KR100234053B1 - 칼라수상관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라수상관용 전자총에 관한 것으로, 특히 대형 TV 혹은 고정세도 산업용 모니터에 사용되는 전자총의 구조중 전자빔의 편향량에 따른 비점수차를 보정함으로서 화면 주변부에서의 해상도를 향상시킬 수 있는 전자총 구조를 제공하는데 목적이 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 있어서는 가변전압 집속전극 대향면의 고정전압 집속전극에는 전자빔 통과공 수평 방향보다 수직방향이 큰 장공이 형성되어 있으며, 외측 전자빔 장공의 외측에 고정전압 집속전극 내부로 형성된 수직평판 전극이 돌출되어 있고, 그 내부에는 3전자빔 통과공을 갖는 인너전극이 삽입되어 있으며, 상기 고정전압 집속전극 대향면의 가변전압 집속전극에는 수직이 수평보다 긴 장공이 전자빔 통과공을 가지며, 각각의 전자빔 통과공 상하에는 수직방향으로 평판전극이 절곡되어 제 2 집속전극에 연이어 형성되고, 상기 제 2 집속전극의 상하에 형성된 수평평판전극은 제 1 집속전극의 장공 전극과 서로 대향 또는 삽입되도록 구비한 것이다.

Description

칼라수상관용 전자총

본 발명은 칼라수상관에 관한 것으로서, 특히 음극에서 발생된 전자를 집속 및 가속시켜 스크린상의 형광체에 전자빔이 랜딩되도록 하는 전자총 내부의 전극구조에 관한 것이다.

일반적으로 칼라수상관은 도 1에 도시한 바와 같이 내측면에 형광면(3a)이 도포된 판넬(3)과, 상기 판넬(3)내측면에 결합되어 색선별 기능을 갖는 새도우 마스크(4)와, 상기 판넬(3)의 후단에 결합되는 펀넬(1)과, 상기 펀넬(1)의 네크부(5a)에 장착되는 전자총(6)과, 상기 전자총(6)에서 발사된 전자빔(9)을 편향시키는 편향요크(7)로 구성된다.

그리고 도 2에 나타낸 상기 전자총(6)의 내부구성은 삼극부와 주렌즈로 구성되는데, 삼극부는 히터(10)가 내장되어 전자를 방사하는 음극(11)과, 상기 음극(11)에서 방사되는 열전자를 제어 및 가속시키는 제어전극(12) 및 가속전극(13)으로 구성되고, 주렌즈부는 삼극부에서 생성된 전자빔(9)을 집속 및 최종 가속시키는 집속전극(14)과 양극(15)으로 구성된다.

여기서 제어전극(12)에는 접지되고, 가속전극(13)에는 500∼1000V, 양극(15)에는 25∼35KV의 고전압이 인가되고, 집속전극(14)에는 양극전압의 20∼30%의 중간전압이 인가된다.

이와같이 구성된 종래의 칼라수상관용 전자총은 각 전극에 소정의 전위가 인가됨에 따라 특히 집속전극(14)과 양극(15)의 전압차에 의해 정전렌즈가 형성되게 되어 삼극부에서 생성된 전자빔(9)이 형광면의 중앙에 집속되게 된다. 이때 형광면의 중앙에 집속된 전자빔을 화면 전영역으로 편향시키기 위해서는 펀넬(5)에 부착된 편향요크가 작용하게 된다. 통상 인라인형 전자총을 이용한 칼라 수상관에서는 적색, 녹색, 청색의 3개의 전자빔이 수평으로 나란하게 배열되게 때문에 3전자빔을 형광면의 한곳에 수렴시키기 위하여 편향요크(7)는 비균일자계를 이용한 자기집중형(Self-Convergence)을 적용하고 있다.

상기 자기 집중형을 적용한 편향요크에서 생성되는 자계의 분포는 도 3의 (a)(b)에 도시된 바와같이 수평편향자계는 핀쿠션형으로 하고, 수직 편향 자계는 배럴(barrel)형으로 함으로서 형광면에서의 집중의 어긋남을 방지하게 된다.

그러나 도 3의 (c)(d)에 도시된 바와같이 상기 자계는 2극 성분과 4극성분으로 분리하여 설명할 수 있는데, 2극성분은 전자빔을 수평 및 수직방향으로 편향시키는 역할을 하고, 4극 성분은 전자빔을 수직방향으로 집속하고 수평방향으로는 발산시키는 역할을 함으로써 비점수차를 발생시켜 전자빔 스포트를 왜곡시킨다.

