KR20010104887A - 음극선관용 음극체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 음극체에 있어서, 음극 가열용 히터가 삽입된 슬리브와, 상기 슬리브의 내측 상단에 삽입되어 상기 히터의 발열부를 감싸는 캡 형상의 기체금속, 및 상기 기체금속과 슬리브의 상단에 도포되는 전자방사물질층을 구비하며, 상기 기체금속을 슬리브의 내측 상단에 삽입하여 기체금속이 직접 히터의 발열부를 감싸고 있는 구조로 제작함으로써, 음극의 동작시 히터에서 발열되는 열을 보다 효율적으로 기체 금속에 전달함과 아울러 초기 전자방사시간을 단축시킬 수 있고, 또한 기체금속이 직접 히터 발열부를 감싸고 있어 음극을 장시간동안 동작시킬 경우 컷오프 전압이 낮아지는 것을 방지하여 전자방사를 보다 안정되게 행할 수 있는 음극선관용 음극체를 제공한다.

Description

음극선관용 음극체{Cathode body for cathode ray tube}

본 발명은 TV, 모니터 등의 전자관과 같은 음극선관용 음극에 관한 것으로, 특히 히터를 내장한 슬리브와 기체금속 및 전자방사물질층으로 이루어지는 음극체에서 기체금속을 슬리브 내측 상단에 삽입하여 기체금속이 직접 히터 발열부를 감싸고 있는 구조로 제작함으로써, 음극의 동작시 히터에서 발열되는 열을 보다 효율적으로 기체금속에 전달할 수 있는 음극선관용 음극체에 관한 것이다.

종래의 음극(1) 구성은 도 1에서 보는 바와 같이 음극 가열용 히터(3)가 내장된 원통형 슬리브(5)와, 슬리브(5)의 외측 상단에 형성되어 슬리브(5)의 외측부를 감싸고 있는 캡 형상의 기체금속(7), 및 기체금속 상단에 도포된 전자방사물질층(9)으로 이루어져 있다.

상기 기체금속(7)은 니켈이 주성분이며 실리콘 혹은 마그네슘 등의 환원성 원소를 미량 포함하며, 전자방사물질층(9)은 적어도 바륨을 포함하며 그외 스트론튬 및 칼슘을 포함하는 알카리토류금속 탄산염으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 음극의 제작 및 동작을 살펴보면 아래와 같다.

음극 슬리브(5)는 니켈과 크롬이 80:20의 비율로 혼합된 NR20 금속을 상단과 하단이 개방된 원통형으로 제작하고, 기체금속(7)은 니켈이 주성분이며 실리콘 혹은 마그네슘 등의 환원성 원소를 미량 포함하는 캡 형상으로 제작하여 슬리브(5)의 외측 상단을 감싸게 하여 용접한다.

이후, (Ba, Sr, Ca)CO₃으로 구성된 3중 탄산염(Triple carbonate)과 니트로셀룰로오즈(Nitro cellulose)와 부틸아세테이트(Butyl acetate) 및 메탄올 등으로 구성된 바인더(Binder) 및 유기용매를 혼합하여 현탁액 형태로 한 전자방사물질을 제조한 후 상기 기체금속(7) 위에 스프레이 방법으로 코팅하여 전자방사물질층(9)을 형성함으로써, 음극 제작을 완료하게 된다.

상기와 같이 제작된 음극(1)을 음극선관에 사용하기 위하여 먼저 음극을 전자총에 장착하고, 다시 이 전자총을 음극선관에 삽입하게 된다.

이후, 음극(1)이 삽입된 음극선관은 600℃ 정도로 가열되면서 음극선관을 진공시키는 배기공정을 거치고, 배기공정을 거친 음극선관용 음극은 900∼1000℃의 높은 온도에서 활성화되는 에이징(Aging) 공정을 거치게 되면 전자방사물질층(9)은 반도체적 성질을 갖게 되고, 이후 전자총에 일정한 전압을 인가하게 되면 전자방사를 실시하게 된다.

즉, 음극(1)이 삽입된 음극선관은 배기공정을 거칠 때 600℃ 정도로 가열되며, 이때 음극은 200℃ 이상으로 가열된다. 음극(1)의 가열에 의하여 음극의 전자방사물질층(9) 내에 존재하는 바인더 및 유기 용매는 가스로 분해되어 증발하는 동시에 전자방사물질층(9)을 기체금속(7)에 단단히 고착시킨다.

그리고, 에이징 공정을 거치면서 슬리브(5) 내에 삽입 설치된 히터(3)의 발열에 의해 음극은 900∼1000℃ 정도로 가열되고 이 가열에 의해 기체금속(7) 위에 도포된 알카리토류금속 탄산염이 산화물, 즉 산화바륨(BaO)이 주성분인 산화물로 변화하며, 그 후 이것은 부분적으로 환원되어 반도체적 성질을 갖도록 활성화된다.

