KR20000009399A - 음극선관용 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자방출물질층과 니켈기체금속의 부착력을 증대시켜 장시간 사용하더라도 전자방출물질층의 탈락을 방지하여 장시간 신뢰성을 가지고 전자방출 특성이 우수한 음극선관용 음극 및 그 제조방법을 제공한다.

그 음극은, 히터가 내부에 삽입되는 컵 형상의 슬리브(11); 그 슬리브(11)의 상단 외주에 고정되는 아웃터 슬리브(11'); 그 슬리브(11)의 상단의 아웃터 슬리브(11')내에 고정되고 전자방출물질에 침윤된 다공질 텅스텐 펠릿(12); 그리고 상기 텅스텐 펠릿(12)의 상부에 형성되는 전자방출물질층(14)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

음극선관용 음극 및 그 제조방법

본 발명은 음극선관 등의 전자관에 사용되는 산화물구조의 음극선관용 음극 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히 음극의 전자 방출 특성과 수명을 연장시킬 수 있는 것에 관한 것이다.

고해상도 음극선관이나 초대형 수상기용 음극선관 등은 전자빔의 직경을 작게 해서 해상도의 향상을 도모하고, 또한 수상기의 대형화에 따라 화면의 밝기를 높이기 위해서는 전자관 음극에서 나오는 방사 전류를 크게 할 필요가 있다. 이 때문에 최근의 고급 음극선관이나 TV용 음극선관 등에 고전류밀도로 사용할 수 있는 음극의 요구가 높아지고 있다.

일반 산화물 음극의 전자방출층은 Ba, Sr, Ca을 함유하는 복합 알카리토류 금속 탄산염 분말을 바인더를 포함하는 액중에 현탁시킨 도포액을 스프레이 등의 방법으로 음극의 니켈 기체 금속에 도포하여 형성된다.

니켈기체금속상에 도포된 알카리토류 금속 탄산염은 진공배기가열 공정에 있어서 히이터에 의해 가열되어 다음과 같은 반응식에 의해 (Ba, Sr, Ca)O의 3원 복합산화물층으로 변한다.

(Ba, Sr, Ca)CO₃→ (Ba, Sr, Ca)O + CO₂

배기 가열공정의 완료후 다시 에이징 공정시 음극은 900∼1000℃의 고온으로 가열되며 (Ba, Sr, Ca)O로 이루어진 3원 복합산화물층은, 니켈기체금속에 함유되어있는 Si, Mg와 같은 환원성 원소와 반응해 유리 Ba을 생성, 전자 방출이 가능해진다.

그러나, 이 경우 다음과 같은 반응식에 의해 Si, Mg와 환원반응하여 반응생성물(중간층)로서 (Ba2SiO4, MgO)이 생성되는데, 이는 절연층으로 음극 사용 시간에 비례해 증가함으로 인해 음극내부의 저항이 시간에 비례해 증가, 음극의 전자 방출 열화를 초래한다.

4BaO + Si = 2Ba + Ba₂SiO₄

BaO + Mg = Ba + MgO

이의 개선을 위해 제안된 것으로서 대한민국 특허 공고번호 제90-7751호에 개시된 바와 같이 Sc를 첨가하여 중간층을 분해함으로써 음극내부의 저항 증가를 억제하고, Sc에 의해 더많은 유리 Ba을 생성함으로써 전자 방출량도 증가된 신형 산화물 음극이 제시된 바 있으며 현재 실용화되어 사용 중이다.

또한, 전류 밀도를 더욱 증가시키기 위해 니켈기체금속에 텅스텐을 증착하여 Sc이 포함된 전자방출물질층을 도포함으로서 다음과 같은 텅스텐의 환원작용으로 더욱 많은 유리 Ba을 생성, 방출 전자류를 증대시킨 음극이 제안되었다(한국특허 제49676호).

6BaO + W = 3Ba + Ba₃WO₆

이와 같이 텅스텐을 증착한 Sc 첨가 음극의 구조가 도 1에 도시된다. 이 경우, 니켈기체금속(2)이 슬리브(1)에 용접에 의해 고정되고 텅스텐 증착막(3)이 상기 니켈기체금속(2)에 형성된 후, 전자방출물질층(4)이 도포,형성된다.

이러한 구조는 위와 같은 반응식에 의해 유리 Ba이 증가하고 Sc에 의해 절연체인 중간층을 분해함으로써 Sc만 첨가된 음극보다 텅스텐 증착막(3)의 환원작용에 의한 방출 전류량이 1.5배 증가되지만 니켈기체금속(2)과 텅스텐 증착막(3) 및 전자방출물질층(4)의 부착력이 약하기 때문에 실용화되지 못하고 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자방출물질층과 니켈기체금속의 부착력을 증대시켜 장시간 사용하더라도 전자방출물질층의 탈락을 방지하여 장시간 신뢰성을 가지고 전자방출 특성이 우수한 음극선관용 음극 및 그 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.

