KR100439263B1 - 컬러수상관용 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전자빔을 방사하는 복수개의 전자 방사 수단, 상기 전자빔의 방사량을 조절 및 제어하기 위한 제어전극 및 가속전극으로 구성된 삼극부, 및 상기 전자빔을 스크린에 집속과 가속을 수행하기 위한 다수의 전극들을 포함하는 컬러 수상관용 전자총에 있어서, 상기 복수개의 전자 방사 수단 및 다수의 전극들은 서로 일정간격 떨어져 관축 방향으로 순차 배치되어 있으며, 상기 삼극부를 형성하는 전극들 중 단일 판재의 제어전극 또는 가속전극에는 전자빔 통과공 주위에 가로와 세로의 폭이 다른 비대칭 슬롯이 형성되어 있으며, 적어도 슬롯 폭이 좁은 방향에서 관축에 대한 상기 슬롯의 두께방향 경사 각도가 70°이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전자총의 삼극부를 이루는 제어전극 또는 가속전극에 전자빔 통과공 주위에 비대칭 슬롯을 형성함에 있어 관축에 대한 슬롯의 두께방향 경사 각도를 높여 화소의 수평 크기는 줄이고 수직 크기는 증가시켜 해상도 향상 및 모아레 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

컬러수상관용 전자총{A Electron Gun Of The Color Cathode Ray Tube}

본 발명은 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것으로, 특히 화면 주변부에서의 해상도 열화를 방지하기 위하여 전자총 삼극부에 비대칭 렌즈를 형성시켜 편향 중심에서 편향수차를 적게 받게 하므로 주변부 해상도를 향상시키고, 또한 스폿 크기를 줄이기 위하여 제어전극(G1) 공경 주위에 슬롯을 형성시키되 특히 슬롯의 전극 두께 방향 각도를 크게 한 컬러수상관용 전자총에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 컬러수상관의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이다. 컬러수상관(1)은 전방 내면에 적색, 녹색, 청색의 형광체가 도포된 형광면(6), 색선별 기능을 갖는 새도우마스크(2)가 연결된 패널(3c), 패널(3c)의 스커트부에 결합되는펀넬(3b), 펀넬(3b)의 후방에는 관형상의 네크부(3a)가 형성되어 있다. 펀넬(3b)의 네크부(3a)의 내부에는 전자총(5)이 내장되고, 외부에는 전자총에서 방사되는 전자빔(4)을 수평 방향 또는 수직 방향으로 편향시키는 편향요크(7)가 결합되어 있다.

도 2는 일반적인 컬러수상관용 전자총(5)을 나타낸 단면도로서, 히터(10)가 내장되어 인라인 배열된 음극(11), 음극에서 방열된 열전자를 제어 및 가속시키는 제어전극(12) 및 가속전극(13)으로 구성되는 삼극부 및 삼극부에서 생성된 전자빔(9)을 집속 및 최종 가속시키는 집속전극(14)과 양극(15)으로 구성되는 주렌즈부로 이루어져 있다. 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.

이와 같이 구성된 종래의 컬러수상관용 전자총은, 각 전극에 소정의 전위가 인가됨에 따라 집속전극(14)과 양극(15)의 전압차에 의해 정전렌즈가 형성되게 되어 삼극부에서 생성된 전자빔(4)이 형광면의 중앙에 집속되게 된다. 이때, 형광면의 중앙에 집속된 전자빔을 화면 전영역으로 편향시키기 위해서는 펀넬(3b)에 부착된 편향요크(7)가 작용하게 된다. 통상, 인라인(In-Line)형 전자총을 이용한 컬러수상관에서는 적색, 녹색, 청색의 3개의 전자빔이 수평으로 나란하게 배열되기 때문에 3전자빔을 형광면의 한곳에 수렴시키기 위하여 편향요크(7)는 비균일 자계를 이용한 자기집중형(Self-Convergence)을 적용하고 있다.

