DE19935774A1

DE19935774A1 - Kathode für Elektronenkanone

Info

Publication number: DE19935774A1
Application number: DE19935774A
Authority: DE
Inventors: Yoon-Chang Kim; Jong-Seo Choi; Gyu-Nam Joo
Original assignee: Samsung Display Devices Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2000-06-15
Also published as: CN1256504A; US20010026117A1; KR20000038644A; US6390877B2; CN1249773C; JP2000173441A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kathode für eine Elektronenkanone zur Verlängerung ihrer Lebensdauer unter einer Hochstromdichtelast, indem ein Diffusionsweg einer reduzierenden Komponente zur Erzeugung von freien Bariumradikalen gewährleistet wird. Die vorliegende Erfindung offenbart eine Kathode für eine Elektronenkanone, die eine aus Nickel und mindestens einer Art von reduzierender Komponente bestehende Metallbasis, eine obere Metallschicht, die gebildet wird, indem Pulver auf die Oberfläche der Metallbasis gesprüht, Ni in die Oberfläche der Metallbasis eingesetzt oder diese Oberfläche geschliffen und erhitzt wird, und auf der oberen Metallschicht eine elektronenemittierende Schicht, die Erdalkalimetalloxid enthält, das mindestens Barium einschließt, aufweist.

Description

AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kathode für eine in einer Kathodenstrahlröhre verwendete Elektronenkanone, genauer auf eine Kathode für eine Elektronenkanone zur Verlängerung ihrer Lebensdauer unter einer Hochstromdichtelast, indem ein konstanter Diffusionsweg einer reduzierenden Komponente zur Erzeugung von freien Bariumradikalen gewährleistet wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine Kathodenstrahlröhre ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes durch Erregungslichtemission eines fluoreszierenden Materials eines Schirms durch das Auftreffenlassen eines von einer Elektronenkanone emittierten und durch Hochspannung beschleunigten Elektrons auf dem fluoreszierenden Material.

Fig. 5 ist ein allgemeines Strukturdiagramm einer Kathode für eine Elektronenkanone in einer Kathodenstrahlröhre.

In Fig. 5 weist die Kathode eine Heizung 4 in einer Muffe 2, eine kappenförmige Metallbasis 6, die hauptsächlich aus Nickel Ni und einer geringen Menge einer reduzierenden Komponente, zum Beispiel Silizium Si und Magnesium Mg, besteht, an der Oberseite der Muffe 2, und eine elektronenemittierende Schicht 8, die hauptsächlich aus Erdalkalimetalloxid, das zumindest Barium enthält, besteht, an der kappenförmigen Metallbasis 6 auf.

In einer solchen Kathode reagieren das Metalloxid und die reduzierende Komponente unter der Wärmeeinwirkung der Heizung miteinander, um freie Bariumradikale zu erzeugen, woraufhin Thermionen unter Verwendung von freien Bariumradikalen emittiert werden.

Die Elektronenemissionskapazität der Kathode für die Elektronenkanone hängt von der Menge der zugeführten freien Bariumradikale, die im Metalloxid enthalten sind, ab.

Da Kathodenstrahlröhren in letzter Zeit jedoch tendenziell durch große Helligkeit und lange Lebensdauer gekennzeichnet sind, wird eine Kathode, die freie Bariumradikale über einen langen Zeitraum bei Hochstromdichte liefern kann, benötigt.

Es wird eine Kathode offenbart, die die freien Bariumradikale am Verdampfen hindert, indem der Schicht aus elektronenemittierendem Material, die Erdalkalimetalloxid enthält, eine Lanthanverbindung La und eine Magnesiumverbindung Mg oder eine La-Mg-Mischverbindung beigegeben wird.

Bei einer herkömmlichen Kathode wird jedoch, wie in Fig. 6 gezeigt, durch Reaktion eine Zwischenschicht 10 in einem Grenzbereich zwischen der Metallbasis 6 und der elektronenemittierenden Schicht 8 erzeugt. Das hat eine verkürzte Lebensdauer der Kathode unter einer Hochstromdichtelast von 2~3 A/cm² zur Folge.

