KR20050009420A - 고효율 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자총에 구비된 히터의 밀권부가 열집속부와 완충부를 포함하며, 열이 집중적으로 집속되는 부분인 열집속부는 작은 피치로 코일을 감고 열집속의 기능이 적은 완충부는 큰 피치로 코일을 감아 코일 소요량을 줄이면서 외부 충격과 코일의 열팽창/수축에 대해 탄성 진동을 가질 수 있도록 한다.

Description

고효율 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관{Cathode Lay Tube Including Electron Gun Having High Efficiency Heater}

본 발명은 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관에 관한 것으로, 특히 전자의 방출을 위해 음극에 열을 가하여주는 산화물 음극용 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 음극선관의 구조도로서, 일반적으로 음극선관은 형광체가 도포된 패널(110), 패널 내측면에 결합되어 색선별 기능을 갖는 새도우 마스크(120), 패널(110)과 결합되는 깔대기 형상의 펀넬(130), 전자총(140)이 삽입되어지는 네크관(150) 및 음극선을 편향시키는 편향요크(160)로 구성되어진다.

전자총(140) 내에는 전자를 방출하는 음극(141)이 내장되어 있으며, 음극(141)은 다수의 G1, G2 그리드(143)에 인가되는 전압에 의해 전자를 방출한다.

도 2는 일반적인 산화물 음극의 구조도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 음극(141)은 열전자방출특성을 이용한 산화물 음극이 주로 사용되고 있다. 이와 같은 산화물 음극은 열전자방출층(141-1), 기체금속(141-2), 히터(141-3), 슬리브(141-4) 및 지지체(141-5)로 구성된다.

열전자방출층(141-1)은 탄산바륨(BaCO₃), 탄산스트론튬(SrCO₃), 그리고 탄산칼슘(CaCO₃) 등의 알칼리토류 금속 탄산염이 주성분이며, 장축이 약 8㎛이며 단축이 약 0.5㎛인 침상형 형태의 미세 분말이 스프레이 코팅법으로 코팅되어 있다.

기체금속(141-2)은 니켈이 주성분으로 미량의 마그네슘, 실리콘, 텅스텐 등의 환원제가 함유되어 있으며, 열전자방출층(141-1)의 환원을 돕고 열전자방출층(141-1)을 지지한다.

히터(141-3)는 텅스텐이 주성분인 열저항선에 알루미나(Al₂O₃)가 절연층으로 코팅되어 있으며 열을 발생시킨다.

슬리브(141-4)는 니크롬(Ni-Cr)이 주성분으로 기체금속(141-2)을 지지하며, 히터(141-3)로부터의 열을 기체금속(141-2)으로 효과적으로 흡수, 전달하기 위해 통상적으로 흑화된다. 일반적으로 히터(141-3)와 슬리브(141-4) 사이에는 전기적인 안전을 위하여 소정의 간격(A)이 형성된다.

지지체(141-5)는 니켈(Ni)이 주성분인 합금으로 되어 있으며 슬리브(141-4)를 지지한다.

도 3은 종래의 히터를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 히터(141-3)는 발열이 집중되는 밀권부(B), 밀권부(B)에 전원을 인가하고 히터(141-3)를 지지하는 리드선의 역할을 하는 삼중권부(C), 그리고 전원을 인가하기 위하여 히터서포트(미도시)에 용접되는 용접부(D)로 크게 나눌 수 있다. 이러한 히터(141-3)는 음극(141) 내에 삽입후 용접되어 열전자가 방출될 수 있도록 기체금속(141-2) 상의 열전자방출층(141-10)을 가열하게 된다.

이러한 역할을 하는 히터(141-3)의 제조 공정을 간략하게 설명하면, 보빈감기→싱글코일감기→베이킹→더블코일감기→정형→전착 및 코팅→고온소결→맨드릴선 용해→중화 및 세척→건조 등의 공정을 거치게 된다.

