KR100300172B1

KR100300172B1 - 방열형 음극 및 이를 이용한 음극선관

Info

Publication number: KR100300172B1
Application number: KR1019990001482A
Authority: KR
Inventors: 야마모토요지; 가와사키마사키; 고시노히데오; 나카이준야; 시미즈데츠야
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2001-09-26
Also published as: KR19990067990A; US6242854B1; DE69925940D1; TW414909B; EP0930633A1; CN1224229A; ATE298925T1; EP0930633B1; DE69925940T2; CN1159746C

Abstract

본 발명은 안정된 생산을 실현하고, 또한, 음극선관의 실제 사용 동작시에 있어서도, 알루미나 전기절연층의 크랙이나 히터변형이 발생하지 않고, 히터의 수명을 향상시킨 방열형(傍熱型)음극 및 이를 이용한 음극선관을 제공하는 것으로써, 금속선(14)의 표면에 알루미나 입자를 피층 소성하여 알루미나 전기절연층을 형성한 가열용 히터(13)와, 상기 가열용 히터(13)로부터 열을 받아 열전자를 방출하는 음극(9)을 포함하는 방열형 음극(8)에 있어서, 상기 알루미나 전기절연층의 알루미나 순도가 99.7중량%이상이고, 또한 상기 알루미나 전기절연층을 형성하기 위한 Na함유량이 20ppm 이하, 또는 상기 알루미나 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자의 Si 함유량이 100ppm 이하인 방열형 음극(8) 및 이를 이용한 음극선관으로 한다.

Description

방열형 음극 및 이를 이용한 음극선관 {Indirectly heated cathode and a cathode ray tube using the same}

본 발명은 텔레비젼용 수상기, 컴퓨터 디스플레이등에 이용되는 음극선관용의 방열형 음극 및 이를 이용한 음극선관에 관한 것으로, 특히 전자총에 사용하는 방열형 음극용 히터의 알루미나 전기절연층에 관한 것이다.

종래의 일반적인 방열형 음극에 이용되는 가열용 히터(13)는, 도10에 도시하는 바와같이, 텅스텐 혹은 텅스텐 레늄 합금으로 이루어지는 코일상으로 감긴 금속선 코일(14)의 표면에, 알루미나 입자를 전기 영동법(泳動法), 분무법등으로 피층후, 소성함으로써 알루미나 전기절연층(11)을 형성하고 있다. 가열용 히터(13)의 외측에는 음극(9)을 유지하기 위한 금속 캡(17) 및 통형상 슬리브(10)가 형성되어 있다. 가열용 히터(13)는 음극(9)으로부터 열전자를 방출시키기 위해, 충분한 열량을 금속 캡(17) 및 통형상 슬리브(10)에 공급한다. 또한, 금속선 코일(14) 표면상의 알루미나 전기절연층(11)은 통형상 슬리브(10)와 금속선 코일(14)사이의 전기절연성을 유지한다. 또한, 이 알루미나 전기절연층(11)상에 텅스텐 입자와 알루미나 입자와의 혼합물로 이루어지는 다크층(12)을 설치함으로써, 가열용 히터(13)에서 통형상 슬리브(10)로의 열전달 효율을 높히고 있다.

그러나, 이와같은 알루미나 전기절연층을 가지는 가열용 히터를 구비한 방열형 음극은, 소결시나 실제 사용 동작시에 알루미나 전기절연층의 불균일한 부분에 열응력이 집중하고, 크랙(16)이나 히터의 변형이 발생하기 쉽다. 그 결과, 음극부로의 열전달량의 감소, 히터 온도의 상승, 히터와 캐소드간의 전기절연 불량이나 히터 단선(斷線)등의 원인이 되거나, 음극부의 동작온도가 저하하고, 전자방사가 감소하여 음극선관 특성에 영향을 미치는 문제가 있었다.

이와같은 문제를 해결하기 위해, 다양한 방법이 제안되고 있다. 예를들면, 섬유형상 또는 위스커형상의 고융점 무기절연물은 무기절연물과 혼합하여 알루미나 전기절연층의 강도를 높혀 상기 크랙을 방지하는 것(일본국 특공소 44-1775호 공보)이나 반대로 알루미나 전기절연층내의 기공율을 높힘으로써 크랙의 진전을 방지하는 것(일본국 특개소 60-221925호 공보)이 제안되고 있다.

그러나, 상기 종래의 구성에서는, 재료가 고가이거나 또는 기공율을 높힐 경우, 균일한 알루미나 전기절연층을 얻기 어려워, 히터의 제조불량율이나 음극 조립시의 손상에 중대한 영향을 주는 것을 알았다. 또한, 어떠한 구성도, 비교적 저온(약 1100℃ 이하)에서 동작시키는 히터에는 효과가 있지만, 함침형 음극과 같이 고온(약 1100℃ 이상)에서 동작시키는 히터에서는 수명이 짧다는 문제가 있는 것을 알았다.