즉, 에이징 공정에 의하여 알카리토류금속 산화물로 된 전자방사물질층(9)이 기체금속(7) 위에 형성되고, 기체금속(7) 중에 함유된 실리콘 혹은 마그네슘 등의 환원성 원소가 열에 의하여 전자방사물질층(9)으로 확산하여 알카리토류금속 산화물과 반응을 일으켜 자유 바륨을 생성하고, 음극과 양극인 애노드와의 일정한 전위차가 주어지면, 상기 자유 바륨에서 전자를 발생하게 된다.

통상, 700∼800℃의 음극 동작온도에서 0.5 내지 0.8A/㎠의 전류밀도를 얻을 수 있다. 상기의 과정을 전자방사물질의 대표물질로 탄산바륨(BaCO₃)을 예로 하여 화학 반응식으로 설명하면 다음 반응식과 같다.

도 2는 도 1의 슬리브에 삽입하는 히터를 도시한 것으로, 히터(3)에서 열을 발생시키는 발열부(3-1)와, 이를 지지해 주는 지지부(3-3) 및 히터에 전압을 인가하는 전원에 연결되는 용접부(3-3)로 나누어져 있으며, 음극을 가열하는 히터의 열은 발열부(3-1)에서 생성되는 것이다.

도 3은 종래 음극에 있어 히터(3)에서 발생한 열이 최종 목적지인 전자방사물질층(7)으로 가는 열의 흐름을 나타낸 도면이다.

①에 해당하는 열 흐름은 히터의 발열부(3-1)에서 발생한 열이 복사를 통하여 기체금속(7)으로 전달된 후 다시 전자방사물질층(9)으로 전달되는 열의 흐름을 나타낸다.

이 열은 전자방사물질층(9)과 접촉하는 기체금속(7)을 직접적으로 가열함에 있어서 효과가 크나, 그 양이 미비하여 전자방사물질층(9)에서 전자방사원인 바륨을 생성시키는 것에는 큰 영향을 미치지 못한다.

②에 해당하는 열 흐름은 발열부(3-1)의 옆면에서 발열하여 슬리브(5)로 복사된 후 다시 기체금속(7)으로 전도되어 최종적으로 전자방사물질층(9)으로 전달되는 열 흐름(③)으로 전자방사물질층(9)에 전달되는 열의 대부분을 차지한다.

하지만, 이 열 흐름(②)은 슬리브(5)로 복사된 후, 기체금속(7)으로 완전히 전도되지 않고 슬리브(5)의 바깥부분으로 열 흐름(④)이 일어나 많은 열을 빼앗기게 되어 열 효율이 높지 않다.

그러므로, 전자방사물질에 필요한 에너지를 공급하기 위해서는 히터(3)에서 많은 에너지를 공급하여야 하기 때문에 소비전력이 클 뿐만 아니라, 열을 전자방사물질층(9)에 전달하는 시간도 늦음으로써, 음극(1)에서 전자가 방사되는 초기시간이 지연되는 문제점을 가진다.

다른 문제점으로는 음극(1)의 장시간 동작시, 예를 들어 3천시간 정도 동작후 컷오프 전압은 20%가량 떨어지게 되며, 컷오프 전압이 떨어지는 이유는 다음과 같다.

히터에서 발생되는 대부분의 열은 복사를 통하여 슬리브(5)의 내면으로 흐르는 데, 음극(1)의 동작시 히터(3)에서 발열되는 온도는 900∼1000℃로 아주 높은 열을 발생하게 되며, 이 열은 슬리브(5)의 내면으로 복사되면서 슬리브(5) 내면의 입자를 크게 만드는 조대화(早大化) 현상이 일으킨다.

이렇게, 슬리브 내면의 입자가 조대화됨으로써, 장시간 음극의 동작시 슬리브(5)의 수축이 일어나며, 슬리브(5) 수축으로 음극과 양극과의 거리는 멀어지게 되어 음극의 컷오프 전압은 떨어지게 된다.

