KR19990015604A - 전자관용 음극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자관용 음극에 관한 것이다. 니켈을 주성분으로 하는 금속 기재 및 상기 금속 기재 상에 형성되어 있으며 바륨 산화물을 주성분으로 하는 알칼리토류 금속 산화물을 함유하는 전자방출물질층을 포함하는 전자관용 음극에 있어서, 상기 금속 기재와 상기 전자방출물질층 사이에는 지르코늄을 주성분으로 하는 금속층이 형성되어 있는 본 발명의 전자관용 음극은 초기 전자 방출 특성이 우수하게 할 뿐만 아니라, 장시간 동안 다량의 전자를 방출한다. 따라서, 본 발명의 음극은 대형관 및 고정세화되는 전자관에 채용하기에 적합하다

Description

전자관용 음극

본 발명은 전자관용 음극에 관한 것으로서, 상세하게는 고전류 밀도 영역에서 장시간 동안 다량의 전자를 방출할 수 있어서 수명이 향상된 전자관용 음극에 관한 것이다.

도 1에는 통상적인 전자관용 음극의 개략적인 단면도가 도시되어 있는데, 여기에는 원판상의 금속 기재(base metal)(2)와 이의 하방에서 이를 고정 지지함과 동시에 음극의 가열원인 히이터(4)를 내장하는 실린더 형태의 슬리브(3) 및 금속 기재의 상부에 피복 형성된 전자방출 물질층(1)이 도시되어 있다.

이 중, 전자방출 물질층 (1)은 바륨 산화물을 주성분으로 하는 알칼리토류 금속 산화물, 바람직하게는 (Ba, Sr, Ca)O로 표시되는 3원 금속 산화물로 이루어진 것이 일반적이다.

이러한 전자방출 물질층은 다음과 같은 방법에 의해 형성된다. 우선, 탄산바륨, 탄산스트론튬 및 탄산칼슘 등의 혼합 분말을 유기용제에 넣어 용액을 제조한 다음, 얻어진 용액을 스프레이나 전착 등의 방법으로 전자관용 음극의 금속 기재상에 도포하여 탄산염 도포층을 형성한다. 이후, 상기 전자관용 음극을 고정시킨 전자총을 전자관 내에 장착한 다음, 전자관 내를 진공으로 하기 위한 배기공정에서 상기 도포층이 히이터에 의해 약 1000℃로 가열된다. 이 때, 탄산염은 산화물로 변환되는데, 예를 들어 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이 탄산바륨은 산화바륨으로 변환된다. 참고로, 이러한 음극이 산화물 음극이라 명명된 것은 전자관 제조공정중 배기공정에서 탄산염이 고온 가열에 의해 산화물 형태로 바뀌기 때문이다.

생성된 상기 산화바륨은 음극 동작중 금속 기재와 전자방출물질층이 접촉되는 경계에서 하기 반응식 2에 나타난 바와 같이 금속 기재 중의 환원제인 Si, Mg과의 반응에 의해, 유리 바륨으로 환원된다.

상기와 같이 형성된 유리 바륨이 전자방출에 기여한다. 이 때 상기 반응식 2에 표시된 바와 같이 MgO, Ba₂SiO₄등이 생성되고, 이들 물질은 전자방출물질층과 금속기재와의 경계에 중간층을 형성하게 된다. 이 중간층은 장벽으로 작용하여, 마그네슘이나 규소의 확산을 방해하게 되고 이에 따라 전자방출에 기여하는 유리 바륨의 생성이 곤란하게 된다. 따라서 이 중간층으로 인해, 산화물 음극의 수명단축이라는 바람직하지 못한 결과를 초래하게 된다. 뿐만 아니라, 중간층은 고저항을 갖고 전자방출 전류의 흐름을 방해하므로 전류밀도를 제한하는 문제점도 있다.