본 발명은 상기 종래의 문제를 해결하기 위해, 안정된 생산을 실현하고, 또한 음극선관의 실제 사용 동작시에 있어서도, 알루미나 전기절연층의 크랙이나 히터 변형이 발생하지 않고, 히터의 수명을 향상시킬 수 있는 방열형 음극 및 이를 이용한 음극선관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예의 방열형 음극을 도시하는 일부 단면도,

도2는 도1의 X 부분의 확대도,

도3은 본 발명의 일실시예의 방열형 음극을 조립한 음극선관의 단면도,

도4는 본 발명의 일실시예의 산화물음극의 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자의 비율과 제조불량율과의 관계를 도시하는 그래프,

도5는 본 발명의 일실시예의 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자의 비율과 히터 변형량과의 관계를 도시하는 그래프,

도6은 본 발명의 일실시예의 함침형(含浸型) 음극의 입자지름 2㎛ 이하인 알루미나 입자의 비율과 재조불량율과의 관계를 도시하는 그래프,

도7은 본 발명의 일실시예의 입자지름 2㎛ 이하인 알루미나 입자의 비율과 히터 변형량과의 관계를 도시하는 그래프,

도8은 본 발명의 실시형태2의 입자지름 2㎛ 이하인 알루미나 입자의 비율과 제조불량율과의 관계를 도시하는 그래프,

도9는 본 발명의 실시형태2의 입자지름 2㎛ 이하인 알루미나 입자의 비율과 히터변형량과의 관계를 도시하는 그래프,

도10은 종래의 방열형 음극의 일부 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 음극선관 2 : 형광면

3 : 페이스 플레이트부 4 : 펀넬부

5 : 전자 빔 6 : 전자총

7 : 네크부 8 : 방열형 음극

9 : 음극 10 : 통형상 슬리브

11 : 알루미나 전기절연층 12 : 다크층

13 : 가열용 히터 14 : 금속선 코일

15 : 히터 변형량 16 : 크랙

17 : 금속 캡

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 방열형 음극은, 금속선의 표면에 알루미나 입자를 피층 소성하여 알루미나 전기절연층을 형성한 가열용 히터와, 상기 가열용 히터에서의 열을 받아 열전자를 방출하는 전자방사부를 포함하는 방열형 음극에 있어서, 상기 알루미나 전기절연층의 알루미나의 순도가 99.7중량% 이상이고, 또한, 상기 알루미나 전기절연층을 형성하기 위한 알루미나 입자중, 입자지름 2㎛ 이하인 것의 Na 함유량을 20ppm 이하로 하던지, 또는 상기 알루미나 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자의 Si 함유량을 100ppm 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 음극선관은, 내면에 형광면을 가지는 페이스 플레이트부와, 상기 페이스 플레이트부의 후방에 접착된 펀넬부와, 상기 펀넬부의 후방에 형성되며, 전자 빔을 방사하는 전자총을 가지는 네크부를 포함하는 음극선관에 있어서, 상기 전자총의 방열형 음극이, 금속선의 표면에 알루미나 입자를 피층 소성하여 알루미나 전기절연층을 형성한 가열용 히터와, 상기 가열용 히터로부터 열을 받아 열전자를 방출하는 전자방사부를 포함하는 방열형 음극에 있어서, 상기 알루미나 전기절연층의 알루미나 순도가 99.7 중량% 이상이고, 또한 상기 알루미나 전기절연층을 형성하기 위한 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것의 Na 함유량을 20ppm 이하로 하던지, 또는 상기 알루미나 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자의 Si 함유량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 상기 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼50 중량%인 것이 바람직하다. 알루미나 입자의 입자지름과 Na 함유량을 규정함으로써, 또한 히터의 수명을 향상시킬 수 있다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 상기 전자방사부가 산화물 음극재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 산화물 음극재료를 이용하면, 비교적 저온으로 동작하는 방열형 음극에 적합한 것이 된다. 또한, 상기 산화물 음극재료는 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼50 중량%의 범위인 경우에 특히 유효하다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 상기 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼40 중량%이고, 입자지름 5∼20㎛인 것이 상기 알루미나입자 전체에 점유하는 비율이 40∼70 중량%이며, 또한 입자지름 20㎛ 이상인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10중량% 이하인 것이 바람직하다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 전자방사부가 함침형 음극 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 함침형 음극재료는 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼40 중량%이고, 입자지름 5∼20㎛인 것이 상기 알루미나 입자전체에 점유하는 비율이 40∼70 중량%이며, 또한 입자지름 20㎛ 이상인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10중량% 이하인 경우에 특히 유효하다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 상기 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자 전체의 Na 함유량이 20ppm 이하인 것이 바람직하다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 알루미나 전기절연층의 위에, 다시 텅스텐 알루미나 입자와 알루미나 입자와의 혼합물로 이루어지는 다크층을 형성한 것이 바람직하다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 금속선이 텅스텐 레늄 합금인 것이 바람직하다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 알루미나 전기절연층의 두께가 40∼150㎛의 범위인 것이 바람직하다.

