KR100244219B1 - 함침형 음극의 활성화 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브라운관, 촬상관등의 디스펜스 음극의 활성화 처리를 함에 있어, 함침형 음극의 활성화 처리 시간을 산화물 음극과 같은 수준으로 단축시키고, 전자 방사 물질의 과다 증발을 억제하며, 사용 수명 증대 및 고신뢰성을 갖게하는 함침형 음극 처리에 관한 것으로, 음극선관의 히터에 소정의 전압을 인가하는 열 활성화 공정과, 음극선관의 히터 및 그리드 전극 G1, G2에 소정의 전압을 인가하는 전류 활성화(에이징) 공정으로 구성되는 디스펜서 음극의 활성화 처리 방법에 있어서, 전류 활성화 히터 전압을 열 활성화의 히터 전압보다 낮게 하면서 히터 인가 시간을 열 활성화 보다 전류 활성화를 길게하는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 활성화 처리 방법에 관한 기술이다.

Description

함침형 음극의 활성화 처리 방법

제1도는 기존의 산화물 음극의 활성화 스케줄.

제2도는 본 발명의 함침형 음극의 활성화 스케줄.

제3도는 음극선관의 전자총 구조도.

제4도는 기존의 함침형 음극 구조체 단면도.

제5도는 본 발명 활성화 시간에 따른 그리드 전극에 흐르는 전류를 측정한 결과의 그래프.

제6도는 본 발명에 따른 함침형 음극의 표면 텅스텐 농도에 대한 최대 양극 전류의 그래프.

제7도는 본 발명 및 종래의 활성화 조건으로 실시된 함침형 음극을 구비한 음극 선관의 스트레이 개시 전압을 나타낸 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 펠렛 2 : 전자 방사 물질

3 : 백금족 금속

본 발명은 함침형 음극의 활성화 처리에 관한 것으로, 특히 함침형 음극의 활성화 처리 시간을 산화물 음극과 같은 수준으로 단축시키고, 전자 방사 물질의 과다 증발을 억제하며, 사용 수명의 증대 및 고신뢰성을 갖는데 적합한 함침형 음극 처리에 관한 것이다.

위성 탑재용 진행파관, 클라이스트론, 촬상관, 음극선과 등에서 고전류 밀도 동작과 장수명이 요구되는 고신뢰성 음극(Cathode)에는 함침형 음극이 사용되고 있다.

함침형 음극은 다공질의 텅스텐 펠렛에 Bao, Cao, Al₂O₃로 이루어진 전자 방사 물질을 함침시키고, 표면에 Os, Os-Ru, Ir 등의 백금족 금속을 스퍼터링(Sputtering)방법으로 피복시킨 것이다.

상기한 함침형 음극을 이용한 음극선과(CRT) 및 다른 디스플레이 장치의 제조에 있어서, 만족할 만한 수준의 신뢰성을 보장하기 위해서 여러 제조 공정이 필요하다.

이에 따른 제조 공정은 음극선관의 각 부품을 조립한 후, 튜브내의 잔류 가스를 없애고 진공으로 만들기 위해 배기 공정, 배기후에 남아있는 잔류 가스를 계속적으로 제거하기 위한 게터 플레싱 공정, 음극선관의 음극 표면에 낮은 일함수의 전자 방사층을 형성하기 위하여 히터에 전압을 인가하는 캐소드 열 활성화 공정, 캐소드의 활성화를 계속적으로 유지하기 위한 에이징공정(전류 활성화), 그리고 내전압 특성을 좋게 하기 위한 녹킹(KNOCKING)공정 등의 여러 공정등을 거치게 된다.

특히 안정된 전자 방사 능력을 유지하기 위해서는 음극의 적절한 활성화 조건이 매우 중요하며, 수명등의 신뢰성에 결정적 역할을 한다.

음극선과의 음극은 일반적으로 산화물 음극 및 함침형 음극이 사용된다.

제1도는 종래의 산화물 음극의 활성화 스케줄(Schedule)을 나타낸 것으로, 10분 동안에는 히터에만 전압이 인가되는 열활성화 공정과, 열활성화 공정이 끝난후 그리드 전극 G1, G2 및 히터에 소정의 전압이 동시에 인가되는 전류 활성화 공정으로 이루어지는데, 음극 표면에 충분한 바륨 전자 방사층을 형성해 주기 위해서 열활성화 공정은 적어도 음극온도(Tk)를 250℃, 500℃, 100℃와 같은 3단계로 하여 10분 동안 지속되어야 하고, 전류 활성화는 열활성화에서 음극 표면에 형성된 바륨 전자총을 생성시키기 위해서, 음극온도(Tk)는 약 750℃이상 유지시켜야 되며, 그리드 전극 G1에 인가되는 전압은 적어도 3.5V로 한다.