도 1은 종래의 음극의 구조를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 음극을 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따라 텅스텐 펠릿에 전자방출물질을 침윤시키는 상태를 도시한 개략단면도,

도 4는 본 발명에 따른 음극선관용 음극의 제조방법을 나타내는 공정도.

<도면에 사용된 주요부호의 설명>

1,11: 슬리브 2: 니켈기체금속

3: 텅스텐 증착막 4,14: 전자방출물질층

11': 아웃터 슬리브 12: 텅스텐 펠릿(전자방출물질이 침윤됨)

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음극선관용 음극은, 히터가 내부에 삽입되는 컵 형상의 슬리브; 그 슬리브의 상단 외주에 고정되는 아웃터 슬리브; 그 슬리브의 상단의 아웃터 슬리브내에 고정되고 전자방출물질에 침윤된 다공질 텅스텐 펠릿; 그리고 상기 텅스텐 펠릿의 상부에 형성되는 전자방출물질층으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 다공질 텅스텐 펠릿은 직경 1∼2mm, 두께 0.1∼0.2mm이고, 공극률이 40 내지 70%이며, 그 공극에 전자방출물질이 침윤된다.

또한, 본 발명에 의한 음극선관용 음극의 제조방법은, 텅스텐과 몰리브덴의 혼합 분말을 마련하는 단계; 그 혼합 분말을 고압 프레스로 가압 성형하여 펠릿을 제조하고, 이를 수소 분위기에서 고온(1800∼2000℃)으로 가열하여 텅스텐 펠릿으로 소결하는 단계; 소결된 텅스텐 펠릿을 질산:유산:순수의 혼합용액에 소정시간 담구어 몰리브덴이 용해시켜 다공질 텅스텐 펠릿을 형성하는 단계; 상기 텅스텐 펠릿을 컵형상의 니켈 슬리브에 용접하여 고정시키는 단계; 상기 텅스텐 펠릿이 고정된 니켈 슬리브에 아웃터 슬리브를 용접하여 고정시키는 단계; Ba, Sr, Ca 및 Sc₂O₃을 함유하는 복합 알카리토류금속 탄산염 분말로 바인더를 포함하지 않는 소정 용액에 현탁시켜 제조된 전자방출물질용액에 상기 슬리브의 선단을 접촉시켜 전자방출물질을 다공질 텅스텐 펠릿에 침윤시키는 단계; 통상의 산화물 음극의 전자 방출물질(Ba, Sr, Ca 및 Sc2O3 분말의 현탁액으로 바인더 포함)도포 방법으로 전자방출물질층(14)을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

텅스텐 분말과 몰리브덴 분말의 혼합단계에 있어 몰리브덴이 40∼70% 비율로 혼합하며, 다공질 텅스텐 펠릿의 형성단계에서 혼합용액의 질산:유산:순수의 비율은 1:3:2이고, 전자방출물질층은 10∼70㎛의 두께로 도포된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에는 본 발명에 따른 음극이 단면도로서 도시되고, 도 3에는 본 발명에 따라 텅스텐 펠릿에 전자방출물질을 침윤시키는 상태가 개략단면도로서 도시되며, 도 4에는 본 발명에 따른 음극선관용 음극의 제조방법이 공정도로서 도시된다.

본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 단계 S1에서 텅스텐과 몰리브덴을 혼합한 분말을 고압 프레스로 가압 성형하여 직경 1∼2mm, 두께 0.1∼0.2mm의 펠릿을 제조하고, 이를 수소 분위기에서 고온(1800∼2000℃)으로 소결하여 한다.

소결된 펠릿을 질산:유산:순수(1:3:2)용액에 소정시간 담그어 두면 몰리브덴이 용해되어 텅스텐만으로 구성된 다공질 텅스텐 펠릿(12)이 완성된다. 이때, 본 발명에서의 펠릿제조에 있어서는 텅스텐 분말과 몰리브덴 분말의 혼합비는 몰리브덴이 40∼70% 비율로 혼합함으로써 텅스텐 펠릿의 공극률이 40∼70%되도록 한다.