또한 상기 본 발명의 방열형 음극 및 음극선관에 있어서는, 다크층의 두께는 0.5∼5㎛의 범위인 것이 바람직하다.

<발명의 실시형태>

발명자가 행한 실험에 의하면, 알루미나 전기 절연층의 수명에 가장 큰 영향을 주는 요인은, 첫번째는 알루미나 입자의 Na 함유율이고, 두번째는 알루미나 입자의 입자도 분포이다. 이 이유는 이하와 같이 설명할 수 있다.

Na는 소결시에 어느 정도 증발하는데, 이 때 알루미나 입자 표면에 Na가 개재됨으로써, 소결성을 악화시켜, 탄성력이 낮은 약한 소결부를 만들어 버린다. 이것은 Na의 함유율이 높을수록 현저해진다. 한편, 2㎛ 이하의 미소한 알루미나 입자는, 거친 알루미나 입자에 비해 비표면적이 크기 때문에, 성형된 막안에 많은 접점을 가지므로, 미소 알루미나 입자를 증가시키면, 막강도는 외견상 높아진다. 그러나, 이 미소 알루미나 입자의 Na 함유율이 높으면, 그만큼 상기와 같은 약한 소결부를 많이 가지게 된다. 크랙은 반복 동작중의 열응력에 의해 약한 부분에서 발생하므로, 이 경우에는 크랙이 발생하기 쉬운 소결부가 많아져, 조기에 크랙·변형이 발생하기 쉬워진다고 생각된다. 따라서 알루미나 입자의 Na 함유율은 가능한한 낮은 쪽이 좋다.

다음에, 입자분포에 대해서 인데, 통상, 입자가 대소 또는 대중소로 크게 나뉘어 각각 피크를 가지는 분포로 되어 있다. 여기서, 미소 알루미나 입자량이 너무 많으면, Na 함유량이 아무리 낮아도, 소결후의 밀도가 너무 높아져, 모재인 금속선 코일의 열팽창을 흡수할 수 없게 되므로, 크랙이 발생하기 쉬워진다고 생각된다. 따라서, 입자 지름이 작은 알루미나 입자의 비율을 제한할 필요도 있다.

이로써, 본 발명은 우선 알루미나 입자의 Na 함유율을 특정범위로 한정하고, 다음에 알루미나 입자의 입자도 분포를 특정범위로 한정한 것이다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.

도1에 도시하는 바와같이, 방열형 음극(8)은, 일단부에 전자를 방출하는 펠릿형상의 전자 방사성 에미터로 형성된 음극(9)(전자방사부), 통형상 슬리브(10)의 내부에, 금속선 코일(14)(금속모재)상에 알루미나 전기절연층(11) 및 그 상층에 다크층(12)을 가지는 코일형상의 가열용 히터(13)(히터부)를 구비하고 있다. 도2는 도1의 X 부분의 확대도이다.

알루미나 전기절연층(11)을 형성하는 알루미나 입자는, 개개의 입자가 99.7 중량% 이상의 순도를 가지던지, 또는 입자 전체로서 99.7 중량% 이상의 순도를 가진다. 이 중 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자에 대해서는, 개개의 입자의 Na 함유율 또는 입자 전체로서의 Na 함유율이 20ppm 이하이다. 그리고, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 알루미나 입자 전체의 10∼40 중량% 포함되어 있다.

또한, 입자지름 5∼20㎛의 알루미나 입자가 40∼70 중량% 포함되며, 또한, 입자지름 20㎛ 이상인 알루미나 입자의 비율이 10중량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 알루미나 입자는 개개의 입자의 Na 함유율 또는 입자 전체로서의 Na 함유율이 20ppm 이하인 것이 바람직하다.

알루미나 입자의 조성을 상기 수치범위로 한정한 이유에 대해 설명한다.

일반적으로 방열형 음극(8)에 조립되는 가열용 히터(13)는, 가열동작을 반복하면, 도10에 도시하는 바와같이, 히터의 팽창 및 열응력에 의해 알루미나 전기절연층의 가장 약한 부분에 크랙(16)을 발생시킴과 동시에, 가열용 히터(13)가 변형되고, 가열동작 반복전의 상태(도1)에 비해 히터 변형량(15) 만큼 축소되어 버린다. 그 결과, 전기절연 불량, 히터 전류 변동에 의한 히터 온도 변동, 또한 그 영향에 의해 일어나는 음극 온도 변동에 의한 전자 방사 부족에 의한 음극선관의 휘도 저하등을 일으킨다.