비록 균일에 가까운 자계라도 미세한 핀쿠션이나 배럴자계 성분 때문에 형광면 주변부에서는 전자빔이 현저한 비점수차를 받게 되어 빔 스포트가 왜곡된다. 도 4의 (a)(b)에서는 이러한 전자빔 스포트의 왜곡현상을 더욱더 구체적으로 나타내고 있다. 도 4에 의하면 화면 중앙부에서는 편향자계가 가해지지 않으므로 전자빔 스포트가 정확한 형상을 갖지만, 그 주변부에서는 수평방향으로 발산되고 수직방향으로 과집속되어 왜곡된 고밀도의 횡장형 코어(17)와 그 상하로 저밀도의 상퍼짐 현상인 헤이즈(haze)(18)가 발생됨으로서 특히 화면 주변부에서의 해상도 열화를 초래하게 된다. 이러한 문제점은 수상관이 대형일수록, 또는 편향각이 클수록 더욱더 커지게 된다.

상기의 문제점을 개선하기 위하여 전자빔이 화면 주변부로 편향될 때 편향 신호에 동기하여 비점수차를 보정해주는 방법이 많이 채용되고 있는데, 그 보정수단으로는 집속전극을 2분할하여 제 1 집속전극과 제 2 집속전극으로 구성하고, 그 둘 사이에 4극자 전극을 설치하여 4극자렌즈를 형성시킴으로써 비점수차를 보정한다.

종래의 실시예를 통한 비점수차의 보정수단들을 첨부도면을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도 5에서 종래의 구성은 전자빔을 생성시키는 삼극부와 이 전자빔을 집속시키는 주렌즈를 가지며, 주렌즈를 형성하는 집속전극(14)은 제 1 집속전극(80)과 제 2 집속전극(90)으로 2분할 되어있다. 제 2 집속전극(90)은 양극(15)측에 대향되고 제 1 집속전극(80)은 제 2 집속전극(90)과 대향되도록 구성한다. 제 1 집속전극(80)은 수직방향으로 긴 장공(801,802,803)이 뚫려져 있고, 외 외측 전자빔 통과공 즉, 외측 장공의 외측방향(중앙전자빔 통과공 반대편) 수평방향에 연이어 수직평판 전극(82)이 제 1 집속전극 내부로 연장되어 있다. 제 2 집속전극(90)에는 원형의 3전자빔통과공(111,112,113)과 3전자빔통과공의 상하방향에 평판(101,102,103)이 절곡되어 형성된 보정전극(100)이 부착되었고, 제 1 집속전극(80)방향으로 돌출되어 있다. 또한 제 1 집속전극 내부에는 제 1 집속전극을 지지할 수 있는 가이드 인너전극(81)이 형성되어져 있다.

제 1 집속전극(80)에 외측 전자빔 통과공 즉, 외측 장공의 외측방향(중앙전자빔 통과공 반대편) 수평 방향에 연이어 형성되어진 수직 평판전극(82)과, 가이드 인너전극(81)으로 제 1 집속전극을 구성하고, 제 2 집속전극(90)에 형성되어진 원형의 3전자빔통과공(111,112,113)과 3전자빔 통과공의 상하방향에 평판(101,102, 103)이 절곡 되어 형성된 보정전극(100)을 부착시켜 제 2 집속전극(90)을 형성시킨다.

상기의 이 전극들은 다이나믹 4극자 렌즈를 형성하는 기본구성이다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 동작을 이하에서 설명한다.

주변부의 해상도를 향상시키기 위한 칼라 수상관용 전자총은 삼극부에서 생성된 전자빔이 도 5에 도시된 바와같이 2분할된 제 1 집속전극(80)과 제 2 집속전극(90)을 통과하고 특히, 4극자 전극부(도 5의 82,801,802,803)와 제 2 집속전극측의 전극(도 5의 101,102,103)을 통과하여 주렌즈에서 집속되고 튜브 스크린에 상을 맺게 된다. 특히 전자빔이 주변부로 편향될 때, 제 1 집속전극 전압은 일정하게 고정되어 동작하지만, 제 2 집속전극 전압은 전자빔의 편향량에 따라서 변한다. 즉, Quadrupole전극(이하, 4극자전극)에 의해 4극자렌즈가 동작하게 된다.

