KR100381212B1 - electron tube cathode - Google Patents
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Abstract
전자관 캐소드는 베이스 상에 바륨이 포함된 알카리 토류 금속산화물을 함유하는 전자방출물질층들이 형성되고, 전자방출물질층들 사이에 환원성 금속층이 개재하여 형성된다. 또한, 상기 금속층이 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진다. 상기 금속층은 레늄, 이트륨 그리고 레늄과 이트륨의 혼합물 중 어느 하나를 상기 금속층의 3∼5 중량% 추가적으로 포함한다. 상기 금속층이 전자방출물질층들과 금속층을 포함한 전체 전자방출층의 8∼15 중량%으로 형성된다. 상기 금속층이 3∼5μm의 두께로 형성된다. 상기 금속층이 스프레이법에 의해 적어도 1층 이상으로 형성된다.The electron tube cathode is formed with electron emission material layers containing an alkaline earth metal oxide containing barium on the base, and a reducing metal layer interposed between the electron emission material layers. In addition, the metal layer is made of any one selected from tungsten, molybdenum, tantalum and titanium. The metal layer further comprises 3 to 5% by weight of any one of rhenium, yttrium and a mixture of rhenium and yttrium. The metal layer is formed of 8 to 15% by weight of the total electron emission layer including the electron emission material layers and the metal layer. The metal layer is formed to a thickness of 3-5 μm. The said metal layer is formed in at least 1 layer or more by the spray method.
따라서, 본 발명은 유리 바륨의 양을 증대하여 전자방출특성과 수명특성을 향상시킨다. 또한, 금속층의 복사열이 증가하고 캐소드의 온도가 상승하므로 낮은 동작온도에서 동작가능하고 나아가 3A/cm2의 고전류밀도에서도 수명특성이 향상되고, 전력소비가 감소하고 열적 특성이 향상된다.Therefore, the present invention increases the amount of free barium to improve electron emission characteristics and lifetime characteristics. In addition, since the radiant heat of the metal layer is increased and the temperature of the cathode is increased, it is possible to operate at a low operating temperature and further improve the life characteristics at a high current density of 3A / cm 2 , power consumption is reduced and thermal characteristics are improved.
Description
본 발명은 전자관 캐소드(electron tube cathode)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자방출물질층들 사이에 1층 이상의 환원성 금속층을 형성함으로써 수명 특성 및 전자방출특성을 향상하도록 한 전자관 캐소드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron tube cathode, and more particularly, to an electron tube cathode in which at least one layer of reducing metal is formed between electron emission material layers to improve lifetime and electron emission characteristics.
일반적으로, 전자관 캐소드는 TV용 브라운관이나 촬상관의 전자총에서의 전자원으로서 열전자를 방출하는 부분이다. 전자관 캐소드는 베이스 상에 전자방출물질로 구성된 전자방출물질층을 형성함으로써 제조된다. 일반적인 전자관 캐소드의 한 예가 일본국 특허공고 소화 64-5417호에 개시되어 있다. 즉, 본 발명의 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드 슬리이브(1)의 내부에 히터(3)가 배치되고, 캐소드 슬리이브(1)의 상측 개구에 베이스(5)가 배치되고, 베이스(5) 상에 전자방출물질층(7)이 형성된다. 또한, 캐소드 슬리이브(1)는 니크롬 재질로 이루어지고, 베이스(5)는 실리콘(Si)이나 마그네슘(Mg) 등의 환원제를 0.01∼0.09 중량% 포함하며 고순도 니켈(Ni)을 주성분으로 한다. 전자방출물질층(7)은 적어도 바륨(Ba)을 포함하며 그 밖에 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 0.1∼20 중량%의 산화스칸듐 등의 희토류 금속산화물을 포함한다. 히터(3)는 전기적 가열에 의해 전자방출물질층(7)으로부터 열전자를 방출시킨다.In general, an electron tube cathode is a portion which emits hot electrons as an electron source in an electron gun of a TV tube or an imaging tube. The electron tube cathode is made by forming an electron emission material layer composed of electron emission material on the base. An example of a general electron tube cathode is disclosed in Japanese Patent Publication No. 64-5417. That is, as shown in Figure 1 of the present invention, the heater 3 is disposed inside the cathode sleeve 1, the base 5 is disposed in the upper opening of the cathode sleeve 1, the base The electron emission material layer 7 is formed on (5). In addition, the cathode sleeve 1 is made of a nichrome material, the base 5 contains 0.01 to 0.09% by weight of a reducing agent such as silicon (Si) or magnesium (Mg), and has a high purity nickel (Ni) as a main component. The electron-emitting material layer 7 contains at least barium (Ba) and other alkaline earth metal oxides containing strontium (Sr) or calcium (Ca) as a main component, and rare earth such as 0.1 to 20% by weight of scandium oxide Metal oxides. The heater 3 emits hot electrons from the electron-emitting material layer 7 by electrical heating.
이러한 구조를 갖는 전자관 캐소드에 있어서, 전자방출물질층(7)의 형성 방법을 간단히 살펴보면, 먼저, 바륨탄산염(BaCO3), 스트론튬탄산염(SrCO3) 및 칼슘탄산염(CaCO3)과 기결정된 량의 산화스칸듐(Sc2O3)을 바인더(binder) 및 용해제와 함께 혼합하여 서스펜션(suspension)을 만든다. 이 서스펜션을 베이스(1) 상에 약 800μm의 두께로 스프레이하고, 이후 전자관의 진공배기(evacuating) 공정 동안 히터에 의해 가열한다. 이때, 알카리 토류 금속의 탄산염이 산화바륨(BaO), 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼슘(CaO)과 같은 알카리 토류 금속산화물로 변하게 된다. 이후,반도체적 성질을 갖도록 하기 위해 알카리 토류 금속산화물의 일부를 환원하고 활성화한다. 따라서, 알카리 토류 금속산화물과 희토류 금속산화물의 혼합물로 이루어지는 전자방출물질층(7)이 베이스(5) 상에 형성된다. 활성화공정에 있어서, 베이스(5) 중에 포함된 실리콘과 마그네슘과 같은 환원제가 확산에 의해 알카리 토류 금속산화물과 베이스(5) 사이의 계면으로 이동하고 알카리 토류 금속산화물과 반응한다. 이 반응의 결과, 베이스(5) 상에 형성된 알카리 토류 금속산화물의 일부가 환원하여 산소결핍형 반도체로 됨으로써 전자방출을 용이하게 한다.In the electron tube cathode having such a structure, the method of forming the electron-emitting material layer 7 will be briefly described. First, barium carbonate (BaCO 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), and calcium carbonate (CaCO 3 ) and a predetermined amount of a predetermined amount Scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is mixed with a binder and a dissolving agent to create a suspension. This suspension is sprayed on the base 1 to a thickness of about 800 μm and then heated by the heater during the evacuating process of the electron tube. At this time, the carbonate of the alkaline earth metal is changed to an alkaline earth metal oxide such as barium oxide (BaO), strontium oxide (SrO) and calcium oxide (CaO). Subsequently, some of the alkaline earth metal oxides are reduced and activated to have semiconductor properties. Thus, an electron-emitting material layer 7 composed of a mixture of alkaline earth metal oxides and rare earth metal oxides is formed on the base 5. In the activation process, reducing agents such as silicon and magnesium contained in the base 5 move to the interface between the alkaline earth metal oxide and the base 5 by diffusion and react with the alkaline earth metal oxide. As a result of this reaction, part of the alkaline earth metal oxide formed on the base 5 is reduced to become an oxygen deficient semiconductor to facilitate electron emission.
