KR100393047B1 - Metal cathode and indirectly heated cathode assembly having the same - Google Patents

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한승권
문성환
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Abstract

본 발명은 금속 음극 및 이를 구비한 방열형 음극구조체에 관한 것으로서, 바륨 0.1 내지 20중량% 및 나머지량의 백금으로 이루어진 금속 음극의 에미터 표면에 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd 및 Sm으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 희토류 금속으로 이루어진 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 전자빔 장치용 열전자 방출 금속 음극 및 이를 구비한 방열형 음극구조체를 제공한다.The present invention relates to a metal negative electrode and a heat dissipating negative electrode structure having the same, comprising Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd and Sm on the emitter surface of the metal negative electrode made of barium 0.1 to 20% by weight and the remaining amount of platinum. Provided is a hot electron emission metal cathode for an electron beam device, and a heat dissipating cathode structure having the same, wherein a coating layer is formed of at least one rare earth metal selected from the group consisting of:

본 발명에 따른 금속 음극은 일함수를 낮추어 동작온도를 낮출 수 있고, 전자방출능력을 증가시킬 수 있으며, 고전류밀도에서 장시간 사용할 수 있으므로 대형화, 장수명화, 고정세화, 고휘도화의 추세에 부응하여 텔레비젼 브라운관, 촬상관 등의 전자빔 장치의 음극 물질로 유용하게 사용될 수 있다.The metal cathode according to the present invention can lower the operating function to lower the operating temperature, increase the electron emission ability, and can be used for a long time at high current density, so in response to the trend of large size, long life, high resolution, high brightness It can be usefully used as a cathode material of an electron beam device such as a CRT, an imaging tube, and the like.

Description

금속 음극 및 이를 구비한 방열형 음극구조체{Metal cathode and indirectly heated cathode assembly having the same}Metal cathode and heat dissipating cathode structure having same {Metal cathode and indirectly heated cathode assembly having the same}

본 발명은 전자빔 장치의 금속 음극 및 이를 구비한 방열형 음극구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형화, 장수명화, 고정세화, 고휘도화의 추세에 부응하여 텔레비젼 브라운관, 촬상관 등의 전자빔 장치에 이용될 수 있는, 동작온도가 낮고 전자방출능력이 우수하며, 고전류밀도에서 장시간 사용할 수 있는 열전자 방출 금속 음극 및 이를 구비한 방열형 음극구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a metal cathode of an electron beam device and a heat dissipating cathode structure having the same, and more particularly, can be used in an electron beam device such as a television CRT, an imaging tube, etc. in response to the trend of large size, long life, high definition, and high brightness. The present invention relates to a thermoelectron emitting metal cathode having a low operating temperature, excellent electron emission capability, and a long life at high current density, and a heat dissipating cathode structure having the same.

종래 전자관용 열전자 방출 음극에는 니켈(Ni)을 주성분으로 하고 규소(Si), 마그네슘(Mg) 등을 환원제로서 미량 함유시킨 금속 기재(base metal) 위에 바륨을 주성분으로 하는 알카리토류 금속 탄산염층, 바람직하게는 (Ba, Sr, Ca)CO3로 구성된 삼원 탄산염, 또는 (Ba, Sr)CO3로 구성된 이원 탄산염으로부터 전환된 산화물로 된 전자방출물질층을 구비한 소위 "산화물 음극"이 널리 사용되었다. 이러한 산화물 음극은 일함수(work function)가 낮아서 비교적 낮은 온도(700-800℃)에서 사용할 수 있다는 장점이 있는 반면, 전자방출능력에 한계가 있어 1A/㎠ 이상의 전류밀도를 방출하기 어려울 뿐만 아니라, 재료가 반도체이고 전기 저항이 크기 때문에 전자방출 밀도를 높이면 주울(Joule)열에 의한 자기가열로 인해 재료가 증발되거나 용융되어 음극이 열화되거나, 장기간 사용에 의해 금속기재와 산화물층 사이에 중간 저항층이 형성되어 수명이 단축되는 단점이 있다.A conventional alkali metal carbonate layer having barium as a main component on a base metal containing nickel (Ni) as a main component and a trace amount of silicon (Si), magnesium (Mg) as a reducing agent in a conventional electron tube cathode, preferably Preferably, the so-called "oxide cathode" having an electron emitting material layer of oxide converted from a ternary carbonate composed of (Ba, Sr, Ca) CO 3 , or a binary carbonate composed of (Ba, Sr) CO 3 is widely used. . These oxide cathodes have the advantage of being able to be used at relatively low temperatures (700-800 ° C.) due to their low work function, but have a limit in electron emission capability, which makes it difficult to emit a current density of 1 A / cm 2 or more. Because the material is a semiconductor and the electrical resistance is high, if the electron emission density is increased, the material is evaporated or melted due to the self heating by Joule heat, thereby deteriorating the cathode, or the intermediate resistance layer is formed between the metal substrate and the oxide layer by long-term use. There is a disadvantage that the life is shortened.

