KR100244175B1 - 전자관용 음극 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음극선관용 음극의 전자방사특성을 개선하기 위한 것에 관한 것으로, 악티노이드(actinoids) 금속 또는 악티노이드금속화합물을 전자방사물질층 또는 기체금속에 첨가하거나 전자방사물질층과 기체금속 사이에 형성시켜서된 음극구조체에 관한 기술이다.

Description

전자관용 음극{cathode for cathode ray tube}
본 발명은 텔레비젼용(TV용) 음극선관과 같은 전자관용 음극에 관한 것으로, 특히 음극의 전자방사 특성을 개선한 것이다.
최근 음극선관은 화면의 대형화, 고정세화, 그리고 다양한 정보에 따른 멀티미디어화로 전자방출 전류밀도가 향상된 음극선관용 음극을 필요로 하고 있다.
기존의 음극구조체는 도 1과 같이, 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 알카리토류 금속산화물로된 전자방사물질층(3)이 니켈(Ni)을 주성분으로 하고 여기에 실리콘(Si) 또는 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 포함하여서된 기체금속(1)상에 형성된다.
그리고 히터(4)는 상기 기체금속(1)을 지지하는 원통형 슬리이브(2)내에 삽입 설치되며, 이런 구조에서 히터(4)의 열에 의해 전자방사물질층(3)이 가열되면서 열전자가 방출된다.
상기한 종래의 음극은 하기와 같은 공정에 의해 제조된다.
먼저 알카리토류 금속탄산염 현탁액을 기체금속(1)상에 도포하고, 진공배기공정중에서 히터(4)에 의하여 가열한다.
이와 같은 공정을 통하여 알카리토류 금속탄산염은 알카리토류 금속산화물로 변한다.
그 다음 900∼1000℃의 고온에서 알카리토류 금속산화물의 일부를 환원시켜 반도체 성질을 갖도록 활성화 처리하여서된 전자방사물질층(3)이 기체금속(1)상에 형성된다.
상기 활성화공정에 있어서 기체금속(1)중에 포함된 실리콘 또는 마그네슘과 같은 환원성원소는 확산에 의하여 알카리토류금속 산화물층과 기체금속(1)간의 계면으로 이동하여 알카리토류 금속산화물과 화학반응을 한다.
이로 인해 전자방사물질층(3)은 알카리토류 금속산화물의 일부가 환원된 산소결핍형의 반도체가 되며 동작온도가 정상조건하에서 0.5∼0.8 A/㎠의 방출전류를 얻게 된다.
그러나 이와 같이 형성된 종래의 음극에서는 전자방사물질층(3)과 기체금속(1) 사이에 반응 산화물인 중간층이 형성됨으로 인하여 전류가 중간층의 고저항층에 의하여 제한되며, 또한 기체금속(1)중의 환원성 원소가 전자방사물질층(3)으로의 확산하는 것을 방해함으로써 바륨(Ba)의 생성이 충분하지 않기 때문에 사용수명중 보다 높은 전류를 얻을 수 없다.
일본 특개소 59-20941호 공보에 계시된 음극은 음극의 속동성(速動性)을 얻기 위하여 금속기체 두께를 얇게 하고, 음극의 수명중 환원성원소의 고갈을 방지하며, 기체금속의 강도저하를 방지할 목적으로 기체금속에 란탄(La)이 LaNi5 및 La2O3 형태로 함유된 것을 나타내고 있다.
미국 Application of Surface Science 2(1979) 173-186쪽에는 A.van Oostrom 등에서는 텅스텐(W) 및 Ba3Sc4O9의 혼합분말을 가압하여 형성한 음극을 나타내고 있다.
독일특개소 2626700호 공보에서는 BaO와 산화텅스텐 혹은 몰리브덴(Mo) 및 희토류 금속산화물의 혼합물과 같은 알카리토류 금속산화물로된 고압방전램프용 전자방사물질을 나타내고 있다.
영국특허 제1592520은 BeO 및 Y2O3에 Ba2-xSrxCaWOv(x=0-0.5)이 첨가된 방전램프용 전자방사물질층을 나타내고 있다.