이러한 전자관 캐소드의 경우, 스프레이법에 의한 탄산염층의 코팅 전에 스퍼터링법에 의하여 환원제층을 베이스에 형성하기도 하고, 수명연장을 위해 베이스상에 형성되는 부도체 중간층의 저항을 낮추는 역할을 하는, 탄산염과 환원제의 혼합층을 베이스의 표면에 형성하거나, 상기 혼합층 상에 탄산염층을 형성하기도 한다.In the case of such an electron tube cathode, a carbonate and a reducing agent which form a reducing agent layer on the base by sputtering before coating the carbonate layer by the spraying method and lower the resistance of the insulator intermediate layer formed on the base for extending the life. May be formed on the surface of the base, or a carbonate layer may be formed on the mixed layer.
그러나, 베이스 상에 스퍼터링에 의해 환원제층을 형성하는 공정은 진공배기공정 및 활성화공정에서 환원제와 베이스 금속의 반응이 베이스 금속 전체에서 균일하게 생성되지 않으므로 전자가 균일하게 방출되지 못하는 문제가 있다. 또한, 환원제를 탄산염과 혼합한 혼합층을 베이스 상에 형성한 후 상기 혼합층 상에 탄산염층을 형성하는 경우, 제조공정의 관리가 쉽지 않은 문제점이 있다. 그리고 전자방출물질층 전체를 탄산염과 환원제의 혼합물질로 형성하게 되면, CC(cathode condition) 패턴의 불량이 발생할 우려가 있다.However, in the process of forming the reducing agent layer by sputtering on the base, the reaction of the reducing agent and the base metal is not uniformly generated throughout the base metal in the vacuum exhaust process and the activation process, so that electrons are not uniformly emitted. In addition, in the case where the carbonate layer is formed on the mixed layer after the mixed layer in which the reducing agent is mixed with the carbonate is formed on the base, management of the manufacturing process is not easy. In addition, when the entire electron-emitting material layer is formed of a mixture of carbonate and a reducing agent, there is a possibility that a defect in a CC (cathode condition) pattern may occur.
일본국 특허공개 평 2-75128호에서는 니켈 재질의 베이스 상에 바륨을 포함하는 알카리 토류의 산화물층이 형성되고, 이 산화물층에는 스칸듐이 포함되며, 상기 베이스와 상기 산화물층 사이에 백금(Pt), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 금속층이 형성된 캐소드 기술이 개시되어 있다.In Japanese Patent Laid-Open No. 2-75128, an alkali earth oxide layer including barium is formed on a nickel base, and the oxide layer includes scandium, and platinum (Pt) is formed between the base and the oxide layer. A cathode technology is disclosed in which a metal layer comprising at least one of iridium (Ir) and rhodium (Rh) is formed.
이러한 구조의 전자관 캐소드에서는 희토류 금속산화물이 과잉 바륨의 공급을 개선하지만, 과잉 바륨의 공급속도가 베이스의 니켈 중의 환원제의 확산속도로 제어되어서 2A/cm2이상의 고전류밀도 동작에서의 수명특성이 현저하게 낮아지는 문제점이 있다. 또한, 일본국 특허공개 평 2-75128호에서는 베이스 상의 금속층이 텅스텐(W)이나 몰리브데늄(Mo)보다 환원성이 작은 금속이므로 산화바륨을 환원하는 효과가 거의 없어서 고전류밀도 동작이 불가능한 문제점이 있다.In the electron tube cathode of this structure, rare earth metal oxide improves the supply of excess barium, but the supply rate of excess barium is controlled by the diffusion rate of the reducing agent in the base nickel, so the life characteristics in the high current density operation of 2 A / cm 2 or more is remarkably. There is a problem of being lowered. In addition, in Japanese Patent Laid-Open No. 2-75128, since the metal layer on the base is a metal that is less reducible than tungsten (W) or molybdenum (Mo), there is a problem that high current density operation is impossible because there is little effect of reducing barium oxide. .
일본국 특허공개 평 3-230445호와 일본국 특허공개 평 2-267834호에서는 전자방출물질층이 3개의 층으로 이루어진 캐소드를 개시하고 있다. 즉, 일본국 특허공개 평 3-230445호에서는 베이스가 실리콘, 마그네슘 등의 환원성 원소를 포함한 니켈을 주성분으로 하고, 전자방출물질층의 제 1 층이 베이스 상에 형성된 0.05∼5 중량%의 산화스칸듐을 포함하고 바륨을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 전자방출물질층의 제 2 층이 제 1 층 상에 형성된 0.01∼5 중량%의 1B족, 3B족 혹은 5B족 금속원소 중의 하나 또는 그의 산화물을 포함하고 바륨을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 전자방출물질층의 제 3 층이 제 2 층 상에 형성된 바륨을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 한다.Japanese Patent Laid-Open No. 3-230445 and Japanese Patent Laid-Open No. 2-267834 disclose a cathode in which an electron-emitting material layer is composed of three layers. That is, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-230445, 0.05 to 5% by weight of scandium oxide, in which the base is mainly composed of nickel containing reducing elements such as silicon and magnesium, and the first layer of the electron-emitting material layer is formed on the base. One of 0.01 to 5% by weight of Group 1B, Group 3B or Group 5B metal elements, the main component of which is an alkaline earth metal oxide comprising barium and containing barium, wherein the second layer of the electron-emitting material layer is formed on the first layer, or The main component is an alkaline earth metal oxide containing an oxide thereof and a barium, and an alkaline earth metal oxide containing barium formed on a second layer of the third layer of the electron-emitting material layer.
또한, 일본국 특허공개 평 2-267834호에서는 베이스가 적어도 하나의 환원성원소를 포함하며 니켈을 주성분으로 하고, 전자방출물질층의 제 1 층이 베이스 상에 형성된 바륨을 포함하는 알카리 토류 금속을 주성분으로 하고, 전자방출물질층의 제 2 층이 제 1 층 상에 형성된 희토류 금속산화물, 희토류 금속, 내열성 금속산화물 및 내열성 금속의 적어도 하나로 이루어지고, 전자방출물질층의 제 3 층이 제 2 층 상에 형성된 바륨을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 한다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-267834 discloses an alkaline earth metal having a base containing at least one reducing element and containing nickel as a main component and barium formed on the base of the first layer of the electron-emitting material layer. The second layer of the electron-emitting material layer is formed of at least one of a rare earth metal oxide, a rare earth metal, a heat-resistant metal oxide, and a heat-resistant metal formed on the first layer, and the third layer of the electron-emitting material layer is formed on the second layer. Alkaline earth metal oxide containing barium formed in the main component.
전자방출물질층이 3층으로 이루어지는 구조를 갖는 캐소드의 경우, 제 2 층에 환원성 금속이 포함되어 있지만, 환원성 금속과 전자방출물질의 혼합된 형태로 존재하는데 이는 전술한 바와 같이, 환원제와 베이스 금속의 반응이 베이스 전체에 균일하지 않게 일어나서 전자가 균일하게 방출되지 못하는 우려가 있고, 제조공정관리가 쉽지 않으며 CC 패턴의 불량이 발생할 우려가 있다.In the case of the cathode having a structure in which the electron-emitting material layer is composed of three layers, although the reducing metal is included in the second layer, the cathode is present in a mixed form of the reducing metal and the electron-emitting material. As described above, the reducing agent and the base metal are present. There is a fear that the reaction of the non-uniformly occurs throughout the base, the electrons are not uniformly emitted, the manufacturing process management is not easy, and there is a fear that a bad CC pattern.