또한, 산화물 음극은 깨지기 쉽고 장착되는 금속기재에 대한 접착력이 낮으므로 이러한 타입의 음극을 구비한 음극선 장치의 수명은 짧아지게 된다. 예를 들어, 칼라 수상관의 3개 산화물 음극중 하나만 손상되어도 비싼 전체 장치가 고장나게 된다.In addition, since the oxide cathode is fragile and has low adhesion to the metal substrate to be mounted, the lifetime of the cathode ray device having this type of cathode is shortened. For example, damage to only one of the three oxide cathodes of a color receiver will cause the entire expensive device to fail.

이러한 이유 때문에 전술한 산화물 음극의 단점이 없는 고성능 금속 음극을 음극선 장치에 적용하려는 시도가 활기를 띄게 되었고, 또한 최근 브라운관의 대형화, 장수명화, 고정세화, 고휘도화의 추세에 부응하기 위해서는 고전류밀도에서 장시간 사용가능한 음극이 요구된다.For this reason, attempts to apply high-performance metal cathodes without the disadvantages of the above-described oxide cathodes to the cathode ray device have been encouraging. Also, in order to meet the recent trends of the enlargement, long life, high resolution, and high brightness of the CRT, There is a need for a cathode that can be used for a long time.

예를 들어, 란타늄 헥사보라이드(LaB6)에 기초한 금속 음극은 이러한 요구에 의해 개발된 것으로서 산화물 음극에 비하여 강도가 크고 더 높은 전자방출능력을 갖는 것으로 알려져 있는데, 헥사보라이드의 단결정 음극은 10A/㎠ 정도의 높은 전류밀도를 방출할 수 있다. 그러나, 란타늄 헥사보라이드 음극은 수명이 짧기 때문에 음극 유니트의 대체가 가능한 일부 진공전자장치에만 사용되어 왔다. 란타늄 헥사보라이드 음극의 수명이 짧은 이유는 히이터의 구성물질과의 높은 반응성에 기인한 것으로서, 란타늄 헥사보라이드가 히이터의 구성물질, 예를 들어 텅스텐과 접촉하여 많은 깨지기 쉬운 화합물을 형성하기 때문이다.For example, a metal cathode based on lanthanum hexaboride (LaB 6 ) was developed to meet this demand and is known to have a higher strength and higher electron emission capability than an oxide cathode. A high current density of about / cm 2 can be emitted. However, lanthanum hexaboride cathodes have been used only in some vacuum electronics, which can replace the cathode units because of their short lifetime. The short lifetime of the lanthanum hexaboride cathode is due to its high reactivity with the constituents of the heater, since lanthanum hexaboride forms many fragile compounds in contact with the constituents of the heater, eg tungsten. .

미국 특허 제4137476호에는 이러한 반응 가능성을 제거하기 위하여 란타늄 헥사보라이드와 히이터의 바디(body) 사이에 다른 배리어(barrier)층을 형성시킨 음극이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에 의하면 음극 생산비용이 상당히 증가하며 음극의 수명을 크게 개선하기도 어렵다. 나아가 2차 전자 방출을 이용한 음극, 함침형 음극 등이 연구 및 개발되고 있으나, 수명이 짧거나 단가가 비싼 문제 등이 있다.US Pat. No. 4,137,476 discloses a cathode in which another barrier layer is formed between lanthanum hexaboride and the body of the heater to eliminate this possibility of reaction. However, this method significantly increases the cost of producing the negative electrode and makes it difficult to significantly improve the lifetime of the negative electrode. Furthermore, although the negative electrode and the impregnated negative electrode using secondary electron emission have been researched and developed, there are problems such as short lifespan and high cost.