도 4는 종래의 히터에 적용되는 코일의 감기를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 싱글코일감기 공정은 맨드릴선(410) 위에 소정의 피치(pitch)로 코일(420)을 감는 공정으로 열이 집중되어 발열부에 해당하는 밀권부(B)와 리드선에 해당하는 삼중권부(C)를 연속적으로 형성한 것이다. 이 때, 맨드릴선(410)은 주로 몰리브덴선을 이용하여 제조되며, 코일(420)은 주로 3% 레늄-텅스텐선을 사용하여 제조된다.

먼저, 삼중권부(C)는 맨드릴선(410)을 코어로 하여 코일(420)을 정방향으로 소정의 길이만큼 감고 역방향으로 필요한 소정의 길이만큼 감은 다음 다시 정방향으로 소정의 길이만큼 감음으로써 형성된다. 삼중권부(C)에 대한 코일(420)의 권선이 마무리되면 계속하여 같은 정방향으로 코일(420)을 감아 밀권부(B)를 형성하게 된다.

이 때, 삼중권부(C)에서는 코일(420)이 세 번 감김으로써 히터(141-3)를 지지하는 역할과 함께 감긴 코일(420)이 서로 접촉하게 되어 전체적으로 전도체 상태가 됨으로써 전원을 밀권부(B)로 인가하는 역할을 하게 된다.

또한, 밀권부(B)의 코일은 한번만 감겨 있기 때문에 코일(420)의 재료인 레늄-텅스텐선의 고유 저항에 의한 저항열이 발생함으로써 열집속부의 역할을 하게 된다.

싱글코일이 끝난 히터(141-3)는 베이킹 공정을 거치는데, 이는 코일(420)의 표면에 부착되어 있는 이물을 제거하고 도 3에 도시된 B부분을 형성하는 더블코일감기가 용이하도록 한다. 베이킹이 끝난 히터는 정해진 치수로 정형(forming)된다.

더블코일감기 및 정형이 끝난 히터(141-3)는 음극에 삽입되었을 때 누설 전류를 방지하기 위하여 절연 물질로 코팅된다. 히터(141-3)에 코팅되는 절연 물질은 일반적으로 알루미나(Al₂0₃)가 주로 사용된다.

이 때, 절연 물질 위에는 히터(141-3)의 복사열을 음극에 효과적으로 전달하기 위하여 복사율이 높은 알루미나와 텅스텐을 주성분으로 하는 흑화층이 형성된다.

상기와 같이 코팅이 완료된 히터(141-3)는 소결을 거치게 되는데 이는 알루미나를 소결시켜 경도를 높이기 위해서 행해진다. 소결조건은 일반적으로 드라이 수소 분위기에서 약 1600℃~1700℃의 온도에서 30~35분 가량 행해진다.

소결이 끝난 히터(141-3)는 황산과 질산의 혼합물인 혼합산에서 맨드릴선(410)을 용해시킨다. 이렇게 용해까지 끝난 히터(141-3)는 암모니아수로 중화와 세척 및 건조를 거쳐 완성되게 된다.

상기와 같은 여러 공정을 거치며 제작된 히터는 여러 가지 항목의 거마를 행하게 되는데 그 중에서 가장 중요한 항목이 히터 완성품의 상온(23℃~27℃)에서의 저항값이다. 상기의 히터의 상온에서의 저항값은 히터(12)가 음극에 삽입, 용접되었을 때의 히터의 전류치를 결정하는 가장 중요한 요인이 된다.

히터의 전류치는 음극 측면의 온도를 결정짓는 가장 중요한 항목일 뿐 아니라 음극선관의 수명과도 밀접한 관련이 있다. 일반적으로 음극 측면 온도는 히터 전류치와 양의 비례를 하며, 히터 전류치는 히터 상온 저항값과 음의 비례를 한다.

도 5는 종래의 히터에 적용되는 코일의 감기를 상세히 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 산화물 음극용 히터는 열집속의 고효율을 위해 위해 코일(420)을 감는 속도를 제어하여 밀권부(B)의 피치(a)가 삼중권부(C)의 정방향의 피치(b)보다 작게 한 것을 주요 특징으로 한다.