이상의 전압으로 2단계의 과정을 거치고, 그리드 전극 G2에 인가하는 전압은 250V로 한다.

상기한 산화물 음극의 활성화 시간 및 에이징 시간은 약 70분 정도 소요된다.

상기와 같이 산화물 음극은 활성화 공정에서 약 100℃정도까지 가열되는데, 이와 같이 고온 가열시에는 음극으로 부터 증발된 Ba는 주변의 부품에 비산/증착하여 스트레이 에미션(STRAY EMISSION)의 원인이 된다.

그 중에서 음극에 근접한 그리드 전극 G1,G2의 공경에 음극에서 증발한 Ba/BaO가 증착하며, G1, G2 등은 음극으로 부터의 복사열 혹은 전도열에 의한 가열로 고온이 되고, 이 열로 인해 증착 Ba/BaO로 부터 미약이지만, 그리드 에미션을 생기게 한다.

또한, 활성화 조건에 따라 음극의 전자 방사 능력인 에미션(EMISSION)이 수명중에 열화를 받기 쉬우며, 음극선관의 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있다.

함침형 음극은 활성화시 캐소드 온도가 1200℃정도, 동작 온도도 1000℃정도로 높기 때문에 산화물 음극보다 문제는 더 심각하다.

음극의 수명은 잠재적으로 유용한 바륨의 양에 의해 제한되며, 이 음극에 사용되는 튜브의 수명은 동작 특성에 변화를 일으키는 증발 물질에 의해 짧아진다.

함침형 음극의 기본적인 특징은 수명 초기의 바륨의 감쇠 현상이며, 이는 음극 표면에 남아 있는 함침재 혹은 바륨의 빠른 생성율 때문으로 해석된다.

따라서, 활성화 공정 동안에 음극 표면에 생성되는 바륨 전자 방사층의 형성은 대단히 중요하며, 이 전자 방사층이 음극의 전자 방사 능력을 결정해 주기 때문에, 최적의 활성화 조건을 설정하는 일은 음극선관의 신뢰성과도 직결되는 문제이다.

한편, 함침형 음극의 표면은 튜브 제작중의 봉지와 배기 동안의 열적 산화에 전자 방사 표면의 열화를 받기 쉬우며, 또한 음극선관의 수명 기간중에도 튜브내의 잔류 가스는 집속 전극에 인가되는 10kV 전후의 고전압, 혹은 30kV 전후의 형광면 전압에 의해 이온화되기 때문에, 이온 충격에 의한 에미션 열화는 피할 수 없는 문제이다.

일반적으로 함침형 음극에 적용되는 음극선관은 짧은 활성화 및 에이징 시간이 요구되지만, 보통 장시간이 요구되는 대량 생산에 적합하지 않는 문제점이 있다.

산화물 음극의 활성화 및 에이징 시간은 70분 정도 소요되나, 함침형 음극의 경우는 2시간 이상 소요되기 때문에, 산화물 음극의 음극선관과 함침형 음극의 음극선관을 공용 라인에서 생산할 경우, 함침형 음극의 활성화 및 에이징 시간을 산화물 음극의 수준으로 단축하는 것은 생산성 향상에 필수적이다.

미국 특허 4,832,646에 의하면, 전류 활성화 동안 그리드 전극 G3에 전압을 인가하여, 음극의 전자 방사 능력을 향상시킬 수 있다고 기재되어 있으나, 함침형 음극의 활성화 시간을 단축시키는 것은 불가능하다.

또한 동작 온도가 800~900℃ 정도로 낮추어진 스칸듐계 함침형 음극이 일본 특허 공개 61-13526A에 개시되어 있는데, Ba 산화물과 Sc 산화물이 반응하게 될 경우, 부산물이 열전자 방출 표면에 생성되어 열전자 방출 상태가 불안정해지고, 활성화/에이징 시간이 길어지는 단점이 발생한다.

따라서, 함침형 음극에 실제적이면서 현실적으로 적용 가능한 활성화/에이징 조건을 설정하는 것이 요구된다.