또한 종래의 금속 음극은 동작 온도가 높아 동작중에 여러 가지 문제를 일으킬 수 있는데, 음극의 동작에 필요한 고온으로 인해 히터-캐소드간 누설 전류가 생기거나, 히터가 단선될 수도 있다. 예컨대, 러시아특허 USSR 1975520에는 백금족원소와 알칼리토금속으로 이루어진 금속합금의 동작온도를 감소시키고, 2차전자 방출계수를 증가시키기 위하여 알칼리 금속을 첨가하는 방법이 개시되어 있으나, 동작온도가 1200℃ 이상의 고온이어서 상기 언급한 바와 같이 브라운관에 적용시 히터 단선, 누설전류의 발생 등의 문제가 있다.In addition, the conventional metal cathode may cause various problems during operation due to high operating temperature, the high temperature required for the operation of the cathode may cause a leakage current between the heater and the cathode, or the heater may be disconnected. For example, the Russian patent USSR 1975520 discloses a method of adding an alkali metal to reduce the operating temperature of a metal alloy composed of platinum group element and alkaline earth metal and to increase the secondary electron emission coefficient, but the operating temperature is higher than 1200 ℃. Subsequently, there is a problem such as heater disconnection and leakage current when applied to CRT as mentioned above.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 텔레비전 브라운관, 촬상관 등의 전자빔 장치에 이용될 수 있는, 동작온도가 낮고 전자방출능력이 우수하며, 고전류밀도에서 장시간 사용할 수 있는 열전자 방출 금속 음극을 제공하는데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems, low operating temperature, excellent electron emission capability, which can be used in electron beam apparatuses such as television CRT, image pickup tube, high-temperature density electron emission that can be used for a long time To provide a metal cathode.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 금속 음극을 구비한 방열형 음극구조체를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a heat radiation type negative electrode structure having the metal cathode.

도 1a는 종래 금속 음극에서 Pt5Ba가 용해된 상태를 나타내는 사진이고,1A is a photograph showing a state in which Pt 5 Ba is dissolved in a conventional metal anode;

도 1b는 종래 금속 음극의 에미터 표면에서 Ba의 확산을 나타내는 사진이며,Figure 1b is a photograph showing the diffusion of Ba on the emitter surface of the conventional metal cathode,

도 1c는 종래 금속 음극의 에미터 표면에 Ba 단원자층이 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.1C is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which a Ba monoatomic layer is formed on an emitter surface of a conventional metal cathode.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합금의 전자 방출 능력을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the electron emission capability of the alloy according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 금속 음극을 구비한 방열형 음극구조체의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a heat radiation type negative electrode structure having a metal cathode according to the present invention.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 바륨 0.1 내지 20중량% 및 나머지량의 백금으로 이루어진 금속 음극의 에미터 표면에 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd 및 Sm으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 희토류 금속으로 이루어진 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 전자빔 장치용 열전자 방출 금속 음극을 제공한다.The present invention to achieve the above technical problem is any one or more selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd and Sm on the emitter surface of the metal cathode consisting of 0.1 to 20% by weight of barium and the remaining amount of platinum Provided is a hot electron emitting metal cathode for an electron beam device, characterized in that a coating layer made of rare earth metal is formed.

본 발명에 따른 금속 음극에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 500Å 내지 30000Å인 것이 바람직하다.In the metal cathode according to the present invention, the coating layer preferably has a thickness of 500 kPa to 30000 kPa.

상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 상기 금속 음극을 구비하는 것을 특징으로 하는 방열형 음극 구조체를 제공한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention provides a heat radiation type negative electrode structure comprising the metal negative electrode.