한국특허출원 86-5652에 계시된 음극은 전자방사특성을 개선하기 위한 것으로 Ni을 주성분으로 하는 기체금속(1)과 이 기체금속(1)상에 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 알카리토류 금속산화물을 주성분으로 하고 여기에 0.1-20중량% 희토류 금속산화물 또는 0.05-15중량% 희토류 금속이 함유된 전자방사물질층(3)으로 구성하거나, 또 다른 실시예에 의한 음극은 Ni을 주성분으로 하는 기체금속(1)상에 두께가 10㎛ 이하인 희토류 금속산화물 또는 두께가 6㎛ 이하인 희토류 금속으로 형성된 중간층과, 상기 중간층상에 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 알카리 희토류 금속산화물로된 전자방사물질층으로 구성하거나, 또 다른 실시예에 의한 음극은 니켈을 주원소로 하고 여기에 0.01-0.5중량% 희토류 금속을 함유하는 기체금속(1)과 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 알카리토류 금속산화물로된 전자방사물질층으로 구성된 것이다.
이와 같은 상기의 한국특허출원 86-5652에 계시된 음극은 전자방사물질층(3)내의 희토류금속 산화물분말이 알카리토류 금속산화물, 예를들면 BaO와 반응하여 복합산화물인 Ba3Sc4O9 또는 Ba3Y4O4을 생성한다.
이 복합산화물이 전자방사물질층(3)내에 분산되어 음극의 동작온도에서 열분해를 일으켜 유리 Ba를 생성하기 쉽게 된다고 추정하고 있으며, 또한 상기 복합산화물의 열분해에 의하여 부가적인 유리 Ba을 생성함으로 충분한 량의 Ba이 존재하게 되고, 복합산화물중의 희토류금속일부가 유리하여 전자방사물질층(3)내에 분산되면 전자방사물질층(3)의 전도성을 증가시켜 중간층의 저항을 보상한다고 서술하고 있다.
상기와 같은 한국특허출원 86-5652에 계시된 음극의 효과로써는 고전류밀도하에서의 수명중 방출전류열화가 적어 종래의 알카리토류 금속산화물 음극에 비해 2-3배의 전자방출 전류밀도가 가능한 것으로 서술하고 있다.
그러나 상기와 같은 한국특허출원 86-5652에 계시된 음극은 전자방출전류밀도를 더 이상 개선하기 어렵고 희토류 금속산화물은 상기 알카리토류 금속산화물과의 혼합전에 환원성 분위기에서 800℃ 이상으로 고온열처리를 하여야 하므로 공정이 복잡해지는 등의 제조상 어려움이 따른다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 악티노이드(actinoids) 금속 또는 악티노이드금속화합물을 전자방사물질층 또는 기체금속에 첨가하거나 전자방사물질층과 기체금속 사이에 형성시켜 전자방사 특성이 현저히 개선된 음극을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 기존의 음극구조체를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 음극구조체의 단면도
도 3은 제 1 실시예의 다른 음극구조체의 단면도
도 4는 제 1 실시예의 또 다른 음극구조체의 단면도
도 5는 제 1 실시예의 또 다른 음극구조체의 단면도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 음극구조체의 단면도
도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 음극구조체
도 8은 음극의 6000시간 사용수명에 따른 방출전류 변화를 나타낸 그래프
도 9는 음극의 전류가속에 따른 6000시간 사용수명후의 정상음극 온도에서의 방출전류를 나타낸 그래프
도 10은 음극의 전류가속에 따른 6000시간 수명후의 저음극 온도에서의 방출전류를 나타낸 그래프
도 11은 종래의 전자방사물질층을 구비한 음극의 열분해 특성을 나타낸 분석도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,10 : 기체금속 11 : 피복층
3,30 : 전자방사물질층 31 : 제 2 전자방사물질층
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 제 1 실시예를 나타낸 도 2와 같이, 니켈을 주성분으로 하는 기체금속(1)과 그 기체금속상에 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 알카리토류 금속산화물을 주성분으로 하고 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물중 적어도 하나가 함유된 전자방사물질층(30)을 구비한 전자관용 음극으로 구성된다.