상기 자기 집중형을 적용한 편향요크에서 생성되는 자계의 분포는 도시하지는 않았지만 수평 편향 자계는 핀쿠션(Pinchusion)형으로 하고, 수직 편향 자계는배럴(barrel)형으로 함으로써 형광면에서의 집중의 어긋남(mis-convergence)을 방지하게 된다.

그러나, 상기 자계는 2극 성분과 4극 성분으로 분리하여 설명할 수 있는데, 2극성분은 전자빔을 수평 및 수직방향으로 편향시키는 역할을 하고, 4극 성분은 전자빔을 수직방향으로 집속하고 수평 방향으로 발산시키는 역할을 함으로써 비점수차를 발생시켜 전자빔 스폿을 왜곡시킨다.

비록 균일에 가까운 자계라도 미세한 핀쿠션이나 배럴자계 성분 때문에 형광면 주변부에서는 전자빔이 현저한 비점수차를 받게 되어 빔 스폿이 왜곡된다.

화면 중앙부에서는 편향자계가 가해지지 않으므로 도 1의 4a에 나타낸 바와 같이 전자빔 스폿이 정확한 형상을 갖지만, 그 주변부에서는 도 1의 4b에 나타낸 바와 같이 수평방향으로 발산되고 수직방향으로 과집속되어 왜곡된 고밀도의 횡장형 코어(core)와 그 상하로 저밀도의 상퍼짐 현상인 헤이즈(haze)(제1도 4b)가 발생됨으로써 특히 화면 주변부에서의 해상도 열화를 초래하게 된다.

이러한 문제점은 수상관이 대형일수록, 또는 편향각이 클수록 더욱더 커지게 된다.

상기와 같은 주변부 상퍼짐 현상은 편향요크의 중심에서의 편향수차를 많이 받기 때문에 발생되는 것으로서, 전자빔이 편향중심에서 수평방향은 편향자계의 발산력과 거리차에 의한 집속력이 상쇄되어 거의 정확히 상을 맺지만 수직방향으로 편향수차에 의한 집속력과 거리차에 의한 집속력이 중첩되어 발생된 주변부에서의 헤이즈를 적게 하기 위하여 전자빔을 삼극부에서 조정해 줄 필요가 있다.

이를 해결하기 위한 많은 특허들이 개시되어 있으며, 그중 대표적인 몇 개만 나열하면, 일본특허 공고 昭60-34783에 나타나 있는 것은 제어전극(G1), 가속전극(G2)중 적어도 하나에 슬롯을 형성하는 방법이다. 이 목적은 전자총 삼극부에서 발생된 전자빔이 편향 중심을 통과할 때 편향수차를 가장 적게 받게 하기 위한 것이다.

일본공개특허 平7-29511호는 전자빔 통과공에 형성된 슬롯의 수직 폭을 전자빔 통과공의 크기보다 작게 하였으며, 일본공개특허 平1-194246호는 전극G2의 전극 G3 측 수평 슬롯과 중앙 슬롯의 깊이가 외곽 슬롯의 깊이 보다 깊게 하였으며, 일본공개특허 平4-249837호는 비대칭 프리포커스 렌즈와 비대칭 주렌즈 또는 캐소드 렌즈를 갖도록 하였다.

미국특허 4,641,058호는 전극 G2-G3간의 수직이 수평보다 강한 렌즈 형성과 수평이 수직보다 강한 주렌즈를 갖도록 하고, 미국특허 4,886,998호는 슬롯 형성 표면의 두께가 공경의 0.4 ∼ 1.0배이고 슬롯이 형성된 부분의 두께가 공경의 0.1 ∼ 0.2배가 되도록 하고, 미국특허 4,358,703호는 전극G1의 G2측 표면에 종장의 슬롯을 형성하였고, 미국특허 4,558,253호는 비대칭 BFR과 비대칭 주렌즈와 세 개의 전극으로 구성된 프리포커스 렌즈를 갖도록 하였고, 미국특허 4,629,933호는 전극 G2대향 G1전극면에 수직 슬롯이 형성되고, G1공경은 사각형으로 형성하였다.