이하 본 발명에 따른 금속 음극 및 그 제조방법을 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a metal negative electrode and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 백금족-알칼리토류 금속으로 이루어진 2원합금계 금속 음극의 일함수를 낮추고 이에 따라 금속 음극 에미터의 전류밀도를 높이고 동작온도를 감소시키기 위하여, 상기 2원합금 금속 음극의 에미터 표면에 희토류 금속으로 이루어진 코팅층을 제공하는데 특징이 있다.The present invention is directed to the emitter surface of the binary alloy metal cathode in order to lower the work function of the binary alloy metal anode made of platinum group-alkaline earth metal, thereby increasing the current density of the metal anode emitter and reducing the operating temperature. It is characteristic to provide a coating layer made of rare earth metals.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 Pt-Ba 합금계의 전자방출 메카니즘에 있어서 각 단계에서의 상태를 간략하게 나타낸 도면이다.1A, 1B, and 1C are views schematically showing states at each step in the electron emission mechanism of the Pt-Ba alloy system.

순수하게 Pt만으로 이루어진 금속의 경우 일함수가 5.3eV로 매우 높으나, 여기에 Ba가 첨가되면 일함수가 2.2eV로 감소하여 열음극으로 사용이 가능하다. 이렇게 Ba의 첨가에 의해 일함수가 감소되는 것은 음극 동작중에 Pt-Ba 합금의 표면에 Ba 단원자층(monoatomic layer)이 형성되어 표면 일함수를 감소시키기 때문인 것으로 알려져 있다.In the case of pure Pt metal, the work function is very high as 5.3eV, but when Ba is added thereto, the work function is reduced to 2.2eV, which can be used as a hot cathode. It is known that the work function is reduced by the addition of Ba because a monoatomic layer of Ba is formed on the surface of the Pt-Ba alloy during cathode operation to reduce the surface work function.

이에 따라 Pt-Ba 합금계의 전자방출 메카니즘을 다음과 같이 3단계로 나누어 볼 수 있다.Accordingly, the electron emission mechanism of the Pt-Ba alloy can be divided into three stages as follows.

제1단계는 도 1a에 도시된 바와 같이, 합금 내부에 있는 Pt5Ba가 분해되는 과정이다. Ba의 함량이 16.66중량% 이하인 Pt-Ba 합금계에서 Ba는 Pt5Ba 금속간화합물(intermetallic compound) 형태로 존재하며, 이것이 음극 동작중에 분해되어 Ba원자를 제공하게 된다.The first step is to decompose Pt 5 Ba inside the alloy, as shown in FIG. In the Pt-Ba alloy system having a Ba content of 16.66 wt% or less, Ba is present in the form of a Pt 5 Ba intermetallic compound, which decomposes during cathode operation to provide Ba atoms.

제2단계는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 분해된 Ba 원자가 에미터(emitter) 표면으로 확산되는 단계이다. 이러한 확산이 지속적으로 빨리 이루어져야 음극의 특성 및 수명이 향상된다.In the second step, as shown in FIG. 1B, the decomposed Ba atoms are diffused onto the emitter surface. This diffusion must be continued quickly to improve the characteristics and life of the cathode.

제3단계는 도 1c에 도시된 바와 같이, 에미터 표면에 최적의 Ba 단원자층이 형성되는 단계이다.In the third step, as shown in FIG. 1C, an optimal Ba monoatomic layer is formed on the emitter surface.

상기 3가지 단계를 거치게 되면 에미터 표면의 일함수가 감소되어 비교적 저온에서도 전자방출이 가능해진다.Through these three steps, the work function of the emitter surface is reduced, and electron emission is possible even at a relatively low temperature.

그러나 상기 언급한 바와 같이, Pt-Ba만으로 구성된 2원계 합금으로 제조된 열전자 방출 음극은 종래의 산화물 음극에 비하여 전자방출특성이 우수하나, 금속 음극의 동작온도가 1200℃ 정도의 고온이므로 히터 단선 및 누설전류 발생 등의 문제가 발생하고, 에미터의 결정성장이 과도하게 일어나 수명특성에 한계를 보이게 된다.However, as mentioned above, the hot electron emission cathode made of a binary alloy composed only of Pt-Ba has excellent electron emission characteristics compared to the conventional oxide cathode, but the heater is disconnected because the operating temperature of the metal cathode is about 1200 ° C. Problems such as the occurrence of leakage currents occur, and the crystal growth of the emitter is excessive, resulting in a limitation in the life characteristics.

