KR970008564B1 - 칼라음극선관용 전자총 - Google Patents

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Abstract

없음.

Description

칼라음극선관의 전자총
제 1 도는 본 발명에 의한 칼라음극선관의 전자총의 일실시예 종단면도.
제 2 도는 (가)는 제 1 도에 정전 4극자렌즈 구성의 수직격벽전극을 나타내는 평면도,
(나)는 제 1 도에 정전 4극자렌즈 구성의 수평격벽전극을 나타내는 평면도,
제 3 도는 본 발명의 이해를 돕기 위해 셀프컨버젼스를 위한 편향비균일 자계의 일예인 수평편향 핀쿠션 자계에서의 전자빔작용을 나타내는 참고도,
제 4 도는 본 발명의 정전 4극자렌즈에 의한 그 작용과 전자빔 효과를 알기 위한 참고도,
제 5 도는 제 1 도예의 칼라음극선관의 전자총에서 정전렌즈부의 전원인가결선의 일예도,
제 6 도는 제 5 도의 또 다른 실시예도,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 제 1 가속 및 집속하부전극 조립체6 : 인터 그리드 전극조립체
7 : 제 1 가속 및 집속상부전극 조립체8 : 제 2 가속 및 집속전극
12,13 : 수직격벽전극14 : 중간전극
15,16 : 수평격벽전극19 : 종격벽
20 : 횡격벽
본 발명은 칼라음극선관의 전자총에 관한 것으로, 특히 다단집속의 수단을 구비함과 동시에 화면 전영역에 전자빔 스포트 특성의 양호함을 얻기 위하여 칼라음극선관의 편향요크에 의해 편향되는 전자빔의 평향량에 따라 변화되는 동적 4극장 정전렌즈(Dynamic Quadrupole Electrostatic Lens)를 형성시키기 위한 전극구조를 갖는 칼라음극선관의 전자총에 관한 것이다.
일반적으로 칼라음극선관의 전자총은 동평면의 그리드 전극(Grid Electrode)상에 수평 "인-라인(In-line)"으로 복수개의 전자빔 통과공이 전원상으로 천공된 소위 "인,라인 일체화" 그리드 전극을 관축방향으로 다수개 적층시키고, 상기 그리드 전극간에 소정의 간격을 유지시킨 후 비드 글라스(Bead Glass)로 고정시킴으로써 구성된다.
상기와 같이 순차적으로 그리드 전극을 적층시킨 전자총은 음극에서 방사한 열전자를 전자빔을 형성시키는 3극계(triode)와 연이어 입사되는 전자빔을 가늘게 집속시켜 칼라음극선관의 화면상에 빔 스포트(Beam sport)로 형성시키는 주정전집속렌즈(Main Electrostatic Focusing Lens)로 이루어지는데 상기 주정전집속렌즈의 구성 형태에 따라 BPF(Bi-Potential Focus)형 또는 UPF(Uni-Potential Focus)형으로 구분된다.
먼저 BPF형 주정전집속렌즈는 제 1 가속 및 집속전극과 제 2 가속 및 집속전극의 2개의 전극으로 형성되어, 제 2 가속 및 집속전극에는 20kv~30kv 정도의 고전압이 인가되고, 제 1 가속 및 집속전극에는 상기 고전압의 18%~28% 정도의 중고압이 인가된다.
한편 UPF형 주정전집속렌즈는 제 1 가속 및 집속전극과 제 2 가속 및 집속전극 그리고 제 1 가속 및 집속전극과 제 2 가속 및 집속전극 사이에 중간전극이 위치되어 형성되고, 제 1 가속 및 집속전극과 제 2 가속 및 집속전극에는 공통으로 고전압이 인가되며 중간전극에는 거의 접지전압이 인가된다.
또한 최근에는 칼라음극선관에 따라 집속효과를 보다 더 양호하게 하기 위하여 다단집속을 행하는 전자총을 적용하는 예도 있는데, 이러한 예의 칼라음극선관의 전자총은 상기 3극계가 주정전집속 렌즈사이에 보조집속을 위한 전단집속렌즈계를 구성시킨 것이다.
상기와 같은 일반적인 칼라음극선관의 전자총은 순차적층된 모든 전극이 진원의 전자빔 통과공을 가지며, 따라서 동작전압을 인가되어 음극으로부터 전자가 방출되면 상기 진원형의 전자빔통과공을 지나면서 축회전 대칭의 전자빔으로부터 형성되며 계속하여 전자빔통과공을 지나는 전자빔을 라그랑지(Lagrange)의 굴절법칙에 따라 회전대칭의 정전장에서 회전대칭적으로 접속되어 전자총을 떠날 때 전자빔은 원형이며, 편향요크(DY)의 영향을 받지 않은 칼라음극선관의 화면 중앙에 도달할 때 전자빔은 원형인채 가늘게 접속되어 작은 원형의 빔스포트를 형성시킨다.
