KR100220807B1 - 컬러 음극선관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컬러 음극선관용 전자총에 관한 것으로서, 복수 개의 캐소드로부터 방출되는 전자를 스크린으로 집속하는 컬러 음극선관용 전자총에 있어서, 삼극부를 이루는 캐소드, 제 1 전극, 제 2 전극 및 포커스 전극 중 상기 제 1 전극과 상기 캐소드 사이에 빔 방사반경 제어전극이 설치되고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 어퍼춰경보다 상기 빔 방사반경 제어전극의 어퍼춰경의 크기가 크도록 구성된 컬러 음극선관용 전자총을 제공하여, 컬러 음극선관의 고휘도 고해상도 특성을 동시에 만족시킬 수 있도록 하므로 하나의 전자총으로 다양한 화상처리방식을 적용할 수 있으므로 멀티미디어 환경을 효과적으로 지원할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

컬러 음극선관용 전자총

본 발명은 컬러 음극선관용 전자총에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 삼극부의 구조 및 구성을 변경하고, 새로이 빔 방사반경 제어전극을 설치하여 모드별 다른 전압을 공급하도록 함으로써 멀티미디어에 적용될 수 있도록 개선시킨 컬러 음극선관용 전자총에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 전자총은 R, G, B 세 본의 전자빔을 발생시키고 스크린 상에서 집속되도록 하며 각각의 전자빔이 R, G, B 형광체를 발광시킴으로써 화소를 형성하고 원하는 정보를 디스플레이 하는 수단이고, 전자총의 주기능은 전자빔 형성을 통한 물점 형성 및 집속 기능이며, 이러한 기능들은 컬러 음극선관의 휘도 및 해상도를 결정하는 중요한 요소가 된다.

공지된 바와 같이 컬러 음극선관에서의 휘도를 결정짓는 가장 중요한 인자는 빔 전류량이며, 해상도를 결정짓는 중요한 인자는 빔 스폿크기이다. 빔 전류량이 커지면 스폿의 크기도 커지기 때문에 고휘도와 고해상도를 동시에 실현하기는 현실적으로 어려웠으며, 고휘도를 위해서는 전자총, 편향수단, 스크린 및 회로 제어기술이 고도로 요구되고, 이는 결국 부품을 고가화 하는 요인이 되었다.

또한, 텔레비젼과 비데오 시청과 같은 동영상 디스플레이를 주목적으로 하는 CPT와 캐드 및 문자정보 표시를 주목적으로 하는 CDT는 구분되어 제작되며, CPT는 동영상을 디스플레이하기 위해서 고휘도 및 저해상도의 특성을 가져야 하고, CDT는 문자정보를 디스플레이하기 위해서 고해상도 및 저휘도 특성을 가져야 한다.

전술한 바에 대한 이해를 배가하기 위한 전자총에 대한 구조 및 작용에 대하여 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 전자총의 수평 단면도이고, 도 2는 수직 단면도로서, 이를 참조하면 전자총에는 R, G, B 캐소드(1, 2, 3), 제 1 전극(4), 제 2 전극(5), 포커스전극(6), 양극(7) 및 쉴드컵(8)이 배열 구성되어 있으며, 각각의 전극은 수평방향으로 세 개의 전자빔 통과공인 어퍼춰가 형성되어 있다.

여기에서 R, G, B 캐소드(1, 2, 3)는 열전자를 방출하며, 제 1 전극(4)은 빔 전류량을 제어하고, 제 2 전극(5)은 R, G, B 캐소드(1, 2, 3)로부터 열전자를 추출하여 가속시키며, 포커스전극(6) 및 양극(7)은 전자빔을 집속시킨다.

전술한 도 1 및 도 2와 같은 각 전극에는 각각 해당 작용을 수행하기 위한 소정 레벨의 전압이 인가된다. 즉, 각 R, G, B 캐소드(1, 2, 3)에는 수 내지 수십 볼트의 전압이 인가되고, 제 1 전극(4)에는 0볼트의 전압이 인가되며, 제 2 전극(5)에는 수백 볼트의 전압이 인가되고, 포커스전극(6)에는 수천 볼트의 전압이 인가되며, 양극(7)에는 수만 볼트가 인가된다.

전술한 바와 같은 다양한 레벨의 전압이 각 전극들에 인가되면, 도 4와 같이 전자빔의 경로가 형성되어 이를 따라 전자빔이 진행된다.