이에 본 발명자들은 상기 전자방출 메카니즘을 토대로 일함수를 감소시키는 방법을 연구하였는 바, 백금족-알칼리토류 금속으로 이루어진 2원합금계 금속 음극의 에미터 표면에 희토류 금속으로 이루어진 코팅층을 형성함으로써 금속 음극의 일함수를 감소시킬 수 있었고, 결과적으로 동작온도가 낮고 전자방출능력이 우수하며, 고전류밀도에서 장시간 사용할 수 있는 열전자 방출 금속 음극을 제조할 수 있었다.Therefore, the present inventors have studied a method of reducing the work function based on the electron emission mechanism, and by forming a coating layer made of rare earth metal on the emitter surface of the binary alloy-based metal anode made of platinum group-alkaline earth metal, The work function could be reduced, and as a result, a low-temperature operating temperature, excellent electron emission capability, and a long-term use at high current density could be manufactured.

본 발명의 금속 음극은 바륨 0.1 내지 20중량%를 포함한다. 바륨 금속의 함량이 0.1중량% 미만이면 활성성분인 바륨 금속의 결핍으로 인해 음극의 수명이 단축되며, 20중량%를 초과하면 잉고트(ingot)의 취성이 매우 증가하여 에미터 형태로 제조하는 것이 어려워질 뿐만 아니라, 전자방출특성이 낮은 Pt2Ba와 같은 화합물을 음극표면에 형성하는 문제점이 있다.The metal anode of the present invention contains 0.1 to 20% by weight of barium. If the content of the barium metal is less than 0.1% by weight, the lifetime of the negative electrode is shortened due to the lack of the active barium metal. If the content of the barium metal exceeds 20% by weight, the brittleness of the ingot is greatly increased, making it difficult to manufacture an emitter. In addition to the quality, there is a problem in that a compound such as Pt 2 Ba having low electron emission characteristics is formed on the surface of the cathode.

상기 바륨에 나머지량의 백금 및 팔라듐 중 어느 하나 이상의 금속을 첨가함으로써 2원합금으로 이루어진 금속 음극을 제조할 수 있다.By adding a metal of any one or more of the remaining amount of platinum and palladium to the barium can be prepared a metal anode consisting of a binary alloy.

이어서, 상기 2원합금으로 이루어진 금속 음극의 에미터 표면에 희토류 금속으로 이루어진 코팅층을 형성함으로써 본 발명에 따른 금속 음극을 제조할 수 있다.Subsequently, the metal anode according to the present invention may be manufactured by forming a coating layer made of rare earth metal on the emitter surface of the metal anode made of the binary alloy.

상기 희토류 금속으로 이루어진 코팅층의 두께는 500Å 내지 30000Å인 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 1000Å 내지 10000Å인 것이 바람직하다. 이 범위내에서 전자방출능력을 저하시키지 않으면서 효과적으로 음극의 일함수를 감소시킬 수 있다.The thickness of the coating layer made of the rare earth metal is preferably 500 kPa to 30000 kPa, more preferably 1000 kPa to 10000 kPa. Within this range, the work function of the cathode can be effectively reduced without lowering the electron-emitting ability.

이하에서는, 본 발명에 따른 금속 음극의 제조방법을 예를 들어 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the metal negative electrode which concerns on this invention is demonstrated in detail, for example.

먼저, Pt와 Ba를 아크로에 넣는다. Pt와 Ba는 융점 차이가 크므로 순간적으로 금속을 융해시킬 수 있는 아크로를 사용하는 것이 바람직하며, Ba는 증발하기 쉬우므로 최종 합금에 함유될 함량보다 1 내지 10%를 더 넣어 Ba의 함량을 조절하도록 한다. 이어서, 아크로 내부를 진공 상태로 유지한 후 Ar 가스와 같은 불활성기체를 주입한다. 그런 다음, 아크로에 전압을 인가하여 짧은 시간 내에 상기 2가지 금속을 융해시킨다. Pt와 Ba는 밀도차가 많이 나므로 이들 금속으로 이루어진 균일한 합금을 얻기 어렵다. 따라서, 상기 융해 과정 및 응고과정을 수회 반복 실시하면 화학적 및 미세구조적 균일성이 향상된 2원합금으로 이루어진 금속 음극을 제조할 수 있다.First, Pt and Ba are put into an arc furnace. Since Pt and Ba have a large melting point difference, it is preferable to use an arc furnace that can melt the metal instantaneously. Since Ba is easy to evaporate, the content of Ba is controlled by adding 1 to 10% more than the content of the final alloy. Do it. Subsequently, the inside of the arc furnace is kept in a vacuum state and then an inert gas such as Ar gas is injected. Then, a voltage is applied to the arc furnace to melt the two metals in a short time. Since Pt and Ba have a large density difference, it is difficult to obtain a uniform alloy composed of these metals. Therefore, by repeatedly performing the melting process and the solidification process, it is possible to manufacture a metal anode made of a binary alloy with improved chemical and microstructure uniformity.