본 발명의 다른 제 2 실시예에 의한 음극은 도 6과 같이 니켈을 주성분으로 하는 기체금속(1)과 그 기체금속상에 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물의 피복층(11)을 형성하고 그 피복층상에 적어도 바륨을 포함하는 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 전자관용 음극으로 구성된다.
본 발명의 또 다른 제 3 실시예에 의한 음극은 도 7과 같이 니켈을 주성분으로 하고 악티노이드금속을 포함하는 기체금속(10)과 그 기체금속상에 적어도 바륨을 포함하는 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 전자관용 음극으로 구성된다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 음극은 기체금속(1)상에 형성된 전자방사물질층(30)이 적어도 바륨(Ba)이 포함되고 추가적으로 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)을 포함하는 알카리토류 금속산화물에 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물을 적어도 하나 함유하여 구성시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 음극은 다음과 같은 공정에 의하여 제조된다.
먼저, 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물을 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)의 3원탄산염에 소망의 중량%(상기 3원탄산염이 산화물로 변화된 후의 중량%)를 첨가 혼합한다.
그리고 니트로셀룰로즈용액과 부틸아세테이트를 상기 혼합물에 첨가하여 현탁액을 만든다.
이 현탁액을 니켈을 주성분으로 하는 기체금속(1)상에 스프레이 등의 방법에 의해 약 60-80㎛의 두께로 도포한다.
그후의 공정은 종래와 같이 진공배기공정중에서 히터(4)에 의하여 가열하여 알카리토류 금속탄산염은 알카리토류 금속산화물로 변하고 산화물 일부를 환원하여 활성화한다.
이와 같은 방법으로 각종 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물이 포함된 전자방사물질층(30)을 구비한 음극이 제조되며, 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물을 알카리토류 금속산화물에 첨가혼합 하기 전에 특별히 환원열처리를 하지 않는다.
악티노이드금속화합물을 첨가혼합할시에는 전자방사열화에 큰 영향을 미치는 할로겐원소가 포함되면 오히려 효과가 없으므로 악티노이드금속화합물로는 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플루토악티늄(Pa)을 적어도 하나 포함하는 화합물로써 악티노이드금속과 질소(N), 산소(O), 수소(H), 탄소(C) 원소중 적어도 하나를 함유한 화합물이어야 전자방출능력에 영향을 미치지 않는다.
예로써 이와 같은 악티노이드금속화합물로는 악티노이드금속과 산화계(O계), 질산계(NO계), 질화계(N계), 수산화계(OH계), 초산계(CH3 COO계)의 화합물이 적어도 하나 함유하면 좋으며 Ac(½O, NO3, OH, CH3 COO)3, Th(½O, NO3, OH, CH3 COO)3, Th(½O, NO3, OH, CH3 COO)4, Pa(½O, NO3, OH, CH3 COO)3, Pa(½O, NO3, OH, CH3 COO)4, Pa(½O, NO3, OH, CH3 COO)5, Ac(½O, NO3, OH, CH3 COO)3 χH2O, Th(½O, NO3, OH, CH3 COO)4 χH2O, Pa(½O, NO3, OH, CH3 COO)5 χH2O를 적어도 하나 함유한다.
상기 본 발명의 실시예 1인 전자방사물질층(30)은 0.0005-15중량%의 악티노이드금속 또는 0.001-20중량%의 악티노이드 화합물을 포함한다.
상기 제 1 실시예에 의한 본 발명의 음극은 아래와 같은 이유에 의하여 좋은 전자방사특성을 가지는 것으로 추정된다.
(1) 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 종래의 음극에서 유리 바륨의 전적으로 기체금속(1)내 미량의 환원성원소 Si 또는 Mg에 의한 환원반응에 의존하지만 본 발명에서는 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물, 예로서 질산토륨(Th(NO3)4)에 의한 화학반응에 의하여 부가적으로 유리바륨(Ba)을 생성함으로써 가령 상술한 바와 같이 반응물질인 중간층에 의하여 환원반응이 억제된다 하여도 본 발명의 음극에서는 충분한 Ba이 존재하게 된다.