일반적으로 브라운관이 대형화 되거나 편향각이 크면 클수록 제 2 집속전극 전압은 제 1 집속전극 전압보다 높게 걸리게 된다. 제 2 집속전극 전압은 TV 또는 모니터의 회로에서 파라볼라파형으로 공급하며 보통 제 1 집속전극 전압보다 300V 에서 1000V 정도 높게 인가된다. 제 2 집속전극 전압이 인가 되었을 때 제 1 집속전극 전압과 제 2 집속쩐극 전압의 차이로 인하여 4극자 렌즈가 동작하여 전자빔의 형태가 종장형으로 변화하게 되고 주렌즈를 통과하여 편향요크의 비균일 자계에 의해 발생된 주변부의 헤이즈(Haze)를 개선하는 방향으로 작용하게 된다. 4극자 렌즈에 대한 설명은 다음과 같다.

도 6의 (a)는 전자빔이 편향되지 않을 때, 즉 화면 중앙에서는 수평/수직 방향에서 거의 정확하게 집속되지만, 주변부로 편향될때의 편향요크에 의한 비점수차 및 빔궤도를 나타낸 설명도이다. 편향요크는 전자빔을 수평방향으로 발산시키고 수직방향으로는 집속시키는 역할을 하여 전자빔이 주변부로 편향되었을 때에 수평방향에서는 거리차에 의한 오버-포커싱 성분과 편향요크에 의한 언더-포커싱 성분이 서로 상쇄되어 거의 정확한 집속상태를 나타내고 있으나, 수직방향에서는 거리차에 의한 오버-포커싱 성분과 편향요크의 수직방향의 오버-포커싱 성분이 중첩되어 심한 오버-포커싱 형상을 나타내므로 전자빔이 주변부로 편향되었을 때 전자빔의 수직방향에서의 상퍼짐 현상은 심하게 나타나 주변부 해상도 열화를 가져온다.

도 6의 (b)는 이러한 상퍼짐 현상을 개선하기 위하여 4극자 전극을 적용하였을때의 설명도이다. 주렌즈의 집속력을 동일한 상태에서 4극자에 의한 편향요크 비점수차를 보상한 상태를 나타내고 있다. 편향요크의 수평방향의 발산력 만큼 4극자 렌즈가 수평방향으로 집속시켜 주고, 편향요크의 수직방향의 집속량 만큼 4극자 렌즈가 수직방향으로 발산시켜 주도록 구성한다. 여기에 주렌즈 약화 성분(즉, 다이나믹 전압)이 필요하며 이 주렌즈약화 성분은 도 6의 (b)에서와 같이 수평/수직 방향에서 일치된 전자빔을 필요로 하는 주변부의 위치에 집속되도록 하는 역할을 한다. 위와 같은 적절한 사극자 렌즈와 인가 다이나믹전압으로서 화면 주변부의 최적 집속력을 갖도록 할 수 있다.

일반적으로 집속 전극에 인가되는 전압은 양극 전압의 20∼33%정도 된다. 이 집속전압에 4극자 렌즈 ACTION이 강하게 작용하게 하기 위한 좋은 방법이다.

그러나 종래 전자총의 4극자 전극은 2개의 전극 조합으로 이루어져 있다. 2개의 전극을 사용할 경우 용접공정의 용접공수 및 용접기, 금형비 등의 문제로 인해 제품의 단가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 이러한 점을 해결하기 위하여 제 2 집속전극의 전자빔 통과공 형상을 키홀 형태로 구성하고, 각각의 전자빔 통과공 상하에 수평평판전극을 구성하여 제 1 집속전극 방향으로 일정한 간격을 두고 제 1 집속전극의 장공방향으로 대향 또는 삽입되도록 구성함으로서, 전자빔의 편향량에 따른 비점수차를 보정할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 칼라수상관의 단면도.

도 2는 전자총의 내부구조를 나타낸 단면도.

도 3은 종래 편향요크에서 생성되는 자계의 분포도.

도 4는 종래 전자빔 스포트의 왜곡현상을 나타낸 도면.

도 5는 종래 전자총의 집속전극부 상세 구조도.

