KR100246293B1 - 전자방출용 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 전자총에서 열전자를 방출하는 음극을 개선하는 전자방출용 음극 및 그 제조방법을 제공한다.

그 전자방출용 음극은, 음극 슬리브의 상면에 전자방사물질을 피착시킨 음극에 있어서: Si, Mg 등의 환원제가 첨가되고 Ni을 주성분으로 하는 음극 슬리브; 상기 음극슬리브의 상면에 형성되며, Ni 및 Sc으로 된 Ni/Sc스프레이층; 그리고 그 Ni/Sc스프레이층위에 형성되며, Ba산화물을 주성분으로 하고 Ca, Sr의 산화물이 첨가된 전자방사물질층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 음극선관의 고정세화, 대형화에 따른 전자방사 특성을 충족시키고 나아가 종래의 고전류밀도 특성은 유지하면서 제조공정의 소요시간을 줄여 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

Description

전자방출용 음극 및 그 제조방법

제1도는 종래의 전자방출용 음극의 구조를 나타내는 단면도.

제2도는 제1도의 베이스와 전자방사물질층사이의 계면부근의 부분확대단면도.

제3도는 본 발명에 따른 음극을 개략적으로 나타내는 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 베이스 2,20 : 슬리브(sleeve)

3 : 히터 4 : 스칸듐함유층

5 : 전사방사물질층 6,8 : 결정입

7, 10 : 결정입계 21 : 전자방사물질층

22 : Ni/Sc스프레이층

본 발명은 전자방출용 음극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세히는 음극선관용 전자총에서 열전자를 방출하는 음극을 개선하는 전자방출용 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 사용되는 음극선관용 전자총은 열전자를 방출하는 음극을 지니는 음극 조립체와, 음극으로부터 열전자를 인출하는 3극부와, 다수의 그리드 조립체로 구성되어 인출된 열전자를 소정의 전자 빔으로 집속하는 주렌즈부를 구비하며, 전자 빔은 이러한 전극 조립체와 고압의 양극인 스크린에 의해 집속되고 가속되며 편향요크에 의해 편향되어 음극선관 화면의 형광체를 발광시키게 된다.

상기 음극조립체는, 제1도에서 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 포함하며 주성분이 니켈인 베이스(1)와, 그 베이스 상에 바륨(Ba)을 포함하는 알카리토류금속의 산화물을 피착시켜 형성한 전자방사물질층(5)과, 상기 베이스를 지지하고 내부에 히터(3)를 지니는 음극슬리브(2)로 구성된다. 전자방사물질층(5)이 알카리토류금속의 산화물염으로 피착, 형성되어 이러한 음극을 산화물 음극이라 한다.

바륨은 활성이 극히 높아 공기중의 수분과 반응하여 수산화 바륨(Ba(OH)₂)으로 되지만, 그 수산화 바륨으로부터 전자방사를 위한 유리 Ba을 음극선관 내에서 형성시키는 것이 곤란하기 때문에 화학적으로 안정된 탄산염을 출발 물질로 하여 벌브의 배기공정에서 히터(3)로 약 1000℃로 가열, 그 탄산염이 열분해, 산화물로 되고(BaCO₃→BaO+CO₂), 탄산가스는 튜브 밖으로 배출됨으로써, 산화바륨(BaO) 즉 산화물 형태로 전자방사물질층(5)이 형성되며, 그 구조는 제2도에 도시된 바와 같이 BaO의 미소결정(8)이 응집하여 조대한 수㎛-수십㎛ 크기의 결정입(9)으로 구성된다. 또, 그 조대한 결정입(9) 사이에 결정입계(10)가 형성되어 다공질로 된다. 그 전자방사물질층(5)은 이와 같이 다공질로 구성되는 것이 전자방사의 점에서 바람직하다.

전자방사물질층(5)과 베이스(1)의 접촉 계면에서는 베이스(1)로 부터 확산되는 환원제에 의해 BaO가 환원되어 전자방사의 도너(donor)인 유리 Ba를 형성할 뿐만 아니라(2BaO + Si → 2Ba + SiO₂), 바륨실리케이트도 생성한다(BaO + 1/2Si → Ba + 1/2Ba₂SiO₄).

