KR100316106B1 - 음극선관의 인-라인형 전자총 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 음극에서 방출되는 각 전자빔의 양을 제어하고 가속하는 제어전극과 가속전극으로 이루어진 삼극부와, 상기 세 전자빔을 일정량만큼 집속시켜 전단집속 렌즈로 작용하는 전극과, 상기 세 전자빔을 화면에 포커싱하기 위한 주렌즈로 작용하는 집속전극 및 양극전극이 네크 내에 설치된 전자총에 있어서, 상기 주렌즈로 작용하며 동적전압이 인가되는 집속전극은, 상기 세 전자빔이 통과하는 공통 개구부의 수평 폭을 h라 하고, 전극의 수평 외곽 폭을 w라 할 경우, h/w의 비를 0.89 이상으로 하며, 상기 양극전극과의 간격을 1.0㎜ 이하로 설계함으로써, 주렌즈로 작용하는 제 5 전극과 제 6 전극의 간격을 줄임과 아울러 전극의 치수를 다소 변경하여 전자빔의 진행을 방해하는 정전기적 STC 드리프트 현상을 최소화하여 보다 우수한 화질을 구현할 수 있는 음극선관의 인-라인형 전자총을 제공한다.

Description

음극선관의 인-라인형 전자총{Electronic Gun of In-line type for CRT}

본 발명은 칼라 음극선관용 전자총에 관한 것으로, 특히 서로 다른 인가전압으로 인해 발생되는 두 전극의 전위차에 의해 주렌즈(Main Lens)를 형성하게 되는 데, 주렌즈로 작용하는 두 전극의 치수를 적절하게 변경함으로써, 네크 충전(Neck Charge)시에 발생하는 정전기적 STC 드리프트(drift) 현상을 개선할 수 있는 음극선관의 인-라인형 전자총에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 개략적인 구성을 나타낸 단면도로서, 패널(1)과, 패널 내면에 적색, 녹색 및 청색의 형광체가 도포된 형광면(2)과, 색 선별 기능을 갖는 섀도우마스크(3)와, 측면에 결합되어 후방으로 관형상의 네크부(5)가 형성되어 있는 펀넬(4)로 구성되어 있다.

상기 펀넬(4)에서 연장된 네크부(5)의 내부에는 전자총(10)이 내장되고, 외부에는 전자총에서 방사되는 전자빔을 수평 방향 또는 수직 방향으로 편향시키는 편향요크(7)가 결합되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 전자총은 도 2와 같이 삼극부와 주렌즈로 구성되는 데, 삼극부는 히터(19)가 내장되어 인-라인 형태로 배열된 음극(18)과, 음극(18)에서 방열된 열전자를 제어 및 가속시키는 제어전극(11) 및 가속전극(12)으로 구성되고, 주렌즈부는 삼극부에서 생성된 전자빔을 집속 및 최종 가속시키는 집속 전극(13)과 양극(14)으로 구성된다.

여기서, 제어전극(11)에는 접지되고, 가속전극(12)에는 500∼1000V, 양극(14)에는 25∼35KV의 고전압이 인가되고, 집속전극(13)에는 양극전압(14)의 20 내지 30%의 중간전압이 인가된다.

이와 같이 구성된 종래의 칼라 수상관용 전자총은, 각 전극에 소정의 전압이 인가됨에 따라 특히 집속전극(13)과 양극(14)의 전위차에 의해 정전렌즈가 형성되어 삼극부(11, 12)에서 생성된 전자빔은 형광면의 중앙으로 집속하게 된다.

이때, 형광면의 중앙에 집속된 전자빔을 화면 전영역으로 편향시키기 위해서는 펀넬(4)에 부착된 편향요크(7)가 작용하게 되는 데, 통상 인라인(In-Line)형 전자총을 이용한 음극선관에서는 적색, 녹색, 청색의 3개의 전자빔이 수평으로 나란하게 배열되기 때문에 세 개의 전자빔을 형광면의 한 곳에 수렴시키기 위하여 편향요크(7)는 비균일자계를 이용한 자기집중형(self-convergence)을 적용하고 있다.