위와 같이 제조된 텅스텐 펠릿(12)을 도 2와 같이 컵 형태의 니켈 슬리브(11)에 용접하고 아웃터 슬리브(11')를 용접하여 음극 구조를 완성한다. 그리고 BaO, CaO, Al₂O₃및 Sc₂O₃을 함유하는 복합산화물 분말을 바인더를 포함하지 않는 소정 용액에 현탁시켜 전자방출물질용액을 제조하고, 이를 소정 용기에 담고 도 3과 같이 음극의 슬리브(11) 선단만 이 액에 접촉시키면 모세관 형상으로 액이 다공질 텅스텐 펠릿의 공극 내부로 침윤 내지 침투하여 펠릿 내부 공간을 채우게 된다. 이 공정후 통상의 산화물 음극의 전자 방출물질(Ba, Sr, Ca 및 Sc₂O₃분말의 현탁액으로 바인더 포함)의 도포 방법으로 10∼70㎛의 전자 방출 물질을 도포하여 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 음극을 완성한다.

이와 같이 하여 제조된 음극은 텅스텐 펠릿(12)의 공극으로 인하여 전자 방출물질과 환원제 역할을 하는 텅스텐의 접촉 면적이 증대함으로 기존 방법(한국특허 제49676호)보다 다량의 유리 Ba이 생성되어 방출 전류가 현저히 증가하게 되며, 현재, 함침형 음극이 사용되는 고전류밀도를 필요로 하는 특수관에도 사용가능하다.

6BaO + W = 3Ba + Ba₃WO₆

텅스텐 펠릿(12)의 공극의 전자방출물질과 표면에 도포된 전자방출 물질은 강한 접착력을 가지게 되므로 동작중 전자 방출 물질이 탈락되는 현상이 일어나지 않게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 음극선관용 음극 및 그 제조방법의 구성과 작용에 의하면, 텅스텐 펠릿(12)을 다공으로 하고 여기에 전자방출물질을 침윤시킴으로써 전자방출물질층과 니켈기체금속의 부착력을 증대시켜 장시간 사용하더라도 전자방출물질층의 탈락을 방지할 수 있음과 동시에 전자방출 특성을 크게 향상시킬 수 있으며, 나아가 아웃터 슬리브(11')를 구성함으로써 더욱 전자방출물질층의 탈락을 방지할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 히터가 내부에 삽입되는 컵 형상의 슬리브(11);

   그 슬리브(11)의 상단 외주에 고정되는 아웃터 슬리브(11');

   그 슬리브(11)의 상단의 아웃터 슬리브(11')내에 고정되고 전자방출물질에 침윤된 다공질 텅스텐 펠릿(12); 그리고

   상기 텅스텐 펠릿(12)의 상부에 형성되는 전자방출물질층(14)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 음극.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다공질 텅스텐 펠릿(12)은 직경 1∼2mm, 두께 0.1∼0.2mm이고, 공극률이 40 내지 70%이며, 그 공극에 전자방출물질이 침윤되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 음극.
3. 텅스텐과 몰리브덴의 혼합 분말을 마련하는 단계;

   그 혼합 분말을 고압 프레스로 가압 성형하여 펠릿을 제조하고, 이를 수소 분위기에서 고온(1800∼2000℃)으로 가열하여 텅스텐 펠릿(12)으로 소결하는 단계;

   소결된 텅스텐 펠릿(12)을 질산:유산:순수의 혼합용액에 소정시간 담구어 몰리브덴이 용해시켜 다공질 텅스텐 펠릿(12)을 형성하는 단계;

   상기 텅스텐 펠릿(12)을 컵형상의 니켈 슬리브(11)에 용접하여 고정시키는 단계;

   상기 텅스텐 펠릿(12)이 고정된 니켈 슬리브(11)에 아웃터 슬리브(11')를 용접하여 고정시키는 단계;

   BaO, CaO, Al₂O₃및 Sc₂O₃을 함유하는 복합산화물 분말로 바인더를 포함하지 않는 소정 용액에 현탁시켜 제조된 전자방출물질용액에 상기 슬리브(11)의 선단을 접촉시켜 전자방출물질을 다공질 텅스텐 펠릿(12)에 침윤시키는 단계;

   통상의 산화물 음극의 전자 방출물질(Ba, Sr, Ca 및 Sc2O3 분말의 현탁액으로 바인더 포함)도포 방법으로 전자방출물질층(14)을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 음극의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 텅스텐 분말과 몰리브덴 분말의 혼합단계에 있어 몰리브덴이 40∼70% 비율로 혼합하며, 다공질 텅스텐 펠릿(12)의 형성단계에서 혼합용액의 질산:유산:순수의 비율은 1:3:2이고, 전자방출물질층(14)은 10∼70㎛의 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는 음극선관용 음극의 제조방법.