(2) 또한 본 발명의 음극의 전자방사물질층(30)중의 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물로 부터 유리된 악티노이드금속은 전자방사물질층(30)의 도전성을 증가시키고 중간층의 저항에 의한 영향을 감소시킨다.
일반적으로 니켈을 주성분으로 미량의 환원성 원소 Si 또는 Mg가 포함된 기체금속(1)과 그 기체금속(1)상에 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 종래의 음극의 고전류의 장시간 수명후에 있어서 전자조사마이크로분석(EPMA)에 의하면 기체금속(1)과 전자방사물질층(3)간의 계면으로 부터 전자방사물질인 Ba이 기체금속(1)쪽으로 약 5㎛ 위치까지와 계면으로부터 기체금속(1)중의 환원성 원소인 Si가 전자방사물질층(3)쪽으로 약 13㎛ 위치까지 관찰되고 있는 것으로 보고되고 있다.
더욱 상술하면 상기 종래의 음극에 있어서 고전류하의 수명시험중 반응물질인 중간층의 Ba2 SiO4, SiO2, MgO 및 그 복합산화물이 기체금속(1)쪽으로는 약 5㎛까지, 전자방사물질층(3)쪽으로 약 13㎛ 까지 발생되고 있음을 나타내고 있는 것이다.
상기의 반응물질인 중간층의 산화물 및 그 복합산화물은 기체금속(1)중의 환원성 원소의 확산을 억제하며, 고저항층으로 전류의 흐름을 억제시킨다.
본 발명의 음극에 있어서 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물은 음극동작중 상기의 중간층 생성의 화학반응을 감소시키는 것으로 추정된다.
이에 대한 본 발명의 음극은 화학반응으로써는 전자방사물질층(30)내에 혼합된 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물, 예를 들면 질산토륨(Th(NO3)4)이 알카리토류 금속산화물 예를 들면 BaO와 반응하여 아래와 같은 화학반응에 따른 것으로 추정된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기의 제 1 실시예인 본 발명의 음극에 있어서 전자방사물질층(30)내에 환원성 금속을 1중량% 이하 더 포함하면 전자방사물질층(30)내의 알카리토류 금속산화물과의 화학반응이 더 촉진되어 기체금속(1)과 전자방사물질층(30)간의 계면에 발생하는 반응물질인 중간층 산화물이 보다 억제되고 고전류방출에 도움을 주고 있으나 환원성 금속이 1중량%를 초과하면 알카리토류 금속산화물의 과도한 환원반응으로 Ba 생성이 과도하게 생성되어 음극수명을 감소시키게 된다.
상기의 환원성 금속으로는 Ni, Si, Mg, Fe, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co중 적어도 하나를 포함한다.
상기의 제 1 실시예의 본 발명 음극에 있어서 또 다른 구성으로는 도 3과 같이 기체금속(1)과 적어도 바륨을 포함한 알카리토류 금속산화물을 주성분으로 하고 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물중 적어도 하나가 함유된 전자방사물질층(30) 사이에 적어도 바륨을 포함한 알카리토류 금속산화물의 제 2 전자방사물질층(31)을 형성시킨다.
상기한 본 발명의 음극은 전자방사물질층(30)의 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물에 의한 환원작용을 초기에 약화시키고 동작수명시에 보다 높은 방출전류밀도에서 안정된 전류를 얻는데 효과가 있으며 제 2 전자방사물질층의 두께는 10-70㎛가 효과적이다.
상기의 또 다른 구성으로는 상기 제 1 실시예(도 2)인 본 발명의 기체금속(1)상의 전자방사물질층(30)상에 도 4와 같이 다시 적어도 바륨을 포함한 알카리토류 금속산화물의 제 2 전자방사물질층(31)을 구비하는 것이다.
상기의 본 발명의 음극은 전자방사물질층(30)의 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물에 의한 환원작용으로 초기 및 동작수명시에 과잉으로 생성되는 Ba을 제 2 전자방사물질층에 의해 제한하여 동작중 Ba의 증발을 제한하는 것으로 초기 및 동작수명중 안정된 전자방사특성을 얻을 수 있으며 제 2 전자방사물질층의 두께는 10-70㎛가 효과적이다.