본 발명자들은 이하의 실험에 의해 이와같은 현상의 큰 요인이 알루미나 전기 절연층의 입자도 분포에 더하여, 알루미나 입자의 일반적인 순도가 아닌 Na의 함유율인 것을 발견했다.

우선, 비교적 저온에서 동작하는 산화물 음극(정격시의 히터 온도 : 약 1050℃)에 있어서, 입자도 분포와 Na 함유율이 히터 변형량에 미치는 영향에 대해 조사한 결과에 대해 설명한다.

또한, 산화물 음극이란 Ni등을 주성분으로 하여 소량의 환원성 원소를 첨가한 베이스 메탈(금속기판)상에, BaO, SrO, CaO 등으로 이루어지는 전자방사성 물질(에미터)을 도포 혹은 분무등에 의해 부착시켜 형성한 것이다.

실험에 사용한 알루미나 입자는 입자지름 20㎛ 이하의 미소 알루미나 입자에 대해서는, 순도 99.7중량%이고, Na 함유율 20ppm인 것, 또는 순도 99.9 중량%이고, Na 함유율 100ppm인 것이다. 또한, 입자지름 2㎛보다 큰 알루미나 입자로서는 중심 입자지름 약 6㎛(주로 2∼15㎛의 범위에 분포), 순도 99.9 중량%, Na 함유율 100ppm인 것, 또는 중심 입자지름 약 6㎛(주로 2∼15㎛의 범위에 분포), 순도 99.7 중량%, Na 함유율 20ppm인 것을 사용했다. 또한, 전체의 Si의 함유율은 50ppm으로 했다.

도3은 본 발명의 실시예에서 이용한 음극선관이고, 이 음극선관(1)은 내면에형광면(2)을 가지는 페이스 플레이트부(3)와, 페이스 플레이트부(3)의 후방에 접착된 펀넬부(4)와, 펀넬부(4)의 후방에 형성되며, 내부에 전자 빔(5)을 방사하는 전자총(6)을 가지는 네크부(7)를 구비하고 있다. 전자총(6)의 일단부에, 방열형 음극(8)이 설치되어 있다.

다음에, 본 발명에 관한 히터의 구체적인 제조방법에 대해 설명한다.

원하는 비율이 되도록 알루미나 입자를 혼합하고, 이 혼합 알루미나 입자 1kg과, 메타놀 3000㎖와의 혼합액에, 바인더로서 10중량%의 폴리초산비닐(PVAc) 용액 500㎖, 계면활성제로서 10중량%의 로진용액 100㎖ 및 전해질로서 9중량%의 초산동 수용액을 적당량 첨가하고, 전착용 서스펜션을 작성했다.

다음에, 텅스텐 레늄을 코일형상으로 감은 금속선 코일을 음전극으로 유지하고, 백금제 양전극과 함께 상기 전착용 서스펜션을 만족한 코팅조안에 적시고, 양극간에 70∼120V의 전압을 인가하여, 금속선 코일상의 알루미나 전기절연층이 40∼150㎛의 두께로 되도록 전착했다.

또한, 이 알루미나 전기절연층의 위에, 텅스텐 입자와 알루미나 입자의 혼합물로 이루어지는 다크층을 도포했다. 그 후, 수소 분위기(雰圍氣) 중에 있어서 약 1600℃로 소결한 후, 금속 코일선의 심지로서 이용되는 몰리브덴선을 용해하여 가열용 히터를 얻었다. 소결후의 알루미나 전기 절연층의 두께는 40∼150㎛, 다크층의 두께는 0.5∼5㎛의 범위에 있다.

입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자가 하기에 표시하는 각각의 조건인 알루미나 전기절연층을 가지는 히터를 제조하고, 이 히터를 이용한 방열형 음극을 음극선관에 조립하여, 히터에 약 8V의 전압(정격의 약 1.3배)를 반복 인가하는 강제 히트 사이클 테스트를 행했다.

도4는 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자의 비율과 제조불량율과의 관계를 도시한다. 도4에 있어서, ●표시(곡선a)는 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 100ppm, 입자지름 2㎛보다 큰 알루미나 입자의 Na 함유율이 100ppm인 경우를 표시하고, ▲표시(곡선b)는 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 100ppm, 입자지름 2㎛보다 큰 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm인 경우를 표시한다. 또한, ○표시(곡선c)는 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm, 입자지름 2㎛보다 큰 알루미나 입자의 Na 함유율이 100ppm인 경우를 표시하고, △표시(곡선d)는 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm, 입자지름 2㎛보다 큰 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm인 경우를 표시한다. 또한, 직선i는 제조불량율이 5%가 되는 경계선을 표시하고, 이 이하이면 제조 허용범위내인 것을 표시한다.

