KR930011242B1

KR930011242B1 - 칼라수상관의 형광면 형성용 보정렌즈의 제작방법

Info

Publication number: KR930011242B1
Application number: KR1019900013500A
Authority: KR
Inventors: 가쯔에이 모로하시
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1993-11-29
Also published as: KR910005068A; DE69022934T2; EP0415286A3; EP0415286B1; US5398192A; JPH0388233A; DE69022934D1; EP0415286A2

Abstract

내용 없음.

Description

칼라수상관의 형광면 형성용 보정렌즈의 제작방법

제1a도 내지 c도는 각각 본 발명의 실시예에 관한 보정렌즈의 구성을 나타낸 평면도, X-Z 단면도 및 X-Y 단면도.

제2도는 보정렌즈의 분할된 영역의 표면형상을 나타내기 위한 다른 좌표계의 설명도.

제3도는 칼라수상관의 구성을 나타낸 도면.

제4도는 형광면의 3색 형과체층과 새도우마스크의 전자비임 통과구멍과의 위치관계를 설명하기 위한 도면.

제5도는 전자비임에 대한 편향자계의 영향을 설명하기 위한 도면.

제6도는 노광장치의 구성을 나타낸 도면.

제7a도 및 b도는 각각 종래의 복수부분으로 분할된 보정렌즈의 구성을 나타낸 평면도 및 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 패널 2 : 퍼넬

3 : 새도우마스크 4 : 형광면

7 : 평향요우크 8 : 전자비임 통과구멍

11 : 평향요우크자계 13 : 노광광원

15 : 보정렌즈 20 : 유효면

21 : 경계 22 : 영역

[발명의 목적]

[산업상의 이용분야]

본 발명은 칼라수상관의 형광면 형성용 보정렌즈의 제작방법에 관한 것이다.

[종래의 기술]

일반적으로 칼라수상관은 제3도에 나타낸 것처럼 패널(1) 및 퍼넬(2)로 된 의곽용기를 가지며 그 패널(1) 내측에 정착된 다수의 전자비임 통과구멍이 형성된 새도우마스크(3)에 대향하여 상기 패널(1) 내면에 형광면(4)이 형성되어 있다. 이 형광면(4)은 청·녹·적으로 발광하는 스트라이프(stripe)형태 또는 돗트(dot) 형태의 3색 형과체층으로 구성된다. 또 이러한 형광면(4) 위에 묘사되는 화상의 콘트라스트(Contrast)를 향상시키기 위하여 특히 그 3색 형광체층의 간극부에 카본 등을 주성분으로 하는 비발광층을 만들어 소위 블랙스트라이프 형태 또는 블랙매트릭스 형태로 된 것이 있다.

이러한 형광면(4)에서의 화상의 표시는 전자총(5)에서 방출되는 3전자비임(6B)(6G)(6R)을 퍼넬(2)의 외측에 정착된 편향요우크(7)가 형성하는 자계에 의해 수평 및 수직방향으로 편향되게하여 형광면(4)에 주사함으로서 행해진다.

따라서 이 형광면(4)위에 색순도가 양호한 화상을 표시하기 위해서는 제4도에 나타낸 것처럼 새도우마스크(3)에 대하여 그 전자비임 통과구멍(8)을 통과한 각 전자비임(6B)(6G)(6R)을 대응하는 형광체층(9B)(9G)(9R)에 정확하게 투사할 필요가 있다. 특히 새도우마스트(3)의 전자비임 통과구멍(8)에 대한 3색 형광체층(9B)(9G)(9R)의 단위는 각 전자비임(6B)(6G)(6R)의 편향각도에 따라서 그 외관상의 투사위치(편향중심)가 변화하기 때문에 각 형광체층(9B)(9G)(9R)의 대응하는 전자비임(6B)(6G)(6R)이 정확하게 투사될 수 있도록 하기 위해서는 패널(1) 내면의 각점에 있어서 새도우마스크(3)의 전자비임 통과구멍(8)에 대하여 3색 형과체층(9B)(9G)(9R)의 위치를 변화시킬 필요가 있다.

즉 제5도에 인라인형 전자총에서 방출되는 일렬배치의 3전비임의 센터비임(6G)에 대하여 나타낸 것처럼 전자비임(6G)은 편향요우크(7)의 자계강도를 균일하게 하면 그 편향요우크자계(11)내에서는 원궤도를 그리며 진행하고 이 편향요우크의 자계(11)를 나온후에 직진하여 새도우마스크(3)의 전자비임 통과구멍(7)을 통해서 형광체층(9G)에 투사된다.