본 발명의 또 다른 음극은 상기 기체금속(1)상에 Ni, Si, Mg을 비롯한 Fe, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co중 적어도 하나를 포함하는 환원성 금속의 표면층(5)을 도 5와 같이 형성하고 그 표면층상에 본 발명의 전자방사물질층(30)을 구비하는 것이다.
상기 표면층(5)은 상술한 알카리토류 금속산화물의 환원촉진으로 반응물질인 중간층을 억제시킬 수 있으며 이로 인해 도전성 저하를 억제시킬 수 있다.
상기 본 발명의 음극의 환원성 금속의 표면층(5)은 스퍼터링(Sputtering)방법이 좋으며 다공성을 얻기 위하여 표면층 두께는 10㎛ 이하가 바람직하다.
표면층의 두께가 10㎛를 초과하면 다공성이 낮아져 기체금속(1)중의 환원성 금속과 전자방사물질층(30)중의 알카리토류 금속산화물과의 반응물질인 산화물이 생성되지 않고 표면층의 환원성 금속과 알카리토류 금속산화물과의 화학반응만 일어나므로 전자방사물질층(30)이 기체금속(1)으로 부터 떨어져 나가는 소위 전자방사물질층(30)의 박리현상이 발생하게 된다.
본 발명의 다른 제 2 실시예에 의한 음극은 도 6과 같이 니켈을 주성분으로 하는 기체금속(1)과 그 기체금속상에 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물의 피복층(11)을 형성하고 그 피복층(11)상에 적어도 바륨을 포함하는 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 음극이다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 음극은 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물의 피복층(11)이 기체금속(1) 및 전자방사물질층(3)내로 확산되어 기체금속(1)과 피복층(11)과의 접착력을 강화시켜 기체금속(1)의 열화 및 피복층(11)의 박리를 방지해주고 전자방사물질층(3)으로 부터 본 발명의 제 1 실시예와 같은 효과를 나타내도록 하는 효과가 있는 것으로 추정된다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 음극에 있어서 기체금속(1)상의 피복층(11)상에 형성된 전자방사물질층(3)이 적어도 바륨(Ba)이 포함되고 추가적으로 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)을 포함하는 알카리토류 금속산화물로 구비된 것이다.
제 2 실시예 음극에 있어서 악티노이드금속으로는 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플루토악티늄(Pa)을 적어도 하나 포함하며 악티노이드금속화합물로는 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플루토악티늄(Pa)을 적어도 하나 포함하는 화합물을 함유한다.
이와 같은 본 발명의 음극은 먼저, 적어도 바륨이 함유된 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 기체금속(1)상에 형성하기 전에 기체금속(1)상에 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물의피복층(11)을 전자빔 또는 스퍼터링방법에 의해 구비된다.
상기 제 2 실시예인 본 발명의 악티노이드금속화합물로는 악티노이드금속산화물이 좋으며 Ac2O3, Th2O3, ThO2, Pa2O3, PaO2, Pa2O3를 적어도 하나 포함한다.
상기의 본 발명의 음극에 있어서 피복층(11)의 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물에 환원성 금속을 더 포함하여도 상술한 바와 같이 좋은 효과를 얻을 수 있으며, 환원성 금속으로는 Ni, Si, Mg을 비롯한 Fe, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co 중에서 적어도 하나를 포함시켜 사용할 수 있다.
상기의 본 발명의 음극에 있어서 피복층(11)의 두께는 상술한 바와 같이 악티노이드금속산화물의 경우 다공성을 유지하기 위하여 10㎛ 이하가 되어야 효과가 있으며 악티노이드금속의 경우는 6㎛가 초과되면 효과가 적어진다.
본 발명의 또 다른 제 3 실시예에 의한 음극은 도 7과 같이 니켈을 주성분으로 하고 악티노이드금속을 포함하는 기체금속(10)과 그 기체금속(10)상에 적어도 바륨을 포함하는 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 전자관용 음극이다.