도4에 도시하는 바와같이, 어떠한 경우에도, 알루미나 전기절연층중의 입자지름 2㎛이하인 미소한 알루미나 입자의 함유율이 10중량%를 밑돌면, 알루미나 전기절연층의 성형성의 문제에 의해, 크게 제조불량율이 높아진다. 따라서, 생산성의 관점에서는 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율은 10중량% 이상인 것이 바람직한 것을 알았다.

도5는 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율과 히터 변형량(도10의 히터 변형량(15))과의 관계를 도시한다. ●표시(곡선e), ▲표시(곡선f), ○표시(곡선g),△표시(곡선h)는, 각각 도3의 각 표시와 동등 조건하에서의 실험결과이다. 또한, 직선j는 히터 변형량이 200㎛로 되는 경계선을 표시하고, 히터 변형량이 이보다 커지면 「불량」인 것을 표시한다.

도5의 곡선e∼h로 표시하는 바와같이, 히터 변형량은, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm인 경우에는 작아 양호한 결과가 되는데, 입자지름 2㎛보다 큰 알루미나 입자의 Na 함유율에는 관계가 없는 것을 알았다. 그러나, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율이 50중량%를 초과하면 불량 레벨(음극선관의 특성에 영향을 미치는 레벨)로 된다. 따라서, 히터 변형량을 저감하는 관점에서는, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율 20ppm 이하이고, 또한 비율이 50중량% 이하인 것이 바람직한 것을 알았다. 또한 입자지름에 상관없이 모든 알루미나 입자의 Na함유율을 20ppm으로 했을 시에, 가장 양호한 결과가 얻어졌다.

이상의 실험결과에서 산화물음극의 알루미나 전기절연층에 있어서는, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm이고, 또한, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율이 10∼50중량%인 것이 바람직하고, 모든 알루미나 입자의 Na함유율을 20ppm 이하로 하는 것이 보다 바람직한 것을 알았다.

다음에, 비교적 고온에서 동작하는 함침형 음극(정격시의 히터 온도: 약 1150℃)에 대해, 상기 산화물 음극과 같은 실험을 행한 결과에 대해 설명한다.

또한, 함침형 음극이란, W나 Mo등의 다공질 고융점 기체의 빈구멍부에 BaO, CaO, Al₂O₃등의 전자방사성 물질(에미터)을 용융 함침시켜, 기체표면에 Os-Ru, Ir등의 고융점 금속박막을 피층한 것이다.

함침형 음극의 경우에는, 입자지름 2㎛보다 큰 알루미나 입자로서 상기 산화물 음극과 같은 입자지름인 것을 사용한 바, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자로서, Na 함유량 20ppm인 것을 이용한 경우에 생산성의 점에서 비교적 양호했는데, 히터 변형량에 대해서는 충분히 만족할 수 있는 결과를 얻을 수 없었다. 또한, 입자지름 2㎛이상인 알루미나 입자의 비율을 높게하면, 알루미나 전기절연층의 성형성이 크게 손실되었다.

그래서, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자에는 상기 산화물 음극에 사용한 것과 같은 것을 사용함과 동시에, 입자지름 2㎛를 넘는 알루미나 입자에는 중심 입자지름 약 10㎛(주로 5∼20㎛의 범위에 분포), 순도 99.9중량%, Na 함유율 100ppm인 것, 또는 중심 입자지름 약 10㎛(주로 5∼20㎛의 범위에 분포), 순도 99.7 중량%, Na 함유율 20ppm인 것을 사용했다. 또한, 전체의 Si의 함유율은 50ppm으로 했다.

도6은 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자의 비율과 제조불량율과의 관계를 도시하고, ●표시(곡선A), ▲표시(곡선B), ○표시(곡선C), △표시(곡선D)는 각각 도3과 같은 조건하에서의 실험결과이다. 또한 직선i는 제조불량율이 5%로 되는 경계선을 표시한다.

도6에 도시하는 바와같이, 생산성에 대해서는 산화물 음극의 경우와 마찬가지로, 알루미나 전기절연층중의 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자의 비율이 10중량%를 밑돌면, 알루미나 전기절연층의 성형성의 저하에 의해, 크게 제조불량율이높아진다. 따라서, 생산성의 관점에서는, 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자의 비율은 10중량% 이상인 것이 바람직한 것을 알았다.

도7은 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나 입자의 비율과 히터 변형량과의 관계를 도시하고, ●표시(곡선E), ▲표시(곡선F), ○표시(곡선G), △표시(곡선H)는 각각 도3의 각 표시와 같은 조건하에서의 실험결과이다. 또한 직선j는 히터 변형량이 200㎛이 되는 경계선을 표시한다.