이어서, 상기 2원합금으로 이루어진 금속 음극의 에미터 표면에 진공 증착법 등을 이용하여 희토류 금속을 코팅하여 본 발명에 따른 금속 음극을 제조하고, 전자관의 음극 구조에 적합하도록 절단 또는 성형한 후 음극 구조체에 장착한다.Subsequently, the rare earth metal is coated on the emitter surface of the metal anode made of the binary alloy using a vacuum deposition method, etc. to prepare a metal cathode according to the present invention, and the cathode structure after cutting or molding to suit the cathode structure of the electron tube. Mount on.

본 발명에 따른 전자관용 금속 음극은 직열형 음극구조체에 사용될 수도 있으나 도 3에 도시된 바와 같은 방열형 음극구조체에 사용하는 것이 바람직하다.The metal cathode for an electron tube according to the present invention may be used in a direct type cathode structure, but is preferably used in a heat radiation type cathode structure as shown in FIG. 3.

즉, 도 3을 참조하면, 상기 희토류 금속 코팅층(32)이 형성된 2원합금(31)으로 이루어진 본 발명의 금속 음극(33)은 히이터(34)가 내장된 슬리이브(35)의 상부에 용접하여 방열형 음극구조체의 열전자 방출물질로 사용하는 것이 바람직하다.That is, referring to Figure 3, the metal cathode 33 of the present invention made of a binary alloy 31 having the rare earth metal coating layer 32 is welded to the upper portion of the sleeve 35, the heater 34 is embedded Therefore, it is preferable to use it as a hot electron emission material of the heat radiation type cathode structure.

본 발명을 하기 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1><Example 1>

먼저, 잉고트 형태의 Pt 4.6g과 Ba 0.5g을 아크로에 넣는다. 이어서, 아크로 내부를 진공 상태로 유지한 후 Ar 가스를 주입하였다. 그런 다음, 아크로에 전압을 인가하여 Pt와 Ba금속을 융해시키고 2가지 금속의 합금화가 잘 이루어지도록 하였다. 이렇게 얻은 잉고트를 상기 융해 과정을 3회 반복하여 합금의 화학적 및 미세구조적 균일성이 향상되도록 하였고, 최종적으로 Pt 92중량% 및 Ba 8중량%로 이루어진 2원 합금을 제조하였다.First, 4.6 g of ingot form Pt and 0.5 g of Ba are placed in an arc furnace. Subsequently, Ar gas was injected after the inside of the arc furnace was kept in a vacuum state. Then, a voltage was applied to the arc furnace to melt the Pt and Ba metals and to alloy the two metals well. The ingot thus obtained was repeated three times to melt the chemical and microstructure uniformity of the alloy. Finally, a binary alloy composed of 92 wt% Pt and 8 wt% Ba was prepared.

이렇게 제조한 2원 합금으로 이루어진 금속 음극 위에 진공 증착법을 이용하여 두께가 3000Å인 Sc코팅층을 형성한 후, 수소 또는 질소 분위기하에서 약 1,000℃ 내외에서 열처리를 하여 본 발명에 따른 음극을 제조하였다.After forming a Sc coating layer having a thickness of 3000 kPa on the metal cathode made of a binary alloy by using a vacuum deposition method, and heat treatment at about 1,000 ℃ in hydrogen or nitrogen atmosphere to prepare a cathode according to the present invention.

상기 금속 음극을 절단하여 도 3에 도시된 방열형 음극구조체 상부에 용접한 후, 동작온도를 측정하여 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었고, 전류밀도의 변화를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.The metal cathode was cut and welded to the upper portion of the heat dissipating cathode structure shown in FIG. 3, and then the operating temperature was measured. The results of the measurement are shown in Table 1 below. It was.