본 발명의 제 3 실시예에 의한 음극에 잇어서 기체금속(10)상에 형성된 전자방사물질층(3)이 적어도 바륨(Ba)이 포함되고 추가적으로 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)을 포함하는 알카리토류 금속산화물로 구비된 것이다.
상기 제 3 실시예의 음극에 있어서 악티노이드금속으로는 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플루토악티늄(Pa)을 적어도 하나 포함한다.
제 3 실시예 음극에 있어서 기체금속(10)의 악티노이드금속에 환원성 금속을 더 포함하여도 상술한 바와 같이 좋은 효과를 얻을 수 있으며 환원성 금속으로는 Si, Mg을 비롯한 Fe, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co중 적어도 하나를 포함시켜 사용할 수 있다.
상기의 제 3 실시예 음극에 있어서 악티노이드금속은 조금만 넣어도 효과를 나타내지만 0.0005-0.5중량%가 적당하다.
악티노이드금속이 0.0005중량% 미만이면 기체금속(11)과 전자방사물질(3)의 반응물질인 중간층 생성을 충분히 억제될 수 없으며 0.5중량%를 초과하면 과잉으로 Ba이 생성되어 효과를 얻기 힘들다.
다음은 실시예에 따라 설명한다.
종래의 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 음극과 알카리토류 금속산화물에 0.3중량%의 질산토륨〔Th(NO3)4〕을 첨가한 본 발명의 전자방사물질층(30)을 구비한 음극에 대해 6000시간 전류가속 수명시험을 하였다.
이때 전류가속은 모니터용 음극선관을 이용하였으며 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층을 구비한 음극의 전류를 기준으로 2배와 4배로 수명시간대별로 방출전류 변화를 조사하였다.
그 결과 도 8과 같이 본 발명의 전자방사물질층(30)을 구비한 음극이 종래의 전자방사물질층(3)을 구비한 음극에 비하여 방출전류 열화가 적은 특성이 있는 것으로 나타나고 있다.
도 9는 상기한 종래의 전자방사물질층(3)을 구비한 음극과 상기한 본 발명의 전자방사물질층(30)을 구비한 음극에 대해 전류가속에 따른 6000시간 수명시험후의 정상음극 온도에서의 방출전류를 나타낸 것이다.
그 결과 본 발명이 종래의 음극전류에 비해 약 4배의 전류가속과 동등한 전자방사특성을 나타내고 있다.
도 10은 상기한 종래의 전자방사물질을 구비한 음극과 본 발명의 전자방사물질을 구비한 음극을 이용하여 전류가속에 따른 6000시간 수명후의 저음극 온도(예로서 650℃)에서의 방출전류를 나타낸 것이다.
그 결과 본 발명이 종래의 음극전류에 비해 월등한 전자방사특성을 나타내고 있다.
도 11은 종래 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층(3)을 구비한 음극의 전자방사물질층(3)의 열분해 특성을 나타낸 것으로 열중량분석기(TGA)에 의해 분석한 결과이다.
도 11에서 세로축은 기준중량으로부터 열분해되고 잔존된 중량비를 나타낸 것이고 가로축은 전자방사물질층의 열분해를 알기 위한 온도이다.
도 11에 나타낸 바와 같이 종래 음극에 있어서 정상동작 온도는 열분해가 발생되지 않고 안정된 전류를 얻을 수 있는 약 700-800℃가 좋으며 약 570-700℃에서 열분해가 강하게 일어나고 있는 것으로 보아 안정된 방출전류를 얻기 위하여는 저음극 온도에서의 방출전류를 관찰하는 것이 중요하다.
도 11에 있어서 약 210℃에서 강하게 분해가 일어나고 있으나 이는 상술한 니트로셀룰로즈 용액과 부틸아세테이트의 열분해이다.
본 발명의 음극의 전자방사물질층 열분해 온도는 상기 종래의 음극과 동일하다.