일본국 특허공개 평 3-257735호 및 이의 동일 특허인 미국특허 5,118,984와 유럽특허 445956 및 한국 특허공고 93-11964호에서는 베이스가 니켈을 주성분으로 하며 실리콘, 마그네슘, 텅스텐, 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나의 환원제를 포함하여 이루어지고, 금속층이 베이스의 상면에 형성되며 텅스텐과 몰리브데늄 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 전자방출물질층이 금속층 상에 형성되며 적어도 바륨을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 하고 0.01∼25 중량%의 희토류 금속산화물을 포함하는 구조의 캐소드가 개시되어 있다.In Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-257735 and its same patent, U.S. Patent 5,118,984, European Patent 445956 and Korean Patent Publication 93-11964, the base is made of nickel, and silicon, magnesium, tungsten, zirconium (Zr), aluminum ( Al) comprising at least one reducing agent, the metal layer is formed on the upper surface of the base and comprises at least one or more of tungsten and molybdenum, the electron-emitting material layer is formed on the metal layer and alkali containing at least barium A cathode having a structure comprising a earth metal oxide as a main component and containing 0.01 to 25% by weight of a rare earth metal oxide is disclosed.
여기에 개시된 종래의 캐소드에서는 본 발명의 도면 도 2에 도시된 바와 같이, 캐소드 슬리이브(1)의 내부에 히터(3)가 배치되고, 캐소드 슬리이브(1)의 상측 개구에 베이스(5)가 배치되고, 베이스(5) 상에 전자방출물질층(7)이 형성되고, 베이스(5)와 전자방출물질층(7) 사이에 금속층(9)이 형성된다.In the conventional cathode disclosed herein, as shown in FIG. 2 of the present invention, the heater 3 is disposed inside the cathode sleeve 1, and the base 5 is disposed in the upper opening of the cathode sleeve 1. Is disposed, an electron emission material layer 7 is formed on the base 5, and a metal layer 9 is formed between the base 5 and the electron emission material layer 7.
이러한 구조의 캐소드는 유리 바륨원자의 생성과 동시에 부가적인 반응생성물을 더 만들어 내므로 사용 초기에는 안정된 특성을 나타내나 시간이 경과할수록 수명이 급격히 단축되는 문제점이 있다.The cathode having such a structure generates additional reaction products at the same time as the generation of free barium atoms, and thus shows stable characteristics at the beginning of use, but has a problem in that the life thereof is rapidly shortened with time.
한국특허 공개공보 99-58901호, 한국특허공개공보 99-59810호 및 한국특허 공개공보 2000-20817호에서는 유리 바륨원자의 생성시 베이스와 전자방출물질층 사이의 경계면에 축적되는 산화바륨과 실리콘 및 마그네슘의 반응생성물을 분산시키는 위한 방안으로서 그 경계면 사이에 금속층을 형성한 캐소드 기술이 개시되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-58901, Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-59810, and Korean Patent Application Publication No. 2000-20817 disclose barium oxide and silicon that accumulate at the interface between the base and the electron-emitting material layer during the generation of free barium atoms. As a method for dispersing a reaction product of magnesium, a cathode technology is disclosed in which a metal layer is formed between interfaces.
한국특허 공개공보 99-58901호에서는 베이스가 니켈을 주성분으로 하며 적어도 하나의 환원성 원소를 포함하고, 금속층이 베이스 상에 형성되며 텅스텐, 지르코늄-텅스텐 또는 텅스텐-니켈로 이루어지고, 전자방출물질층이 금속층 상에 형성되며 적어도 바륨을 포함한 알카리 토류 금속산화물을 포함하는 캐소드를 개시한다. 또한, 전자방출물질층에 란타늄(La)화합물과 마그네슘화합물이 동시에 또는 란타늄-마그네슘 복합화합물이 더 포함되거나, 상기 전자방출물질층 상에 적어도 바륨을 포함한 알카리토류 금속산화물에 란타늄화합물과 마그네슘화합물이 동시에 또는 란타늄-마그네슘 복합화합물이 포함된 제 2 전자방출물질층이 형성될 수도 있다. 한국특허공개공보 99-59810호에서는 금속층이 니켈을 주성분으로 하는 점을 제외하고는 한국특허 공개공보 99-58901호와 유사한 구조의 캐소드를 개시하고 있다. 한국특허 공개공보 2000-20817호에서는 금속층이 니켈, 텅스텐, 니켈-지르코늄, 지르코늄-텅스텐 또는 니켈-텅스텐을 주성분으로 이루어지고 상부면 중앙부에 표면적 확대를 위한 오목부가 형성된 점을 제외하고는 한국특허 공개공보 99-58901호와 유사한 구조의 캐소드를 개시하고 있다. 또한, 베이스의 하부에 니켈, 텅스텐, 니켈-지르코늄, 지르코늄-텅스텐 또는 니켈-텅스텐을 주성분으로 하는 제 2 금속층이 더 포함될 수도 있다.In Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-58901, the base contains nickel as a main component and includes at least one reducing element, a metal layer is formed on the base, and consists of tungsten, zirconium-tungsten or tungsten-nickel, and the electron-emitting material layer is Disclosed is a cathode formed on a metal layer and comprising an alkaline earth metal oxide comprising at least barium. In addition, a lanthanum (La) compound and a magnesium compound may be included in the electron-emitting material layer at the same time or a lanthanum-magnesium composite compound may be further included, or the lanthanum compound and the magnesium compound may be added to an alkali metal oxide containing at least barium on the electron-emitting material layer. At the same time or a second electron-emitting material layer containing a lanthanum-magnesium composite compound may be formed. Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-59810 discloses a cathode having a structure similar to that of Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-58901, except that the metal layer mainly contains nickel. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-20817 discloses a Korean patent except that the metal layer is made of nickel, tungsten, nickel-zirconium, zirconium-tungsten or nickel-tungsten as a main component and a recess is formed in the center of the upper surface to enlarge the surface area. A cathode having a structure similar to that of Publication 99-58901 is disclosed. In addition, a second metal layer mainly containing nickel, tungsten, nickel-zirconium, zirconium-tungsten or nickel-tungsten may be further included in the lower portion of the base.
그러나, 한국특허 공개공보 99-58901호, 한국특허공개공보 99-59810호 및 한국특허 공개공보에서는 베이스의 평균입자보다 작은 입자의 텅스텐, 지르코늄-텅스텐, 텅스텐-지르코늄층을 형성함으로써 중간층의 분산에는 어느 정도 효과가 있으나 베이스와 전자방출물질층 사이의 장벽층(barrier layer)을 형성함으로써 마그네슘과 실리콘을 주성분으로 하는 환원제의 확산경로를 차단하는 문제점이 있다.However, in Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-58901, Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-59810, and Korean Patent Laid-Open Publication No. 1, the tungsten, zirconium-tungsten, and tungsten-zirconium layers of particles smaller than the average particle of the base are formed for dispersion of the intermediate layer. Although effective to some extent, there is a problem of blocking a diffusion path of a reducing agent mainly composed of magnesium and silicon by forming a barrier layer between the base and the electron emission material layer.
