KR860000635B1 - 전자총의 3극관부 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전자총의 3극관부

제1도는 일반적인 전자총의 전체 개략도.

제2도는 종래의 전자총 3극관부의 확대도 및 그 전기장을 보인 설명도.

제3도는 본 발명에 의한 전자총 3극관부의 확대도 및 그 전기장을 보인 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1' : 캐소드 2, 2' : 제1그리드

2' : 보조전극 2' : 환상요홈

3, 3' : 제2그리드 5, 5' : 전기장

본 발명은 음극선관 등에 사용되는 전자총의 3극관부에 관한 것으로, 특히 캐소드에서 방출된 열전자들을 제어하는 제1그리드에 보조전극을 형성하여 전자총의 3극관부의 전기장이 완전한 방사상의 일정한 장(field)을 이루게 함과 아울러 에미션 밀도의 균질성(homogeneity)을 향상시킬 수 있게 한 전자총의 3극관부에 관한 것이다.

일반적으로 음극선관등에 사용되는 전자총은 제1도에 도시한 바와같이 캐소드(1) 및 제1그리드(2), 제2그리드(3)로 이루어지는 3극관부와 제2그리드(3)의 전방에 점선으로 표시한 렌즈부(4)로 구성되고, 상기의 렌즈부(4)에는 바이포텐셜형 또는 유니포텐셜형, 다단 가속형 렌즈등을 형성하여 사용할 수 있다.

그리고, 캐소드(1)의 전면에는 산화물을 도포하여 캐소드(1)의 내측에 설치된 히이터(도면에 도시되지 않았음)의 가열에 따라 산화물에서 열전자를 방출하고, 그 방출된 열전자들은 캐소드(1)의 전방에서 공간 전하 형태의 전자구름을 형성한다.

여기서, 3극관부의 에노드라 불리우는 제2그리드(3)에 소정의 전압이 인가되면, 캐소드(1) 전방의 열전자들은 제2그리드(3)에 인가된 전압에 의해 제2그리드(3) 방향으로 인출되고, 점차 가속되면서 전자빔을 형성하며 제2그리드(3)의 부근에서 크로스오버(cross over)라 불리우는 전자총의 물점(Object Point)을 경상하고, 그 물점은 렌즈부(4)를 통과한 후 음극선관의 형광 스크린상에 비임스포트로 나타난다.

소때, 형광 스크린상의 비임스포트는 가능한 한 작아야 화면의 해상도가 양호해지고, 화면 밝기의 극대화가 요구되는 가능한 각은 비임스포트에 포커싱(Focusing)하는 비임전류 밀도는 물론 유용한 비임전류가 증가 해야 된다는 것을 다음의 관계식에서 알 수 있다.

여기서, B는 화면의 밝기,

Tg는 음극선관 판넬의 광학적 투과율,

Econv는 형광 스크린의 전환효율,

T는 형광 스크린에 부딪히는 전자 비임의 분률,

Is는 비임전류,

Vs는 음극선관의 스크린 전압,

H는 화면의 가로길이,

W는 화면의 세로길이,

는 전자 비임이 오버스캔(over scan)하는 동안 걸리는 전체 시간의 분률이다.

상기의 식 ⓛ에서 알 수 있는 바와같이 전자총에서 결정되는 인자는 비임전류(Is)로서, 비임전류(Is)가 커지면 화면의 밝기(B)가 높아지게 되고, 이 비임전류(Is)는 캐소드(1)에서의 에미션 밀도가 증가됨에 따라 증가하게 되는데, 이는 다음의 랑뮤어(Langmuir) 관계식에서 알 수 있다.

여기서, I'는 비임스포트의 전류밀도,

I 는 캐소드(1)에서의 에미션밀도,

V는 3극관부의 애노드전압,

Vem는 열이온 에미션 속도의 유효밴드에 대응하는 에너지이다.

상기의 식 ②에서 캐소드(1)에서의 에미션밀도(I)가 증가하면, 비임스포트의 전류밀도(I')가 증가하고, 이것은 상기의 식 ①에서 비임전류(Is)에 대응되므로 음극선관의 화면 밝기(B)는 극대화될 수 있다.

그러나, 유용한 에미션 밀도를 증가시키는 것은 엄격히 제한되고, 방사면의 특성과 관련되며, 또한 안정된 캐소드(1)면의 수명유지를 위해서는 캐소드(1)의 온도를 극단으로 올려서 유용한 에미션 밀도를 증가시키는데 제한 인자가 된다.

따라서, 비임전류 밀도를 높이기 위해서는 3극관부의 구조에서 인출되는 전자비임의 단면을 캐소드(1)의 방사면적 단면보다 매우 작도록 비임전류를 압축해야 된다.

즉, 캐소드(1)의 넓은 방사면에서 방사되는 열전자들을 가능한한 작은 면적안으로 수렴시켜 에미션 밀도를 증가시켜야 된다.

그리고, 넓은 캐소드(1)면의 전체 에미션을 작은 포인트포커스(point focus)안으로 수렴시키기 위한 이상적인 배열은 엄격한 구면 등전위를 갖는장을 제공해야 된다.

즉, 뉴우튼(Newton)의 운동법칙

여기서, m은 전자의 질량,

Vr은 전자의 축에 직교되는 방향의 속도성분,

e는 전자의 전하,

Er은 전기장의 축에 직교하는 방향의 성분이다.

상기의 식 ③을 적분으로 유도하면,

여기서, Vz는 축방향의 속도 성분,

Zo는3극관부의 에노드의 축상위치,

-Zo는 캐소드(1)측 축상 위치이다.

