커스 렌즈의 등가 구경이 확대되어 형광 스크린(12) 상에 보다 작은 전자빔 스폿을 구현하며, 그 결과 화면의 해상도를 향상시킨다.
또한, 본 실시예에 의한 모노크롬 음극선관(2)은 전술한 넥크부(8) 구성에 대응하여 편향 장치(16)를 다음과 같이 구성함으로써 편향 장치(16)가 용이하게 장착되도록 한다. 도 3은 편향 장치의 개략도로서, 편향 장치(16)는 크게 펀넬(6)의 콘부(6b)와 넥크부(8)의 전단부(8a) 외주상에 장착되는 편향 코일부(18)와, 넥크부(8)의 후단부(8b) 외주상에 장착되는 컨버젼스 조정부(20)로 분리 구성된다.
상기 편향 코일부(18)는 절연체인 세퍼레이터(22)와, 세퍼레이터(22) 내측에 위치하는 한쌍의 수평 편향 코일(24)과, 세퍼레이터(22) 외측에 위치하는 한쌍의 수직 편향 코일(26)을 구비하며, 세퍼레이터(22)의 곡면 형상이 상기 콘부(6b) 및 넥크부(8)의 전단부(8a) 형상에 대응하여 편향 코일부(18)가 상기 콘부(6b)와 전단부(8a) 외주상에 밀착 배치된다.
이 때, 상기 편향 코일부(18)는 넥크부(8)의 형상 특성에 의해 넥크부(8)의 후단부(8b)를 거쳐 상기 위치에 장착될 수 없으므로, 일례로 상기 세퍼레이터(22)와 수평 편향 코일(24) 및 수직 편향 코일(26)이 음극선관의 관축(도면에서 z축) 방향을 따라 2개로 양분될 수 있으며, 펀넬(6)의 콘부(6b)와 넥크부(8)의 전단부(8a) 외주상에서 상기 세퍼레이터(22)와 수평 편향 코일(24) 및 수직 편향 코일(26)을 일체로 조립하여 편향 코일부(18)를 구성할 수 있다.
그리고 상기 컨버젼스 조정부(20)는 컨버젼스 코일(28)을 구비하여 전자빔의 위치를 보정하며, 한쌍의 2극, 4극 및 6극 자석을 포함하는 씨피엠(CPM; Convergence and Purity Magnet)(30)을 구비하여 라스터의 위치와 컨버젼스 특성을 보정하게 된다. 이러한 컨버젼스 조정부(20)는 넥크부(8)의 후단부(8b) 외경에 대응하도록 형성되어 넥크부(8)의 후단부(8b) 외주상에 장착된다.
이와 같이 편향 장치(16)가 편향 코일부(18)와 컨버젼스 조정부(20)로 분리 구성됨에 따라, 편향 장치(16)를 용이하게 장착할 수 있으며, 편향 코일부(18)에 인가되는 편향 전류 및 편향 파워 등의 조건을 넥크부(8)의 전단부(8a) 조건에 맞게 설정하면, 표준화된 세트 회로를 그대로 적용할 수 있으므로 호환성이 확보된다.
한편, 본 실시예에 의한 모노크롬 음극선관(2)은 넥크부(8)의 후단부(8b) 외경(D2)에 대한 튜브(10)의 전장(L1) 비가 다음의 조건을 만족하도록 이루어진다.
일례로 상기 넥크부(8)의 후단부(8b) 외경(D2)이 36.5mm로 설정되는 경우, 튜브(10)의 전장(L1)은 대략 267∼270mm로 이루어지며, 튜브(10)의 전장(L1)이 전술한 조건을 만족할 때, 프로젝션 표시장치 내부에서 튜브(10)와 세트 회로와의 간섭이 방지되고, 프로젝션 표시장치의 구조 변경을 최소화할 수 있다.
이와 더불어 본 실시예에 의한 모노크롬 음극선관(2)은 전술한 조건의 튜브(10) 전장(L1)을 실현하기 위하여, 전자총(14)의 길이를 단축시킬 필요가 있다. 이는 넥크부(8)의 후단부(8b) 직경에 대응하여 전자총(14)을 구성하는 전극들의 직경을 확대시키는 경우, 전자총(14)의 길이 증가가 불가피하기 때문이다.
도 4는 도 1에 도시한 전자총과 넥크부 후단부의 확대도로서, 상기 전자총(14)은 넥크부(8)의 후단부(8b) 외경(D2)에 대한 자신의 길이(L2)의 비가 다음의 조건을 만족하도록 이루어지며, 바람직하게 전자총(14)의 길이(L2)가 111.3∼117.7mm로 이루어져 전술한 튜브(10) 전장(L1)을 실현하도록 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 전자총(14)은 열전자를 방출하는 캐소드(K)와, 캐소드(K)와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극(G1, G2)과, 제2전극(G2) 다음에 배치되는 제3 전극(G3)과, 제3 전극(G3) 다음에 배치되며 포커스 전압(대략 7∼10kV)을 인가받는 제4 전극(G4)과, 제4 전극(G4)과 임의의 간격을 두고 배치되며 애노드 전압(대략 32kV)을 인가받는 제5 전극(G5)과, 제3 전극(G3)과 제5 전극(G5)을 전기적으로 연결하여 제3 전극(G3)에 애노드 전압을 제공하는 커넥터(32)를 포함한다.