그러나, 통상적으로 산화물 캐소드의 수명은 약 10,000시간으로 초기 2,000시간 이내에 마그네슘이 대부분 소모되고 그 이후에는 주로 실리콘이 환원제로서 소모된다. 캐소드의 수명에 관하여는 여러 가지 이론이 있으나 그 중 환원제가 소모되고 중간층이 환원제의 확산을 방해하며 중간층이 부도체로서 저항을 증가시켜 전자의 이동량을 감소시키게 된다는 것이 대표적인 이론이다. 그 결과, 고전류밀도의 조건에서 전자방출특성 및 수명특성을 향상시키는데 한계가 있다.Typically, however, the lifetime of the oxide cathode is about 10,000 hours, with most magnesium being consumed within the initial 2,000 hours, after which mainly silicon is consumed as the reducing agent. There are various theories regarding the lifetime of the cathode, but the representative theory is that the reducing agent is consumed, the intermediate layer interferes with the diffusion of the reducing agent, and the intermediate layer decreases the amount of electron transfer by increasing the resistance as a nonconductor. As a result, there is a limit to improving electron emission characteristics and lifetime characteristics under high current density conditions.
따라서, 본 발명의 목적은 전자방출물질층들 사이에 환원성 금속층을 형성함으로써 고전류밀도의 조건에서 수명특성을 향상하도록 한 전자관 캐소드를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electron tube cathode that improves the life characteristics under high current density conditions by forming a reducing metal layer between electron emission material layers.
본 발명의 다른 목적은 전자방출특성을 향상하도록 한 전자관 캐소드를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an electron tube cathode to improve the electron emission characteristics.
본 발명의 또 다른 목적은 열적(thermal) 특성을 향상하도록 한 전자관 캐소드를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide an electron tube cathode to improve the thermal properties.
본 발명의 또 다른 목적은 전력손실의 감소를 이루도록 한 전자관 캐소드를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide an electron tube cathode that achieves a reduction in power loss.
도 1은 일반적인 전자관 캐소드의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a general electron tube cathode.
도 2는 종래 기술에 의한 전자관 캐소드의 구조를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of an electron tube cathode according to the prior art;
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전자관 캐소드의 구조를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of an electron tube cathode according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 전자관 캐소드의 다른 구조를 나타낸 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing another structure of the electron tube cathode according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전자관 캐소드의 전자방출특성을 나타낸 그래프.5 is a graph showing the electron emission characteristics of the electron tube cathode according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전자관 캐소드의 수명특성을 나타낸 그래프.6 is a graph showing the life characteristics of the electron tube cathode according to an embodiment of the present invention.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 전자관 캐소드는Electron tube cathode according to an embodiment of the present invention for achieving the above object
니켈을 주성분으로 하는, 적어도 하나의 환원제를 포함한 베이스;A base comprising at least one reducing agent based on nickel;
상기 베이스의 상부에 형성되는, 적어도 바륨이 포함된 알카리 토류 금속산화물을 함유하는 제 1 전자방출물질층;A first electron-emitting material layer formed on the base and containing at least barium-containing alkaline earth metal oxides;
상기 제 1 전자방출물질층 상에 형성된 환원성 금속층; 그리고A reducing metal layer formed on the first electron emitting material layer; And
상기 금속층 상에 형성되는, 적어도 바륨이 포함된 알카리 토류 금속산화물을 함유하는 제 2 전자방출물질층을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a second electron emission material layer containing at least barium-containing alkaline earth metal oxide formed on the metal layer.
바람직하게는, 상기 금속층이 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.Preferably, the metal layer may be made of at least one selected from tungsten, molybdenum, tantalum and titanium.
또한, 상기 금속층이 레늄, 이트륨 그리고 레늄과 이트륨의 혼합물 중 어느 하나를 추가적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 어느 하나의 총양이 상기 금속층의 3∼5 중량%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속층의 양이 상기 제 1, 2 전자방출물질층들과 상기 금속층으로 이루어진 전체 전자방출층의 8∼15 중량%인 것이 바람직하다. 상기 금속층이 3∼5μm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 금속층이 스프레이법에 의해 적어도 1층 이상으로 형성될 수 있다.In addition, the metal layer may further include any one of rhenium, yttrium and a mixture of rhenium and yttrium. It is also preferable that any one of the total amount is 3 to 5% by weight of the metal layer. In addition, the amount of the metal layer is preferably 8 to 15% by weight of the total electron emission layer consisting of the first and second electron emission material layers and the metal layer. It is preferable that the said metal layer is formed in the thickness of 3-5 micrometers. The metal layer may be formed by at least one layer by the spray method.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 의한 전자관 캐소드는In addition, the electron tube cathode according to another embodiment of the present invention
니켈을 주성분으로 하는, 적어도 하나의 환원제를 포함한 베이스;A base comprising at least one reducing agent based on nickel;
상기 베이스 상에 형성되는, 적어도 바륨이 포함된 알카리 토류 금속산화물을 함유하는 적어도 3층 이상의 전자방출물질층들; 그리고At least three or more electron-emitting material layers containing at least barium-containing alkaline earth metal oxides formed on the base; And
상기 전자방출물질층들 사이에 각각 형성되는, 적어도 2층 이상의 환원성 금속층들을 포함하는 것을 특징으로 한다.And at least two or more reducing metal layers respectively formed between the electron emission material layers.
바람직하게는, 상기 금속층들이 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨, 그리고 티타늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.Preferably, the metal layers may be made of at least one selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, tantalum, and titanium.
또한, 상기 금속층들이 레늄, 이트륨 그리고 레늄과 이트륨의 혼합물 중 어느 하나를 추가적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속층들로 이루어진 전체 금속층에 포함된, 상기 어느 하나의 총양이 상기 전체 금속층의 3∼5 중량% 인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전체 금속층들의 양이 상기 전자방출물질층들과 상기 금속층들을 포함한 전체 전자방출층의 8∼15 중량%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전체 금속층이 3∼5μm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 전체 금속층의 각 금속층들이 스프레이법에 의해 적어도 1층 이상으로 형성될 수 있다.In addition, the metal layers may additionally include any one of rhenium, yttrium and a mixture of rhenium and yttrium. In addition, it is preferable that the total amount of any one included in the total metal layer of the metal layers is 3 to 5% by weight of the total metal layer. In addition, the amount of the total metal layers is preferably 8 to 15% by weight of the total electron emission layer including the electron emission material layers and the metal layers. In addition, it is preferable that the entire metal layer is formed to a thickness of 3 to 5 μm. Each of the metal layers of the entire metal layer may be formed by at least one layer by a spray method.
따라서, 본 발명에 의하면, 금속층의 환원성 금속이 유리 바륨을 생성하는 역할을 수행함으로써 기존의 산화물 캐소드에 비하여 유리 바륨의 생성량을 증대하여 고전류밀도의 조건에서 수명특성 및 전자방출특성을 향상시킨다.Therefore, according to the present invention, the reducing metal of the metal layer plays a role of generating glass barium, thereby increasing the amount of glass barium produced as compared to the conventional oxide cathode, thereby improving lifetime and electron emission characteristics under high current density conditions.
