KR20010109469A - 전자관용 음극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자관용 음극에 있어서의 고전류 밀도화에 따른 컷오프 전압의 변동을 억제하여, 휘도 변화를 억제하는 것으로, 전자관용 음극의 주성분을 니켈로 하고, 적어도 한 종류의 환원제를 함유하여 되는 기체(基體) 상에, 텅스텐을 주성분으로 한 두께 80㎛ 이하이고, 공공율(空孔率)이 20∼70%인 다공성 금속층을 형성하고, 또한 그 위에 적어도 바륨을 포함하는 알칼리토류 금속 산화물을 주성분으로 하는 전자 방사 물질층을 구비한다.

Description

전자관용 음극{CATHODE FOR ELECTRON TUBE}

본 발명은 브라운관 등에 사용되는 전자관용 음극에 관한 것이다.

도 3은 일본 특허 공개 평성 제3-257735호 공보에 개시된 종래의 전자관용 음극을 나타내는 것으로, 도면에 있어서, 참조부호 1은 주성분이 니켈로, 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 소량 포함하는 재료로써 구성된 기체이다. 참조부호 5는 바륨과, 스트론튬 또는/및 칼슘을 포함하는 알칼리토류 금속 산화물(11)을 주성분으로 하고, 0.1∼2O 중량%의 산화 스칸듐 등의 희토류 금속 산화물(12)을 포함한 전자 방사 물질층이다. 참조부호 2는, 니크롬 등으로 구성된 음극 슬리브이다. 참조부호 3은 기체(1) 내에 배치된 히터로, 가열에 의해 전자 방사 물질층(5)으로부터 열전자를 방출시키는 것이다.

여기서, 상기한 바와 같이 구성된 전자관용 음극에 대하여, 그 제조 방법 및 특성에 대하여 설명한다. 우선, 예컨대 텅스텐과 같은 환원성을 갖는 금속을 진공 증착 등의 방법에 의해 기체 상면에 막두께가 1㎛ 정도로 되도록 피착 형성한다. 다음에 바륨, 스트론튬, 칼슘의 삼원(三元) 탄산염과 소정량의 산화 스칸듐을 바인더 및 용제와 동시에 혼합하여, 현탁액을 작성한다. 그리고, 이 현탁액을 기체(1) 상에 스프레이법에 의해 약 80㎛의 두께로 도포한다. 그 후, 브라운관의 진공 배기 공정 중에 히터(3)에 의해서 이들을 가열하여, 탄산염을 산화물로 변환한다. 그 후, 활성화 공정이라고 불리는 공정 중에서, 기체 중의 미량인 환원제 및 상기금속층의 환원 효과에 의해서 알칼리토류 금속 산화물의 일부를 환원하여 전자 방사원으로 되는 유리 바륨을 형성한다.

이 공정에서, 알칼리토류 금속 산화물의 일부는 다음과 같이 반응하여, 유리(遊離) 바륨이 생성되는 것으로 생각된다. 즉, 기체(1) 중에 함유된 실리콘, 마그네슘 등의 환원제는 확산에 의해 전자 방사 물질층(5)과 기체(1)의 계면으로 이동하여, 알칼리토류 금속 산화물과 반응한다. 예컨대, 알칼리토류 금속 산화물이 산화 바륨(BaO)이면 다음 수학식 1, 2와 같은 유리 바륨 생성 반응이 일어난다.

또한, 금속층(4)과 전자 방사 물질층(5)의 계면에서는, 텅스텐이 가지는 환원 효과에 의해 산화 바륨이 환원되고, 마찬가지로 유리 바륨이 생성된다.

산화 스칸듐(12)을 전자 방사 물질층(5) 중에 첨가하는 것은, 전술한 수학식 1∼3에 의해 생성된 규산 바륨(2Ba₂SiO₄), 산화마그네슘(MgO), 텅스텐산 바륨(Ba₃O₆) 등에 기인한, 중간층의 형성을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다. 이 중간층은 전자 방사 물질층과 기체의 계면에 형성되어, 환원제의 확산 장해를 야기하는 것이다.

또한, 종래의 전자관용 음극에 있어서, 기체 상에 텅스텐으로 이루어지는 금속층을 형성하는 것은, 전술한 수학식 3으로 나타낸 유리(遊離) 바륨을 생성하기 위함이다. 금속층의 두께를 2㎛ 이하로 하는 것은, 금속층의 두께가 2㎛ 이하의 두께이면, 기체 중의 환원 원소가 전자 방사 물질 내로 확산하는 것을 방해하지 않기 때문이다.