그러나 도시하지는 않았지만 칼라음극선관에서는 전자총에서 떠난 전자빔을 "편향영역"이라 부르는 전자총 출구 근방에서 화면측으로 소정구간을 칼라음극선관의 진공 외위기 외부에 설치한 편향요크(DY)에 의해 형성시켜, 편향영역에서의 편향자기장(Deflection magnetic field)에 의해 화면전체에 걸쳐 주사킴으로서 화상을 재현시킨다.
그리고 편향요크의 자기장은 복수개의 전자빔을 화면상의 한 지점에서 집중(converging)시키는 역할도 해야하는데, 이를 위해서는 상기에서 언급한 것과 같이 칼라음극선관 전자총에서는 전자빔을 수평 인,라인으로 방출시키고 상기 편향요크에서 발생하는 편향 자기장을 중앙부분과 가장자리부분에서 자계강도가 다른 비균일자계로 함으로써 목적을 달성하는 소위 "셀프컨버젼스(self-convergence)"방식을 채택한다.
상기와 같은 "셀프 컨버젼스"를 달성하기 위한 비균일 편향 자기장에 의한 전자빔의 작용을 제 3 도에서 수평편향장을 예로서 나타내었다.
즉, 수평편향 비균일 자기장은 전자빔 전체를 도면으로 보아 우측으로 이동시키는 작용을 하고 있는데, 전자빔의 각부분에 미치는 자기장의 성분이 다르기 때문에 전자빔은 상,하방 방향에서는 압축되는 자기력을 받고, 좌,우방향에서는 인장되는 자기력을 받아 실제 자기 4극자(magnetic Quadrupole)렌즈 작용으로 편향영역으로 지나면서 전자빔 전체로 보아주는 주사됨과 동시에, 횡장형으로 찌그러지는 형상을 나타내게 된다.
다시 전자총으로 돌아가면, 음극전면에서부터 관축방향으로 순차적층된 그리드 전극의 전자빔 통과공을 지나는 전자빔은 원형으로 가늘게 집속되어 전자총 끝단을 따라서 계속하여 편향영역으로 입사한다.
따라서 상기에서 설명한 것과 같이 원래 원형의 전자빔은 편향요크에 의한 비균일 편향자계의 자기 4극렌즈 작용을 받아 횡장형으로 왜곡되며, 칼라음극선관의 화면상에 도달하여서는 횡장형의 전자밀도가 높은 코어(core)부분과 그 주위의 전자밀도가 낮은 할로(HALO)부분으로 구성되는 빔, 스포트를 형성하게 된다.
이와 같이 비균일 편향자기장에 의해 전자빔이 횡장화되는 현상은 화면주변부로 갈수록 비균일자계의 강도가 세어지기 때문에, 화면주변부로 편향되면서 더욱 현저해지는데, 이러한 현상과 전자빔의 초점궤적과 화면까지의 거리의 차가 화면주변부로 갈수록 커지는 현상때문에 칼라음극선관의 화면주변부로가면 갈수록 화면상에 나타내는 빔, 스포트에서 코어부분을 가늘어지고, 주변의 전자밀도가 낮은 할로 부분은 커져서 칼라음극선관의 해상도를 크게 저하시킨다.
상기와 같은 칼라음극선관 주변부에서 가는 횡장형 코어와 코어주변이 상,하측에 생기는 전자밀도가 낮은 할로를 제거하기 위하여, 전자총의 주정전집속렌즈에 전자빔이 입사하기 전에 전자빔을 미리 횡장형으로 형성시키고, 다시 주정전집속렌즈의 원형축 대칭렌즈를 거침으로써 편향영역에 입사할 때의 전자빔을 종장형으로 만드는 방법으로 3극계 형성전극중 한전극에 횡장형의 전자빔 통과공을 천설하는 방법이 제안된 바 있다.