본 발명은 종래의 함침형 음극에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 함침형 음극의 활성화 처리 시간을 산화물 음극의 활성화 처리 시간 수준으로 단축시키고, 전자방사물질의 과다한 증발을 억제하며, 장수명 및 신뢰성이 높은 함침형 음극을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 함침형 음극을 구비하는 음극선관을 활성화하는 방법은, 응극선관의 히터에 소정의 전압을 인가하는 열 활성화 공정과, 음극선관의 히터 및 그리드 전극 G1, G2에 소정의 전압을 인가하는 전류 활성화(에이징) 공정으로 구성되는 함침형 음극의 활성화 처리 방법에 있어서, 전류 활성화의 히터 전압을 열 활성화의 히터 전압 보다 낮게 하면서, 히터 인가 시간은 열 활성화 보다 전류 활성화를 길게 하는 것을 특징으로 한다.

열 활성화 공정의 히터 전압에 의한 음극의 온도는 적어도 1200℃, 전류 활성화 공정의 히터 전압에 의한 음극의 온도를 적어도 1100℃로 하는 것이 전자 방사 능력 향상에 중요하며, 상기한 열 활성화 공정의 히터 전압에 의한 음극의 온도는 전류 활성화에 적용되는 온도보다 적어도 50℃ 높게 활성화 할 수 있다.

또한, 음극 표면에 충분한 바륨 전자 방사층을 형성하기 위해서 열 활성화 공정의 시간을 적어도 10분 이상 활성화 해야 하며, 전류 활성화 공정의 시간을 열활성화 공정의 시간 보다 적어도 3배 이상 길게 활성화 해야 한다.

제2도는 본 발명인 함침형 음극의 활성화 스케줄을 나타낸 것으로 이에 나타낸 바와 같이, 10분 동안에는 히터에만 전압이 인가되는 열 활성화 공정과, 열 활성화 공정이 끝난 후 그리드 전극 G1,G2및 히터에 소정의 전압이 동시에 인가되는 전류 활성화 공정으로 이루어진다.

음극 표면에 충분한 바륨 전자 방사층을 형성해 주기 위해서, 열 활성화 공정은 적어도 음극 온도(TK)가 1200℃ 이상에서 10분 동안 지속되어야 한다.

전류 활성화는 열 활성화에서 음극 표면에 형성된 바륨 전자층을 계속적으로 생성시키기 위해서, 음극 온도(TK)는 1100℃ 이상 유지시켜야 하며, 그리드 전극 G1에 인가하는 전압은 적어도 3.5V 이상의 전압으로 3단계의 과정을 거치고, 그리드 전극 G2에 인가하는 전압은 250V로 하는 것이 바륨이 생성되어 음극 표면으로 이동하는데 유리하다.

함침형 음극의 펠렛은 텅스텐으로 이루어져 있고, 전류 활성화 동안에 텅스텐의 환원 작용으로 바륨 생성이 촉진된다.

다음은 전류 활성화 동안의 화학 반응식을 보인다.

3 Ba₃Al₂O₆+ W → Ba₃W O₆+ 3 BaAl₂O₄+ 3 Ba

제3도에서는 본 발명에 의해서 실시되는 음극선관의 네크(NECK)부를 나타낸다.

네크(NECK)에 위치하고 있는 전자총은 32" HDT에 사용되는 것으로, 그리드 전극 G1에서 그리드 전극 G6 까지 구성되어 있으며, G1 전극의 하단부에 함침형 음극 및 히터가 위치한다.

제4도에서는 본 발명의 활성화 조건으로 실시될 수 있는 함침형 음극 구조를 나타낸 것으로, 펠렛(1)은 다공질의 텅스텐으로 이루어져 있으며, 공극율이 펠렛 전체 부피에 20% 정도이고, 이 공극에 전자 방사 물질(2)이 함침되어 있다.

음극 표면에는 일함수를 낮추기 위해서 백금족 금속(3)이 스퍼터링(Sputtering)방법으로 피복될 수도 있다.

이와 같은 성분 및 구조를 하고 있는 함침형 음극은 본 발명의 활성화 조건으로 열 활성화 및 전류 활성화가 실시될 수 있다.

제4도의 함침형 음극이 조립된 제3도의 전자총을 본 발명의 활성화 조건으로 활성화 시킬때, 전류 활성화 동안의 그리드 전극 G1 및 G2에 흐르는 전류를 측정한 결과를 제5도에 나타내었다.

이에 나타난 바와 같이, 그리드 전극 G1 전류, Ig1는 전류 활성화의 초기에는 서서히 증가하나 20분 후의 G2 전압이 변화되는 시점부터 전류 활성화의 마지막 까지는 일정한 잔류치를 나타낸다.