상기 집속전극(13)과 양극전극(14)은 주렌즈 형성 전극으로 음극에서 가장 먼 측의 전극에는 편향요크(7)의 누설자계를 차폐, 약화시키는 차폐전극인 쉴드 컵(15)이 형성되어 있다.

일반적으로 전자빔 화소의 크기는 구면수차(Spherical Aberration)의 영향에 기인하며, 이런 영향에 의해서 구면수차가 클 경우 전자빔은 선명도를 떨어뜨리는 작용을 해서 해상도를 나쁘게 한다. 편향영역인 주변부도 동일하게 작용한다.

이와 같은 구면수차는 후술하는 수학식에 의해 알 수 있는 바와 같이 주집속정전렌즈 구경(R)의 3승에 반비례하며, 주정전 집속렌즈의 구경(R)은 집속전극과 최종 가속전극의 직경과 거의 비례한다. 집속 및 최종 가속전극 사이의 렌즈를 주렌즈라고 하며 주렌즈의 직경이 커질수록 집속강도가 떨어지고 화소는 화면 앞쪽에 상을 맺게 되고 집속전압이 낮아지는 문제가 따른다. 집속전압을 동일하게 유지하기 위하여 전자총 길이를 길게 한다든지 하는 조치를 취하여 집속강도를 같이 하였을 때, 주렌즈의 직경이 클수록 화소의 크기는 작아지고 선명도를 향상시킬 수 있다.

그래서 스크린상의 최종 화상의 크기(Ds)는 아래 수학식 1과 같다.

단, Dx는 주렌즈의 배율이고, Dsa는 구면 수차이고, Dsc는 공간전하 반발 효과에 의한 전자빔 확대 성분임.

그래서, 공간전하 반발 효과가 커지면 반발력에 의해 화소는 커지고, 반발효과를 억제하려고 전자빔 반경을 키우면 구면수차가 증가되는 현상이 발생되어 최적의 조건을 찾아야만 된다.

이와 같이 구면수차를 줄이기 위해 주렌즈의 직경을 키우면 발산각을 더 키울 수 있기 때문에 화소의 크기를 더 줄일 수가 있고, 고화질을 얻을 수 있기 때문에 최대한 구경을 크게 하려는 시도가 일어나고 있다.

이와 같이 대구경의 전자총을 구현하기 위하여 여러 가지 시도들이 많았는 데, 그 예로서 주렌즈의 정전차폐 전극(미 도시)의 형태를 타원형으로 구성하고 또한 정전차폐 전극의 위치를 주렌즈 대향면에서 더 깊게 구성하는 등의 방법이 전개되었다.

또다른 방법으로는 주렌즈의 형태를 다소 변경하는 데 수평 크기를 종래 대비 3 내지 5% 정도 크게 하고 수직 구경을 종래 대비 15 내지 20% 정도 증가시켜 대구경화를 추진하는 활동들이 전개되고 있다.

상술한 바와 같이 구면 수차를 줄여 주렌즈의 직경을 크게 할 경우 네크 충전(Neck Charge)에 의한 정전기적 STC 드리프트가 발생되지 않으나, 주렌즈의 수평 크기를 종래 대비 3 내지 5% 정도 크게 하고 수직 구경을 종래 대비 15 내지 20% 정도 증가시켜 대구경화를 구현할 경우 STC 드리프트를 유발하게 된다.

정전기적 STC 드리프트라는 것은 도 3a에서 보는바와 같이 네크(5)의 내장 흑연(17)으로부터 주렌즈를 형성하는 양극전압이 인가되며, 그 양극전압은 실드컵(15)에 인가되어 주렌즈를 형성하는 동시에 전자빔을 가속시켜 화면상에 전자빔이 맺히게 하는 역할을 한다.