즉, 가속전극인 제 2 전극(5)에 의한 전계는 캐소드(2)까지 영향을 미치며, 이는 캐소드(2)에서 발생된 전자를 추출하는 역할을 한다. 이때 제 1 전극(4)에는 캐소드(2) 및 제 2 전극(5)보다 낮은 레벨의 전압이 인가되어 있으므로, 전자빔이 추출되는 것을 억제하면서 이들 간의 전위차에 의하여 추출양이 제어된다. 일반적으로는 제 1 전극(4)의 전압은 고정하고, 캐소드(2)의 전압을 가변시킴으로써 빔 전류량이 제어된다.

한편, 전술한 캐소드전압, 제 1 전극 전압 및 제 2 전극 전압의 분포에 의하여 캐소드 표면의 전자빔을 빔축상으로 크로스(Cross)시키는 전계가 형성된다. 즉, 전계에 의하여 도 3과 같은 전자빔의 크로싱(100)이 일어난다.

크로싱이 된 후의 전자빔(101)은 제 2 전극(5) 및 포커스전극(6)으로 높이지는 전계에 의해 스크린 쪽으로 진행하게 되고, 이 과정에서 제 2 전극(5)과 포커스전극(6) 사이에 형성된 전계에 의해서 일차적으로 약한 집속작용이 발생되며, 포커스전극(6)과 양극(8) 사이에 형성되는 전계에 의해 이차적으로 강하게 집속되어 스크린 상의 한 점에 빔이 모이게 된다.

도 5는 전술한 전자총의 전계에 의한 빔의 진행을 등가 광학적 모델로 나타낸 것이다.

제 2 전극(5)과 포커스 전극 사이에 형성되는 전계에 의한 렌즈를 프리포커스 렌즈(10)라 하고, 포커스전극(6)과 양극(7) 사이에 형성되는 전계에 의한 렌즈를 주렌즈(12)라 한다.

주렌즈(12)에 입사되는 빔은 프리포커스 렌즈(10)에 의하여 일차적으로 집속된 빔(102)으로서 프리포커스 이전의 크로싱된 빔(101)과는 다르다. 이때 주렌즈(12) 입사 전의 빔(102)은 대표적인 최외각 빔만을 표시한 것이지만, 실제로는 도 3과 같이 수많은 전자빔들의 다발이다.

이러한 빔들의 진행 경로의 접선은 캐소드(2) 쪽에서 가상적인 크로싱(110)을 형성한다. 이때 가상적인 크로싱 위치가 주렌즈(12)의 물점(111)이 되며, 이때의 전자빔의 크기를 물점반경(Rx)이라 하고, 물점(111)으로부터 주렌즈(12)까지의 거리를 물점거리(p)라 한다. 한편, 주렌즈(12)를 통과한 전자빔은 스크린 상에 집속되는데 이 점을 상점(112)이라 하고, 주렌즈(12)에서 상점까지의 거리를 상점거리(q)라 하며, 상점위치에서의 전자빔의 크기를 스폿크기(Dt)라 한다.

결과적으로 물점반경(Rx)과 물점거리(p)를 갖는 물점(111)이 주렌즈(12)에 의해 스크린 상에 스폿크기(Dt)를 갖는 상점(112)으로 형성된다.

한편, 전류빔 형성 및 주렌즈(12)에 입사하는 물점을 형성시켜주는 프리포커스렌즈(10)를 포괄하여 삼극부로 표현된다. 따라서, 삼극부는 캐소드, 제 1 전극 및 제 2 전극과 포커스전극의 캐소드측 어퍼춰까지를 포함하게 된다.

일반적으로 컬러 음극선관의 해상도를 결정하는 주요 요소인 전자빔 스폿의 크기(Dt)는 하기의 수학식 1과 같이 표현된다.

[수학식 1]

여기서, 상기 M은 렌즈의 형상 및 인가 전압에 의하여 결정되는 주렌즈 배율이고, Dx는 2Rx로서 물점경이다.

상기 수학식 1에서 알 수 있듯이 물점경이 해상도를 결정하는 주 인자가 된다.

전자총에서 물점크기는 전류량이 클수록 커지며, 이는 제 1 전극 및 제 2 전극의 어퍼춰경에 의해 결정된다.