Die Zwischenschicht 10 wird durch die Reaktion von Bariumoxid, das durch thermische Zersetzung aus Bariumkarbonat gewonnen wird, mit Silizium oder Magnesium erzeugt.
[Reaktionsformel 1]

BaO + Mg → MgO + Ba ↑

[Reaktionsformel 2]

4BaO + Si → Ba₂SiO₄ + 2Ba ↑

Die nach Reaktionsformel 1 bzw. 2 erzeugten freien Bariumradikale werden zur Elektronenemission eingesetzt. Jedoch wird nach denselben Reaktionsformeln zusätzlich MgO bzw. Ba₂SiO₄ erzeugt, um die Zwischenschicht 10 im Grenzbereich zwischen der Metallbasis 6 und der elektronenemittierenden Schicht 8 zu erzeugen.

Eine solche Zwischenschicht 10 beeinträchtigt die Reaktion zur Erzeugung der freien Bariumradikale, für die die reduzierende Komponente erforderlich ist, indem sie die Diffusion der in der Metallbasis 6 enthaltenen reduzierenden Komponente blockiert, wodurch die Lebensdauer der Kathode verkürzt wird. Zusätzlich beschränkt die Zwischenschicht 10 durch ihren hohen Widerstand die für die Elektronenemission mögliche Stromdichte, indem sie den Fluß des elektronenemittierenden Stroms beeinträchtigt.

Bei einem anderen Aspekt wird im japanischen Patent Nr. 91-257735 eine Kathode für eine Elektronenkanone offenbart, die zwischen der Metallbasis und der elektronenemittierenden Schicht eine hauptsächlich aus Wolfram bestehende Metallschicht aufweist, dessen Reduktionsgrad so groß wie oder kleiner als der von Silizium oder Magnesium und größer als der von Nickel ist, wobei die elektronenemittierende Schicht Seltenerdmetalloxid enthält, um die aus der Reaktion entstandene Verbindung abzubauen, wodurch die reduzierende Komponente in der Metallschicht zur Erzeugung von freien Bariumradikalen dienen kann.

Die oben beschriebene Kathode ist zwar zunächst stabil, jedoch wird ihre Lebensdauer mit fortschreitender Zeit schlagartig beeinträchtigt, da die zusätzliche Reaktionsverbindung bei der Entstehung von freien Bariumradikalen erzeugt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf eine Kathode für eine Elektronenkanone gerichtet, die ein oder mehrere Probleme, die auf die Beschränkungen und Nachteile des Standes der Technik zurückzuführen sind, wirksam beseitigt.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Kathode für eine Elektronenkanone zur Verlängerung ihrer Lebensdauer unter einer Hochstromdichtelast, indem ein Diffusionsweg einer reduzierenden Komponente einer Metallbasis zur problemlosen Erzeugung von freien Bariumradikalen gewährleistet und eine Zwischenschicht dispergiert wird.

Zur Erfüllung der oben genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Kathode für eine Elektronenkanone, die aufweist:
eine aus Nickel und mindestens einer Art von reduzierender Komponente bestehende Metallbasis;
eine obere Metallschicht, die durch Feinkörnen und Erhitzen der oberen Oberfläche der Metallbasis gebildet wird; und
auf der oberen Metallschicht eine elektronenemittierende Schicht, die Erdalkalimetalloxid enthält, das mindestens Barium einschließt.

Die erfindungsgemäße obere Metallschicht wird gebildet, indem Pulver aus Metalloxid, aus dem die elektronenemittierende Schicht besteht, beschleunigt wird, so daß es mit der oberen Oberfläche der Metallbasis kollidiert, Ni-Atome in die Oberfläche der Metallbasis eingesetzt werden oder die Oberfläche der Metallbasis geschliffen und unter wasserstoffreichen Bedingungen erhitzt wird, um Teilchen zu erhalten, die kleiner als die der Metallbasis sind.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Schicht aus elektronenemittierendem Material eine Lanthanverbindung und eine Magnesiumverbindung oder eine Lanthan-Magnesium-Mischverbindung in Erdalkalimetalloxid, das mindestens Barium einschließt, enthalten.