이 때, 역방향으로 감을 때의 감기 속도는 정방향으로 감을 때의 속도에 비해 9배의 속도로 감기 때문에 역방향에서의 코일의 피치(c)는 정방향에서의 코일의 피치(b)의 9배가 된다. 즉, 삼중권부(C)의 정방향에서의 피치(b)는 64㎛이며 역방향에서의 피치(c)는 64㎛의 9배인 576㎛이고 삼중권부(C)에 사용되는 코일(420)의 길이는 296mm이며, 전체 코일의 길이는 420mm, 히터 하나를 감는데 소요되는 시간은 13초이다.

이와 같이 밀권부(B)와 삼중권부(C)의 코일을 빽빽하게 감음으로써 밀권부(B)를 구성하는 코일(420)의 길이가 길어져 밀권부(B)의 전체 저항을 높이게 되고 이같은 저항의 증가는 동일 조건의 정격 전압에서 약 30℃의 추가 발열량을 얻게 된다.

하지만, 이와 같은 종래의 히터는 여러 가지 문제점이 발생한다.

즉, 밀권부(B)와 삼중권부(C)의 코일(420)이 매우 조밀하게 감겨 있기 때문에 탄성이 부족하게 되고, 이에 따라 히터에 대한 외부 충격과 전원의 온/오프로 인한 코일의 열팽창/수축으로 인하여 히터의 절연층이 부서지는 심각한 품질 신뢰성 문제가 발생한다.

또한, 열집속을 위한 밀권부(B)의 코일 피치(a)를 작게 함으로써 히터의 고효율을 달성하기는 하지만, 코일(420)의 소요량이 증가되었으며 이는 원가 상승을 초래할 뿐만 아니라 히터 감기 시간이 늘어나 생산성을 저하시키는 문제가 발생하였다.

마지막으로 삼중권부(C)를 형성하는 1층 코일과 3층 코일은 동일 감김방향 및 동일 피치이고 2층은 역감김방향 및 큰 피치이기 때문에 도5에 도시된 바와 같이 코일의 단면이 타원형상이 되어 히터 용접시 비틀림을 일으키는 문제점을 야기하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 고효율의 열집속을 달성하면서도 히터의 품질 및 용접 신뢰성을 향상시키고 코일의 소요량 및 코일 감기 시간을 줄일 수 있는 고효율 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 음극선관의 구조도이다.

도 2는 일반적인 산화물 음극의 구조도이다.

도 3은 종래의 히터를 도시한 도면이다.

도 4는 종래의 히터에 적용되는 코일의 감기를 도시한 도면이다.

도 5는 종래의 히터에 적용되는 코일의 감기를 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 히터에 적용되는 코일의 감기를 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 종래의 히터와 본 발명의 히터의 발열효율을 비교도시한 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 밀권부를 열집속부와 완충부오 나누어 지며, 열이 집중적으로 집속되는 부분인 열집속부는 작은 피치로 코일을 감고 열집속의 기능이 적은 완충부는 큰 피치로 코일을 감아 코일 소요량을 줄이면서 외부 충격과 코일의 열팽창/수축에 대해 탄성 진동을 가질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 삼중권부에서의 코일의 피치는 상기 완충부의 피치로 코일을 정방향으로 감고 역방향은 완충부 피치의 3배로 하고 다시 정방향은 역시 완충부 피치의 3배로 감기를 행하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명은 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관에 있어서, 상기 히터는 일정 방향으로 감겨 있는 코일의 저항에 의하여 인가된 전원에너지를 열로 변환하여 음극에 전달하는 열집속부와 일정 방향으로 코일이 감겨 히터를 충격으로부터 보호하는 완충부를 포함하는 밀권부 및 일정 방향으로 코일이 감겨있는 제1층, 일정 방향과 반대방향으로 코일이 감겨있는 제2층 그리고 일정 방향으로 코일이 감겨 있는 제3층을 포함하는 삼중권부를 포함한다.