그 SiO₂, Ba₂SiO₄등이 상기 접촉계면에 생성되어 점점 상술한 유리 Ba의 생성이 어렵게 되며, 이에 따라 전류 밀도는 떨어지게 된다. 여기에 전자방사물질층(5)에 3 내지 20중량%의 산화스칸듐(Sc₂O₃) 분말을 분산시키거나, 제2도에서와 같이 3 내지 15㎛의 스칸듐함유층(4)을 형성하면, 환원제와 반응하여 금속스칸듐(Sc)이 생성되고 이 금속스칸듐(Sc)은 접촉 계면에 생성된 바륨실리케이트를 분해하여 Ba을 보급함으로써 (1/2Ba₂SiO₄+ 4/3Sc → Ba + 1/2Si + 2/3Sc₂O₃) 전류밀도를 4배 정도 높일 수 있다(약 0.5A/㎤ → 2A/㎤).

그러나, 산화스칸듐 분말을 전자방사물질층에 분산시킨 것은 음극선관의 고정세화, 대형화에 따른 전자방사 특성을 충족시키지 못하며, 스칸듐함유층(4)을 베이스(1)에 확산, 형성시키는 것은 고온에서 20 내지 30시간이라는 장시간이 소요된다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 음극선관의 고정세화, 대형화에 따른 전자방사 특성을 충족시키면서 고전류밀도를 유지하고 나아가 간단히 제조될 수 있는 전자방출용 음극 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전자방출용 음극은, 음극 슬리브의 상면에 전자방사물질을 피착시킨 음극에 있어서: Si, Mg 등의 환원제가 첨가되고 Ni을 주성분으로 하는 음극 슬리브; 상기 음극슬리브의 상면에 형성되며, Ni 및 Sc으로 된 Ni/Sc스프레이층; 그리고 그 Ni/Sc스프레이층위에 형성되며, Ba산화물을 주성분으로 하고 Ca, Sr의 산화물이 첨가된 전자방사물질층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 Ni/Sc스프레이층은 10 내지 20㎛의 두께로 Ni 및 Sc분말에 바인더 및 용해제를 혼합하여 스프레이된 후 가열되어 형성되며, 또한, 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 미량의 환원제를 첨가하여 그 Ni/Sc스프레이층을 형성하는 것도 가능하며, 상기 전자방사물질층도 역시 상기 Ni/Sc스프레이층을 형성하기 위해 가열한 후 전자방사물질을 스프레이하여 형성할 수 있다.

이하, 첨부된 제3도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 Ni을 주성분으로 하는 음극 슬리브(20)와 Ba산화물·Ca·Sr이 첨가된 전자방사물질(21) 사이에는 Ni 및 Sc 성분을 지닌 Ni/Sc스프레이층(22)이 형성된다. 종래의 전자방출용 음극과 비교하면 희토류 금속으로서 Ba의 공급을 개선하는 스칸듐(Sc)을 전자방사물질층(21)에 혼입시키거나, 스칸듐함유층(4)을 베이스(1)에 확산, 형성하는 대신에 Ni 및 Sc 의 분말에 바인더 및 용해제를 혼합한 현탁액을 소정의 두께로 상기 슬리브의 상면에 도포하고 가열하여 Ni/Sc스프레이층을 형성하고 그 후에 상기 Ni/Sc스프레이층위에 Ba산화물을 주성분으로 하고 Ca 및 Sr산화물이 첨가된 전자방사물질층을 형성한다.

즉, Ni 및 Sc을 분말 상태로 이용하여 그 현탁액을 스프레이함으로써 함침 내지는 확산이 불필요하며. 따라서 종래의 고전류밀도 특성은 유지하면서 제조공정의 소요시간을 줄이는 효과가 있다.