따라서, 음극에서 안정된 전계를 유지할 수 없어 전자 방사는 불안정하게 되며, 시간이 지남에 따라 방사되는 전자량도 줄어들어 휘도가 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 기체금속을 슬리브의 내측 상단에 삽입하여 기체금속이 직접 히터의 발열부를 감싸고 있는 구조로 제작함으로써, 음극의 동작시 히터에서 발열되는 열을 보다 효율적으로 기체 금속에 전달함과 아울러 전자방사 시간을 단축시킬 수 있는 음극선관용 음극체를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기체금속이 직접 히터 발열부를 감싸고 있는 구조로 제작함으로써, 음극을 장시간동안 동작시킬 경우 컷오프 전압이 낮아지는것을 방지하여 전자방사를 보다 더 안정되게 행할 수 있는 음극선관용 음극체를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 수단은, 음극 가열용 히터가 삽입된 슬리브; 상기 슬리브의 내측 상단에 삽입되어 상기 히터의 발열부를 감싸는 캡 형상의 기체금속; 및 상기 기체금속과 슬리브의 상단에 도포되는 전자방사물질층을 구비한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 음극체의 구조를 나타낸 도면이고,

도 2는 도 1의 슬리브에 삽입되는 히터의 세부 구조를 나타낸 도면이고,

도 3은 도 1의 히터에서 발생한 열이 전자방사물질층으로 인가되는 열 흐름을 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 음극체의 구조를 나타낸 도면이고,

도 5는 도 4의 히터에서 발생한 열이 전자방사물질층으로 인가되는 열 흐름을 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명과 종래 기술에 의한 초기 전자방사시간을 나타낸 그래프이고,

도 7은 본 발명과 종래 기술에 의한 구동 시간에 따른 컷오프 전압의 변화율을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 음극 11: 히터

11-1: 발열부 11-2: 지지부

11-3: 용접부 13: 슬리브

15: 기체금속 17: 전자방사물질층

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 4는 본 발명에 의한 음극의 구조를 나타낸 것으로, 발열부(11-1)와 지지부(11-2) 및 용접부(11-3)로 이루어진 음극 가열용 히터(11)와, 상기 히터(11)가 삽입된 원통형의 슬리브(13)와, 상기 슬리브(13)의 내측 상단에 삽입되어 상기 히터의 발열부(11-1)를 둘러싸고 있는 캡 형상의 기체금속(15), 및 상기 슬리브(13)와 기체금속(15)의 상단에 도포되어 전자를 생성하는 전자방사물질층(17)으로 이루어져 있다.

상기 기체금속(15)은 니켈이 주성분이며 실리콘 혹은 마그네슘 등의 환원성 원소를 미량 포함하며, 전자방사물질층(17)은 적어도 바륨을 포함하며 그외 스트론튬 및 칼슘을 포함하는 알카리토류금속 탄산염으로 구성되어 있다.

즉, 기체금속(15)은 슬리브(13)의 내측 상단에 위치하여 슬리브(13)의 내측면에 기체금속(15)의 외측면이 용접되어 있으며, 기체금속(15)이 히터의발열부(11-1)를 감싸고 있는 구조로 이루어져 있다.

상기와 같은 구조로 이루어진 음극의 제조 방법 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 음극 슬리브(13)는 니켈과 크롬이 80:20의 비율로 혼합된 NR20 금속을 상단과 하단이 개방된 원통형으로 제작하고, 기체금속(15)은 니켈이 주성분이며 실리콘 혹은 마그네슘 등의 환원성 원소를 미량 포함하는 캡 형상으로 제작하여 슬리브(13)의 내측 상부에 기체금속(15)의 외측면이 접촉된 형태로 음극을 제작한다.

이후, (Ba, Sr, Ca)CO₃으로 구성된 3중 탄산염(Triple carbonate)과 니트로셀룰로오즈(Nitro cellulose)와 부틸아세테이트(Butyl acetate) 및 메탄올 등으로 구성된 바인더(Binder) 및 유기용매를 혼합하여 현탁액(Suspension) 형태로 한 전자방사물질을 제조한 후 상기 기체금속(15)과 슬리브(13)의 상단에 스프레이 방법으로 코팅하여 전자방사물질층(17)을 형성함으로써, 음극 제작을 완료한다.

상기와 같이 제작된 본 발명의 음극을 전자관과 같은 음극선관에 사용하기 위하여 먼저 음극(10)을 전자총에 장착하고, 다시 이 전자총을 음극선관에 삽입하게 된다.

이후, 음극(10)이 삽입된 음극선관은 600℃정도로 가열되면서 음극선관을 진공시키는 배기공정을 거치고, 배기공정을 거친 음극선관용 음극은 900∼1000℃의 높은 온도에서 활성화되는 에이징(Aging) 공정을 거치게 되면 전자방사물질층(17)은 반도체적 성질을 갖게 되며, 이후 전자총에 일정한 전압을 인가하게 되면 전자방사를 실시하게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 음극 동작시 히터에서 발열한 열이 전자방사물질층으로 전달되는 열의 흐름을 도시한 것으로, 히터 발열부(11-1)의 최상부에서 발열된 열 흐름(①)은 복사에 의해 기체금속(15)으로 전달되어 전자방사물질층(17)을 가열하지만 열의 양이 많지 않아 큰 효과가 없다.