도 11에서 나타낸 바와 같이 저음극온도 570-700℃에서는 상술한 알카리토류 금속탄산염이 알카리토류 금속산화물로 열분해되는 과정으로 주로 CO2가 발생하게 되며 발생된 가스는 수명중 전자방사를 열화시키고 있으나 도 10에 나타낸 바와 같이 본 발명의 음극에서 수명시험후 저음극온도의 방출전류가 월등히 좋은 것은 본 발명의 음극이 가스에 매우 강하다는 것을 나타내는 것이라고 생각된다.
특히 한국특허출원 86-5652에 계시한 음극의 전자방사특성보다도 보다 본 발명이 우수한 특성을 보이는 것은 본 발명의 음극이 가스에 강한 특성을 나타내기 때문으로 생각된다.
도 8, 도 9에는 나타나지 않았지만 악티노이드금속을 포함하는 음극도 악티노이드금속화합물을 포함하는 음극과 동일한 효과를 나타내고 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 전자관용 음극에 있어서 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물을 전자방사물질층 또는 기체금속에 첨가하거나 전자방사물질층과 기체금속 사이에 형성시킴으로서 전자방사특성이 현저히 향상된 음극을 얻게 된다.

Claims (39)

  1. 니켈을 주성분으로 하는 기체금속상에 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 알카리토류 금속산화물을 주성분으로 하여 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물중 적어도 하나를 함유한 전자방사물질층을 구비한 전자관용 음극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    악티노이드금속이 0.0005-15중량% 함유된 전자방사물질층을 구비한 전자관용 음극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    악티노이드금속화합물이 0.001-20중량% 함유된 전자방사물질층을 구비한 전자관용 음극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    알카리토류 금속산화물은 바륨(Ba) 이외에 또 다른 알카리토류 금속을 더 포함한 전자관용 음극.
  5. 제 4 항에 있어서,
    알카리토류 금속은 바륨(Ba) 이외에 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca)중 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    악티노이드금속은 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플로토악티늄(Pa)중 적어도 하나를 포함하는 전자관용 음극.
  7. 제 1 항에 있어서,
    악티노이드금속화합물은 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플로토악티늄(Pa)중 적어도 하나를 함유한 화합물로된 전자관용 음극.
  8. 제 7 항에 있어서,
    악티노이드금속화합물은 악티노이드금속과 질소(N), 산소(O), 수소(H), 탄소(C)원소중 적어도 하나를 포함한 화합물의 전자관용 음극.
  9. 제 8 항에 있어서,
    질소(N), 산소(O), 수소(H), 탄소(C)원소의 악티노이드금속화합물은 산화계(O계), 질산계(NO계), 질화계(N계), 수산화계(OH계), 초산계(CH3 COO계)의 화합물중 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  10. 제 9 항에 있어서,
    산화계(O계), 질산계(NO계), 질화계(N계), 수산화계(OH계), 초산계(CH3 COO계)의 악티노이드금속화합물은 Ac(½O, NO3, OH, CH3 COO)3, Th(½O, NO3, OH, CH3 COO)3, Th(½O, NO3, OH, CH3 COO)4, Pa(½O, NO3, OH, CH3, COO)3, Pa(½O, NO3, OH, CH3 COO)4, Pa(½O, NO3, OH, CH3 COO)5, Ac(½O, NO3, OH, CH3 COO)3 χH2 O, Th(½O, NO3, OH, CH3 COO)4 χH2 O, Pa(½O, NO3, OH, CH3 COO)5 χH2 O를 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  11. 제 1 항에 있어서,
    전자방사물질층에 환원성 금속을 더 포함한 전자관용 음극.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전자방사물질층에 환원성 금속을 1중량% 이하 포함한 전자관용 음극.
  13. 제 11 항에 있어서,
    환원성 금속은 NI, Si, Mg, Fe, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co 중 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  14. 제 1 항에 있어서,
    기체금속과 전자방사물질층 사이에 환원성 금속층을 구비한 전자관용 음극.
  15. 제 14 항에 있어서,
    기체금속상에 형성되는 환원성 금속의 표면층이 스퍼터링에 의해 구비된 전자관용 음극.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 환원성 금속층의 두께가 10㎛ 이하로 구비된 전자관용 음극.