그 제조공정은 우선 Ni 및 Sc의 분말에 바인더·용해제 등(바람직하게는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 미량의 환원제를 포함)을 혼합하여 현탁액으로 만든 후, 약 10~20㎛ 두께로 음극 슬리브(20)의 상면에 스프레이 방법으로 도포하고 가열한다. 다음에 완전히 소결 되지 않는 적절한 온도에서 Ni 및 Sc의 스프레이층(22) 상면에 Ba산화물·Ca·Sr이 첨가된 전자방사물질을 도포하여 전자방사물질층(21)을 형성한다. 이러한 전자방사물질층(21)은 스프레이하여 형성할 수도 있으며, 비교적 낮은 온도에서 함침에 의해 형성할 수도 있다. 즉, 1600℃ 이상의 고온을 발생하는 진공로 또는 수소로를 이용하지 않고 음극선관의 기타 다른 공정중(예컨대 배기공정)에 작업하는 것도 가능해 진다. 즉, 탄산염을 출발 물질로 하여 벌브의 배기공정에서 히터(3)로 약 1000℃로 가열, 그 탄산염이 열분해, 산화물로 되고(BaCO₃→ BaO+CO₂), 탄산가스는 튜브 밖으로 배출됨으로써 산화바륨(BaO) 즉 산화물 형태로 전자방사물질층(21)이 형성되며, 그 구조는 제2도에 도시된 바와 같이 BaO의 미소결정(8)이 응집하여 조대한 수㎛-수십㎛ 크기의 결정입(9)으로 구성되며, 그 조대한 결정입(9) 사이에 결정입계(10)가 형성되어 다공질로 된다.

이와 같이 제조된 전자방출용 음극은, 전자방사물질층(21)과 Ni/Sc스프레이층(22)의 접촉면에서 그 Ni/Sc스프레이층(22)으로 부터 확산되는 환원제에 의해 BaO가 환원되어 전사방사의 도너인 유리 Ba를 형성한다(2BaO + Si → 2Ba + SiO₂). 한편, 바륨실리케이트도 생성하게 되는데(BaO + 1/2Si → Ba + 1/2Ba₂SiO₄), 그 SiO₂, Ba₂SiO₄등이 상기 접촉계면에서 그 Ni/Sc스프레이층(22)의 금속스칸듐(Sc)에 의해 분해되어 Ba을 보급하게 된다(1/2Ba₂SiO₄+ 4/3Sc → Ba + 1/2Si + 2/3Sc₂O₃).

상술한 본 발명에 따른 일실시예의 구성과 작용에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 음극선관의 고정세화, 대형화에 따른 전자방사 특성을 충족시키고 나아가 종래의 고전류밀도 특성은 유지하면서 제조공정의 소요시간을 줄여 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명이 그 일실시예를 통해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 상술한 실시예와 첨부되는 특허청구의 범위로부터 당업자라면 여러가지의 변형과 응용이 가능하다.

Claims (5)

1. 음극 슬리브(20)의 상면에 전자방사물질(21)을 피착시킨 음극에 있어서: Si, Mg 등의 환원제가 첨가되고 Ni을 주성분으로 하는 음극 슬리브; 상기 음극슬리브의 상면에 형성되며, Ni 및 Sc으로 된 Ni/Sc스프레이층; 그리고 그 Ni/Sc스프레이층위에 형성되며, Ba산화물을 주성분으로 하고 Ca, Sr의 산화물이 첨가된 전자방사물질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자방출용 음극.
2. 제1항에 있어서, 상기 Ni/Sc스프레이층은 Ni 및 Sc분말에 바인더 및 용해제를 혼합하여 스프레이된 후 가열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전자방출용 음극.
3. 제1항에 있어서, 상기 Ni/Sc스프레이층의 두께가 10 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 전자방출용 음극.
4. 음극 슬리브의 상면에 전자방사물질을 피착시켜 음극을 제조하는 방법에 있어서: Ni 및 Sc의 분말에 바인더 및 용해제를 혼합한 현탁액을 소정의 두께로 상기 슬리브의 상면에 도포하고 가열하여 Ni/Sc스프레이층을 형성하는 단계; 그리고 상기 Ni/Sc스프레이층위에 Ba산화물을 주성분으로 하고 Ca 및 Sr산화물이 첨가된 전자방사물질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출용 음극의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 전자방사물질층을 형성하는 단계가 상기 Ni/Sc스프레이층을 형성하기 위해 가열한 후 전자방사물질을 스프레이하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전자방출용 음극의 제조방법.