따라서 그 전자비임(6G)의 외관상의 사출위치 즉 직선궤도 연장선이 관축(X축)과 교차하는 편향중심(F)의 위치가 편향각도(γ)에 따라서 변화한다. 즉 현황각도가 ＂0＂인 무편향의 경우에 대하여 편향각도가 γ인 경우는 편향중심(F)이 △P만큼 형광면(4)측으로 진행산 γ-△P특성을 가지고 있다.

한편, 종래부터 형광면은 패널내면에 형광체와 감광성 수지를 주성분으로 하는 형광체 슬러리를 도포, 건조하여 그 피막을 새도우마스크를 통해서 노광함으로서 그 새도우마스크의 전자비임 통과구멍에 대응하는 패턴을 인화한후 현상해서 미감광부를 제거함으로서 임의 1색의 형광체층을 형성한다. 그리고 그 각 공정을 3색 형광체층에 대하여 반복함으로서 형성하고 있다. 특히 비발광층을 가진 형광면에 대해서는 상기 3색 형광체층의 형성에 앞서 감광성수지를 도포하고 상기 형광체층의 형성과 유사한 방법으로 3색 형광체층 형성위치에 새도우마스크의 전자비임 통과구멍에 대응하는 감광성수지의 패턴을 형성한 후 비발광성도료에 도포하고 그후 이 비발광성도료의 피막을 감광성수지의 패턴과 함께 박리시켜서 3색 형광체층 형성위치에 간극을 가진 비발광층을 형성한다. 그후 상기 형광체층 형성방법으로 이 비발광층의 간극부에 3색 형광체층을 형성시킨다.

이 형광체층이나, 비발광층의 어느 것인 경우에도 패널 내면에 형성된 피막을 노광하는 빛은 직전하기 때문에 노광공정에서는 제6도에 나타낸 것처럼 새도우마스타(3)를 정착한 패널(1)과 노광광원(13)과의 사이에서 광원(13)으로부터 방사되는 빛(14)의 궤도를 전자총으로부터 방출되는 전자비임의 궤도와 유사하게 하기 위해서 보정렌즈(15)가 이용되고 있다.

상기 보정렌즈(15)로서는 종래에는 구면렌즈가 이용되었지만 칼라수상관의 구조가 복잡화됨에 따라 단순한 렌즈에서는 γ-△P 특성을 보정할 수 없어서 현재에는 복잡한 표면형상을 가진 비구면(非球面)렌즈가 이용되고 있다.

이 비구면렌즈의 표면형상은 렌즈의 밑면의 중심을 원점으로 하는 직교좌표계(X,Y,Z축)로 나타내면 임의점에서의 표면높이 X는

으로 표시된다. 또 극좌표(γ, θ)에서는

으로 표시되고, 일반적으로 예를들면 식(1)은 다항식

으로 표시된다.

이와같은 식을 이용해서 행해지는 보정렌즈의 설계는 각 계수(a_ij)의 변화량에 대하여 노광광원에서 방사되는 빛이 어느정도 변화하는지 형광면 전면에 걸쳐서 추적하고 형광면 전면의 전자비임의 입사위치와의 오차가 일정값(통상 10미크론) 이하가 되도록 설계한다.

그러나 이와같은 방법으로 설계해도 보정렌즈의 한정된 수가 작은 점에서 오차를 작게하는 것은 비교적 간단히 할 수 있지만, 보정렌즈면의 임의의 점에서 오차를 작게할 수 있도록 계수(a_ij)를 설정해도 그 계수(a_ij)는 일반적으로 다른 대다수의 점에서 오차를 크게하도록 적용하기 때문에 형광면상의 모든 점에 있어서 소정의 오차 이하가 되도록 설계하는 것은 대단히 곤란하다. 가령 고성능 초고속전산기를 사용해도 설계에 시간이 걸릴뿐만 아니라 대부분의 경우에 계수(a_ij)의 변경은 풍부한 경험에 의한 판단을 필요로 하고 있다.

따라서 편향각이 큰 110도 편향 칼라수상관과 대형 칼라수상관등과 같이 편향자계가 복잡한 칼라수상관에서는 보정렌즈의 설계에 많은 시간이 걸리며 또한 필요로 하는 γ-△P특성을 갖춘 보정렌즈로 하는 것도 불가능하다.

다른 보정렌즈의 설계방법으로서 일본특공소 47-40983호 공보와 일본특공소 49-227790호 공보에는 제7도에 나타낸 것처럼 보정렌즈(15)의 유효면을 복수의 영역으로 분할하고 그 각 영역마다 그 표면의 경사를 결정하는 방법이 나타나있다. 이와같은 방법은 분할된 각 영역마다 빛의 궤도를 전자비임의 궤도에 정밀도가 좋게 일치시킬 수 있으며 γ-△P특성을 만족하는 보정렌즈를 할 수 있다.