이 때, 완충부 코일의 피치는 열집속부 코일의 피치보다는 크고 제1층 코일의 피치보다는 같거나 작은 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 6은 본 발명의 히터에 적용되는 코일의 감기를 상세히 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 고효율 히터는 열집속부(HP:Heating Part)와 완충부(BP:Buffing Part)로 구성된 밀권부(B')와 삼중권부(C')를 포함한다.

열집속부(HP)는 소정의 피치(d)로 감긴 코일(420)의 고유 저항에 의하여 인가된 전원에너지를 열로 변환하여 음극에 전달한다. 이 때, 열집속부(HP)에 감긴 코일(420)의 피치는 종래 히터의 밀권부(B)에 감긴 코일의 피치와 동일하다. 따라서, 본 발명의 히터에 포함된 열집속부(HP)는 종래의 히터와 같은 높은 열효율을 제공한다.

완충부(BP)는 열집속부(HP)에 비해 열집속의 기능이 매우 적으며, 열집속부(HP)의 코일이 감긴 방향과 동일하게 코일이 감긴다. 이 때, 완충부(BP)는 음극에 열을 전달하는 복사율이 열집속부(HP)에 비해 매우 작기 때문에 열효율을 높이기 위해 코일의 피치를 종래 히터의 밀권부(B)와 같이 작게 할 필요가 없다.

따라서, 완충부(BP)에서의 코일 감는 속도를 증가시켜 완충부(BP)를 구성하는 코일의 피치(e)를 열집속부(HP)를 구성하는 코일의 피치(d)보다 크게 함으로써 소요되는 코일의 양과 코일 감는 시간을 줄일 수 있다.

또한, 완충부(BP) 코일의 피치(e)가 열집속부(HP) 코일의 피치(d)에 비하여 크기 때문에 완충부(BP)의 코일은 일정 정도의 탄성력을 갖게 되어 종래 히터에서 문제가 되었던 탄성력의 부재 때문에 발생하던 외부 충격이나 코일의 열팽창/수축으로 인한 히터의 신뢰성 저하를 막을 수 있다.

이 때, 완충부(BP)의 코일이 감긴 회수는 열집속부(HP)의 코일이 감긴 회수의 적어도 5% 이상인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 완충부(BP)의 코일 피치(e)가 열집속부(HP)의 코일 피치(d)보다 두 배보다 큰 것을 특징으로 하여 열집속부(HP)의 코일 피치(d)를 50~60㎛로 할 경우 완충부(BP)의 코일 피치(e)는 종래 히터의 삼중권부(C) 코일의 피치인 64㎛보다 큰 100~120㎛인 것을 특징으로 하며 110㎛가 가장 바람직하다.

삼중권부(C')는 완충부(BP)의 코일이 감긴 방향과 동일하게 연속하여 코일을 감은 다음 역방향으로 코일을 감고 다시 완충부(BP)의 코일이 감긴 방향과 동일하게 코일을 감아 형성된다.

이와 같이 삼중권부(C')는 앞서 설명한 바와 같이 코일(420)이 세 번 감김으로써 히터(141-3)를 지지하는 역할과 함께 3층으로 감긴 코일(420)이 서로 접촉하면서 전도체 상태가 됨으로써 전원을 밀권부(B)로 인가한다.

이 때, 1층 코일의 피치(f)는 완충부 코일의 피치(e)보다 같거나 큰 100~120㎛을 특징으로 하고 2층 코일 및 3층 코일의 피치(g) 는 300~360㎛를 특징으로 하며, 그 피치(f)가 완충부 코일의 피치(e)와 같은 110㎛인 것이 가장 바람직하다.

이와 같이 1층 코일의 피치(f)가 완충부 코일의 피치(e)와 같은 것이 가장 바람직한 이유는 히터의 제조 공정상 완충부(BP)와 삼중권부(C')의 제1층 코일을 계속해서 감게 되는데 그 감는 속도를 동일하게 하는 것이 그렇지 않은 것에 비해 제조 공정이 단순해 지기 때문이다.

