CRT 동작

CRT의 동작 CRT는 전기신호를 광신호로 바꾸는 일종의 디스플레이 장치이다. CRT는 표시용량, 해상도, 휘도 및 자연색 표시 등의 디스플레이 성능에 있어 다른 표시 장치와 비교하여 매우 우수하고, 저가이기 때문에 아직까지 가장 많이 사용하고 있다. 단색 CRT 수상관의 기본 구조는 발광하는 물질인 형광체가 덮어진 진공 튜브와 빔을 발생시키는 전자총, 그리고 그 전자총에서 나온 빔을 원하는 형태로 편향시켜 주는 편향부로 크게 나눌 수 있다. 즉, 전자총에 전원이 인가되면, 전자총의 음극에서 전자 에너지가 방출되고, 이는 고전압의 영향으로 형광체가 도포된 스크린의 화면 쪽으로 튀어 나간다. 이러한 전자빔이 형광체를 충돌하여 빛 에너지를 발광하게 되고 그 빛을 화면으로 보게 되는 것이다. CRT의 기본적인 동작 원리는 분명히 똑바로 나가는 직진성이다. 전자빔은 CRT의 면판 내부에 칠해진 형광체를 향하여 부딪치기 위해 초점을 맞추어 가속된다. 형광체에 충돌한 전자의 에너지는 형광체 결정의 원자 내에 있는 전자들의 에너지 준위를 올리게 된다. 여기된 전자들이 처음의 에너지 상태로 되돌아가는 과정에서 빛에너지를 방출하게 된다. 전자빔에 의해 여기하는 동안에 방출하는 빛을 형광이라고 부르고, 여기과정 이후에 방출하는 빛을 인광이라 부른다. 여기된 형광체의 휘도는 화면 내에 도료된 형광 소재, 전자빔을 가속하기 위한 전압, 전자빔의 전류 및 여기 과정의 기간 등과 같은 요소들에 의존한다. 여기된 빛의 스펙트럼 특성은 특정한 형광 소재에 의존하게 되며, 적합한 형광체의 선정에 따라 전체 가시광선 영역을 통하여 고르게 만들 수 있다. 단색 수신기에서 이용되는 형광체는 흰색의 빛을 방출하며, 반면에 칼라 화상 튜브에서 이용하는 형광체는 RGB 빛을 방출한다. 형광체에 의해 방출된 빛의 지속성은 너무 길어져서는 안되며, 이는 화상의 흐려짐이 야기하게 된다. TV 수신기에서 사용한 대부분의 CRT 면판은 알루미늄 박막화되어 있다. 이는 튜브의 면판 안쪽에 칠해진 형광체를 모두 덮어 알루미늄으로 견고하게 도료하는 공정이다. 전자빔에 의한 전자는 쉽게 알루미늄 막을 통과하여 형광체와 충돌한다. 더욱이 형광체 뒤에서 발생한 빛은 이러한 알루미늄이 반사판 역할을 하기 때문에 형광체를 통과하더라도 반사하게 된다. 따라서 튜브로부터 발생한 빛은 거의 두 배가 된다. 전자빔은 튜브목 부분에 위치한 일련의 전극 어셈블리에서 만들어지는데 이를 전자총이라고 부른다. 전극 어셈블리는 컵 모양과 흡사한 형태를 하고 있으며, 전자는 열이온 방출이라 부르는 과정을 통하여 과열된 전극의 표면에서 격렬하게 방사된다. 음극은 6.3V의 전압으로 히터라고 부르는 필라멘트에 의해 가열된다. 수신기가 켜지는 순간에 바로 화상이 생성될 수 있도록 대부분의 CRT는 급속가열 음극을 이용한다. 전자빔은 튜브의 목 부분에 있는 수직 및 수평의 편향코일에 의해 조정되어 편향한다 .이와 같이 발생한 전자는 음극에서 발생하여 순서대로 이동하여 결국에는 다시 음극으로 돌아오게 된다. TV 화면의 크기는 평판의 화상에 한쪽 구석에서 다른 쪽 구석까지의 거리인 대각선 거리를 인치로 나타낸 것이다. CPT 칼라 화상을 만드는 기본 원리는 3가지 기본색인 RGB에 각각 해당하는 3개의 전자빔으로 구성된 CRT를 이용하는 것이다. 면판 뒤에 도료하기 위해 이용되는 형광체는 RGB의 빛을 방출하도록 수없이 많고 작은 배열에 조직적으로 구성되어 있다. 즉, 각각의 전자빔은 이러한 배열 중에 각기 해당하는 형광체에만 충돌하여 적절한 양의 기본색이 빛을 발생시키도록 구성된다. 이와 같은 3개의 전자빔은 화면을 따라 함께 휘몰아치듯 지나가게 된다. 화면에 충돌하는 전자빔은 조금씩 다른 각도로 입사하게 된다. 매우 작은 구멍이나 틈새로 무수히 구성된 금속 마스크가 면판 뒤에 도료된 형광체에서 약간 떨어져 놓여진다. 그러므로 한 무리의 전자빔이 이러한 작은 틈을 통하여 지나서는 형광체에 충돌하게 되며, 이러한 마스크를 섀도우 마스크라고 부른다. 두개의 광원이 섀도우 마스크를 통하여 지나는 과정에 대한 예를 보여준다. 전자총이란 음극, 조정 그리드, 가속 그리드와 초점 그리드의 어셈블리 전체를 통칭하여 부르는 것으로 3개의 전자총에서 출력되는 전자빔은 기하적인 배열에서 약간의 차이를 나타낸다. 이와 같은 배열 형태를 델타 형태라고 한다. 전자총의 델타 형태는 그림에서 보여주듯이 섀도우 마스크를 통과하여 화면의 RGB 형광체에 델타 도트형대로 대응하여 나타난다. 또 다른 형태의 배열로서 3개의 전자총이 수평으로 나란히 정렬하는 것이다. 이 배열은 In line gun이라고 부르며, 길쭉한 타원형의 구멍을 가진 섀도우 마스크를 통하여 화면의 형광체에 도달한다. 현재 일반적으로 많이 사용하고 있는 섀도우 마스크형 칼라 브라운관은 높은 진공으로 배기된 용기의 면판의 내면에 도포하고, 인화된 형광막, 섀도우 마스크와 전자총으로 구성되어 있다. 전자총은 외부에서 부여된 전압에 의해 가열기에서 열을 내어 음극의 열전자가 방출하면 전극으로 제어하고, 가속하여 접속시킨 전자빔이 형광막에 도달하여 형광면을 발광시킴으로써 화상을 만들게 된다. 전자총에서 만들어진 전자빔은 서로 직각으로 배열된 2쌍의 편향판이나 편향 코일 사이를 통과할 때, 외부로부터 편향판이나 평향코일에 가해진 신호 전압에 의해 편향되어 형광면 위의 휘점이 상하좌우로 이동하여 상을 그리게 된다. 전자빔을 편향시키는 방식에는 전정 편향과 전자 평향의 방식이 있는데, 전정전향은 2개의 편향판 사이에 편향 전압을 걸어 전계에 의해 전자빔을 편향시키는 것으로 전자 평향에 비해 편향강이 작지만 주파수가 높기 때문에 주로 관측용 브라운관에 많이 이용된다.