그러나 이러한 방법에 의해서는 편향비균일자계에 의한 비점수차는 어느 정도 제거할수는 있으나, 화면중앙에서는 빔스포트는 자기장의 영향을 받지 않기 때문에 전자총에서 방출된 종장형의 전자빔이 그대로 나타나 화면상에서 종방향의 굵은 코어로만 나타나며 따라서 칼라음극선관의 전체로 보아서 양호한 해상도 특성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 화면주변부에서도 전자빔 초점궤적과 화면까지의 거리의 차에 해당하는 할로성분은 완전히 제거할 수가 없게 된다.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 개선하고자 제안된 것으로서, 음극, 제 1,2 그리드 전극으로 3극계를 이루고, 제 3,4 그리드 전극, 제 1 가속 및 집속하부전극 조립체의 하부전극으로는 전단보조정전집속렌즈를 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체의 상부전극과 제 2 가속 및 집속전극 사이에 주정전렌즈를 각기 이룸과 동시에, 제 1 가속 및 집속상부전극 조립체의 수평격벽전극과 인터그리드전극 조립체, 제 1 가속 및 집속상부전극조리비체의 수평격벽전극을 두어 상기 전단보조정전집속렌즈와 주정전집속렌즈 사이에 4극자렌즈를 이루도록 한 칼라음극선관의 전자총을 특징으로 하는 것이다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제 1 도는 본 발명에 의한 칼라음극선관용 전자총의 요부를 나타내는 단면도이다.
여기서는 음극(9)으로부터 제 1 그리드전극(1), 제 2 그리드전극(2), 제 3 그리드전극(3), 제 4 그리드전극(4), 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5), 인터그리드(Inter grid), 전극조립체(6), 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7), 제 2 가속 및 집속전극(8)으로 순차배열되어 구성되며, 또한 음극(9)의 제 1 그리드전극(1)과 제 2 그리드전극(2)으로 3극계(triode)를 구성하고, 상기 제 3 그리드전극(3), 제 4 그리드전극(4), 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)의 하부전극(10)으로 전단보조정집속렌즈를 구성하고, 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)의 상부전극(11), 제 2 가속 및 집속전극(8) 사이의 주정전집속렌즈를 구성함과 동시에 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)의 수평격벽전극(12), 인터그리드 전극조립체(6), 제 1 가속 및 집속상부 전극조립체(7)의 수평격벽전극(13)을 구성시켜 상기 전단보조정전집속렌즈와 주정전집속렌즈 사이에서 정전 4극자렌즈로 작용하도록 구성되어 있다.
또한 상기 인터그리드 전극조립체(6)는 전자빔통과공이 천공된 평판상의 중간전극(14)의 양측면에 수직격벽전극(15,16)이 배열설치되어 있으며, 상기 정전 4극자렌즈는 인터그리드 전극조립체(6)의 전단보조정전집속렌즈측 수직격벽전극(15)과 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)의 수평격벽전극(12), 그리고 인터그리드 전극조립체(6)의 주정전집속렌즈측 수직격벽전극(16)과 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)의 수평격벽전극(13)이 대향되어 대응하는 복수개의 격벽(19,20)들이 상호 접속되지 않고 겹치도록 배치 구성된다.
제 2 도의 (가)는 상기에서 언급한 인터그리드 전극조립체(6)의 수직격벽전극(15,16)을 평면도로 도시한 것으로, 복수개의 전자빔 통과공(17)을 동시에 전자빔 통과공(7)에 연이어 판상전극체(18)로부터 각 전압빔 통과공(17)의 좌,우에 2개씩의 종격벽(19)이 형성되어 있다.
제 2 도의 (나)는 또한 상기에서 언급한 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)의 수평격벽전극(12)과 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)의 수평격벽전극(13)을 평면도로 도시한 것으로, 복수개의 전자빔 통과공(17)을 가지는 동시에 전자빔 통과공(17)에 연이어 판상전극체(18)로부터 각 전자빔 통과공(17)의 상,하측에 2개씩의 횡격벽(20)이 형성되어 있다.
또, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 칼라음극선관용 전자총의 정전렌즈(전단보조정전집속렌즈, 정전 4극자렌즈, 주정전집속렌즈)형성용 전극부분과 이러한 정전렌즈 형성용 전극들의 전기적 접속관계를 제 5 도와 제 6 도에 나타내었다.
본 발명의 제 1 실시예인 제 5 도를 살펴보면 제 2 가속 및 집속전극(8)에는 20kv~40kv 정도의 고전압(Eb)이 인가되고, 제 3 그리드전극(3)과 인터그리드 전극조립체(6)에는 공통으로 고전압(Eb)의 20%~30% 정도의 중고압(Vf)이 인가되며, 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)와 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)에는 공통으로 일정한 직류중고압(Vf)에 전자빔의 화면상편향량에 따라 비례하여 변화하는 교류전압원(V)을 중첩시킨 동작접속전압(Dynamic focusing Voltage; Vd)이 안가되고, 제4그리드전극(4)에서 비교적 낮은 저전압(V1)또는 제2그리드 전압이 인가된다.