또한, 삼중권부(C')의 2층 코일을 감을 때는 감는 속도를 3배로 하여 2층 코일의 피치(g)가 1층 코일의 피치(f)보다 3배 크도록 하고, 3층 코일을 감을 때 역시 감는 속도를 유지하여 3층 코일의 피치(g)가 1층 코일의 피치(f)보다 3배 크도록 한다. 따라서, 1층 코일의 피치(f)를 110㎛로 하면, 2층 코일의 피치(g)와 3층 코일의 피치(g)는 330㎛가 가장 바람직하다.

이와 같이 형성된 본 발명의 삼중권부(C')를 구성하는 각 층의 코일 피치와 종래 히터의 삼중권부(C)를 구성하는 각 층의 코일 피치를 비교하여 보면 각각 110㎛와 64㎛, 330㎛와 576㎛ 그리고 330㎛와 64㎛이고, 본 발명의 삼중권부(C')를 형성하기 위해 소요되는 코일의 길이는 150mm이며 그 소요 시간은 7.5초이다.

이와 같은 결과를 바탕으로 본 발명의 삼중권부(C')에 소요되는 코일의 양 및 코일 감는 시간은 본 발명의 삼중권부(C')의 코일 피치의 변화로 인하여 종래의 삼중권부(C)를 형성하는데 소요되는 코일의 양(296mm)과 시간(13초)에 비해 작다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 삼중권부(C')를 형성하는 2층 코일과 3층 코일은 서로 다른 감김방향 및 동일 피치이고 1층은 정감김방향 및 작은 피치이기 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 코일의 단면이 X 자 형상이 되어 히터 용접시 비틀림을 일으키지 않아 용접 신뢰성을 향상시킨다.

도 7은 종래의 히터와 본 발명의 히터의 발열효율을 비교도시한 그래프이다. 도 7에 도시된 그래프의 X축은 히터에 인가된 전압을 나타내고 Y축은 히터의 열에 의하여 상승하는 음극의 측면 휘도 온도를 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 히터는 종래의 히터와 거의 동일한 열효율을 내고 있음을 알 수 있다. 즉, 본원 발명의 히터는 종래의 히터보다 적은 코일 양을 사용하여도 그 열효율은 거의 비슷하다는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서와 같이 본 발명은 고효율의 열집속을 달성하면서도 히터의 품질 및 용접 신뢰성을 향상시키고 코일의 소요량 및 코일 감기 시간을 줄일 수 있음으로써제조원가 및 제조 시간을 최소화하고 음극선관의 신뢰성을 향상시킨다.

Claims (5)

1. 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관에 있어서,

   상기 히터는, 일정 방향으로 감겨 있는 코일의 저항에 의하여 인가된 전원에너지를 열로 변환하여 음극에 전달하는 열집속부와 상기 일정 방향으로 코일이 감겨 상기 히터를 충격으로부터 보호하는 완충부를 포함하는 밀권부; 및 상기 일정 방향으로 코일이 감겨있는 제1층, 상기 일정 방향과 반대방향으로 코일이 감겨있는 제2층 그리고 상기 일정 방향으로 코일이 감겨 있는 제3층을 포함하는 삼중권부를 포함하며,

   상기 완충부 코일의 피치는 상기 열집속부 코일의 피치보다는 크고 상기 제1층 코일의 피치보다는 같거나 작은 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2층 코일및 제3층 코일의 피치는 서로 같으면서 제1층 코일의 피치의 3배인 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 완충부 코일의 피치는 상기 열집속부 코일의 피치의 2배인 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 열집속부 코일의 피치는 50~60㎛이고, 상기 완충부 코일의 피치는 100~120㎛인 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 완충부 코일의 피치와 상기 제1층의 코일의 피치는 같은 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 전자총을 포함하는 음극선관.