도 6은 전자빔의 화면 집속상태를 나타낸 것으로서,

a는 4극자렌즈를 적용하지 않았을때의 비다이나믹 상태도.

b는 4극자렌즈를 적용하였을때의 다이나믹 상태도.

도 7 은 본 발명이 적용된 전자총의 집속전극부 상세 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

6 : 전자총 9 : 전자빔

10 : 히터 11 : 음극

12 : 제어전극 13 : 가속전극

14 : 집속전극 15 : 양극

80 : 제 1 집속전극 82 : 수직평판전극

90 : 제 2 집속전극 100 : 보정전극

104,105,106 : 수평평판전극 801,802,803 : 장공

904,905,906 : 전자빔 통과공

본 발명을 이하에서 상세히 설명한다.

먼저 본 발명의 구성을 살펴보면 도 7에 나타낸 바와같이 주렌즈를 형성하는 집속전극은 제 1 집속전극(80)과 제 2 집속전극(90)으로 2분할 되어 구성되며, 제 2 집속전극(90)은 양극(15)측에 대향되고 제 1 집속전극(80)은 제 2 집속전극(90)과 대향되도록 구성한다.

본 발명은 제 2 집속전극에 있으며, 제 1 집속전극(80)은 수직방향으로 긴 장공(801,802,803)이 뚫려져 있고, 이 외측 전자빔 통과공의 외측 즉, 외측 장공의 외측수평방향에 연이어 수직평판전극(82)이 제 1 집속전극 내부로 연장되어 있고, 이 외측 전자빔 통과공에 형성된 수직평판전극(82)의 높이는 약 0.5㎜ 정도이다.

제 2 집속전극(90)은 전자빔 통과공(904,905,906)의 형상이 키홀형태로 구성되었으며, 각각의 키홀형 전자빔 통과공 상하에 수평평판전극(104,105,106)이 각각 형성되어 있어 제 1 집속전극(80) 방향으로 일정한 간격을 두고 제 1 집속전극 장공방향으로 대향 또는 삽입되도록 구성하였다.

상기와 같은 구성을 3차원 시뮬레이션을 통해서 특성을 검토한다.

다이나믹(DYNAMIC) 렌즈를 설계하기 위하여는 먼저 비다이나믹(NON-DYNAMIC) 상태를 알아야 한다. 제 1 집속전극에 걸리는 전압을 스테틱전압이라 하고, 제 2 집속전극에 걸리는 전압을 다이나믹전압이라고 하면, 비다이나믹 상태라 함은 스테틱전압과 다이나믹전압을 같게하여 제 1 집속 전극과 제 2 집속전극에 동시에 인가하였을때를 말한다.

이와같은 비다이나믹상태에서 화면의 각지점(중앙, 동측, 상측, 코너)의 화소가 최소가 되는 비나이나믹 포커스전압을 측정하면 각 지점에서 수평포커스 전압은 거의 일정하게 유지됨을 알수 있다. 그것은 앞에서 설명한 것처럼 편향요크의 수평 발산력과 거리차에 의한 집속력의 중화작용으로 화면 전영역에서 거의 동일한 포커스전압을 얻을수 있다.

이와는 반대로 수직방향의 포커스전압은 중앙(center), 상부(top), 에지(edge), 코너(corner)의 순으로 지수함수적으로 변화한다. 비다이나믹상태에서 지수 함수적으로 변화하는 수직방향의 포커스전압을 이용하여 다이나믹 렌즈를 설계한다. 화면 각 지점의 포커스전압을 측정하고 이값을 시뮬레dl션 데이터로 활용한다. 여기서 나온 상부지점의 포커스전압에서 중앙에서의 포커스전압을 뺀값을

라고 표현하고, 에지에서 센터의 값을 뺀값을

, 코너에서 센터의 값을 뺀값을

라고 할 때 이값들, 즉

,

,

은 최종적으로 개선해야할 편향요크의 수차성분이된다. (단, 수평방향은 거의 동일의 포커스전압을 유지하므로 개선해야할 수차성분으로는 넣지 않았음.)

이와같은 비다이나믹상태에서의 값, 즉 V_C(화면 센터에서의 집속전압),

,

,

을 컴퓨터에 입력하여 메인렌즈 출구에서(즉, 양극전극 끝단) 전자빔 반경, 발산각, 포커스 길이를 기본 목표치로 삼는다. 그리고 다이나믹전압을 인가하였을 때 전자빔 반경, 발산각, 포커스 길이 상태가 동일하게 되도록 설계하면된다.