도 6은 고휘도 및 저해상도 특성을 갖는 CPT용 전자총 삼극부의 수직단면도이고, 도 7은 저휘도 및 고해상도 특성을 갖는 CDT용 전자총 삼극부의 수직단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 두 전자총의 구조 및 작용은 전술한 설명과 동일하지만 제 1 전극 및 제 2 전극의 어퍼춰경이 다르다. 즉, 도 5의 CPT용 제 1 전극(4) 및 제 2 전극(5)의 어퍼춰경이 Rp이고, 도 6의 CDT용 제 1 전극(4-1) 및 제 2 전극(5-1)의 어퍼춰경은 Rd로서, Rp가 Rd보다 크다.

이는 CPT의 경우 고휘도가 요구되므로 캐소드 부하의 과도한 증가 없이 대전류 영역을 사용하려면 제 1 전극 및 제 2 전극의 어퍼춰경 Rp이 커야만 하고, 이는 물점경이 커져서 고해상도를 얻을 수 없다는 것을 의미한다. 반대로 CDT의 경우 고해상도가 요구되므로 작은 물점경을 만들기 위해 제 1 전극 및 제 2 전극의 어퍼춰경 Rd이 적어야 하고, 결과적으로 빔전류의 양이 작아짐을 의미한다.

이에 대하여 더욱 자세히 설명하면, 캐소드의 부하는 캐소드의 단위 빔 방사면적당 빔전류량, 즉 빔 전류밀도를 나타내며, 컬러 음극선관의 수명문제 때문에 일정 한도로 제한되는 양이므로, 빔전류량 증가를 위해서는 방사면적을 넓게 해야 한다. 그리고, 최대 빔 방사면적은 제 2 전극 전압이 캐소드 면까지 영향을 미칠 수 있는 최대 면적을 의미하며, 그때의 최대 방사 반경은 도 5의 경우 Rp, 도 6의 경우 Rd가 된다.

종래의 CPT용과 CDT용 전자총의 사용전류영역과 스폿크기의 상관관계가 도 7에 나타나 있으며, 이를 참조하면 CPT의 경우 고전류 영역까지 사용하면서 스폿의 크기가 크고, CDT의 경우 저전류 영역을 사용하면서 스폿의 크기가 작음을 알 수 있다.

전술한 문제점으로 CPT용 전자총으로는 CDT모드를 수행할 수 없었으며, CDT용 전자총으로는 CPT모드를 수행할 수 없었다.

그러므로, 종래의 기술로는 점차 필요성이 증대되는 멀티미디어 환경에 대하여 이들이 서로 호환되어 적용될 수 없으며, 그에 따라 전자총의 다기능화에 한계성을 갖는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 멀티미디어용으로 적합한 고휘도 및 저해상도의 CPT모드와 고해상도 및 저휘도의 CDT모드를 동시에 수용할 수 있는 컬러 음극선관용 전자총을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 전자총의 수평단면도이다.

도 2는 종래의 전자총의 수직단면도이다.

도 3은 종래의 전자총의 전류빔 형성 및 진행도를 나타내는 도면이다.

도 4는 도 3의 전자총의 전자빔에 대한 등가 광학적 모델의 개념도이다.

도 5는 종래의 CPT용 전자총 삼극부의 수직단면도이다.

도 6은 종래의 CDT용 전자총 삼극부의 수직단면도이다.

도 7은 종래의 전자총의 빔전류에 대한 스폿크기 상관관계도이다.

도 8은 본 발명에 따른 컬러 음극선관용 전자총의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 9는 실시예의 빔 방사반경 제어전극으로의 전류 절환공급을 위한 구성을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 실시예에 의한 빔전류에 대한 스폿크기 상관관계도이다.

도 11은 본 발명에 따른 실시예에 의한 전자총에서의 전압인가 방식 및 그 파형도를 나타내는 도면이다.

도 12는 화면내 일부분이 상이한 모드인 상태를 나타내는 도면이다.