이와 같은 특허들은 주로 주변부의 편향 수차를 줄이기 위한 방법과 화면 중앙 또는 주변부에서의 고전류 상황에서 전자빔을 줄이기 위해 사용되는 방법이다.

주변부의 해상도를 향상시키기 위한 컬러수상관용 전자총은 삼극부(beamforming region)에서 생성된 전자빔이 4극자 전극부 즉, 슬롯부를 통과하여 주렌즈에서 집속되고 스크린에 상(image)을 맺게 된다. 일반적으로 수상관(cathode ray tube)이 대형화되거나 편향각이 크면 클수록 편향 수차를 많이 받는다.

일반적으로 비대칭 삼극부를 형성하기 위하여 슬롯을 사용하는데, 예로서 미국 특허 4,886,998호에 제2의 그리드 전극(가속전극)의 슬롯 형성 표면의 두께(즉 공 주위 두께)를 공경의 0.4 ∼ 1.0배, 슬롯이 형성된 부분의 두께를 공경의 0.1 ∼ 0.2배로 하는 방법이 개시되었다.

전자총의 삼극부에서 발생된 전자빔을 최대한 횡장화시켜 편향 중심에서 전자빔이 편향 수차를 적게 받도록 하여 주변부의 헤이즈(Haze) 성분을 개선하고저 하였으나, 횡장화가 크다 보니 화소의 수직 방향에서의 물점 크기가 증가되어 화면에서 수직 화소의 크기가 증가되어 해상도 열화를 초래한다.

주렌즈 구면 수차를 최소화하기 위해서 삼극부에서 전자빔을 최외곽 전자빔은 주렌즈의 근축으로 보내고 중앙 전자빔은 주렌즈의 바깥쪽으로 보내어 구면수차를 최소화함으로서 화면 중앙의 해상도를 향상시키는 ART(Abberation Reducing Triode) 효과 향상 방법이 제안되고 있다.

도 4 및 도 5에서 보는 것처럼 ART라는 것은 주로 프리포커스 렌즈인 전극G2-G3에서의 집속력을 강하게 하여 최외곽 전자빔을 근축으로 보내는 기술로서 주로 ΦG3을 줄이고 전극G2-G3 갭을 줄여서 집속력을 강하게 한다.

이렇게 구성할 경우, 최외곽 전자빔은 근축으로 향하고 주렌즈에서 전자빔들은 도 4 및 도 5에서와 같이 거의 한곳에서 모이기 때문에 스폿이 작아지게 된다.

ART효과를 향상하기 위한 또 다른 방법은 전극G1-G2 갭에서의 집속력을 강화하는 방법이 있다.

이 방법은 도 3a 및 3b에서 보는 것처럼 제어 전극의 공 주위에 수직 슬롯을 형성한다. 그리고 도시하지는 않았지만 제어 전극의 공경을 수평 사각형의 형태를 갖도록 구성하는 방법이 제안되었다. 그리고 이런 방법은 주로 그 구성이 수직 슬롯을 형성하는 수직공 전극과 전자빔 통과공을 형성하는 횡장형 사각공 전극을 판상을 구성하여 2개의 판을 용접 고정시키는 방법을 채용하고 있다.

그러나 상술한 방법과 같이 제어전극을 2개의 판으로 할 경우, 용접에 따른 열적 변화의 불균형으로 인해서 초기 전류의 불균형이 발생하는 현상과 부품의 증가 및 용접 공수로 인해 비용 증가라는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 상술한 문제들을 해결하기 위한 것으로, ART 효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 구조의 컬러수상관용 전자총을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 용접에 따른 열적 변화의 불균형으로 인해서 초기 전류의 불균형이 발생하는 현상을 방지할 수 있는 컬러수상관용 전자총을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 컬러수상관의 구조를 나타내는 단면도,