Da die obere Metallschicht mit einer Teilchengröße, die geringer als die der Metallbasis ist, erfindungsgemäß wirksam das Material, das durch die Reaktion von BaO mit Si oder Mg erzeugt wird, d. h. die Zwischenschicht, dispergiert und einen Diffusionsweg der reduzierenden Komponente konstant gewährleistet, um die Erzeugung der Zwischenschicht mit hohem Widerstand zu verhindern, ist es möglich, die Reaktion zur Erzeugung von freien Bariumradikalen, für die das reduzierende Element erforderlich ist, fortzuführen, um die Lebensdauer der Kathode unter einer Hochstromdichtelast von 2~3 A/cm² zu verlängern.

Es versteht sich, daß sowohl die oben stehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung exemplarischer und erklärender Natur sind und weitere Erläuterungen der beanspruchten Erfindung bieten sollen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, die ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung gewährleisten sollen und Teil dieser Beschreibung sind, veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Erfindungsprinzipien.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Kathode für eine Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils einer Kathode für eine Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm einer Lebensdauerkennlinie einer Kathode für eine Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm einer Abschaltdrift einer Kathode für eine Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Kathode für eine Elektronenkanone; und

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht einer herkömmlichen Kathode.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird ausführlich Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, die beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen durchgängig gleiche Bezugsteile in der Beschreibung und den Zeichnungen.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Kathode für eine Elektronenkanone gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine kappenförmige Metallbasis 60, die aus Ni als Hauptkomponente und einer geringen Menge einer reduzierenden Komponente, zum Beispiel Si und Mg, besteht, an der oberen Öffnung einer Muffe 2, in der eine Heizung 4 angebracht ist, auf.

Die Kathode für die Elektronenkanone weist weiterhin eine obere Metallschicht 62 und auf der oberen Metallschicht eine elektronenemittierende Schicht 80, die aus Erdalkalimetalloxid, zum Beispiel ternärem Karbonat (Ba-Sr-Ca)CO₃ oder binärem Karbonat (Ba- Sr)CO₃, das zumindest Ba enthält, besteht, auf.

In der vorliegenden Ausführungsform besteht die obere Metallschicht 62 aus einem feinkörnigen Material auf der oberen Oberfläche der Metallbasis 60, um das Material, das aus der Reaktion von BaO mit Si oder Mg entstanden ist und sich im Grenzbereich zwischen der Metallbasis 60 und der elektronenemittierenden Schicht 80 angesammelt hat, zu dispergieren und einen Diffusionsweg der reduzierenden Komponente zu gewährleisten.

Da die obere Metallschicht 62 gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus Teilchen auf der Oberfläche der Metallbasis 60 besteht, die kleiner als die der Metallbasis 60 sind (siehe Fig. 2), wird der Diffusionsweg der in der Metallbasis 60 enthaltenen reduzierenden Komponente dispergiert.

Daher erfolgt die Reaktion von BaO mit Si oder Mg in weiten Teilen des feinkörnigen Materials der oberen Metallschicht 62, wird die Ansammlung in der Zwischenschicht 10 unterdrückt und diffundiert die reduzierende Komponente, zum Beispiel Si und Mg, gleichmäßig, um dann zur Erzeugung freier Bariumradikale zu dienen.

Die obere Metallschicht 62 wird hergestellt, indem die Oberfläche der Metallbasis 60 unter Bedingungen, bei denen eine Restspannung existiert, also bei mechanischer Beschädigung, behandelt und zum Zweck der Rekristallisation erhitzt wird.

Konkret wird die obere Metallschicht 62 gebildet, indem Pulver aus Metalloxid, zum Beispiel ternärem Karbonat oder binärem Karbonat, aus dem die elektronenemittierende Schicht 80 besteht, beschleunigt wird, so daß es mit der oberen Oberfläche der Metallbasis 60 kollidiert, um die Restspannung zu erzeugen, und bei einer Temperatur von 700~1.200°C unter wasserstoffreichen Bedingungen erhitzt wird, um durch Rekristallisation das feinkörnige Material zu bilden.

Bei einem anderem Aspekt ist es möglich, die Restspannung durch Einsetzen von Ni-Atomen in die Oberfläche der Metallbasis 60 oder Schleifen der Oberfläche der Metallbasis zu erzeugen.