이로서 캐소드(K)와 제2 전극(G2)의 전압 차를 이용하여 캐소드(K)에서 방출되는 전자량을 제어하며, 캐소드(K)에서 방출된 전자들은 제2 전극(G2)과 제3 전극(G3) 사이에 형성된 강한 프리 포커스 렌즈(미도시)에 의해 예비 집속되고, 제3 전극(G3)과 제4 전극(G4) 사이에 형성된 제1 메인 포커스 렌즈(ML1) 및 제4 전극(G4)과 제5 전극(G5) 사이에 형성된 제2 메인 포커스 렌즈(ML2)에 의해 최종 집속 및 가속되어 형광 스크린(12)을 향해 방출된다.
상기 제5 전극(G5)은 내전압 특성을 고려하여 넥크부(8)의 후단부(8b) 내면과 대략 3mm 정도의 간격을 확보하면서 상기 후단부(8b) 내에서 최대의 구경으로 형성되며, 제4 전극(G4)의 끝단을 둘러싸도록 배치되어 자신의 내부에 제2 메인 포커스 렌즈(ML2)를 형성함으로써 제2 메인 포커스 렌즈(ML2)의 등가 구경을 최대화한다.
여기서, 본 실시예에 의한 전자총(14)은 전술한 수학식 3의 조건을 만족하기 위하여, 제 4전극(G4)과 제5 전극(G5)의 길이를 축소시켜 전자총(14)의 길이 단축을 도모하며, 바람직하게 본 실시예에서 넥크부(8)의 후단부(8b) 외경(D2)에 대한제4 전극(G4) 시작단과 제5 전극(G5) 끝단 사이의 거리(L3)의 비가 다음의 조건을 만족하도록 설정되어 전자총(14)의 길이를 단축시킨다.
일례로 넥크부(8)의 후단부(8b) 외경(D2)이 36.5mm 일 때, 제4 전극(G4)의 시작단과 제5 전극(G5)의 끝단 사이의 거리(L3)는 76.6∼81.0mm로 이루어진다.
그러나 전술한 바와 같이 메인 포커스 렌즈를 형성하는 제4 전극(G4)과 제5 전극(G5)의 길이를 축소시키면, 편향 중심점에서 전자빔의 직경이 감소하여 화면 중앙부에서 포커스 특성이 열화될 수 있다. 이로서 본 실시예에 의한 전자총(14)은 삼극관부를 구성하는 제1, 2 전극(G1, G2)의 구조를 개선하여 전술한 포커스 특성 열화를 개선한다.
도 5는 도 4에 도시한 제1 전극과 제2 전극의 확대 단면도로서, 제1 전극(G1)과 제2 전극(G2)은 각각의 바닥부(34, 36)에 원형의 전자빔 통과공(34a, 36a)이 형성된 컵 형상으로 이루어지며, 제1 전극(G1)에 구비된 전자빔 통과공(34a)의 직경(D3)과, 제2 전극(G2)의 두께(t)가 다음의 조건을 만족하도록 설정되어 편향 중심점에서 전자빔의 직경을 확대시킨다.
일례로 상기 전자총(14)은 전술한 조건을 만족하는 범위 내에서 제1전극(G1)에 구비되는 전자빔 통과공(34a)의 직경(D3)이 0.52mm 이상, 바람직하게 0.55∼0.65mm로 이루어지고, 제2 전극(G2)의 두께(t)는 0.25mm 이하, 바람직하게 0.20∼0.25mm로 이루어진다.
이와 같이 제1 전극(G1)에 구비되는 전자빔 통과공(34a)의 직경을 확대시키고, 제 2전극(G2)의 두께를 감소시키면 편향 중심점에서 전자빔의 직경이 확대되어 화면 중앙부에서 포커스 특성이 열화되지 않는다.
다음의 표 1과 도 6은 본 실시예에 의한 모노크롬 음극선관(실시예)과 종래 기술에 의한 모노크롬 음극선관(비교예) 각각에서 전자빔 전류 변화에 따른 전자빔 스폿 사이즈를 측정하여 나타낸 것으로서, 실시예와 비교예 모두 전자총의 각 전극들에 인가되는 전압 특성은 동일하게 유지하였고, 실시예와 비교예에 따른 모노크롬 음극선관의 형상 특성을 다음의 표 2에 나타내었다.