그러나, 히터 발열부(11-1)의 옆부분에서 발열하는 열의 흐름(②)은 기체금속(15)의 옆부분이 히터 발열부를 감싸고 있기 때문에 히터(11)에서 발열하는 열(②)은 복사에 의해 기체금속(15)에 전달되어 히터에서 발열한 열이 전자방사물질층(17)으로 집중됨으로써 열 효율을 아주 크게 할 수 있다.

또한, 히터 발열부(11-1)의 옆부분에서 발열된 열(②)은 복사에 의해 기체금속(15)에 전달되고, 기체금속(15)에 전달된 열은 대부분이 전자방사물질층(17)으로 전달되지만, 일부분은 기체금속(15)의 외측면이 슬리브(13)의 내측면과 접하고 있으므로 슬리브(13)로도 전도된다.

상기 슬리브(13)로 전도된 열(⑤)은 다시 전자방사물질층(17)으로 전달됨으로써, 히터(11)에서 발생한 열은 거의 대부분이 전자방사물질층(17)에 전달되며, 외부로 손실되는 열이 거의 없어 아주 높은 열효율을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이 기체금속(15)의 옆부분이 히터의 발열부(11-1)를 감싸고 있음으로써, 히터(11-1)에서 발열된 열의 대부분이 기체금속(15)으로 전달되어 열 효율이 아주 큰 것을 알 수 있다.

이는, 히터(11)에 적은 에너지를 가하여도 큰 열 효율로 인하여 전자방사물질층(15)에서 전자를 쉽게 생성시킬 수 있게 됨을 의미하며, 따라서 히터(11)에서 소비되는 전류를 낮추어 음극의 저전력화를 이룰 수 있는 것이다.

또한, 도 6의 본 발명과 종래 기술에 의한 초기 전자방사 시간을 나타낸 그래프에서 보는 바와 같이, 본 발명은 히터(11)에서 발열된 열의 대부분이 복사에 의해 기체금속(15)으로 전달된 후 기체금속(15) 상단에 도포된 전자방사물질층(17)으로 직접 전달됨으로써, 전자가 방사되는 시간은 종래의 음극에 비해 짧음을 알 수 있다.

그래프에서 보듯이 음극(10)에서 전자가 방사되는 초기시간은 종래에 비해 2 내지 3sec정도 빠름을 알 수 있다.

도 7은 본 발명과 종래 기술에 의한 구동 시간에 따른 컷오프 전압 변화율을 나타낸 그래프에서 보는 바와 같이, 음극(10)을 장시간 동작시킬 경우 종래 음극의 경우 시간이 지날수록 컷오프 전압이 떨어지지만, 본 발명에 의한 음극의 경우 컷오프 전압이 음극의 장시간 동작에서도 큰 변화가 없는 것을 알 수 있다.

이는, 기체금속(15)의 옆부분이 히터 발열부(11-1)를 감싸고 있기 때문에 음극(10)의 동작시 히터(11)에서 발생되는 900 내지 1000℃이나 되는 고온의 열을 기체금속(15)이 직접 제공받음으로 인해 슬리브(13) 내면의 입자에 별 영향을 끼치지 않아 슬리부(15) 내면의 입자가 커지는 조대화(早大化) 현상을 막을 수 있기 때문인 것이다.

이와 같이, 컷오프 전압이 안정됨으로써 음극을 장시간 동작시켜도 안정한 전자방사를 이룰 수 있다.

본 발명에서 제시한 음극의 구조체는 기체금속(15)의 외측면 부분이 슬리브(13)의 내측면에 접촉하고 있고, 히터 발열부(11-1)의 전 부분을 감싸고 있는 것이 제시되었지만, 상기 기체금속(15)의 옆부분이 히터 발열부(11-1)의 반이상을 감싸고 있어도 높은 열 효율을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 기체금속을 슬리브의 내측 상단에 삽입하여 기체금속이 직접 히터의 발열부를 감싸고 있는 구조로 제작함으로써, 음극의 동작시 히터에서 발열되는 열을 보다 효율적으로 기체 금속에 전달함과 아울러 초기 전자방사시간을 단축시킬 수 있고, 또한 기체금속이 직접 히터 발열부를 감싸고 있어, 음극을 장시간동안 동작시킬 경우 컷오프 전압이 낮아지는 것을 방지하여 전자방사를 보다 안정되게 행할 수 있어 고품질의 화면 특성을 보다 더 오랫동안 보장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 음극 가열용 히터가 삽입된 슬리브;

   상기 슬리브의 내측 상단에 삽입되어 상기 히터의 발열부를 감싸는 캡 형상의 기체금속; 및

   상기 기체금속과 슬리브의 상단에 도포되는 전자방사물질층을 구비한 음극선관용 음극체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체금속은,

   상기 슬리브 내측면과 히터 발열부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 음극체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체금속은,

   상기 히터 발열부의 반 이상을 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 음극선관용 음극체.