In diesem Stadium ist das Erhitzen der oberen Metallschicht 62 in zwei Schritten bei unterschiedlichen Temperaturen durchführbar, und das Feinkörnen ist wirksam erreichbar, indem die Temperatur so gesteuert wird, daß sie im ersten Schritt niedriger als im zweiten Schritt ist.

Die elektronenemittierende Schicht 80 aus ternärem Karbonat oder binärem Karbonat wird durch Sprühen auf der oberen Metallschicht 62 auf eine Dicke von 20~100 µm gebracht. In diesem Stadium darf die Dicke der gesamten Kathode 300 µm nicht überschreiten.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Die vorliegende Ausführungsform schlägt eine Kathode für eine Elektronenkanone vor, die eine elektronenemittierende Schicht aufweist, die aus einer Lanthanverbindung und einer Magnesiumverbindung oder einer Lanthan-Magnesium-Mischverbindung in Erdalkalimetalloxid besteht.

Der Aufbau der Kathode gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Kathode für eine Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine kappenförmige Metallbasis 60, die aus Ni und einer geringen Menge einer reduzierenden Komponente, zum Beispiel Si und Mg, besteht, und eine obere Metallschicht 62 auf der Oberfläche der Metallbasis 60 auf.

Die Kathode für die Elektronenkanone weist weiterhin eine elektronenemittierende Schicht 80, die aus einer Lanthanverbindung und einer Magnesiumverbindung oder einer Lanthan-Magnesium- Mischverbindung in Erdalkalimetalloxid, zum Beispiel ternärem Karbonat (Ba-Sr-Ca)CO₃ oder binärem Karbonat (Ba-Sr)CO₃, das zumindest Ba enthält, besteht, auf.

Die La-Verbindung und die Mg-Verbindung oder die La-Mg- Mischverbindung hindern die ständig zuzuführenden freien Bariumradikale am Verdampfen. Der Gehalt der La-Verbindung und der Mg-Verbindung oder der La-Mg-Mischverbindung beträgt vorzugsweise 0,01~1 Gewichtsprozent des Karbonats.

Wenn der genannte Gehalt unter 0,01 Gewichtsprozent liegt, ist eine wirksame Verhinderung des Verdampfens der freien Bariumradikale nicht möglich. Bei einem Gehalt von mehr als 1 Gewichtsprozent kann es am Anfang zu einer Beeinträchtigung der Elektronenemissionskapazität kommen.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Zwischenschicht 10 durch die obere Metallschicht 62 wirksam dispergiert, und die Verdampfung der freien Bariumradikale, die aus der Reaktion von BaO mit Si oder Mg entstehen, wird durch die elektronenemittierende Schicht 80 unterdrückt, um den Verlust von Metalloxid zu verhindern.

Fig. 3 zeigt ein Ergebnis des Tests einer Lebensdauerkennlinie der Kathode für die Elektronenkanone gemäß den Ausführungsformen 1 und 2.

In Fig. 3 zeigt Kurve A die Lebensdauer der Kathode gemäß der zweiten Ausführungsform, die die obere Metallschicht 62 und die elektronenemittierende Schicht 80, die aus Karbonat mit einem La-Mg- Verbindungsgehalt von 0,5 Gewichtsprozent besteht, aufweist.

Kurve B zeigt die Lebensdauer der Kathode gemäß der ersten Ausführungsform, die die obere Metallschicht 62 und die elektronenemittierende Schicht 80, die aus Karbonat besteht, aufweist, und Kurve C zeigt die Lebensdauer der herkömmlichen Oxidkathode, die die elektronenemittierende Schicht 80, die nur aus Karbonat besteht, aufweist.

Der Lebensdauertest erfolgt durch die Messung der sich verringernden Menge des elektronenemittierenden Stroms bei einem Dauerbetrieb von 10.000 Stunden.

In diesem Stadium wird ein Strom von 2.000~3.000 µA an jede Kathode angelegt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Lebensdauer der Kathode für die Elektronenkanone gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 bei Hochstrom im Vergleich zu der der herkömmlichen Kathode C wesentlich verlängert.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Kathode bleiben 80∼85% des anfänglichen Stromwerts nach 10.000 Stunden Betrieb bei Hochstromdichte erhalten.