도 13a∼도 13c는 도 12에 도시된 화면을 각 수평주기신호별로 스캐닝한 상태의 전압인가 파형도를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2,2-1,3,10 : 캐소드

4,4-1,11 : 제 1 전극

5,5-1,12 : 제 2 전극

6,6-1,13 : 포커스전극

7 : 양극

8 : 쉴드컵

14 : 빔 방사반경 제어 전극

15,16,17 : 어퍼춰경

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 컬러 음극선관용 전자총은, 복수 개의 캐소드로부터 방출되는 전자를 스크린으로 집속하는 컬러 음극선관용 전자총에 있어서, 삼극부를 이루는 캐소드, 제 1 전극, 제 2 전극 및 포커스 전극 중 상기 제 1 전극과 상기 캐소드 사이에 빔 방사반경 제어전극이 설치되고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 어퍼춰경보다 상기 빔 방사반경 제어전극의 어퍼춰경의 크기가 크도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 어퍼춰경은 문자방송용 구조로 형성됨이 바람직하며, 상기 제 1 전극에 동영상신호 처리용 제 1 전압과 문자방송신호 처리용 제 2 전압을 절환공급하는 전압스위칭공급수단이 더 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 전압스위칭공급수단은 출력화상신호를 인가 받아서 현재 주사되는 화상의 모드를 판단하는 모드판별부 및 상기 모드판별부로부터 현재 출력되는 화상에 대한 정보를 인가 받아서 상기 제 1 전압 공급을 위한 제 1 전압과 상기 제 2 전압 공급을 위한 제 2 전압을 상기 빔 방사잔경 제어전극으로 절환 인가하는 스위칭수단을 구비하여 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 모드판별부는 한 필드 분량, 한 프레임 분량 또는 매 수평주기신호 내의 특정 구간에 포함된 서로 다른 모드에 대한 판별을 수행하도록 구성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 삼극부로 캐소드(10), 제 1 전극(11), 제 2 전극(12) 및 포커스전극(13)이 구성되며, 제 1 전극(12)과 캐소드(10) 사이에 빔 방사반경 제어전극(14)이 설치되어 있다.

그리고, 제 1 전극(11)과 제 2 전극(12)의 어퍼춰경(15, 16)(Rd)은 문자방송 신호처리용 수준으로 설정하고, 빔 방사반경 제어전극(14)의 어퍼춰경(17)(Rp)은 Rp>Rd인 관계가 되도록 설정한다.

그리고, 도 10을 참조하면, 캐소드(10)에 수 내지 수십 볼트의 캐소드전압(Vk)이 인가되어 있고, 제 2 전극(12)에는 수백 볼트가 제 2 전극전압(V2)으로 인가되어 있다. 그리고, 제 1 전극에 인가되는 전압과 빔 방사반경 제어전극 전압(V1)은 제 1 전극에 인가되는 전압이 빔 방사반경 제어전극 전압(0V)과 같거나 그 이상이 되도록 설정되어야 하고, 제 1 전극에 인가되는 전압은 제 2 전극에 인가되는 전압 V2의 절반 이하로 설정되어야 한다.

그리고, 제 1 전극에는 동영상처리 모드와 문자방송신호 처리모드를 절환하여 서로 다른 전압이 인가되도록 V1, V1'의 인가를 스위칭하는 스위치(20)가 구성되어 있으며, 스위치(20)의 제어측으로는 출력화상신호가 인가되어 그에 대한 모드를 판별하는 모드판별부(22)의 판별신호가 인가되도록 구성되어 있다.

도 10에서 빔 방사반경 제어 전극(14)으로 인가되는 전압과 제 1 전극으로 인가되는 전압이 동일한 경우, 가능한 최대 빔방사 반경은 Rs로 된다. 그리고, 제 1 전극(11)으로 인가되는 전압이 빔 방사반경 제어 전극(14)으로 인가되는 전압보다 커지면 가능한 최대 빔방사 반경이 RL로 확대되며, 그 크기는 제 1 전극(11)에 인가되는 전압의 크기에 의하여 가변된다.

본 발명은 전술한 바와 같이 빔 방사반경을 가변시킴에 의해서 캐소드(10)의 로드 증가 없이 대전류를 얻는 것이 가능하다.

특히, 제 1 전극에 인가된 전압은 모드와 직결되므로, 동영상신호를 처리하는 모드와 문자방송신호를 처리하는 모드로 구분하여 조절하도록 전압인가 모드를 다르게 도 9와 같이 제작함이 바람직하다.