본 발명의 다른실시예인 제6도에서는 제2가속 및 집속전극(8)에는 역시 20kv~40kv 정도의 고전압(Eb)이 인가되고, 제4그리드전극(4)과 인터그리드 전극조립체(6)에는 비교적 낮은 저전압(V1) 또는 제2그리드전압이 인가되며, 제3그리드전극(3)에는 고전압(Eb)의 20%~30% 정도의 중고압(Vf)이, 제1가속 및 집속하부 전극조립체(5)와, 제1가속 및 집속상부 전극조립체(7)에는 공통으로 일정한 직류중고압(Vf)에 전자빔의 화면상 편향량에 따라 비례하여 서서히 상승 또는 하강하는 교류전압원(V)을 동적접속전압(Vd)이 인가된다.
상기와 같은 전극구조와 전기적집속관계를 갖는 본 발명에 의한 칼라음극선관용 전자총은 제 3 그리드전극(3), 제 4 그리드전극(4), 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)에서 UPF형 전단보조집속정전렌즈, 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7) 제 2 가속 및 집속전극(8)에서 BPF형 주정전집속렌즈를 구성함은 상기에서 설명한 바 있으며, 상기 제4극자 정전렌즈 형성용 전극에서 동적집속전압(Vd)은 편향전류가 0일때, 즉 칼라음극선관화면의 중앙에 전자빔이 위치할 때, 교류전압원(V)은 0이 되어 일정직류중고압(Vf)과 동일한 값을 취하며, 편향전류의 증감, 즉 전자빔의 위치가 화면정중앙에서부터 편향량의 증가(화면주변부로 전자빔이 이동)에 따라 일정직류고압(Vf)보다 크게 된다.
따라서 빔 스포트가 화면중앙에 위치하는 경우는 수직격벽전극(12,13)과 수평격벽전극(15,16)은 동전위가 되며 이들 사이에는 정전렌즈 전계가 형성되지 않기 때문에 화면중앙부에서는 단지 축회전대칭계인 전단보조정전집속렌즈와 주정전집속렌즈의 작용만으로 진원형의 빔 스포트를 얻을 수 있다.
한편, 전자빔의 편향의 증대에 따라 동적집속전압(Vd)이 상승하면 수직격벽전극(12,13)과 수평격벽전극(15,16)사이에는 전위차가 발생하여 양전극 사이에는 각 전자빔 통과공(17)에 대하여 정전 4극자렌즈전계를 발생시킨다.
제 4 도는 이와 같이 발생하는 정전 4극자렌즈전계와 여기를 통과하는 전자빔의 작용을 설명하기 위한 도면으로 점선화살표시는 등전위선을 나타낸다.
상기와 같은 정전 4극자렌즈전계하에서 전자빔 통과공(17)을 지나는 전자빔은 수직방향으로는 발산되는 전기력을 받고, 수평방향으로는 집속되는 전기력을 받아 원래 원형으로 입사한 전자빔은 도면에 빗선으로 나타낸 바와 같이 종장타원형으로 되며 수직방향과 수평방향의 초점거리도 달라지게 된다.
도면에서 실선원형으로 도시한 전자빔은 고류전압원(V)이 0일 때의 형상이다.
또한 편향량에 따라 수직격벽전극(12,13)이 배열설치된 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)와 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)에 점차로 증가하는 동적집속전압(Vd)이 인가되면 주정전집속렌즈를 구성하는 전극에 인가되는 전압들의 비율(Vd/Eb)도 비례하여 증가하기 때문에 주정전집속렌즈의 렌즈작용이 편향량에 따라 약해져 전자빔의 초점길이가 길어지며 결국, 편향량이 증가하여 전자빔의 위치가 칼라음극선관 화면에 도달해도 주정전집속렌즈의 초점궤적은 항상 칼라음극선관의 화면상 가까이 형성시킬 수가 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 칼라음극선관용 전자총에 의하면, 편향량에 따라 변화하는 정전 4극자렌즈에 의해 편향장에 입사하기전에 전자빔의 형상을 미리 종장화시켜 집속시키므로 편향장에 의한 자계 4극자렌즈에 의해 전자빔이 횡장화되는 형상을 보상가능케되어 화면중앙부는 물론 하면주변부에서도 거의 원형의 빔 스포트를 얻을 수 있으며, 또한 일반적인 전자총에서 발생하는 전자빔 초점궤적과 칼라음극선관 화면까지의 거리의 차가 화면주변부에 갈수록 커지는 현상도, 동적 4극자 정전렌즈를 형성시킬 때 부수적으로 발행하는 주정전집속렌즈의 렌즈작용 약화로 집속 전자빔의 초점길이를 길게함으로써 칼라음극선관의 화면에 일치시킬 수 있으므로, 빔 스프토를 구성하는 전자밀도가 높은 코어부분을 둘러싸는 전자밀도가 낮은 할로부분을 대폭 경감시켜 양호한 해상도 특성을 얻을수가 있다.