전자빔 전류(mA) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
전자빔 스폿 사이즈(㎛) 비교예 300 240 245 258 270
실시예 200 205 220 248 275
스폿 사이즈 감소율(%) 33.3 14.6 10.2 3.9 +1.8
비교예 실시예
튜브 전장(mm) 266.6 270 이하
넥크부 외경(mm) 29.1 전단부 : 29.1후단부 : 36.5
전자총 길이(mm) 119.6 114.0 이하
제1 전극의 전자빔 통과공 직경(mm) 0.60 0.60 이상
제2 전극의 두께(mm) 0.4 0.25 이하
이와 같이 본 실시예에 의한 모노크롬 음극선관(2)은 일부의 고전류 영역을제외한 저전류 영역과 고전류 영역 모두에서 형광 스크린(12)에 도달하는 전자빔 스폿 사이즈를 축소시키며, 특히 실제 모노크롬 음극선관이 동작하는 2.0mA의 저전류 영역에서 전자빔 스폿 사이즈를 비교예의 모노크롬 음극선관과 비교하여 최대 15% 축소시키는 결과를 나타낸다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 전술한 넥크부와 전자총 구성에 의해 형광 스크린에 도달하는 전자빔의 스폿 사이즈를 축소시킬 수 있으므로, 프로젝션 스크린에 구현되는 화면의 해상도를 향상시킨다. 또한 본 발명에 의한 모노크롬 음극선관은 전술한 편향 장치의 구성과 튜브의 전장 조건을 통해 프로젝션 표시장치의 구조 변경을 최소화하면서 프로젝션 표시장치에 용이하게 장착될 수 있다.

Claims (9)

  1. 내면에 형광 스크린이 형성되는 페이스 패널과;
    상기 페이스 패널에 대향하는 바디부 및 바디부 후방에 연결되는 콘부를 구비하여 상기 페이스 패널 후방에 고정되는 펀넬과;
    상기 콘부의 후방 끝단과 동일한 직경을 갖는 전단부 및 전단부보다 큰 직경을 가지면서 전단부 후방에 연결되는 후단부를 구비하여 상기 펀넬 후방에 고정되는 넥크부와;
    상기 넥크부의 후단부 내부에 장착되어 상기 형광 스크린을 향해 전자빔을 방출하는 전자총; 및
    상기 펀넬의 콘부와 상기 넥크부의 전단부 외주상에 장착되는 편향 코일부와, 상기 넥크부의 후단부 외주상에 장착되는 컨버젼스 조정부로 분리 형성되는 편향 장치를 포함하는 모노크롬 음극선관.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 넥크부가 다음의 조건을 만족하는 모노크롬 음극선관.
    여기서, D1은 넥크부의 전단부 외경을 나타내고, D2는 넥크부의 후단부 외경을 나타낸다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 편향 코일부가 절연체인 세퍼레이터와, 세퍼레이터 내측에 위치하는 한쌍의 수평 편향 코일과, 세퍼레이터 외측에 위치하는 한쌍의 수직 편향 코일을 구비하는 모노크롬 음극선관.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 세퍼레이터와 수평 편향 코일 및 수직 편향 코일이 음극선관의 관축 방향을 따라 2개로 분리되어 상기 펀넬의 콘부 및 상기 넥크부의 전단부 외주상에서 일체로 조립되는 모노크롬 음극선관.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 컨버젼스 조정부가 전자빔 위치 보정을 위한 컨버젼스 코일 및 씨피엠(CPM; Convergence and Purity Magnet)을 구비하는 모노크롬 음극선관.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 넥크부가 다음의 조건을 만족하는 모노크롬 음극선관.
    여기서, L1은 상기 페이스 패널과 펀넬 및 넥크부가 일체로 연결된 튜브의전장을 나타내고, D2는 넥크부의 후단부 외경을 나타낸다.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 넥크부와 전자총이 다음의 조건을 만족하는 모노크롬 음극선관.
    여기서, L2는 전자총의 길이를 나타내고, D2는 넥크부의 후단부 외경을 나타낸다.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전자총이,
    열전자를 방출하는 단일의 캐소드와;
    상기 캐소드와 더불어 삼극관부를 구성하는 제1 및 제2 전극과;
    상기 제2 전극 다음에 배치되는 제3 전극과;
    상기 제3 전극 다음에 배치되어 포커스 전압을 인가받는 제4 전극과;
    상기 제4 전극의 일부를 둘러싸도록 배치되며 애노드 전압을 인가받는 제5 전극; 및
    상기 제3 전극과 제5 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하며,
    상기 제4 전극과 제5 전극이 다음의 조건을 만족하는 모노크롬 음극선관.
    여기서, L3은 제4 전극의 시작단과 제5 전극의 끝단 사이의 거리를 나타내고, D2는 넥크부의 후단부 외경을 나타낸다.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 전극과 제2 전극이 다음의 조건을 만족하는 모노크롬 음극선관.
    여기서, D3는 제1 전극에 구비된 전자빔 통과공의 직경을 나타내고, t는 제2 전극의 두께를 나타낸다.
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