한편, 물점 크기를 결정짓는 제 1 전극(11) 및 제 2 전극(12)의 어퍼춰경(15, 16)(Rd)의 크기가 문자방송신호를 처리하는 수준으로 작게 형성되어 있기 때문에 물점의 크기는 작은 상태로 유지되며, 그에 따라서 빔 스폿의 크기도 작게 유지된다.

전술한 본 발명에 따른 구성 및 모드에 따른 전류량의 제어에 따라 빔전류량에 따른 스폿의 크기 변화는 도 10과 같이 된다. 즉, 저전류영역에서는 종래의 문자방송신호처리용 전자총에서와 거의 동일한 스폿의 크기를 갖지만 대전류영역에서는 종래의 동화상신호처리용 전자총에서보다 훨씬 작아진 스폿이 형성된다.

따라서, 본 발명과 같이 제 1 전극 및 제 2 전극의 어퍼춰경을 작게 형성시키고, 그 보다 큰 어퍼춰경을 갖는 빔 방사반경 제어 전극을 캐소드와 제 1 전극 사이에 위치시킴으로써, 전자총은 소정의 전압을 인가함에 의해 작은 물점 크기를 유지시키면서 저전류에서 대전류까지 캐소드 로드 증가 없이 사용할 수 있다.

그로써 고휘도 및 고해상도 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 컬러 음극선관용 전자총이 구현된다.

본 발명을 동화상신호와 문자방송신호에 대한 두 모드를 갖도록 스위칭하는 경우 도 11과 같은 전화면에 대한 서로 상이한 모드의 적용이 가능하고, 도 12와 같이 하나의 화면에 서로 다른 두 모드의 화면이 형성되는 경우에도 적용이 가능하다.

이는 도 11 및 도 13a∼도 13c에서 도시된 바와 같이 제 1 전극에 인가되는 전압의 레벨을 달리하여 제 1 전극에 인가되는 전압을 조절함으로써 수행된다.

구체적으로 도 12와 같은 하나의 화면에 서로 다른 두 모드의 화면이 형성되는 경우 비월주사방식으로 매 라인 스캐닝되는 수평주기신호 중 각각의 모드에 해당하는 영역에 도 13b와 같이 각각의 모드로 설정된 특정 전압을 가변시켜서 제 1 전극에 인가하면, 도 12와 같은 화상을 처리할 수 있다.

따라서, 멀티미디어 환경에서 요구되는 동화상정보 및 문자정보를 처리하기 위한 다양한 모드를 하나의 전자총으로 만족시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 하나의 전자총으로 다양한 화상처리방식을 적용할 수 있으므로 멀티미디어 환경을 충실히 지원할 수 있어서 전자총의 화상처리방식의 차에 대한 제한성을 극복할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 복수 개의 캐소드로부터 방출되는 전자를 스크린으로 집속하는 컬러 음극선관용 전자총에 있어서,

   삼극부를 이루는 캐소드, 제 1 전극, 제 2 전극 및 포커스 전극 중 상기 제 1 전극과 상기 캐소드 사이에 설치된 빔 방사반경 제어전극이 설치되고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 어퍼춰경보다 상기 빔 방사반경 제어전극의 어퍼춰경의 크기가 크도록 구성됨을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 어퍼춰경은 문자방송용 구조로 형성됨을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 전자총.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전극에 동영상신호 처리용 제 1 전압과 문자방송신호 처리용 제 2 전압을 절환공급하는 전압스위칭공급수단이 더 구비됨을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 전자총.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전압스위칭공급수단은,

   출력화상신호를 인가 받아서 현재 주사되는 화상의 모드를 판단하는 모드판별부; 및

   상기 모드판별부로부터 현재 출력되는 화상에 대한 정보를 인가 받아서 상기 제 1 전압 공급을 위한 제 1 전압과 상기 제 2 전압 공급을 위한 제 2 전압을 상기 빔 방사반경 제어전극으로 절환 인가하는 스위칭수단;

   을 구비함을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 전자총.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 모드판별부는 한 필드 분량의 화상신호를 인가 받아서 전체 스크린에 대한 모드를 판별하도록 구성됨을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 전자총.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 모드판별부는 한 프레임 분량의 화상신호를 인가 받아서 전체 스크린에 대한 모드를 판별하도록 구성됨을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 전자총.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 모드판별부는 매 수평주기신호 내의 특정 구간에 포함된 서로 다른 모드에 대한 판별을 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는 컬러 음극선관용 전자총.

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