이것은 본 발명의 조건이 바륨 생성을 꾸준하게 유지시켜 안정된 전자 방사를 가능하도록 해준다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 활성화 조건은 함침형 음극이 적용된 음극선관을 제조할 수 있는 처리 방법이다.

제6도는 본 발명에 의해 활성화된 함침형 음극에 대하여, 활성화 후의 음극 표면의 텅스텐 농도에 대한 최대 양극 전류(Mik)를 나타낸 그래프이다.

그래프의 1, 2, 3, 4, 5는 전자 방사 물질의 몰비 및 음극 구조에 따라 5가지 종류의 함침형 음극을 나타낸 것으로, 음극의 종류에 상관 없이 일정한 양극전류(Mik)값을 보인다.

이는 본 발명의 활성화 조건이 모든 함침형 음극에 대하여 적용 가능하다는 것을 증명한다.

함침형 음극은 산화물 음극에 비해 고온으로 동작하고, 활성화 동안의 캐소드 온도도 상대적으로 높기 때문에, 바륨 증발이 심하여 그리드 전극에 증착될 수 있다.

증착된 바륨에서 원하지 않는 불요 전자가 방출될 수 있으며, 이는 음극선과의 신뢰성에 큰 영향을 끼칠 수 있다.

제7도는 본 발명에 의해 활성화된 함침형 음극에 대하여, 불요 전자 방사(STARY EMISSION)의 개시 전압을 측정한 것이다.

그래프 C는 종래의 방법으로 활성화시킨 것이며, 1, 2, 3, 4, 5는 본 발명의 활성화 조건으로 실시한 것이다.

그래프에서 보는 바와같이 본 발명으로 실시한 샘플은 종래의 조건으로 실시한 샘플보다 상대적으로 스트레이(STRAY)개시 전압이 높다.

이는 본 발명의 활성화 조건이 바륨 증발을 적절히 억제시킬 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명에 의해서 얻어지는 효과는 크게 2가지로 분류할 수 있다.

첫째로, 본 발명에 의해서 활성화된 함침형 음극은 종래의 산화물 음극의 활성화 시간과 같은 수준으로 처리해도 에미션(EMISSION)특성에 영향을 주지 않고, 안정된 전자 방사 능력을 얻을 수 있다는 것이다.

함침형 음극이 적용되는 음극선관은 짧은 활성화 시간이 요구되지만, 보통 장시간이 요구되어 대량 생산에 적합하지 않는 문제점이 있다.

그러나, 본 발명으로 함치형 음극을 구비하는 음극선관을 활성화시킨다면, 산화물 음극의 음극선관 공용 라인에서 생산할 수 있고, 제조 시간을 단축할 수 있으므로, 생산성 향상에 큰 효과가 있다.

둘째로, 본 발명으로 활성화된 음극은 장수명의 신뢰성이 높은 함침형 음극을 제공할 수 있다는 것이다.

본 발명의 활성화 조건은 함침형 음극의 고유한 문제인 심한 바륨증발을 효과적으로 억제할 수 있기 때문에, 음극선관의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 음극선관의 히터에 소정의 전압을 인가하는 열 활성화 공정과, 음극선관의 히터 및 그리드 전극 G1, G2에 소정의 전압을 인가하는 전류 활성화(에이징)공정으로 구성되는 디스펜서 음극의 활성화 처리 방법에 있어서, 전류 활성화 히터 전압을 열 활성화의 히터 전압보다 낮게 하면서 히터 인가 시간은 열 활성화 보다 전류 활성화를 길게하는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 활성화 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 열 활성화 공정의 히터 전압에 의한 음극의 온도를 전류 활성화 공정의 히터 전압에 의한 음극의 온도 보다 적어도 50℃높게 활성화 하는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 활성화 처리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기의 열 활성화 공정의 히터 전압에 의한 음극의 온도를 적어도 1200℃로 하는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 활성화 처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기의 전류 활성화 공정의 히터 전압에 의한 음극의 온도를 적어도 1100℃로 하는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 활성화 처리 방법.
5. 제1항에 있어서, 열 활성화 공정의 시간을 적어도 10분 이상 활성화 하는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 활성화 처리 방법.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 전류 활성화 공정의 시간을 열 활성화 공정의 시간 보다 적어도 3배 이상 길게 활성화 하는 것을 특징으로 하는 함침형 음극의 활성화 제조 방법.