그러나 이와같은 보정렌즈(15)는 분할된 각 영역의 경계부에 계단(17)이 생기기 때문에 특히 3색 형광체층의 간극부에 비발광층을 형성하는 블랙스트라이프 모양과 블랙 매트릭스 모양의 형광면에 대해서는 그 계단(17)에 기인하는 광량 불균일 때문에 형광면에 얼룩이 생기기 쉽다.

이것을 해결하기 위한 방법으로서는 노광시에 보정렌즈(15)를 요동하는 방법과 계단부를 차광하는 방법이 있지만 어느것도 형광면의 얼룩을 충분히 만족시킬 정도로 개선시킬 수는 없다.

따라서 본 발명자는 상기 분할 보정렌즈와 동일하게 유효면을 복수의 영역으로 분할하고 그 각 영역마다 랜딩오차가 최소화되도록 γ-△P 특성을 설정하며 또한 각 영역의 경계부에 계단이 생기지 않게 하는 보정렌즈를 개발했다(일본특원소 63-247192호).

이와같은 보정렌즈를 이용하면 요동 등을 행하지 않아도 랜딩특성을 만족시키며 또한 얼룩이 없는 형광면을 형성할 수 있다. 그러나 이 보정렌즈는 분할된 영역의 수만큼 표면 형상을 나타내는 표면식이 필요하기 때문에 보정렌즈의 제작시에 많은 시간과 노력을 필요로 하는 문제가 있다.

[발명의 해결과제]

상기와 같이 칼라수상관의 형광면은 패널내면에 형성된 형광체슬러리와 감광성수지 등의 피막에 새도우마스크의 전자비임 통과구멍에 대응하는 패턴을 인화할 때 노광광원에서 방사되는 빛의 궤도를 편향요우크가 형성하는 자계에 의해 편향되는 전자비임의 궤도에 근사되게 하는 보정렌즈가 이용된다. 그러나 이 보정렌즈의 표면형상은 복잡한 형광면상의 모든 점에서 양호한 랜딩을 얻을 수 있도록 설계하는 것은 곤란하다. 특히 편향각이 큰 칼라수상관과 대형 칼라수상관 등의 편향자계가 복잡한 칼라수상관의 형광면용으로 요구되는 소정의 보정렌즈를 얻을 수 없다.

이와같은 문제점을 해결하는 보정렌즈로서 그 유효면을 복수의 영역으로 분할하고 각 영역마다 γ-△P 특성을 만족하도록 설정한 보정렌즈가 일본특공소 47-40983호 공보, 일본특공소 49-22770호 공보 및 일본특원소 63-247192호에 나타나 있다.

이 분할 보정렌즈중 상기 공보에 나타나 있는 보정렌즈는 각 영역의 경계부에 계단을 가지고 있기 때문에 그 계단에 기인하는 광량 불균일에 의해 형광면에 얼룩이 생기기 쉽지만 특히 본 발명자가 개발한 일본특원소 63-247192호의 보정렌즈는 각 영역의 경계부에 계단이 없으며 따라서 얼룩이 없는 형광면을 형성할 수 있다. 그러나 이 보정렌즈는 분활된 영역의 수만큼 표면형상을 나타내는 표면식이 필요하기 때문에 그 보정렌즈의 제작시에 많은 시간과 노력을 필요로 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 감안한 것으로서 γ-△P특성을 만족하는 복수의 영역으로 분할되며 또한 그 분할된 각 영역의 경계부에 계단이 생기지 않게 하는 보정렌즈를 쉽게 제작할 수 있도록 하는 것이다.

[발명의 구성]

[과제를 해결하기 위한 수단]

칼라수상관의 형광면형성에 사용되는 노광광원에서 방사되는 빛의 궤도를 칼라수상관의 전자총에서 방출되는 전자비임의 궤도에 근사되게 하기 위하여 칼라수상관의 형광면 형성용 보정렌즈의 제작방법에 있어서, 상기 보정렌즈의 유효면을 복수의 영역으로 분할하고, 그 분할된 각 영역에 대하여 상기 전자비임의 궤도에 대한 상기 빛의 궤도추적을 행하여 상기 복수의 각 영역에 대하여 동일한 표면형식의 표면식을 하나씩 결정하고, 복수의 각 영역에 대하여 결정된 복수의 표면식에 따라 나타나는 렌즈의 유효면을 허용오차 이하로 나타낼 수 있는 하나의 표면식으로 근사되게 하여, 그 하나의 표면식에 의거해서 보정렌즈를 제작하도록 했다.