또한, 금속층이 환원성 금속을 사용함으로써 금속층과 전자방출물질층을 포함하여 이루어진 캐소드 전자방출층 내부의 금속층 복사열이 증가하여 캐소드의 온도가 상승하는 효과를 가지므로 캐소드가 보다 낮은 동작온도에서 동작할 수 있고 나아가 전력소비를 감소시키고 열적특성을 향상시키는 것도 가능하다.In addition, since the metal layer uses a reducing metal, the metal layer radiation heat inside the cathode electron-emitting layer including the metal layer and the electron-emitting material layer increases to increase the temperature of the cathode, so that the cathode can be operated at a lower operating temperature. In addition, it is possible to reduce power consumption and improve thermal characteristics.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 전자관 캐소드를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일 구성에 대하여 설명의 명료성을 위해 동일 부호를 부여한다.Hereinafter, an electron tube cathode according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same components as those in the prior art are given the same reference numerals for clarity of explanation.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전자관 캐소드의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 전자관 캐소드에서는 캐소드 슬리이브(1)의 상측 개구에 캡형상의 베이스(5)가 설치되고, 상기 베이스(5) 상에 제 1 전자방출물질층(11)이 형성되고, 상기 제 1 전자방출물질층(11) 상에 환원성 금속층(13)이 형성되고, 상기 금속층(13) 상에 제 2 전자방출물질층(15)이 형성된다. 상기 캐소드 슬리이브(1) 내에는 니크롬 재질의 히터(3)가 배치된다. 전체 전자방출층(10)은 제 1, 2 전자방출물질층(11),(15)과 금속층(13)을 모두 포함하여 이루어진다.3 is a cross-sectional view showing the structure of an electron tube cathode according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, in the electron tube cathode of the present invention, a cap-shaped base 5 is installed in an upper opening of the cathode sleeve 1, and a first electron-emitting material layer 11 is formed on the base 5. The reducing metal layer 13 is formed on the first electron emitting material layer 11, and the second electron emitting material layer 15 is formed on the metal layer 13. A nichrome heater 3 is disposed in the cathode sleeve 1. The entire electron emission layer 10 includes all of the first and second electron emission material layers 11 and 15 and the metal layer 13.
여기서, 상기 베이스(5)는 실리콘과 마그네슘과 같은 환원제를 0.01∼0.09 중량% 포함하며 고순도 니켈(Ni)을 주성분으로 한다. 상기 제 1, 2 전자방출물질층(11),(15)은 적어도 바륨을 포함하며 그 밖에 스트론튬 또는 칼슘을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 산화스칸듐, 산화이트륨 등의 희토류 금속산화물을 포함한다.Here, the base 5 contains 0.01 to 0.09% by weight of a reducing agent such as silicon and magnesium, and has high purity nickel (Ni) as a main component. The first and second electron-emitting material layers 11 and 15 mainly contain alkaline earth metal oxides including at least barium and strontium or calcium, and rare earth metal oxides such as scandium oxide and yttrium oxide. Include.
상기 금속층(13)은 3B족, 4B족, 5B족, 6B족 그리고 7B족 금속 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지거나, 3B족, 4B족, 5B족, 6B족 및 7B족 금속 중에서 선택된 2개 또는 그 이상으로 이루어질 수도 있다. 바람직하게는, 금속층(13)은 환원성 금속인 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 어느 하나, 예를 들어 텅스텐으로 이루어진다. 물론, 금속층(13)이 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 2개 또는 그 이상의 금속으로 이루어질 수도 있다.The metal layer 13 is formed of any one selected from Group 3B, 4B, 5B, 6B, and 7B metals, or two or more selected from Group 3B, 4B, 5B, 6B, and 7B metals. It may be made of. Preferably, the metal layer 13 is made of any one selected from reducing metals such as tungsten, molybdenum, tantalum and titanium, for example, tungsten. Of course, the metal layer 13 may be made of two or more metals selected from tungsten, molybdenum, tantalum and titanium.
또한, 금속층(13)에 레늄이 추가적으로 포함되고 그 양은 3∼5 중량% 인 것이 바람직하다. 금속층(13)에 이트륨이 추가적으로 포함될 수 있고 그 양은 금속층(13)의 3∼5 중량% 인 것이 바람직하다. 금속층(13)에 레늄과 이트륨의 혼합물이 추가적으로 포함될 수 있고, 그 혼합물의 양은 금속층(13)의 3∼5 중량% 인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that rhenium is additionally included in the metal layer 13 and the amount thereof is 3 to 5% by weight. Yttrium may be additionally included in the metal layer 13 and the amount thereof is preferably 3 to 5% by weight of the metal layer 13. A mixture of rhenium and yttrium may additionally be included in the metal layer 13, and the amount of the mixture is preferably 3 to 5% by weight of the metal layer 13.
또한, 상기 제 1, 2 전자방출물질층(11),(15)과 상기 금속층(13)을 포함하여 이루어진 전체 전자방출층(10)의 두께가 바람직하게는 60∼100μm이고, 더욱 바람직하게는 약 70μm이다. 상기 금속층(13)은 상기 전체 전자방출층(10)의 8∼15 중량%의 양으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 금속층(13)은 4∼12μm의 두께, 바람직하게는 3∼5μm의 두께로 형성된다. 상기 금속층(13)은 스프레이법에 의해 형성될 수 있고 그 외의 통상적인 방법에 의해 형성될 수도 있다.In addition, the thickness of the total electron emission layer 10 including the first and second electron emission material layers 11 and 15 and the metal layer 13 is preferably 60 to 100 μm, more preferably. About 70 μm. The metal layer 13 is preferably formed in an amount of 8 to 15% by weight of the total electron emission layer 10, the metal layer 13 is 4 to 12μm in thickness, preferably 3 to 5μm in thickness Is formed. The metal layer 13 may be formed by a spray method or may be formed by other conventional methods.
한편, 금속층(13)이 설명의 편의상 이해를 돕기 위하여 도 3에서 3∼5μm의 두께를 갖는 1층으로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 3∼5μm의 두께보다 훨씬 얇은 두께를 갖는, 2층 이상의 다수층으로 구성될 수도 있음은 자명한 사실이다. 이때, 상기 다수층의 각각이 스프레이법으로 형성되고 나면 열처리가 필요한데 이는 이들 사이의 계면 특성을 활용하여 캐소드의 특성 향상을 이루기 위함이다.Meanwhile, the metal layer 13 is illustrated as being composed of one layer having a thickness of 3 to 5 μm in FIG. 3 for convenience of explanation, but in reality, the metal layer 13 has a thickness that is much thinner than the thickness of 3 to 5 μm. It is obvious that it may consist of multiple layers. In this case, after each of the plurality of layers are formed by the spray method, heat treatment is required, in order to achieve characteristics of the cathode by utilizing interfacial properties therebetween.
이와 같이 구성된 본 발명의 전자관 캐소드의 전자방출물질층들 및 금속층의 형성방법을 간단히 살펴보면, 먼저, 실리콘과 마그네슘과 같은 환원제를 0.01∼0.09 중량% 포함하며 고순도 니켈을 주성분으로 하는 베이스(5)의 하면부를 캐소드 슬리이브(1)의 상측 개구에 용접한다. 그런 다음, 상기 베이스(5)의 상면부에 스프레이법에 의해 적어도 바륨을 포함하며 그 밖에 스트론튬 또는 칼슘을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 산화스칸듐, 산화이트륨 등의 희토류 금속산화물을 포함하는 제 1 전자방출물질층(11)을 형성한다.Briefly looking at the formation method of the electron-emitting material layers and the metal layer of the electron tube cathode of the present invention configured as described above, first of the base (5) containing 0.01 to 0.09% by weight of a reducing agent such as silicon and magnesium, the main component of high purity nickel The lower surface part is welded to the upper opening of the cathode sleeve 1. Then, the upper surface of the base (5) by the spray method, containing at least barium, and other alkaline earth metal oxide containing strontium or calcium as a main component, rare earth metal oxide such as scandium oxide, yttrium oxide The first electron emitting material layer 11 is formed.
이어서, 상기 제 1 전자방출물질층(11) 상에 3B, 4B, 5B, 6B, 7B족 금속 중에서 선택된 어느 하나를 스프레이함으로써 금속층(13)을 형성한다. 물론, 제 1 전자방출물질층(11) 상에 3B족, 4B족, 5B족, 6B족 및 7B족 금속 중에서 선택된 2개 또는 그 이상을 스프레이함으로써 금속층(13)을 형성하는 것도 가능하다.Subsequently, the metal layer 13 is formed on the first electron-emitting material layer 11 by spraying any one selected from 3B, 4B, 5B, 6B, and 7B metals. Of course, it is also possible to form the metal layer 13 by spraying two or more selected from Group 3B, Group 4B, Group 5B, Group 6B, and Group 7B metals on the first electron-emitting material layer 11.