최근 CRT를 사용하는 텔레비젼 및 기타의 장치는 고정세화 및 대형화 추세에 따라 고전류 밀도, 장수명 음극에 대한 요구가 커지고 있는데 기존의 산화물 음극은 전술한 바와 같이 성능과 수명문제로 이러한 요구에 부응치 못하는 단점을 가지고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하여 고전류 밀도 영역에서 장시간 동안 전자를 방출할 수 있는 전자관용 음극을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 전자관용 음극에 대한 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조되는 전자관용 음극에 대한 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전자관용 음극과 종래의 전자관용 음극의 수명특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명

1,11. 전자방출 물질층 2,12. 금속 기재

3,13. 슬리브 4,14. 히이터

15. 금속층

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 니켈을 주성분으로 하는 금속 기재 및 상기 금속 기재 상에 형성되어 있으며 바륨 산화물을 주성분으로 하는 알칼리토류 금속 산화물을 함유하는 전자방출물질층을 포함하는 전자관용 음극에 있어서, 상기 금속 기재와 상기 전자방출물질층 사이에는 지르코늄을 주성분으로 하는 금속층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자관용 음극이 제공된다.

상기 금속층은 텅스텐, 니켈, 몰리브덴 또는 알루미늄을 더 포함할 수 있으며, 바람직하기로는 텅스텐 또는 니켈을 더 포함할 수 있다. 금속층의 두께는 400 내지 20,000Å인 것이 바람직하다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.

도 2에 있어서, 참조 번호 11, 12, 13 및 14는 각각 도 1의 참조 번호 1, 2, 3 및 4에 대응하며, 참조 번호 15는 본 발명에 따른 금속층이다. 금속층 (15)을 형성하는 지르코늄은 환원성 원소의 일종으로서 유리 Ba을 만들어내는 역할을 한다. 지르코늄은 환원성이 우수하여 초기 전자 방출 특성을 우수하게 하는 역할을 할 뿐만 아니라, 장시간 동안 다량의 전자가 방출되게 하는 역할을 한다. 초기 방출 특성은 MIK (Maximum Cathode Current)라는 전류량으로 측정되며, 음극 수명 특성은 초기 MIK에 대한 일정 시간에서의 잔존율로 평가된다.

금속층 (15)은 스퍼터링 법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 금속 기재 (2)의 상부 표면을 클리닝한 다음, 스퍼터링 법으로 지르코늄을 피복한다. 피복 후, 기재 금속과 지르코늄층의 확산 또는 합금화를 위해 불활성 분위기 또는 진공 분위기에서 열처리하는 것이 바람직하다. 열처리에 의해 기재 금속과 전자방출물질층간에 중간층을 분산시킬 수 있는 계면이 형성되어 환원제 공급이 장시간 동안 원활하게 이루어질 수 있다. 열처리 온도는 700 내지 1,200℃가 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 금속층 (15)에 텅스텐, 니켈, 몰리브덴 또는 알루미늄을 더 함유시킬 수 있다. 이 경우, 지르코늄과 다른 소재의 타겟을 이용하면, 지르코늄 이외에 다른 금속을 더 함유하는 금속층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 텅스텐 타겟과 지르코늄 타겟을 이용하면 지르코늄과 텅스텐을 함유하는 금속층을 형성할 수 있다. 스퍼터링 후에는 열처리 공정이 필요하다. 스퍼터링 결과, 기재 상부에는 두 금속이 동시에 존재하게 되어, 열처리에 의해 두금속의 합금화 및 확산이 필요하기 때문이다. 열처리 온도는 700 내지 1,200℃가 바람직하다. 또한, 텅스텐과 니켈중의 적어도 하나와 지르코늄의 중량비는 3:7 내지 7:3이 바람직하다.

금속층 (15)이 형성되면, 그 위에 탄산염 도포층을 형성하여 알칼리토금속 산화물을 함유하는 전자방출물질층 (4)을 형성한다. 전자방출물질층에는 (Ba, Sr, Ca)O인 삼원 공침 산화물과 같은 알칼리토류 금속 산화물 뿐만 아니라 La 화합물과 Mg 화합물이 함유될 수 있다. 특히, 상기 La 화합물과 Mg 화합물이 La-Mg 복합 화합물 형태인 것이 바람직하다. 또한, (Ba, Sr, Ca)O인 삼원 공침 산화물은 (Ba, Sr)O인 이원 공침 산화물로 대체될 수 있다.