도 2는 일반적인 전자총의 구조를 나타낸 단면도,

도 3a 및 3b는 각각 도2의 제어전극 구조를 나타낸 평면도 및 단면도,

도 4는 전자총에서 ART효과 원리를 설명하기 도,

도 5는 전자총 삼극부의 빔 형성원리를 나타내는 도,

도 6은 종래의 비대칭 슬롯의 각도에 따라 주렌즈에 입사하는 빔 형상을 나타내는 단면도

도 7은 본 발명의 비대칭 슬롯의 각도에 따라 주렌즈에 입사하는 빔 형상을 나타내는 단면도,

도 8은 비대칭 슬롯의 각도와 전자빔 발산각 관계를 나타내는 도,

도 9는 전자빔 발산각과 전자빔 반경 관계를 나타낸 도, 및

도 10 및 도 11은 각각 종래와 본 발명의 전자총에서 주렌즈에 입사하는 전자빔의 크기에 따라 주렌즈에서 집속되는 전자빔의 관계를 시뮬레이션으로 나타낸 도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1: 컬러음극선관 2: 새도우마스크

3a: 네크부 3b: 펀넬

3c: 패널 4: 전자빔

5: 전자총 6: 형광면

7: 편향요크 10: 히터

11: 음극 12: 제어전극

13: 가속전극 14,15: 메인전극

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 해결 수단은, 전자빔을 방사하는 복수개의 전자 방사 수단, 상기 전자빔의 방사량을 조절 및 제어하기 위한 제어전극 및 가속전극으로 구성된 삼극부, 및 상기 전자빔을 스크린에 집속과 가속을 수행하기 위한 다수의 전극들을 포함하는 컬러 수상관용 전자총에 있어서, 상기 복수개의 전자 방사 수단 및 다수의 전극들은 서로 일정간격 떨어져 관축 방향으로 순차 배치되어 있으며, 상기 삼극부를 형성하는 전극들 중 단일 판재의 제어전극 또는 가속전극에는 전자빔 통과공 주위에 가로와 세로의 폭이 다른 비대칭 슬롯이 형성되어 있으며, 적어도 슬롯 폭이 좁은 방향에서 관축에 대한 상기 슬롯의 두께방향 경사 각도가 70°이상인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 전자총의 구성을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3b 및 도 6에는 종래의 전자총 삼극부의 제어전극(제1그리드 전극) 또는 가속전극(제2그리드 전극)에 전자빔이 통과하는 홀 주위에 종장형 슬롯을 형성한 구조가 나타나 있다. 이 때 슬롯은 종장형으로 가로와 세로의 폭이 서로 다른 비대칭이며, 도 3b 및 도6에 나타낸 바와 같이 관축에 대한 슬롯의 두께 방향 각을 45°로 설계하였다. 이와 같이 관축에 대한 슬롯의 두께 방향 각을 45°이하로 설계한 것은 단일의 판상에 관통하지 않은 슬롯을 제작하기가 용이하기 때문이다.

본 발명자는 도 7에서 보는 것처럼 ART효과 극대화를 위해서 슬롯의 관축에 대한 두께 방향 각도 부분에 대해서 검토하였다.

ART효과를 증대시키기 위해서는 가속전극(이하 'G2전극'이라 한다)과 메인집속전극(이하 'G3전극'이라 한다) 사이의 집속력을 강화시키기 위해서 주로 G3전극의 홀 크기를 줄여서 즉, Φ1.5mm의 홀을 Φ0.90mm 정도로 줄여서 적용함과 G2-G3 갭을 줄여서 ART효과를 증대시키는 방법이 있고, 둘째는 제어전극(이하 'G1전극'이라 한다)과 G2 전극 사이에서 집속력을 강화시켜 ART효과를 증대시키는 방향이 있는데, 본 발명은 구체적으로 G1, G2 전극 사이에서의 ART효과를 증대시키기 위한 방법을 채용하였다.

도 6 내지 도 10은 슬롯의 각도 별 ART의 영향을 나타낸 모식도이다.

도 6은 종래의 ART효과를 나타낸 것이고 도 7은 슬롯의 각도를 70°이상을 제작한 상태에서의 ART효과를 나타낸 것이다.