이를 좀 더 상세히 언급하면, 상기 제 1 전자방출물질층(11) 상에 환원성 금속인 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨 및 티타늄 중에서 선택된 어느 하나, 예를 들어 텅스텐을 스프레이함으로써 금속층(13)을 형성한다. 물론, 상기 제 1 전자방출물질층(11) 상에 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 2개 또는 그 이상을 스프레이함으로써 금속층(13)을 형성하는 것도 가능하다.In more detail, the metal layer 13 is formed on the first electron-emitting material layer 11 by spraying any one selected from tungsten, molybdenum, tantalum, and titanium, for example, tungsten. . Of course, it is also possible to form the metal layer 13 by spraying two or more selected from tungsten, molybdenum, tantalum and titanium on the first electron-emitting material layer 11.
이때, 금속층(13)에 레늄을 추가적으로 포함하되, 바람직하게는 금속층(13)의 3∼5 중량%로 포함할 수 있다. 물론, 금속층(13)에 이트륨을 추가적으로 포함하되, 바람직하게는 금속층(13)의 3∼5 중량%로 포함할 수 있다. 또한, 금속층(13)에 레늄과 이트륨의 혼합물을 추가적으로 포함하되, 바람직하게는 금속층(13)의 3∼5 중량%로 포함할 수 있다. 이는 수명시간에 따른 캐소드최대전류의 감소를 억제하기 위함이다.In this case, rhenium may be additionally included in the metal layer 13, preferably, 3 to 5 wt% of the metal layer 13. Of course, the yttrium may be additionally included in the metal layer 13, and preferably 3 to 5 wt% of the metal layer 13. In addition, the metal layer 13 may further include a mixture of rhenium and yttrium, preferably 3 to 5% by weight of the metal layer 13. This is to suppress the reduction of the cathode maximum current with the life time.
또한, 상기 금속층(13)은 제 1,2 전자방출물질층(11),(15) 및 금속층(13)을 포함하여 이루어진 전체 전자방출층(10)의 8∼15 중량%의 양으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속층(13)은 4∼12μm의 두께, 바람직하게는 3∼5μm의 두께로 형성된다.In addition, the metal layer 13 may be formed in an amount of 8 to 15% by weight of the total electron emission layer 10 including the first and second electron emission material layers 11 and 15 and the metal layer 13. It is preferable. In addition, the metal layer 13 is formed to a thickness of 4 to 12μm, preferably 3 to 5μm.
한편, 금속층(13)은 설명의 편의상 이해를 돕기 위하여 도 3에서 3∼5μm의 두께를 갖는 1층으로 구성된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 여러번의 스프레이공정을 반복함으로써 3∼5μm의 두께보다 훨씬 얇은 두께를 갖는, 다수층으로 구성함은 자명한 사실이다. 이때, 상기 다수층의 각각이 스프레이법으로 형성되고 나면 열처리가 필요한데 이는 이들 사이의 계면 특성을 활용하여 캐소드의 특성 향상을 이루기 위함이다.On the other hand, the metal layer 13 is shown as being composed of one layer having a thickness of 3 to 5μm in Figure 3 for convenience of explanation for convenience, but in practice it is much thinner than the thickness of 3 to 5μm by repeating several spray processes It is obvious that it is composed of a plurality of layers having a thickness. In this case, after each of the plurality of layers are formed by the spray method, heat treatment is required, in order to achieve characteristics of the cathode by utilizing interfacial properties therebetween.
마지막으로, 상기 금속층(13) 상에 상기 제 1 전자방출물질층(11)과 동일한 재질로 이루어진 제 2 전자방출물질층(15)을 스프레이법으로 형성함으로써 본 발명의 전자관 캐소드를 완성한다. 여기서, 상기 전자방출층(11),(15)과 상기 금속층(13)을 포함하여 이루어진 전체 전자방출층(10)의 두께가 바람직하게는60∼100μm이고, 더욱 바람직하게는 약 70μm이다.Finally, by forming a second electron emitting material layer 15 made of the same material as the first electron emitting material layer 11 on the metal layer 13 by the spray method, the electron tube cathode of the present invention is completed. Herein, the thickness of the entire electron emission layer 10 including the electron emission layers 11 and 15 and the metal layer 13 is preferably 60 to 100 µm, more preferably about 70 µm.
한편, 전자방출물질층(11),(15)과 금속층(13)의 형성은 스프레이법 대신에 인쇄법, 전착법 및 금속염 용액법 등의 물리, 화학, 기계적인 방법에 의해 실현될 수 있다.On the other hand, the formation of the electron emission material layers 11, 15 and the metal layer 13 can be realized by physical, chemical, or mechanical methods such as printing, electrodeposition, and metal salt solution instead of the spray method.
이와 같은 방법으로 완성된 본 발명의 전자관 캐소드에 대하여 6000시간의 동작시간동안에 전자방출전류의 감소량을 측정하고 그 결과를 도 5에 나타내었다. 금속층(13)의 샘플들은 각각 3μm ≤t ≤ 5μm, 1μm ≤t ≤ 3μm, 5μm ≤ t ≤15μm의 두께를 갖는다. t는 금속층(13)의 두께이다. 측정조건은 필라멘트전압(Ef)이 6.3V이고, 캐소드전류(Ik)가 150μA이고, 애노드 상의 직류전압(Eb)이 25KV이다.With respect to the electron tube cathode of the present invention completed in this manner, the amount of decrease in electron emission current was measured during an operation time of 6000 hours, and the results are shown in FIG. 5. Samples of the metal layer 13 each have a thickness of 3 μm ≦ t ≦ 5 μm, 1 μm ≦ t ≦ 3 μm, 5 μm ≦ t ≦ 15 μm. t is the thickness of the metal layer 13. The measurement conditions were filament voltage Ef of 6.3V, cathode current Ik of 150µA, and direct current voltage Eb on the anode of 25KV.
도 5에 도시된 바와 같이, 금속층(13)의 두께가 3μm ≤t ≤ 5μm인 샘플에서 동작시간에 따른 방출전류 감소가 가장 적고, 금속층(13)의 두께가 5μm ≤ t ≤15μm인 샘플에서 동작시간에 따른 방출전류 감소가 가장 많으며 금속층(13)의 두께가 1μm ≤t ≤3μm인 샘플에서 동작시간에 따른 방출전류 감소가 중간 정도이다. 따라서, 금속층(13)이 3∼5μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 5, in the sample having the thickness of the metal layer 13 having a thickness of 3 μm ≦ t ≦ 5 μm, the emission current decreases with the operating time the least, and the metal layer 13 operates in the sample having the thickness of 5 μm ≤ t ≤ 15 μm. The emission current decreases most with time, and the emission current decreases with operation time in a sample having a thickness of 1 μm ≦ t ≦ 3 μm. Therefore, it is preferable that the metal layer 13 has a thickness of 3-5 micrometers.
또한, 본 발명의 전자관 캐소드에 대하여 25000시간의 수명시간동안에 최대캐소드전류의 감소량을 3A/cm2의 전류밀도에서 측정하고 그 결과를 도 2의 종래 예와 비교하여 도 6에 나타내었다. 여기서, 종래 예는 산화물 캐소드이다.In addition, the reduction of the maximum cathode current was measured at a current density of 3 A / cm 2 for the life time of 25000 hours for the electron tube cathode of the present invention, and the results are shown in FIG. 6 in comparison with the conventional example of FIG. Here, the conventional example is an oxide cathode.