도7에 도시하는 바와같이, 히터 변형량에 대해서도 산화물 음극의 경우와 마찬가지로, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm인 경우에 작아 양호한 결과가 되는데, 입자지름 2㎛를 넘는 알루미나 입자의 Na 함유율에는 관계없는 것을 알았다. 그러나, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율이 40중량%를 넘으면 불량 레벨(음극선관의 특성에 영향을 주는 레벨)이 된다. 따라서, 히터 변형량을 저감하는 관점에서는, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm 이하이고, 또한, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율이 40중량% 이하인 것이 바람직하다. 또한 입자지름에 상관없이, 모든 알루미나 입자의 Na 함유율을 20ppm으로 했을 시에, 가장 양호한 결과가 얻어졌다.

또한, 히터 변형량이 불량 레벨이고, 또한, 제조불량율이 5%이내(제조 허용 범위내)로 되는 경우의 알루미나 입자의 조성을 조사한바, 알루미나 전기절연층중에 포함되는 입자지름 5∼20㎛의 알루미나 입자의 비율이 40∼70중량%이고, 또한, 입자지름 2㎛이상인 알루미나 입자의 비율이 10중량% 이하였다.

이상의 실험결과에서, 함침형음극의 알루미나 전기절연층에 있어서는, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율이 10∼40중량%이하, 입자지름 5∼20㎛인 것이 40∼70중량%, 입자지름 20㎛이상인 것이 10중량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 모든 알루미나 입자의 Na 함유율이 20ppm 이하인 것을 알았다.

또한, 본 발명자들은 알루미나 전기절연층의 수명에 큰 영향을 주는 요인이 알루미나 입자의 Si 함유율에도 관련되어 있는 점에 주목했다. 이 이유를 이하에 설명한다.

Si는 소결시에는 거의 증발하지 않는 점에서는 Na와 다른 성질을 가지고 있는데, 알루미나 입자 표면에 Si가 개재됨으로써, 소결성을 악화시켜, 탄력성이 낮은 약한 소결부를 만들어 버리고, 특히 Si의 함유율이 높을수록 이 현상이 현저해진다는 점에서는 Na와 마찬가지로, 알루미나 전기절연층의 수명에 영향을 준다.

따라서, 알루미나 입자의 Si함유율에 대해서도 가능한한 낮게 규정하는 것이 바람직하다. 또한, Na 함유율을 규정할 경우에는 2㎛ 이하의 입자에 주목했는데, Si함유율을 규정할 경우에는 2㎛ 이하로 한정하지 않고, 모든 알루미나 입자에 주목하여 제한하는 쪽이 효과가 있다.

이와같은 이유로, 본 발명은, 알루미나 입자의 모든 Si 함유율을 특정범위로 한정한 것이다.

본 발명의 제2 실시형태를 이하에 설명한다.

본 실시의 형태에 관한 방열형 음극은, 알루미나 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자가, 각각의 입자가 99.7중량% 이상의 순도를 가지던지, 또는 입자 전체로서 99.7중량% 이상의 순도를 가지고, 개개의 입자의 Si 함유율 또는 입자 전체로서의 Si 함유율이 100ppm 이하이다. 그리고, 입자지름 2㎛이하인 것이 알루미나 입자 전체의 10∼40중량% 포함되어 있다.

또한, 입자지름 5∼20㎛인 알루미나 입자가 40∼70중량% 포함되고, 또한 입자지름 2㎛이상인 알루미나 입자의 비율이 10중량% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명자들은 이하의 실험에 의해, 알루미나 전기절연층의 순도 분포, 알루미나 입자의 Si 함유율을 상기 수치로 한정할 필요가 있는 것을 발견했다.

함침형 음극재료로 이루어지는 전자방사부를 가지는 방열형 음극에 있어서, 입자도 분포와 Si 함유율이 히터의 변형량에 미치는 영향에 대해 조사한 결과를 설명한다.

실험에 사용한 알루미나 입자는, 순도 99.7중량%이고, Si 함유율이 50ppm인 것, 또는 순도 99.7중량%이고, Si 함유율이 100ppm인 것, 또는 순도 99.9중량%이고, Si함유율이 200ppm인 것, 또는 순도 99.9중량%이고, Si 함유율이 300ppm인 것을 사용했다. 또한, 전체의 Na의 함유율은 각각 20ppm으로 했다.

상기 입자의 입자도 분포는, 입자지름 2㎛ 이하인 것에서 체적분포의 중심 입자지름이 약 0.5㎛(주로 0.1∼1㎛의 범위에 분포)의 것과, 입자지름 2㎛보다 큰 것으로 체적분포의 중심 입자지름이 약 10㎛(주로 5∼20㎛의 범위에 분포)인 것을 어느 일정 비율로 혼합한 것을 이용했다.