그런데, 이 양극전압은 네크(5)쪽을 타고 흘러내리는 데, 이 전압을 네크 충전전압(i)이라고 하며, 이 전압은 도 3b에서 보는 바와 같이 전극 전압(ii)보다 상당히 높은 전압이며, 이 전극전압(ii)은 주렌즈를 형성하는 제 5 전극(13) 및 제 6 전극(14)의 사이(㉮)에서 가장 큰 변화를 일으키며 전극 전압(ii)보다 높은 네크 충전전압(i)은 제 5 전극(13) 및 제 6 전극(14)의 사이로 침투하게 되고 이로 인해서 주렌즈를 지나가는 사이드 전자빔(R, B)의 진로를 방해하는 방향으로 작용하게 된다.

그 영향은 도 4에서 보는 바와 같이 전자빔이 네크 충전전압(i)에 끌려 전자빔이 네크 방향으로 끌려가게 되고 이 현상은 전원이 공급됨과 동시 발생되는 것이 아니고 네크에 전압이 충전되는 시간에 따라 달라진다.

아울러, 도 4와 같이 약 3시간 내지 24시간 정도에서 그 변화량이 최대가 되며, 그 변화량은 최대 0.1 내지 0.2㎜ 정도 되는 것이다. 이러한 현상은 주로 주렌즈를 대구경으로 형성하려는 경우에 많이 발생되며, 화질을 열화시키는 주요한 원인으로 작용하였다.

따라서, 본 발명은 주렌즈로 작용하는 제 5 전극 및 제 6 전극의 치수를 최적 상태로 변경함으로써, 네크 충전(Neck Charge)시에 발생되는 정전기적 STC 드리프트(drift) 현상을 최소화하여 화질을 높일 수 있는 음극선관의 인-라인형 전자총을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 복수개의 음극에서 방출되는 각 전자빔의 양을 제어하고 가속하는 제어전극과 가속전극으로 이루어진 삼극부와, 상기 세 전자빔을 일정량만큼 집속시켜 전단집속 렌즈로 작용하는 전극과, 상기 세 전자빔을 화면에 포커싱하기 위한 주렌즈로 작용하는 집속전극 및 양극전극이 네크 내에 설치된 전자총에 있어서, 상기 주렌즈로 작용하며 동적전압이 인가되는 집속전극은, 상기 세 전자빔이 통과하는 공통 개구부의 수평 폭을 h라 하고, 전극의 수평 외곽 폭을 w라 할 경우, h/w의 비를 0.89 이상으로 하며, 상기 양극전극과의 간격을 1.0㎜ 이하로 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 칼라 음극선관의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이고,

도 2는 종래 기술에 의한 전자총의 구조를 나타낸 도면이고,

도 3은 도 2의 제 5 전극과 제 6 전극으로 인해 발생하는 정전기적 STC 드리프트 현상을 설명하기 위한 도면으로, 도 3a는 전극 구조를 나타낸 것이고, 도 3b는 제 5 전극과 STC 드리프트 전압을 나타낸 그래프이고,

도 4는 도 3의 STC 드리프트 현상을 설명하기 위한 도면이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 전자총의 제 5 전극 및 제 6 전극의 구조와 설계 치수를 설명하기 위한 도면이고,

도 6은 도 5의 전극 치수를 설명하기 위한 도면이고,

도 7은 도 6의 전극 치수에 따른 STC 드리프트 값을 나타낸 도면으로, 도 7a는 전극 치수(h/w)에 따른 STC 드리프트 값을 나타낸 것이고, 도 7b는 제 5 전극과 제 6 전극 사이의 간격에 따른 STC 드리프트 값을 나타낸 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

5: 네크(Neck) 13, 14: 주렌즈

13: 제 5 전극 14: 제 6 전극(양극전극)

15: 실드 컵(Shield Cup)

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 정전기적 STC 드리프트를 개선하기 위한 전자총의 구조를 나타낸 도면으로서, 제 5 전극(13), 제 6 전극(14) 및 네크(5)를 도시하였다.