[작용]

상기와 같이 분할된 복수의 각 영역에 대하여 동일한 표면형식의 표면식을 하나씩 결정하고, 그 결정된 복수의 표면식에 따라 표시되는 렌즈의 유효면을 허용오차 이하로 표시할 수 있는 하나의 표면식으로 근사되게 하면, 각 영역의 표현형상에 따른 표면식의 설정에 의해 종래의 렌즈의 유효면 전체를 하나의 표면식으로 정의한 경우에 랜딩오차를 작게할 수 없는 문제점을 해결하여 충분한 정밀도로서 빛의 궤도를 전자비임의 궤도와 일치시킬 수 있으며, 또한 렌즈의 제작시에 종래의 분할 보정렌즈의 표면식이 복수인것에 기인하여 계수가 많고 가공기계에 데이터를 입력하는데 시간과 노력이 필요한 불합리함과 입력미스에 의한 가공정지등이 생기는 문제점을 경감할 수 있다.

[실시예]

이하 도면을 참조로 해서 본 발명을 실시예에 의거해서 설명한다.

제1도는 그 한 실시예에 관한 보정렌즈를 나타낸다. 이 보정렌즈는 관종류 즉 형성하는 형광면의 크기에 따라서 다르지만 그 한 실시예에서는 직경 300㎜, 두께 10㎜정도의 유리로 되며, 그 유효면(20)은 일반적으로 칼라수상관의 화면의 세로 가로비가 4 : 3이기 때문에 세로 5분할, 가로 7분할하여 영역 1내지 영역 35로 나타낸 것처럼 35개의 영역으로 구성되어 있다. 그 각 영역의 크기는 30㎜×30㎜이다.

이 보정렌즈의 각 영역 1 내지 35의 표면형상은 각 영역을 통해서 패널내면에 도달하는 노광광원으로부터 나오는 빛의 궤도가 칼라수상관의 전자총에서 방출되며 또한 편향요우크의 편향자계에 의해 편향되는 전자비임의 패널내면에 도달하는 전자비임의 궤도와 일정한 오차내에서 일치하도록 렌즈의 밑면 주변의 중심을 원점으로 하는 X,Y,Z 직교 좌표에서 결정되는 동일표면형식의 표면식으로 결정된 형상으로 되어 있다.

즉 예를 들면 영역 20의 표면형상이

의 표면식으로 표시되며, 또한 다항식

으로 표현하면, 다른 영역의 표면형상도 전부 동일한 표면식으로 나타나지도록 되어 있다.

또한 각 영역 1내지 35의 인접영역과의 경계(21)에서는 서로 렌즈의 두께가 비슷하여 인접영역과의 사이에서 계단을 형성하지 않고 그 경계(21)에서 경사각이 서로 다른 불연속 구조로 되어 있다.

이 보정렌즈의 설계는 먼저 노광광원에서 방출되는 빛의 궤도를 추적하여 임의영역의 표면식을 결정한다. 예를들어 가령 z축 상에 위치하는 영역 20이 표면식(4)인 f₂₀(Y,Z)가 다항식(5)으로 표시한다고하면 이 식(5)의 계수(a₀-a₅)만을 다르게하여 다른 모든 영역의 표면형상도 상기 식(5)으로 표현할 수 있다.

계속해서 상기와 같이 결정된 각 영역 1내지 35의 표면형상을 허용오차 이하로 나타낸 단일의 표면식으로 근사시킨다. 그 제1의 방법으로서 먼저 각 영역 1내지 35의 경계렌즈두께의 데이터를 최소 2승법에 따라 근사시킨다.

예를들면 영역 1내지 7의 경계의 렌즈두께의 데이터를 양단으로 포함해서

로 하고, 이것을 최소 2승법에 따라 5차 까지의 식으로 근사시키면

으로 된다.

동일하게 영역 8내지 14경계의 렌즈두께의 데이터를

로 하면,

가 된다.

이하 동일하게 영역 15내지 21,22 내지 28,29 내지 35에 대하여 근사시키면 영역 15 내지 21에 대해서는,

영역 22내자 28에 대해서는

영역 29 내지 35에 대해서는

가 된다.

즉, 영역 1내지 35의 경계의 렌즈두께는 상기 다섯가지의 식으로 표시된 5×6=30개의 계수에 의해 결정된다.