이와 같이 하여 얻어진 전자관용 음극을 이용한 브라운관용 전자총의 일례를 도 4에 나타낸다. 도면에 있어서, 참조부호 6은 제어 전극, 참조부호 7은 가속 전극, 참조부호 8은 수속(收束) 전극, 참조부호 9는 고압 전극, 참조부호 20은 전자관용 음극이다. 통상의 텔레비전 세트 또는 디스플레이 세트로서는 제어 전극(6), 가속 전극(7), 수속 전극(8), 고압 전극(9)에 인가되는 전압은 고정되어 있고, 전자관용 음극(20)으로부터 방출되는 전자의 량, 즉 음극 전류는 전자관용 음극(20) 자신에게 인가되는 전압을 변조함으로써 제어된다. 예컨대, 제어 전극(6)의 전압을 기준으로 한 경우, 전자관용 음극(20)에는 0V 내지 컷오프 전압까지의 전압이 인가된다. 또한 가속 전극(7)에는 수백 볼트의 양 전압이 인가되고, 전자관용 음극(20)의 전압을 제어 전극(6)의 전압에 접근시키는 것에 따라 제어 전극(6)의 전자 통과 구멍을 통해서 가속 전극(7)으로부터의 전계가 침투하여, 전자가 표시용 패널을 향하여 방출된다. 또한, 수속 전극(8) 및 고압 전극(9)은 전자관용 음극(20)으로부터 방출된 전자를 수속, 가속시키기 위해서 배치되는 것이다.

그런데, 브라운관의 특성 중 하나에 상기 컷오프 전압이 있다. 여기서는 컷오프 전압을 「음극 이외의 전압을 고정한 상태에서, 음극으로부터의 전자 방사가 발생하기 시작하는 경계의 음극 전압」이라고 정의하지만, 일반적으로는, 음극, 제어 전극, 가속 전극의 3요소로 결정되고, 각 전극의 간격, 전극 두께, 전자 통과 구멍의 형상에 의존하여, 전자총의 종류에 의해서 소정의 전압 범위가 되도록 설정되어 있다. 그러나, 상기한 바와 같은 텅스텐 금속을 갖는 전자관용 음극에서는, 동작 중에 텅스텐과 기체의 주성분인 니켈이 서로 확산하여, 합금 형성 시의 부피 팽창에 따르는 소성 변형 및 음극의 가열 냉각 반복에 의한 기체 금속의 항복(降伏 : yield)에 따른 소성 변형이 발생한다. 특히, 기체 전면에 금속층을 형성한 경우에는, 이 변형이 커지는 것이 확인되고 있다. 또한, 전자 방사 물질층 자신에 대해서도 장기간의 동작 중에 증발, 소결 등에 의한 수축이 발생하는 것이 알려져 있고, 그 양자에 의해서 음극과 제어 전극의 간격의 경시 변화, 즉 컷오프 전압의 경시 변화를 야기하는 한가지 원인으로 되고있다.

다음에, 컷오프 전압이 변동한 경우의 영향에 대하여 설명한다. 브라운관의 휘도, 즉 밝기의 변화는 주로 패널 글래스(glass)의 가시광 투과율 저하, 형광체의 발광 효율 저하, 음극으로부터의 전류 저하에 의해서 야기되지만, 특히 음극으로부터의 전류 저하에 대하여 생각한 경우, 다음 2개의 요인을 들 수 있다. 우선, 제 1은 음극으로부터의 전자 방사 능력 자신의 열화에 의해 전류값이 저하되는 것이고, 제 2는 컷오프 전압의 변동에 기인한 음극 표면의 전계 변화에 의해서 야기되는 것으로, 양쪽 모두 휘도의 변화가 발생한다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 된 것으로, 장기간의 동작에 있어서 전자관용 음극의 컷오프 전압이 변동하더라도, 휘도 변화가 작은 디스플레이용 브라운관을 실현할 수 있는 전자관용 음극을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 따른 전자관용 음극은 기체 상에 형성되는 금속층의 두께와 공공율을 한정하여, 기체 금속의 변형을 저감하는 것으로, 장기간의 동작에 대한 컷오프 전압의 변동을 저감하는 것이다.

본 발명에 따른 전자관용 음극은 니켈을 주성분으로 하고, 또한 적어도 일종의 환원제를 함유하여 되는 기체와, 이 기체 상에 형성된 금속층과, 이 금속층 상에 바륨을 포함하는 알칼리토류 금속 산화물을 주성분으로 하는 전자 방사 물질층이 형성된 전자관용 음극에 있어서, 금속층은 다공성 금속층으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 전자관용 음극은, 다공성 금속층이 두께 80㎛ 이하이고, 또한, 20∼70%의 공공율을 갖도록 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 전자관용 음극은, 다공성 금속층이 금속과 공공제를 혼합하여 기체 상에 피착된 후, 이 피착 형성된 금속과 공공제를 진공 중 또는 환원성 분위기 중에서 가열하여, 공공제를 제거함으로써 형성한 것이더라도 관계없다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전자관용 음극의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 전자관용 음극의 컷오프 전압의 경시(經時) 변화를 나타내는 도면,

도 3은 종래의 전자관용 음극을 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 전자관용 음극을 내장한 전자총의 개략 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 기체(基體) 2 : 음극 슬리브