상기의 식 ④에서 전기장의 축에 직교하는 방향의 성분(Er)이 일정하면, 캐소드(1)측 축상위치(-Zo)에서 3극관부의 에노드의 축상위치(Zo)에 걸친 공간에서의 전자의 방향이 일률적으로 축에 직교되는 방향으로 가속된다.

즉, 캐소드(1)와 에노드 사이의 근사적인 방사상의 역선(力線)은 캐소드(1)의 전면에서 일정한 장을 보장하고, 이렇게 함으로써 에미션 밀도의 균질성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 종래의 음극선관용 전자총의 3극관부는 제2도에 도시한 바와같이 캐소드(1)는 평면상으로, 형성되고, 제1그리드(2) 및 제2그리드(3)는 코인(Coin) 형으로 형성되어 있으므로 제1그리드(2)와 제2그리드(3) 사이의 전기장(5)이 캐소드(1)의 전면으로 침투되어 캐소드(1)전면에서의 장이 불균일하고, 에미션 밀도도 불균일하게 되는 결함이 있었다.

뿐만 아니라, 모스(H. Moss)에 의한 반 실험적인 식

여기서, IK는 캐소드(1)에서의 에미션 밀도,

Vd는 드라이브 전압,

Rg는 제1그리드(2)의 반경이다.

에 의하면, 캐소드(1)에서의 에미션 밀도(IK)는 제1그리드(2)의 반경에 의해 결정되, 고캐소드(1)의 방사면적(Ri)도 제1그리드(2)의 반경(Rg)의 함수로 결정되는 제1그리드(2)와 제2그리드(3) 사이의 전기장(5)에 의해 정해지므로 캐소드(1)에서 방사되는 열전자들은 모두 비임전류로 작용하지 않게되는 결함이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 여러가지 결함을 감안하여, 전자총의 3극관부의 전체 등전위곡선이 완전한 방사상의 일정한 장을형 성하게 하여 에미션 밀도의 균질성을 향상시키게 창안한 것으로, 이를 첨부된 제3도의 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도에 도시한 바와같이 캐소드(1')의 전면을 축(P)을 중심으로 하여 구형으로 형성하고, 캐소드(1')의 전방에는 제1그리드(2')를 성치하여 그 제1그리드(2')의 캐소드(1')에 대향되는 면에 "

"형 단면의 환상요홈(2'b)이 형성된 보조전극(2'a)을 일체로 형성하며, 제1그리드(2')의 전방에는 제2그리드(3')를 설치하여 구성한 것으로, 도면중 미설명 부호 5'는 본 발명의 3극관부에 의해 형성되는 등전위 곡선 즉, 전기장을 도시한 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

캐소드(1')의 내측에 설치된 히이터에 전원을 인가하여 캐소드(1')를 가열하면, 종래와 마찬가지로 히이터의 가열에 따라 캐소드(1')의 전면에 도포된 산화물에서 열전자가 방출된고, 그 방출된 열전자는 캐소드(1')의 전면에서 공간 전하 형태의 전자구름을 형성하게 된다.

이 때, 제1그리드(2')에 형성되는 전자장(5')은 제1그리드(2')와 일체로 형성된 보조전극(2'a)에 의해 캐소드(1')의 구면을 따라 구면을 형성하게 되므로 3극관부의 전체 전기장(5')은 완전한 방사상의 일정한 장을 형성하여 에미션 밀도의 균질성을 향상시키며, 또한 캐소드(1')에서 방사되는 열전자들은 하나의 포인트 포커스 에수렴하게 되므로 높은 에미션 밀도를 얻을 수 있게 된다.

이 때 요구되는 퍼비언스(perveance)는 다음과 같다.

P=I_B/V_B ^3/2

여기서, P는 퍼비언스이고,

I_A는 비임전류이며,

V_A는 3극관부의 에노드인 제2그리드(3')의 인가 전압이다.

상기의 퍼비언스에 대하여 캐소드(1')의 전체면에서 집속되는 원추형 전자 비임의 각(θ)은 다음과 같다.

θ=F(d/Rc)

여기서, d는 캐소드(1')의 면에서 제2그리드(3')까지의 거리이고,

Rc는 캐소드(1')의 곡률 반경이다.

즉, 캐소드(1')에서 방사되어 포인트 포커스에 집속되는 원추형의 전자 비임이 축(P)과 이루는 각 (θ)은 캐소드(1')에서 제2그리드(3')까지의 거리(d)에 의하여 결정되므로 여기서 이들의 기하학적 관계를 구할 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 구면으로 된 캐소드(1')의 전방에 보조전극(2'a)이 일체로 형성된 제1그리드(2')를 설치함으로써 3극관부에 형성되는 전기장(5')이 완전한 방사상으로 형성되어 캐소드(1')에서 방출되는 열전자들이 모두 한점에 모이게 되므로 높은 비임 전류밀도를 얻게 되어 가능한한 작은 비임스포트와 더불어 화면의 해상도를 향상시킬 수 있음은 물론 화면의 밝기를 극대화 시키게되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. (정정) 캐소드(1')의 전면을 구형으로 형성하고, 캐소드(1')의 전방에는 제1그리드(2') 및 제2그리드(3')를 설치한 전자총의 3극관부에 있어서, 상기 캐소드(1')에 대향되는 제1그리드(2')의 일측면에 "

   

   "형 단면의 환상요홈(2'b)이 형성된 보조전극(2'a)을 일체로 형성하여 방사상의 전기장(5')이 형성되게 구성함을 특징으로 하는 전자총의 3극관부.

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