여기서 상기 렌즈두께의 데이터를 Y축에 수직인 Z축에 평행한 평면으로 절단한 면위에서의 두께로하여 특히 영역 15 내지 21의 렌즈두께의 데이터가 Z축상의 값이라고 하면 식(6-3)의 열서(a_1.3)는 y=0의 평면에서 보정렌즈를 절단한 경우의 데이터가 된다.

따라서 각 계수를 결정하는 평면의 y좌표를

a_1.1에 대하여 y₁

a_1.2에 대하여 y₂

a_1.3에 대하여 y₃

a_1.4에 대하여 y₄

a_1.5에 대하여 y₅

로 하고, 또한 그 각 계수를 y좌표에 가깝게 한다.

예를 들면 계수 (a(_1.1(a_1.1∼a_1.5))에 대하여

와 같이 근사시키면 a_1.1∼a_1.5의 계수는 b_1.1∼b_1.4로 표시되며, 렌즈의 표면형상은 6×4=24개의 계수로 결정할 수 있다.

실제의 보정렌즈의 제작은 상기 설계의 의거해서 그후 유리로된 렌즈소재를 컴퓨터제어의 연삭반으로 연삭하고 또한 연마함으로서 얻을 수 있다.

상기 실시예의 설명에서는 보정렌즈를 35개의 영역으로 분할하고 그 각 영역에 대하여 표면식을 하나씩 결정하고 있기 때문에 그 35개의 표면식을 그대로 취급한 경우와 상기과 같이 각 영역의 표면식을 하나의 표면식으로 근사시켜 그 20개의 계수를 취급하는 경우에 그 만큼의 차이는 없지만 영역의 분할 수를 더욱더 많이하면 양자의 차이가 커지며 가공기로의 데이터 입력등이 단시간에 끝나며 필요로하는 보정렌즈를 단시간에 그리고 고정밀도로 제작할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 보정렌즈의 유효면을 30㎜×30㎜ 크기의 영역으로 분할했지만, 분할영역의 크기를 크게하면 할수록 각 영역의 경계부에서의 오차가 커져서 정밀도가 나빠지게 되고, 또 분할 영역을 너무 작게 하면 영역수의 증가에 의해 표면식의 계산에 시간이 많이 걸리게 된다.

또 영역이 렌즈를 가공하는 공구보다 작아지면 표면두께와 경사의 양쪽 방향을 정밀도가 좋게 가공하는 것은 불가능하게 된다.

따라서 보정렌즈의 분할영역으로서는 10㎜×10㎜ 내지 3㎜×3㎜의 범위가 좋으며 바람직하게는 8㎜×8㎜의 크기가 좋다.

또 각 영역의 표면의 경사가 커지면 경계부에서의 불연속성이 커지게 되고, 노광시에 집광부 및 발산부가 되어 형광체층의 얼룩에 의해 화면에 휘도 얼룩과 발광색의 얼룩이 발생하기 쉽다. 따라서 각 영역의 표면경사는 인접영역 사이에서 20°이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 실시예에서는 분할된 각 영역의 표면식을 보정렌즈의 밑면 중심을 원점으로 하는 직교좌표계로 표현했지만 그 영역의 표면식은 제2도에 나타낸 것처럼 각 영역(22)마다 좌표계를 설정하여 예를들면 도시한 것처럼 각 영역(22)의 밑면 중심을 원점으로 하는 직교좌표계(Y₀,Z₀)로서 표현해도 좋다.

Claims

칼라수상관의 형광면형성에 사용되는 노광광원을 통하여 방출되는 빛의 궤도를 전자비임의 궤도와 근사시키기 위한 칼라수상관의 형광면 형성용 보정렌즈의 제작방법에 있어서, 보정렌즈 바닥면의 중심을 원점으로하여 칼라수상관의 관축방향을 X축으로 하는 X,Y,Z 직교좌표를 도입하여 보정렌즈의 유효면을 Z방향 및 Y방향에 따른 격자모양의 직선에 의해 분할되는 복수의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 복수영역의 각각에 대하여 상기 전자비임의 궤도에 대응하는 상기 빛의 궤도추적을 실시하고, 다항식 x=a₀+a₁y+a₂z+a₃y²+a₄yz+a₅z²으로 표현되는 영역마다의 표면식을 인접하는 영역과의 사이에서 계단을 형성하지 않고 그 경계에서 경사각이 서로 다르게 되도록 결정하는 단계와, 상기 공정에 의하여 결정된 복수의 표면식에 따라 표현되는 렌즈의 유효면을 소정의 오차 이하로 나타낼 수 있는 표면식으로 근사시키는 단계와, 상기 하나의 근사 표면식에 기인하여 렌즈소재를 가공하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라수상관의 형광면 형성용 보정렌즈의 제작방법.