  17. 제 14 항에 있어서,
    환원성 금속은 Ni, Si, Mg, Fe, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co 중 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  18. 제 1 항에 있어서,
    전자방사물질층은 적어도 바륨이 포함된 알카리토류 금속탄산염에 악티노이드금속 또는 악티노이드 금속화합물을 첨가혼합한 현탁액으로 하여 상기 기체금속(1)상에 도포에 의해 형성된 전자관용 음극.
  19. 제 1 항에 있어서,
    기체금속과 전자방사물질층 사이에 적어도 바륨(Ba)을 포함한 알카리토류 금속산화물의 제 2 전자방사물질층을 구비한 전자관용 음극.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 2 전자방사물질층의 두께가 10∼70㎛ 으로된 전자관용 음극.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자방사물질층상에 적어도 바륨을 포함한 알카리토류 금속산화물의 제 2 전자방사물질층을 구비한 전자관용 음극.
  22. 제 21 항에 있어서,
    제 2 전자방사물질층의 두께가 10∼70㎛ 으로된 전자관용 음극.
  23. 니켈을 주성분으로 하는 기체금속상에 악티노이드금속 또는 악티노이드금속화합물의 피복층이 형성되고 그 피복층상에 적어도 바륨을 포함하는 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층을 구비한 전자관용 음극.
  24. 제 23 항에 있어서,
    악티노이드금속의 피복층 두께가 6㎛ 이하로된 전자관용 음극.
  25. 제 23 항에 있어서,
    악티노이드금속화합물의 피복층 두께가 10㎛ 이하로된 전자관용 음극.
  26. 제 23 항에 있어서,
    알카리토류 금속산화물은 적어도 바륨(Ba)이 포함되고 추가적으로 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)이 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  27. 제 23 항에 있어서,
    악티노이드금속은 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플로보악티늄(Pa)을 적어도 하나를 포함하는 전자관용 음극.
  28. 제 23 항에 있어서,
    악티노이드금속화합물은 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플로토악티늄(Pa)화합물을 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  29. 제 28 항에 있어서,
    악티노이드금속화합물은 악티노이드금속산화물로 구성된 전자관용 음극.
  30. 제 29 항에 있어서,
    악티노이드금속산화물은 Ac2O3, Th2O3, ThO2, Pa2O3, PaO2, Pa2O3를 적어도 하나를 포함하는 전자관용 음극.
  31. 제 23 항에 있어서,
    악티노이드금속 및 악티노이드금속화합물에 환원성 금속을 더 포함하는 전자관용 음극.
  32. 제 31 항에 있어서,
    환원성 금속은 Ni, Si, Mg, Fe, Ti, Hf, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co중 적어도 하나를 포함한 전자관용 음극.
  33. 제 23 항에 있어서,
    피복층은 전자빔 또는 스퍼터링 방법에 의해 구비된 전자관용 음극.
  34. 니켈을 주성분으로 하고 악티노이드금속을 포함하는 기체금속과 그 기체금속상에 적어도 바륨을 포함하는 알카리토류 금속산화물의 전자방사물질층을 구비한 전자관용 음극.
  35. 제 34 항에 있어서,
    기체금속은 악티노이드금속을 0.0005-0.5중량% 함유한 전자관용 음극.
  36. 제 34 항에 있어서,
    알카리토류 금속산화물은 적어도 바륨(Ba)이 포함되고 추가적으로 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)중 적어도 하나를 포함하는 전자관용 음극.
  37. 제 34 항에 있어서,
    악티노이드금속은 악티늄(Ac), 토륨(Th), 플루토악티늄(Pa)중 적어도 하나를 포함하는 전자관용 음극.
  38. 제 34 항에 있어서,
    기체금속은 환원성 금속을 더 포함하는 전자관용 음극.
  39. 제 38 항에 있어서,
    환원성 금속은 Si, Mg, Fe, Ti, Hf, Nb, Ta, Al, Cu, Zn, Cr, Mo, W, Zr, Co 중 적어도 하나를 포함하는 전자관용 음극.
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