본 발명은 제 5 전극(13)과 제 6 전극(14) 및 네크(5) 간의 설계 규격에 관한 것으로, 동도면에서 보는 바와 같이 전극(13, 14)과 네크(5)와의 간격(g)이 크면 클수록, 그리고 각 전극의 브리지 폭(a)이 크면 클수록, 제 5 전극(13)과 제 6 전극(14) 사이의 간격(d)이 줄어들면 줄어들수록 정전기적 STC 드리프트는 감소하는 방향으로 작용하는 반면, 주렌즈와 화면까지의 거리(L; 미 도시)가 멀면 멀수록 정전기적 STC 드리프트는 커지게 된다.

따라서, 정전기적 STC 드리프트(STCd)는 아래 수학식 2와 같은 상관 관계를 갖는 것이다.

단, d는 제 5 전극(13)과 제 6 전극(14) 사이의 간격이고, g는 각 전극(13, 14)과 네크(5)와의 간격이고, a는 각 전극의 브리지 폭이고, L은 주렌즈와 화면 사이의 거리임.

종래의 경우 g는 1.1㎜이고, a는 1.2㎜이고, d는 1.0㎜로 규격화되어 있으며, 특히 d는 대부분의 제조 메이커들이 1.0㎜를 채택하여 사용하고 있다.

본 발명의 경우 대구경을 형성하기 위하여 도 6과 같이 주렌즈의 수평 크기(h)를 3∼5% 정도 확장하였고, 외곽 폭(w)을 2% 정도 확장하였다. 이와 같이 구성할 경우에 정전기적 STC 드리프트는 종래의 전자총 대비 감소하는 방향으로 작용하였다.

이와 같이 정전기적 STC 드리프트를 개선하기 위하여 h/w의 비를 기준으로 실시하였는 바, 도 7a에서 보는 것처럼 h/w의 비율을 증가시키면서 정전기적 STC 드리프트를 실측하였을 때, y = -0.08x + 7.26의 상관관계를 가짐을 알 수 있다.

즉, h/w의 비가 증가하면 할수록 정전기적 STC 드리프트가 증가하며 이를 개선하기 위하여 각 전극 사이의 간격을 줄여야 되며, 간격을 무리하게 줄일 경우 전자빔이 원하는 경로로 제어되지 않는 현상(Stray Emission)이 발생할 우려가 있으므로 유의하면서 줄여야 된다.

도 7b에서 h/w의 비에 따른 정전기적 STC 드리프트가 발생되지 않는 간격을 도출하였을 경우, y = 0.05x + 5.44의 상관 관계를 가짐을 알 수 있다.

h/w의 비가 증가하면 할수록 제 5 전극(13)과 제 6 전극(14) 사이의 간격(d)을 축소하지 않으면 안 된다.

따라서, 본 발명의 경우 대구경을 추진하기 위하여 주렌즈의 수평경의 치수를 h라고 하고, 전극 외곽폭을 w라고 할 경우, h/w×100의 비율이 89% 이상인 경우제 5 전극(13)과 제 6 전극(14) 사이의 간격이 1.0㎜ 이하로 관리되어야 함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 주렌즈로 작용하는 제 5 전극과 제 6 전극의 간격을 줄임과 아울러 전극의 치수를 다소 변경함으로써, 전자빔의 진행을 방해하는 정전기적 STC 드리프트 현상을 최소화하여 보다 우수한 화질을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 복수개의 음극에서 방출되는 각 전자빔의 양을 제어하고 가속하는 제어전극과 가속전극으로 이루어진 삼극부와, 상기 세 전자빔을 일정량만큼 집속시켜 전단집속 렌즈로 작용하는 전극과, 상기 세 전자빔을 화면에 포커싱하기 위한 주렌즈로 작용하는 집속전극 및 양극전극이 네크 내에 설치된 전자총에 있어서,

   상기 주렌즈로 작용하며 동적전압이 인가되는 집속전극은,

   상기 세 전자빔이 통과하는 공통 개구부의 수평 폭을 h라 하고, 전극의 수평 외곽 폭을 w라 할 경우, h/w의 비를 0.89 이상으로 하며, 상기 양극전극과의 간격을 1.0㎜ 이하로 한 것을 특징으로 하는 음극선관의 인-라인형 전자총.