알루미나 입자의 Si 함유율이 하기에 표시하는 각각의 조건인 알루미나 전기절연층을 가지는 히터를 제조하고, 이 히터를 이용한 방열형 음극을 음극선관에 조립하며, 히터에 약8V의 전압(정격의 약1.3배)을 반복 인가하는 강제 히트 사이클 테스트를 행했다.

도8은 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율과 제조불량율과의 관계를 도시한다.

도8에 있어서, ●표시(곡선a’)는 알루미나 입자의 Si 함유율이 300ppm, ▲표시(곡선b’)는 알루미나 입자의 Si 함유율이 200ppm인 경우를 표시한다. 또한, ○표시(곡선c’)는 알루미나 입자의 Si 함유율이 100ppm인 경우를 표시하고, △표시(곡선d’)는 알루미나 입자의 Si 함유율이 50ppm인 경우를 표시한다. 또한, 직선i’는 제조불량율이 5%가 되는 경계선을 표시하고, 이 이하이면, 제조 허용 범위내인 것을 표시한다.

도8에 도시하는 바와같이, 어떠한 경우에도, 알루미나 전기절연층중의 2㎛이하인 미소한 알루미나 입자의 함유율이 10중량%를 밑돌면, 알루미나 전기절연층의 성형성이 나빠져, 제조불량율이 높아진다. 이에따라, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율은 10중량% 이상인 것이 바람직한 것을 알았다.

도9는 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율과 히터 변형량(도9의 히터 변형량(15))과의 관계를 도시한다. ●표시(곡선e’), ▲표시(곡선f’), ○표시(곡선g’), △표시(곡선h’)는 각각 도7의 각 표시와 같은 조건하에서의 실험결과이다. 또한, 직선j’는 히터 변형량이 200㎛로 되는 경계선을 표시하고, 히터 변형량이 이보다 커지면 「불량」인 것을 표시한다.

도9의 곡선e’∼h’에 도시하는 바와같이, 히터 변형량은 알루미나 입자의Si 함유율이 100ppm 이하인 경우에는 작아 양호한 결과가 된다. 또한, 알루미나 입자의 순도가 99.7% 이상이면 어떠한 순도에 있어서도 효과는 그다지 변하지 않고, Si 함유율에 의존하여 크게 효과가 다르다고 말할 수 있다. 그러나, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율이 40중량%를 넘으면, 불량 레벨(음극선관의 특성에 영향을 미치는 레벨)로 된다. 따라서, 히터 변형량을 저감하는 관점에서는 알루미나 입자의 Si 함유율이 100ppm 이하이고, 또한, 비율이 40중량% 이하인 것이 바람직한 것을 알았다.

또한, 참고로 상기 실험에서 가장 양호한 결과가 얻어진 조건의 알루미나 입자에 대해 대표적인 순도 및 불순물을 표1에 표시한다. 상세하게는, Na나 Si 이외에 Mg나 Ca나 Fe등을 소량 포함한 구성으로 되어 있다. Mg나 Ca나 Fe의 함유량에 대해서는 표1의 값에 한정된 것은 아니지만, 수ppm∼수십ppm 인 것이 바람직하다.

<표1>

이상의 실험결과에서, 함침형 음극의 알루미나 전기절연층에 있어서는, 알루미나 입자의 Si 함유율이 100ppm 이하이고, 또한, 입자지름 2㎛ 이하의 알루미나입자의 비율이 10∼40중량%인 것이 바람직한 것을 알았다.

또한, 히터 변형량이 양품 레벨이고, 또한, 제조불량율이 5%이내(제조 허용 범위내)로 되는 경우의 알루미나 입자의 조성을 조사한 바, 알루미나 전기절연층중에 포함되는 입자지름 5∼20㎛인 알루미나 입자의 비율이 40∼70중량%이고, 또한, 입자지름 20㎛이상인 알루미나 입자의 비율이 10중량%이하 였다.

이상의 실험결과에서 함침형 음극의 알루미나 전기절연에 있어서는, 알루미나 입자의 모든 Si 함유율이 100ppm이하, 입자지름 2㎛이하인 알루미나 입자의 비율이 10∼40중량%, 입자지름 5∼20㎛인 것이 40∼70중량%, 입자지름 20㎛이상인 것이 10중량% 이하인 것이 바람직한 것을 알았다.

또한, 본 실시형태에서는, 전자방사부로써 함침형 음극재료를 이용했는데, 전자방사부로서 산화물 음극재료를 이용해도 같은 효과가 얻어지는 것으로, 특히 이 경우에는 입자지름 20㎛이하인 알루미나 입자의 비율을 10∼50중량%로 하는 것이 보다 바람직하다.

이상 설명한 바와같이 본 발명은, 안정된 생산을 실현하고, 또한, 음극선관의 실제 사용 동작시에 있어서도, 알루미나 전기절연층의 크랙이나 히터 변형이 발생하지 않고, 히터의 수명을 향상시킨 방열형 음극 및 이를 이용한 음극선관을 제공할 수 있었다.