도 6에서는 G2전압에 의한 전극G1-G2 갭 사이에서 렌즈 구배가 종래 대비 커지는 현상이 발생되고 이로 인해서 전자빔은 근축을 향하여 집속함을 알 수 있다. 이와 같은 현상은 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11에서 보는 것처럼 주렌즈 입사전에 빔 경이 작아지는 현상이 발생하고 최외곽 전자빔들은 빔 경이 작아지고 발산각도 작아지는 현상이 발생한다.

도 8에서 보는 것처럼, 제어전극의 슬롯의 각도를 크게할 경우, 외곽 전자빔의 각도를 크게 하면 할수록 근축 전자빔의 각도의 변화는 작지만, 외곽 전자빔의 각도는 크게 감소함을 볼 수 있다.

그래서 약 70°부근에서는 발산각이 근축 전자빔과는 반대 방향으로 방사함을 알 수 있다. 즉, 전자빔은 주렌즈의 근축으로 향함을 알 수 있다.

그래서 도 9에서와 같이 빔 경이 종래 대비 줄어들게 되고 외곽 전자빔들은전자빔의 반경도 줄고 발산각도 줄어서 주렌즈의 근축에서 동작함을 알 수 있다.

실제로 슬롯의 각도를 90°이상으로 하는 것은 제작상 불가능하기 때문에 여기서 더 좋은 특성을 얻기 위해서는 다른 인자(Factor)를 이용하여 설계하여야 된다. 왜냐하면, 슬롯의 각도를 90°로 하였을 경우에는 금형 가공 시 금형 펀치에 전극 부품이 딸려 나오는 현상이 발생하여 치수 변형에 취약한 구조가 된다.

그래서 내폭과 외폭은 항상 외폭이 내폭 보다 큰 상황이 되어야 무리 없도록 제작하기 위해서는 슬롯의 각도가 70°이상 90°미만으로 설계하여야 한다.

이로 인해서 슬롯 각도를 종래 45°이하와 달리 70°이상으로 설계함으로 외곽 전자빔을 근축으로 진로를 변경함으로 화면에서의 빔 크기를 약 10%정도 줄였다.

이상의 시뮬레이션 결과에 의하면 슬롯의 두께가 두껍고, 특히 슬롯의 각도가 커야 됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 슬롯 형성 표면의 두께(즉 공 주위 두께)가 공경의 0.4 ∼ 1.0이고 슬롯이 형성된 부분의 두께가 공경의 0.1 ∼ 0.2배로 하고 G1 전극의 형태가 횡장형으로 적용하면 효과는 더욱 증가된다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 화소의 수평 크기는 줄이고 수직 크기는 증가시켜 해상도 향상 및 모아레 특성을 현저히 개선할 수 있다.

Claims (3)

1. 전자빔을 방사하는 복수개의 전자 방사 수단, 상기 전자빔의 방사량을 조절 및 제어하기 위한 제어전극 및 가속전극으로 구성된 삼극부, 및 상기 전자빔을 스크린에 집속과 가속을 수행하기 위한 다수의 전극들을 포함하는 컬러 수상관용 전자총에 있어서,

   상기 복수개의 전자 방사 수단 및 다수의 전극들은 서로 일정간격 떨어져 관축 방향으로 순차 배치되어 있으며, 상기 삼극부를 형성하는 전극들 중 단일 판재의 제어전극 또는 가속전극에는 전자빔 통과공 주위에 가로와 세로의 폭이 다른 비대칭 슬롯이 형성되어 있으며, 적어도 슬롯 폭이 좁은 방향에서 관축에 대한 상기 슬롯의 두께방향 경사 각도가 70°이상인 것을 특징으로 하는 컬러 수상관용 전자총.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 슬롯 형성 표면의 두께(즉 공 주위 두께)가 전자빔 통과공경의 0.4 ∼ 1.0배이고, 상기 슬롯이 형성된 부분의 두께가 전자빔 통과공경의 0.1 ∼ 0.2배 인 것을 특징으로 하는 컬러 수상관용 전자총.
3. 제 1 항에 있어서,

   제어전극의 전자빔 통과공은 수평으로 크고 수직으로 작은 횡장형인 것을 특징으로 하는 컬러수상관용 전자총.