도 6에 도시된 바와 같이, 금속층(13)에 추가적으로 포함된 레늄, 이트륨 그리고 레늄과 이트륨의 혼합물 중 어느 하나가 상기 금속층(13)의 3∼5 중량%인 경우에 종래 예보다 최대 캐소드전류의 감소가 적고, 금속층(13)의 3 중량% 미만인 경우에 종래 예보다 최대 캐소드전류의 감소가 많아지고, 금속층(13)의 5 중량% 초과인 경우에 종래 예보다 최대 캐소드전류의 감소가 더욱 많아진다. 따라서, 금속층(13)에 포함된 레늄, 이트륨 그리고 레늄과 이트륨의 혼합물 중 어느 하나가 금속층(13)의 3∼5 중량%인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 6, when any one of rhenium, yttrium and a mixture of rhenium and yttrium additionally included in the metal layer 13 is 3 to 5 wt% of the metal layer 13, the maximum cathode current is higher than that of the conventional example. The decrease is small and the maximum cathode current decreases more than the conventional example in the case of less than 3 wt% of the metal layer 13, and the maximum cathode current decreases more than the conventional example in the case of more than 5 wt% of the metal layer 13. Lose. Therefore, it is preferable that any one of rhenium, yttrium and a mixture of rhenium and yttrium included in the metal layer 13 is 3 to 5% by weight of the metal layer 13.
한편, 캐소드의 전자방출능력은 산화물의 과잉바륨의 존재량에 의존한다. 일 예로, 본 발명에서 베이스금속 내부에 존재하는 마그네슘, 실리콘의 환원작용으로 생성된 유리바륨 외에 전자방출층 내부에 첨가된 레늄과 이트륨 중 적어도 어느 하나를 3∼5 중량% 포함한 텅스텐은 하기식과 같이 반응한다.On the other hand, the electron-emitting ability of the cathode depends on the amount of excess barium in the oxide. For example, in the present invention, tungsten containing 3 to 5 wt% of at least one of rhenium and yttrium added in the electron emission layer in addition to the glass barium generated by the reduction of magnesium and silicon present in the base metal is represented by the following formula: Respond.
2BaO + 1/3W = Ba + 1/3Ba3WO4 2BaO + 1/3 W = Ba + 1/3 Ba 3 WO 4
2BaO + 1/3Re = Ba + 1/3Ba3ReO4 2BaO + 1/3 Re = Ba + 1/3 Ba 3 ReO 4
1/2Ba22SiO4+ 4/3Y = Ba + 1/2Si + 2/3Y2O3 1 / 2Ba 2 2SiO 4 + 4 / 3Y = Ba + 1 / 2Si + 2 / 3Y 2 O 3
상기 식에서 보듯이 텅스텐 분말층은 비록 환원력이 마그네슘이나 실리콘에 비하여 약하지만 계속적인 환원반응을 통해 기존의 캐소드 이상의 유리바륨을 생성한다. 또한, 이트륨은 상기와 같이 중간생성물을 분해하는 작용을 함으로써 유리바륨의 생성에 기여를 한다.As shown in the above equation, although the tungsten powder layer is weaker than magnesium or silicon, the tungsten powder layer generates free barium more than the existing cathode through continuous reduction reaction. In addition, yttrium contributes to the generation of free barium by decomposing the intermediate as described above.
본 발명에서 환원성 금속층을 전자방출물질층 내부에 삽입하는 것은 기존의 베이스 상부에 환원성 금속층을 형성함으로써 발생되던 환원성 금속(마그네슘, 실리콘)의 확산억제 영향을 미치지 않게 하기 위함이다.Inserting the reducing metal layer into the electron-emitting material layer in the present invention is to prevent the effect of suppressing the diffusion of the reducing metal (magnesium, silicon) generated by forming the reducing metal layer on the existing base.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 전자관 캐소드의 다른 구조를 나타낸 단면도이다. 도 3의 부분과 동일 구성 및 동일 작용의 부분에는 동일 부호를 부여한다.4 is a cross-sectional view showing another structure of the electron tube cathode according to another embodiment of the present invention. The same code | symbol is attached | subjected to the part of the same structure and the same effect | action as the part of FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, 캐소드 슬리이브(1)의 상측 개구에 캡형상의 베이스(5)가 설치되고, 상기 베이스(5) 상에 제 1 전자방출물질층(21)이 형성되고, 상기 제 1 전자방출물질층(21) 상에 제 1 금속층(23)이 예를 들어 스프레이법에 의해 형성되고, 상기 제 1 금속층(23) 상에 제 2 전자방출물질층(25)이 형성되고, 상기 제 2 전자방출물질층(25) 상에 제 2 금속층(27)이 예를 들어 스프레이법에 의해 형성되고, 상기 제 2 금속층(27) 상에 제 3 전자방출물질층(29)이 형성된다. 상기 캐소드 슬리이브(1) 내에는 니크롬 재질의 히터(3)가 배치된다.As shown in FIG. 4, a cap-shaped base 5 is installed in an upper opening of the cathode sleeve 1, and a first electron-emitting material layer 21 is formed on the base 5. The first metal layer 23 is formed by, for example, a spray method on the first electron emission material layer 21, and the second electron emission material layer 25 is formed on the first metal layer 23. A second metal layer 27 is formed on the second electron emission material layer 25 by, for example, a spray method, and a third electron emission material layer 29 is formed on the second metal layer 27. A nichrome heater 3 is disposed in the cathode sleeve 1.
여기서, 전체 전자방출층(20)은 제 1 전자방출물질층(21), 제 1 금속층(23), 제 2 전자방출물질층(25), 제 2 금속층(27) 및 제 3 전자방출물질층(29)으로 구성된다. 전체 금속층은 제 1 금속층(23)과 제 2 금속층(27)으로 구성된다.Here, the entire electron emission layer 20 may include the first electron emission material layer 21, the first metal layer 23, the second electron emission material layer 25, the second metal layer 27, and the third electron emission material layer. It consists of 29. The entire metal layer is composed of the first metal layer 23 and the second metal layer 27.
또한, 상기 제 1, 2, 3 전자방출물질층(21),(25),(29)은 적어도 바륨을 포함하며 그 밖에 스트론튬 또는 칼슘을 포함하는 알카리 토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 산화스칸듐, 산화이트륨 등의 희토류 금속산화물을 포함한다.In addition, the first, second, and third electron-emitting material layers 21, 25, and 29 may contain at least barium and, in addition, alkaline earth metal oxides including strontium or calcium, and include scandium oxide, Rare earth metal oxides such as yttrium oxide.
또한, 상기 제 1, 2 금속층들(23),(27)이 동일 재질로 이루어지며 동일 두께로 이루어진다. 물론, 제 1, 2 금속층들(23),(27)이 동일 재질로 이루어지되 상이한 두께로 이루어지는 것도 가능하다. 상기 제 1, 2 금속층(23),(27)은 3B족, 4B족, 5B족, 6B족 그리고 7B족 금속 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지거나, 3B족,4B족, 5B족, 6B족 그리고 7B족 금속 중에서 선택된 2개 또는 그 이상으로 이루어질 수도 있다.In addition, the first and second metal layers 23 and 27 are made of the same material and have the same thickness. Of course, the first and second metal layers 23 and 27 may be made of the same material but have different thicknesses. The first and second metal layers 23 and 27 may be any one selected from Group 3B, Group 4B, Group 5B, Group 6B, and Group 7B, or Groups 3B, 4B, 5B, 6B, and 7B. It may consist of two or more selected from metals.