전자방출물질층에 함유되어 있는 La 및 Mg의 함량은 알칼리토류 금속 산화물에 대하여 0.01 내지 20중량%가 바람직하다. 0.01중량% 미만일 때는 제조되는 음극의 수명 향상 효과가 미미하고 20중량%를 초과할 때는 초기특성이 나쁘기 때문이다. 또한, La과 Mg의 몰비는 1:3.5 내지 1:4.5가 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하기로 하되, 본 발명이 하기의 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

Ni과 이를 기준으로 하여 0.05중량%의 Si 및 0.05중량%의 Mg으로 이루어진 합금을 이용하여 금속 기재를 제조하였다. 제조된 금속 기재의 한쪽 면을 슬리브 상에 접착시켰다.

지르코늄 타겟과 텅스텐 타겟을 이용하는 스퍼터링 법을 통하여, 지르코늄과 텅스텐을 7:3의 중량비로 금속 기재 상에 도포하였다. 950℃에서 10분 동안 열처리하여 2000Å 두께의 금속층을 형성하였다.

Ba(NO₃)₂, Sr(NO₃)₂, Ca(NO₃)₂을 순수에 용해시킨 뒤 Na₂CO₃를 이용하여 탄산염 형태로 공침시켜 공침 삼원 탄산염을 제조하였다. 얻어진 공침 삼원 탄산염이 라카액에 분산되어 있는 도포액을 금속층 위에 도포 및 건조시켰다. 슬리브를 전자총에 삽입하여 고정한 뒤 슬리브 내부에 음극 가열용 히터를 삽입 고정하였다. 이 전자총을 전자관용 벌브(Bulb)에 봉지시킨 후 진공을 형성하기 위해 배기공정을 거쳤다. 이후 통상의 제조공정에 의해 전자관을 제조하여 수명 특성과 초기 방출 특성을 측정하여, 도 3에 나타냈다(곡선 a). 측정은 6000시간 동안 이루어졌으며, 음극당 2000 내지 3000㎂의 고전류를 유지하였다.

실시예 2

금속층을 지르코늄만으로 형성하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 음극을 제조한 다음, 수명 특성과 초기 방출 특성을 측정하여 도 3에 나타냈다(곡선 b).

비교예

금속층을 형성하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 음극을 제조한 다음, 수명 특성과 초기 방출 특성을 측정하여 도 3에 나타냈다(곡선 c).

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 금속 기재와 전자방출 물질층 사이에 금속층이 형성되어 있는 산화물 음극은, 일반적인 음극에 비해 초기 전자 방출 특성이 우수할 뿐만 아니라 장시간 사용에 따른 전자 방출량의 감소 정도가 매우 적다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전자관용 음극은 초기 방출 특성이 우수할 뿐만 아니라, 장시간 동안 다량의 전자를 방출한다. 따라서, 본 발명의 음극은 대형관 및 고정세화되는 전자관에 채용하기에 적합하다.

Claims (7)

1. 니켈을 주성분으로 하는 금속 기재 및 상기 금속 기재 상에 형성되어 있으며 바륨 산화물을 주성분으로 하는 알칼리토류 금속 산화물을 함유하는 전자방출물질층을 포함하는 전자관용 음극에 있어서,

   상기 금속 기재와 상기 전자방출물질층 사이에는 지르코늄을 주성분으로 하는 금속층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 400 내지 20,000Å인 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 텅스텐, 니켈, 알루미늄 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
4. 제3항에 있어서, 상기 텅스텐 및 니켈을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속과 지르코늄의 중량비는 3:7 내지 7:3인 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
5. 제1항에 있어서, 상기 전자방출물질층에는 La 화합물과 Mg 화합물이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
6. 제5항에 있어서, 상기 La 및 Mg은 상기 알카리토류 금속 산화물을 기준으로 0.01 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
7. 제5항에 있어서, 상기 La과 Mg의 몰비는 1:3.5 내지 1:4.5인 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.