다이나믹 전압은 최종적으로 개선해야 되는

,

,

값의 1/2정도가 되도록 한다.

다시 설명하면 도 6의 (a)는 전자빔이 편향되지 않을 때, 즉 화면 중앙에서는 수평/수직 방향에서 거의 정확하게 집속되지만, 전자빔이 편향되었을 때, 편향요크는 전자빔을 수평방향으로 발산시키고 수직방향으로는 집속시키는 역할을 한다. 이로 인해 앞에서 설명한 것처럼 전자빔이 주변부로 편향되었을 때에 수평방향에서는 거리차에 의한 오버-포커싱 성분과 편향요크에 의한 언더-포커싱 성분이 서로 상쇄되어 거의 정확한 집속상태를 나타내고 있으나, 수직방향에서는 거리차에 의한 오버-포커싱 성분과 편향요크의 수직방향의 오버-포커싱 성분이 중첩되어 심한 오버-포커싱 현상을 나타내므로 전자빔이 주변부로 편향되었을 때 전자빔의 수직방향에서의 상퍼짐 현상은 심하게 나타나 주변부 해상도 열화를 가져온다. 이러한 상퍼짐 현상을 개선하기 위하여 본 발명의 4극자 전극을 적용 하였을 때, 주렌즈의 집속력을 동일하게 한 상태에서 4극자에 의한 편향요크 비점수차를 보상한 상태를 나타내고 있다. 편향요크의 수평방향의 발산력 만큼 4극자 렌즈가 수평방향으로 집속시켜주고, 편향요크의 수직방향의 집속량 만큼 4극자 렌즈가 수직방향으로 발산시켜 주도록 구성한다. 여기에 주렌즈 약화성분(즉, 다이나믹전압)이 필요하며 이 주렌즈약화 성분은 도 6의 (b)에서 처럼 수평/수직 방향에서 일치된 전자빔을 필요로 하는 주변부의 위치에 집속되도록 하는 역할을 한다. 위와 같은 적절한 사극자 렌즈와 인가 다이나믹전압으로서 화면 주변부의 최적 집속력을 갖도록 할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 전자총 전극구조는 전자빔의 편향량에 따른 비점수차를 보정함으로서 화면 주변부에서의 해상도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 전자빔을 방사하는 복수개의 전자방사 수단과, 상기 전자빔의 방사량 조절 및 크로스오버를 형성하기 위한 제어전극과 가속전극으로 구성된 삼극부와, 상기 전자빔을 집속시키기위한 주정전 집속렌즈를 형성하는 복수개의 집속전극과, 양극전극으로 구성되어 있고, 상기 복수개의 전자방사수단 및 복수개의 전극들은 서로 일정간격 떨어져 있으며, 상기 복수개의 집속전극중 적어도 1개에 고정전압을 인가하여 고정전압 집속전극을 형성하고, 상기 복수개의 집속전극 중 적어도 1개에 전자빔 편향량에 따라서 변화하는 가변전압을 인가하여 가변전압 집속전극을 형성하고 있는 칼라음극선관용 전자총에 있어서, 상기 가변전압 집속전극 대향면의 고정전압 집속전극에는 복수개의 수평 방향보다 수직방향이 큰 전자빔통과공이 형성되어 있으며, 외측 전자빔 장공의 외측 수평방향에 고정전압 집속전극 내부로 형성된 수직평판 전극이 돌출되어 있고, 그 내부에는 3전자빔 통과공을 갖는 인너전극이 삽입되어 있으며, 상기 고정전압 집속전극 대향면의 가변전압 집속전극에는 복수개의 수직이 수평보다 긴 장공이 전자빔 통과공을 가지며, 각각의 전자빔 통과공 상하에는 수직방향으로 평판전극이 절곡되어 가변전압 집속전극에 연이어 형성되고, 상기 가변전압 집속전극의 상하에 형성된 수평평판전극은 고정전압 집속전극의 장공 전극과 서로 대향 또는 삽입되어 구비된 것을 특징으로 하는 칼라수상관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 집속전극의 전자빔 통과공은 키홀 형태로 형성한 것을 특징으로 하는 칼라수상관용 전자총.

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