여기서 또 하난 언급해야 할 것은 제 5 도와 제 6 도의 실시예에서 보면 정전 4극자렌즈를 구성하는 전극들중 인터그리드 전극조립체(6)에 인가되는 일정직류전압이 제 5 도에서는 중고압(VF)이 인가되고 제 6 도 실시예에서는 비교적 저전압(V1)이 인가되는데, 정전 4극자렌즈작용은 인가되는 전압 뿐만 아니라 구성전극의 가하학적 구조 즉, 종격벽(19), 횡격벽(20)의 길이, 종격벽(19)과 횡격벽(20)의 격치는 량, 인터그리드 전극조립체(6)의 전체길이에 따라 변화하므로 이들 기하학적 파라미터(Parameter)들의 조합에 의해 인가되는 전압이 다를지라도 정전 4극자렌즈의 작용을 최적화할수가 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 칼라음극선관의 전자총의 출사된 빔이 화면상에 빔 스포트를 이룰때 전자밀도가 높은 코어부분을 둘러싸는 전자밀도가 낮은 할로부분을 대폭경감시켜 양호한 해상도 특성을 얻을 수 있는 유익한 특징이 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 음극(9), 제 1 그리드전극(1) 및 제 2 그리드전극(2)으로 3극계(triode)를 구성하고, 제 3 그리드전극(3), 제 4 그리드전극(4) 및 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)로 전단보조정전집속렌즈를 구성하며, 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7), 제 2 가속 및 집속전극(8)으로 주정전집속렌즈계를 구성하고, 상기 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)는 하부전극(10)의 개방단측에 수평격벽전극(12)이 접속되며, 상기 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)는 상부전극(11)의 개방 단측에 역시 수평격벽전극(13)이 접속되고, 상기 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)와 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7) 사이에 평판상의 중간전극(14) 양측면에 수직격벽전극(15,16)이 배설되어 구성되는 인터그리드 전극조립체(6)를 삽입시켜, 인터그리드 전극조립체(6)의 전단보조정전집속렌즈측 수직격벽전극(15)과 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)의 수평격벽전극(12), 그리고 인터그리드 전극조립체(6)의 주정전집속렌즈측 수직격벽전극(16)과 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)의 수평격벽전극(13)이 대향되어 대응되는 복수개의 격벽(19,20)들이 상호접촉되지 않고 겹치도록 배치하여 정전 4극자렌즈계를 구성함을 특징으로 하는 칼라음극선관용 전자총.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가속 및 집속전극(8)에는 고전압(Eb)이 제 4 그리드전극(4)에는 제 2 그리드 전압 또는 이와 거의 동전압인 비교적 저전압(V1)이, 제 3 그리드전극(3)과 인터그리드 전극조립체(6)에는 공통으로 고전압(Eb)의 20%~30% 정도의 일정 중고압(Vf)이 각각 인가되고, 상기 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)와 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)에는 공통으로 상기 일정중고압(Vf)에 전자빔의 편향량에 따라 서서히 증감되는 교류전압원(V)이 중첩된 동적집속전압(Vd)이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 전자총.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가속 및 집속전극(8)에는 고전압(Eb)이, 제 4 그리드전극(4)과, 인터그리드 전극조립체(6)에는 공통으로 제 2 그리드전극 또는 이와 거의 동전압인 저전압(V1)이 제 3 그리드전극(3)에는 상기 고전압(Eb)의 20%~30% 정도의 일정중고압(Vf)이 각각 인가되고, 상기 제 1 가속 및 집속하부 전극조립체(5)와 제 1 가속 및 집속상부전극조립체(7)에는 공통으로 상기 일정 중고압(Vf)에 전자빔의 편향량에 따라 서서히 증감되는 교류전압원(V)이 중첩된 동적집속전압(Vd)이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 칼라음극선관용 전자총.
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