Claims

금속선의 표면에 알루미나 입자를 피층 소성하여 알루미나 전기절연층을 형성한 가열용 히터와, 상기 가열용 히터로부터 열을 받아 열전자를 방출하는 전자방사부를 포함하는 방열형 음극에 있어서, 상기 알루미나 전기절연층의 알루미나의 순도가 99.7중량% 이상이고, 또한 상기 알루미나 전기절연층을 형성하기 위한 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛이하인 것의 Na 함유량이 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제1항에 있어서, 상기 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼50중량%인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제1항에 있어서, 상기 전자방사부가 산화물 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제1항에 있어서, 상기 전기절연층을 형성하기 위한 알루미나 입자중, 입자지름 2㎛이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼40중량%이고, 입자지름 5∼20㎛인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 40∼70중량%이며, 또한, 입자지름 20㎛이상인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10중량% 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제1항에 있어서, 상기 전자방사부가 함침형 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제1항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자의 Na 함유량이 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제1항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자의 Si 함유량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
내면에 형광면을 가지는 페이스 플레이트부와, 상기 페이스 플레이트부의 후방에 접착된 펀넬부와, 상기 펀넬부의 후방에 형성되며, 전자 빔을 방사하는 전자총을 가지는 네크부를 포함하는 음극선관에 있어서, 상기 전자총이 금속선의 표면에 알루미나 입자를 피층 소성하여 알루미나 전기절연층을 형성한 가열용 히터와, 상기 가열용 히터로부터 열을 받아 열전자를 방출하는 전자방사부를 포함하는 방열형 음극을 구비하고, 상기 알루미나 전기절연층의 알루미나 순도가 99.7중량%이상이고, 또한, 상기 알루미나 전기절연층을 형성하기 위한 알루미나 입자중, 입자지름 2㎛이하인 것의 Na함유량이 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제8항에 있어서, 상기 알루미나 입자중, 입자지름 2㎛이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼50중량%인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제8항에 있어서, 상기 전자방사부가 산화물 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
제8항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼40중량%이고, 입자지름 5∼20㎛인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 40∼70중량%이며, 또한, 입자지름 20㎛이상인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10중량% 이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제8항에 있어서, 상기 전자방사부가 함침형 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
제8항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자의 Na함유량이 20ppm이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제8항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자의 Si함유량이100ppm이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.
금속선의 표면에 알루미나 입자를 피층 소성하여 알루미나 전기절연층을 형성한 가열용 히터와, 상기 가열용 히터로부터 열을 받아 열전자를 방출하는 전자방사부를 포함하는 방열형 음극에 있어서, 상기 알루미나 전기절연층의 알루미나의 순도가 99.7중량% 이상이고, 또한 상기 알루미나 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자의 Si 함유량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제15항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼50중량%인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제15항에 있어서, 상기 전자방사부가 산화물 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제15항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자 중, 입자지름 20㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼40중량%이고, 입자지름 5∼20㎛인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 40∼70중량%이며, 또한, 입자지름 20㎛이상인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10중량% 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제15항에 있어서, 상기 전자방사부가 함침형 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제15항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자의 Na 함유량이 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
제20항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자의 알루미나 입자중, 입자지름 2㎛ 이하인 것의 Na함유량이 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 방열형 음극.
내면에 형광면을 가지는 페이스 플레이트부와, 상기 페이스 플레이트부의 후방에 접착된 펀넬부와, 상기 펀넬부의 후방에 형성되며, 전자 빔을 방사하는 전자총을 가지는 네크부를 포함하는 음극선관에 있어서, 상기 전자총이 금속선의 표면에 알루미나 입자를 피층 소성하여 알루미나 전기절연층을 형성한 가열용 히터와, 상기 가열용 히터로부터 열을 받아 열전자를 방출하는 전자방사부를 포함하는 방열형 음극을 구비하고, 상기 알루미나 전기절연층의 알루미나 순도가 99.7중량%이상이고, 또한, 상기 알루미나 전기절연층을 형성하는 알루미나 입자의 Si 함유량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제22항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼50중량%인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제22항에 있어서, 상기 전자방사부가 산화물 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
제22항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자 중, 입자지름 2㎛ 이하인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10∼40중량%이고, 입자지름 5∼20㎛인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 40∼70중량%이며, 또한, 입자지름 20㎛이상인 것이 상기 알루미나 입자 전체에 점유하는 비율이 10중량% 이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제21항에 있어서, 상기 전자방사부가 함침형 음극재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극선관.
제22항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자의 Na 함유량이 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.
제27항에 있어서, 상기 전기절연층 전체의 알루미나 입자중, 입자지름 2㎛이하인 것의 Na 함유량이 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 음극선관.