Fig. 4 ist ein Diagramm einer Abschaltdriftkennlinie der Kathode für eine Elektronenkanone gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 4 zeigt Kurve D die Abschaltdrift der Kathode gemäß der zweiten Ausführungsform, die die obere Metallschicht 62 und die elektronenemittierende Schicht 80, die aus Karbonat mit einem La-Mg- Verbindungsgehalt von 0,5 Gewichtsprozent besteht, aufweist.

Kurve E zeigt die Abschaltdrift der Kathode gemäß der ersten Ausführungsform, die die obere Metallschicht 62 und die elektronenemittierende Schicht 80, die aus Karbonat besteht, aufweist, und Kurve F zeigt die Abschaltdrift der herkömmlichen Oxidkathode, die die elektronenemittierende Schicht 80, die nur aus Karbonat besteht, aufweist.

Der Test der Abschaltdriftkennlinie erfolgt durch die Messung des sich ändernden Betrags der Abschaltdrift bei einem Dauerbetrieb von 10.000 Stunden.

Der Test der erfindungsgemäßen Kathode zeigt eine Verringerung von 20~25% im Vergleich zur Abschaltdrift der herkömmlichen Oxidkathode F.

Erfindungsgemäß ist eine kontinuierliche Emission freier Bariumradikale möglich, da die feinkörnige obere Metallschicht zwischen der Metallbasis, die die reduzierende Komponente enthält, und der elektronen emittierenden Schicht, die aus Karbonat besteht, das Material, das aus der Reaktion von BaO mit Si oder Mg entsteht, dispergiert und den Diffusionsweg der reduzierenden Komponente gewährleistet.

Da die erfindungsgemäße Kathode außerdem die elektronenemittierende Schicht, die eine La-Verbindung und eine Mg-Verbindung oder eine La- Mg-Mischverbindung enthält, aufweist, ist die Verdampfung von Atomen freier Bariumradikale unterdrückbar.

Da, wie oben beschrieben, freie Bariumradikale kontinuierlich emittiert werden und ihre Verdampfung durch die Wechselwirkung zwischen der oberen Metallschicht und der elektronenemittierenden Schicht unterdrückt wird, wird die Lebensdauer selbst unter einer Hochstromdichtelast von 2~3 A/cm² verlängert.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Kathode im Vergleich zur herkömmlichen Imprägnierungskathode (I-Kathode) leicht und kostengünstig herstellbar.

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß verschiedene Modifizierungen und Variationen der erfindungsgemäßen Kathode für die Elektronenkanone möglich sind, ohne vom Geist oder Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Folglich soll die vorliegende Erfindung die Modifizierungen und Variationen dieser Erfindung umfassen, sofern diese im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen liegen.

Claims

1. Kathode für eine Elektronenkanone, aufweisend:
eine aus Nickel und mindestens einer Art von reduzierender Komponente bestehende Metallbasis;
eine obere Metallschicht, die durch Feinkörnen und Erhitzen der oberen Oberfläche der Metallbasis gebildet wird, um rekristallisiert zu werden; und
auf der oberen Metallschicht eine elektronenemittierende Schicht, die Erdalkalimetalloxid enthält, das mindestens Barium einschließt.

2. Die Kathode für eine Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Metallschicht gebildet wird, indem Pulver aus Metalloxid, aus dem die elektronenemittierende Schicht besteht, beschleunigt wird, so daß es mit der oberen Oberfläche der Metallbasis kollidiert, und bei einer Temperatur von 700~1.200°C unter wasserstoffreichen Bedingungen erhitzt wird.

3. Die Kathode für eine Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Metallschicht gebildet wird, indem Ni- Atome in die Oberfläche der Metallbasis eingesetzt werden und die Oberfläche bei einer Temperatur von 700~1.200°C unter den wasserstoffreichen Bedingungen erhitzt wird.

4. Die Kathode für eine Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Metallschicht gebildet wird, indem die Oberfläche der Metallbasis geschliffen und bei einer Temperatur von 700~1.200°C unter den wasserstoffreichen Bedingungen erhitzt wird.

5. Die Kathode für eine Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in mindestens einem Schritt bei unterschiedlicher Temperatur erfolgt.

6. Die Kathode für eine Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronenemittierende Schicht weiterhin eine Lanthanverbindung und eine Magnesiumverbindung oder eine Lanthan- Magnesium-Mischverbindung enthält.