<실시예 2><Example 2>

Sc 대신 Y 를 이용하여 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 금속 음극을 제조하였다. 이렇게 얻어진 금속 음극을 절단하여 도 3에 도시된 방열형 음극구조체 상부에 용접한 후, 동작온도를 측정하여 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었고, 전류밀도의 변화를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.A metal cathode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating layer was formed using Y instead of Sc. The metal cathode thus obtained was cut and welded to the upper portion of the heat dissipating cathode structure shown in FIG. 3, and then the operating temperature was measured, and the measurement results are shown in Table 1 below. Indicated.

<비교예 1>Comparative Example 1

2원 합금으로 이루어진 금속 음극 위에 코팅층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 금속 음극을 제조하였다. 이렇게 얻어진 금속 음극을 절단하여 도 3에 도시된 방열형 음극구조체 상부에 용접한 후, 동작온도를 측정하여 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었고, 전류밀도의 변화를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.A metal anode was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the coating layer was not formed on the metal anode made of a binary alloy. The metal cathode thus obtained was cut and welded to the upper portion of the heat dissipating cathode structure shown in FIG. 3, and then the operating temperature was measured, and the measurement results are shown in Table 1 below. Indicated.

합금종류Alloy type 동작온도(℃)Operating temperature (℃) 실시예 1Example 1 Pt-Ba-Sc코팅층Pt-Ba-Sc Coating Layer 11501150 실시예 2Example 2 Pt-Ba-Y코팅층Pt-Ba-Y coating layer 11801180 비교예 1Comparative Example 1 Pt-BaPt-Ba 12201220

상기 표 1 및 첨부된 도 2를 참조하면, 2원합금으로 이루어진 금속 음극의 에미터 표면에 희토류 금속 코팅층을 형성한 본 발명에 따른 금속 음극(실시예 1 및 2)은 종래의 2원합금으로 이루어진 금속 음극(비교예 1)보다 40 내지 70℃ 정도 동작온도가 낮고, 동일 온도에서 전류밀도도 50% 이상 향상되었다는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1 and the accompanying FIG. 2, the metal cathodes (Examples 1 and 2) according to the present invention in which a rare earth metal coating layer is formed on the emitter surface of the metal anode made of a binary alloy are conventional binary alloys. It can be seen that the operating temperature is about 40 to 70 ° C. lower than the metal cathode (Comparative Example 1), and the current density is also improved by 50% or more at the same temperature.

본 발명에 따른 금속 음극은 일함수를 낮추어 동작온도를 낮출 수 있고, 전자방출능력을 증가시킬 수 있으며, 고전류밀도에서 장시간 사용할 수 있으므로 대형화, 장수명화, 고정세화, 고휘도화의 추세에 부응하여 텔레비젼 브라운관, 촬상관 등의 전자빔 장치의 음극 물질로 유용하게 사용될 수 있다.The metal cathode according to the present invention can lower the operating function to lower the operating temperature, increase the electron emission ability, and can be used for a long time at high current density, so in response to the trend of large size, long life, high resolution, high brightness It can be usefully used as a cathode material of an electron beam device such as a CRT, an imaging tube, and the like.

Claims (3)

바륨 0.1 내지 20중량% 및 나머지량의 백금으로 이루어진 금속 음극의 에미터 표면에 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd 및 Sm으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 희토류 금속으로 이루어진 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 전자빔 장치용 열전자 방출 금속 음극.A coating layer made of at least one rare earth metal selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, and Sm is formed on the emitter surface of the metal cathode composed of 0.1 to 20% by weight of barium and the balance of platinum. A hot electron emission metal cathode for an electron beam device. 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 두께가 500Å 내지 30000Å인 것을 특징으로 하는 전자빔 장치용 열전자 방출 금속 음극.The hot electron emission metal cathode for an electron beam apparatus according to claim 1, wherein the coating layer has a thickness of 500 kPa to 30000 kPa. 제1항 또는 제2항에 따른 금속 음극을 구비한 것을 특징으로 하는 방열형 음극 구조체.A heat radiation type negative electrode structure comprising the metal negative electrode according to claim 1.
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