바람직하게는, 제 1, 2 금속층(23),(27)은 환원성 금속인 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 어느 하나, 예를 들어 텅스텐으로 이루어진다. 물론, 제 1, 2 금속층(23),(27)이 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 2개 또는 그 이상으로 이루어지는 것도 가능하다.Preferably, the first and second metal layers 23, 27 are made of any one selected from tungsten, molybdenum, tantalum and titanium, for example, tungsten, which is a reducing metal. Of course, it is also possible for the first and second metal layers 23 and 27 to consist of two or more selected from tungsten, molybdenum, tantalum and titanium.
또한, 제 1 금속층(23)에 레늄, 이트륨 및 레늄과 이트륨의 혼합물 중 어느 하나가 추가적으로 포함되고, 제 2 금속층(27)에도 레늄, 이트륨 그리고 레늄과 이트륨의 혼합물 중 어느 하나가 추가적으로 포함된다. 이때, 제 1, 2 금속층(23),(27)으로 이루어진 전체 금속층에 포함된 총양은 상기 전체 금속층의 3∼5 중량% 인 것이 바람직하다.In addition, any one of rhenium, yttrium, and a mixture of rhenium and yttrium is additionally included in the first metal layer 23, and any one of rhenium, yttrium, and a mixture of rhenium and yttrium is additionally included in the second metal layer 27. At this time, the total amount contained in the entire metal layer composed of the first and second metal layers 23 and 27 is preferably 3 to 5% by weight of the total metal layer.
또한, 상기 전체 금속층은 상기 전체 전자방출층(20)의 8∼15 중량%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전체 금속층의 총 두께는 4∼12μm, 바람직하게는 동작시간에 따른 방출전류의 감소를 억제하기 위해 3∼5μm로 결정된다. 상기 금속층(23),(27)은 스프레이법에 의해 형성될 수 있고 그 외의 통상적인 방법에 의해 형성될 수도 있다.In addition, the total metal layer is preferably 8 to 15% by weight of the total electron emission layer 20. In addition, the total thickness of the entire metal layer is determined to be 4 to 12 µm, preferably 3 to 5 µm, in order to suppress a decrease in emission current according to the operation time. The metal layers 23 and 27 may be formed by a spray method or may be formed by other conventional methods.
한편, 금속층(23),(27)의 각각이 설명의 편의상 이해를 돕기 위하여 도 4에서 1층으로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 금속층(23)이 자신의 두께보다 훨씬 얇은 두께를 갖는 2층 이상의 다수층으로 구성되고 금속층(27)이 자신의 두께보다 훨씬 얇은 두께를 갖는 2층 이상의 다수층으로 구성될 수 있음은 자명한 사실이다.Meanwhile, although each of the metal layers 23 and 27 is illustrated as being composed of one layer in FIG. 4 for convenience of explanation, a plurality of two or more layers having a thickness much thinner than their own thickness are shown. It is obvious that the metal layer 27 may be composed of two or more layers having a thickness much thinner than its own thickness.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 의한 전자관 캐소드는 본 발명의 실시예에 의한 전자관 캐소드와 유사하므로 설명의 편의상 설명의 중복을 피하기 위해 이에 대한 상세한 기술을 생략하기로 한다.Since the electron tube cathode according to another embodiment of the present invention configured as described above is similar to the electron tube cathode according to the embodiment of the present invention, a detailed description thereof will be omitted for the convenience of description.
또한, 설명의 편의상 이해를 돕기 위해 2층의 금속층들(23),(27)과 3층의 전자방출물질층(21),(25),(29)으로 이루어진 전자관 캐소드를 도시하고 있으나 실제로는 이보다 훨씬 많은 층수의 금속층들과 전자방출물질층으로 이루어진 전자관 캐소드의 구조도 가능함은 자명한 사실이다.In addition, for convenience of description, an electron tube cathode including two layers of metal layers 23 and 27 and three layers of electron emission material layers 21, 25 and 29 is illustrated. It is obvious that the structure of an electron tube cathode composed of a much larger number of metal layers and an electron emission material layer is also possible.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전자관 캐소드는 베이스 상에 적어도 바륨이 포함된 알카리 토류 금속산화물을 함유하는 전자방출물질층이 형성되고, 상기 전자방출물질층 사이에 적어도 1층 이상의 환원성 금속층이 형성되는 구조로 이루어진다. 상기 금속층이 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨 그리고 티타늄 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진다. 상기 금속층은 레늄과 이트륨 중 적어도 하나를 추가적으로 포함하고, 그 양은 금속층의 3∼5 중량%이다. 상기 금속층은 상기 금속층과 전자방출물질층을 포함한 전체 전자방출층의 8∼15 중량%의 양으로 형성된다. 상기 금속층은 3∼5μm의 두께로 스프레이법에 의해 형성된다. 또한, 상기 금속층은 여러번의 스프레이공정을 반복함으로써 자신의 두께보다 훨씬 얇은 두께를 갖는, 다수층으로 구성된다. 이때, 상기 다수층의 각각이 스프레이법으로 형성되고 나면 열처리가 필요한데 이는 이들 사이의 계면 특성을 활용하여 캐소드의 특성 향상을 이루기 위함이다.As described in detail above, the electron tube cathode according to the present invention is formed with an electron-emitting material layer containing an alkali earth metal oxide containing at least barium on the base, at least one or more reducing metal layers between the electron-emitting material layer It is made of a structure that is formed. The metal layer is made of at least one selected from tungsten, molybdenum, tantalum and titanium. The metal layer further comprises at least one of rhenium and yttrium, the amount of which is 3 to 5% by weight of the metal layer. The metal layer is formed in an amount of 8 to 15% by weight of the total electron emission layer including the metal layer and the electron emission material layer. The metal layer is formed by a spray method with a thickness of 3 to 5 탆. In addition, the metal layer is composed of a plurality of layers having a thickness much thinner than its own thickness by repeating several spray processes. In this case, after each of the plurality of layers are formed by the spray method, heat treatment is required, in order to achieve characteristics of the cathode by utilizing interfacial properties therebetween.
따라서, 본 발명은 유리 바륨의 양을 증대하여 전자방출특성과 수명특성을 향상시킨다. 또한, 환원제를 첨가함으로써 금속층의 복사열이 증가하고 캐소드의 온도가 상승하므로 낮은 동작온도에서 동작가능하고 나아가 고전류밀도에서도 수명특성이 향상되고, 전력소비가 감소하고 열적특성이 향상된다. 그 결과, 본 발명의 캐소드를 사용함으로써 종래의 캐소드로는 어려웠던 고휘도 및 고선명 전자관이 실현 가능하다.Therefore, the present invention increases the amount of free barium to improve electron emission characteristics and lifetime characteristics. In addition, the addition of the reducing agent increases the radiant heat of the metal layer and increases the temperature of the cathode, so that it is operable at a low operating temperature, and furthermore, the life characteristics are improved at high current densities, power consumption is reduced, and thermal characteristics are improved. As a result, by using the cathode of the present invention, it is possible to realize high brightness and high-definition electron tubes, which have been difficult with conventional cathodes.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에만 한정하지 않으며 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.Meanwhile, the present invention is not limited to the contents described in the drawings and detailed description, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. It is self-evident for those who have.
Claims (14)
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| US09/704,938 US6495949B1 (en) | 1999-11-03 | 2000-11-02 | Electron tube cathode |
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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- 2000-10-28 KR KR10-2000-0063756A patent/KR100381212B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR20010051317A (en) | 2001-06-25 |
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