3 : 히터 4 : 금속층

5 : 전자 방사 물질층 6 : 제어 전극

7 : 가속 전극 8 : 수속 전극

9 : 고압 전극 10 : 지지 부재

11 : 알칼리토류 금속 산화물 12 : 희토류 금속 산화물

13 : 음극 지지 기구체

(실시예 1)

본 발명의 실시예의 일례를 도면에 근거하여 설명한다. 도 1에 있어서, 참조부호 4는 기체(1)의 상면에 형성된 텅스텐으로 이루어지는 금속층이며, 금속층의 두께는 30㎛이고 공공율은 50%로 되도록 스크린 인쇄법을 이용하여 형성되어 있다. 참조부호 5는 이 금속층(4) 상에 형성되어, 바륨과, 스트론튬 또는/및 칼슘을 포함하는 알칼리토류 금속 산화물로 이루어지는 전자 방사 물질층이다.

다음에, 이 전자관용 음극(20)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선, 소량의 실리콘, 마그네슘을 함유하는 니켈 기체(1)를 음극 슬리브(2)에 용접하여, 고정한 후, 텅스텐, 니켈, 폴리 메타크릴산메틸(이하, PMMA라고 함)을 혼합한 페이스트를 기체 상에 인쇄한다. 그 후, 이 전자관용 음극(20)을 예컨대 수소 상태 하에서, 800∼1100℃에서 가열 처리한다. 이 가열 처리에 의해 PMMA는 증발되고, PMMA가 증발된 후에는 공공(空孔)으로 된다. 다음에 이 음극 기체 상에 바륨, 스트론튬, 칼슘의 삼원(三元) 탄산염과 바인더, 용제를 혼합한 현탁액을 스프레이법에 의해 도포하여, 두께 약 100㎛의 전자 방사 물질층을 형성한다.

다음에, 이 전자관용 음극(20)을 도 4에 나타내는 바와 같은 디스플레이용의 전자총에 내장하지만, 이 때 전자관용 음극(20)의 표면과 제어 전극(6)의 간격이 소정의 값으로 되도록 전자관용 음극(20)을 음극 지지 기구체(13)에, 일체적으로 고정한다. 이 도면에 있어서, 참조부호 7은 가속 전극, 참조부호 8은 수속 전극, 참조부호 9는 고압 전극을 나타내고 있고, 지지부재(10)는 전기적으로 절연성을 갖고, 또한 각 전극을 소정 간격으로 유지하는 것을 목적으로 하고 있다. 또, 브라운관의 제조 방법에 관해서는 종래 방법과 동일하다.

여기서, 본 발명에 따른 전자관용 음극의 장기간에 걸친 동작 중에서의 컷오프 전압의 경시 변화에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 음극 및 기체 상면의 전면에 금속층을 형성한 종래의 음극 컷오프 전압의 경시 변화를 나타내고 있고, 횡축은 동작 시간, 종축은 컷오프 전압의 초기값비를 나타내고 있다. 이 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 종래의 전자관용 음극에 비해 컷오프 전압의 변화가 보다 적어지고 있다.

여기서, 금속층의 공공율이 적은 경우에 대해서는, 동작 중인 금속층 중의 텅스텐과 기체 금속의 주성분인 니켈의 상호 확산량이 증가하여, 텅스텐-니켈 합금의 형성량 증가에 의해 금속층을 형성하고 있는 쪽의 기체 표면 부근의 부피 팽창이 커진다. 또한, 기체의 주성분인 니켈의 팽창율과 기체의 표면 부근에 형성된 텅스텐-니켈 합금의 열팽창 차이도 크기 때문에, 전자관용 음극의 가열 냉각의 반복 시에 기체 내의 항복 현상이 일어나, 기체 전체의 변형을 일으킨다. 이 변형량은 공공율이 적을수록 그 변형량은 커진다. 또, 금속층을 구성하는 금속에 텅스텐과 니켈을 혼합한 것을 이용한 경우, 기체와의 열팽창 차이는 작게 되고, 그 변형량도 작게 된다.

한편, 공공율이 큰 경우에 대해서는, 기체의 변형량은 적지만, 동작 중에 형성되는 텅스텐-니켈 합금이 형성되지 않는 영역이 증가하고, 그 영역에서는, 절연물인 Ba₂SiO₄등의 중간층이 형성되어, 환원제의 확산을 방해한다. 그 결과, 수명 특성에 악영향을 미치게 된다.

또한, 금속층의 두께에 대하여는, 매우 얇은 경우, 예컨대 텅스텐의 환원 효과가 적어지기 때문에, 수명 특성에 악영향을 미치고, 매우 두꺼운 경우, 기체 내의 환원제인 Si, Mg의 확산이 기체 표면에까지 미치는 량이 적어지기 때문에, 마찬가지로 수명 특성에 악영향을 미치게 된다.

본 발명에 따른 전자관용 음극은 텔레비전용 브라운관뿐만 아니라, 컷오프 전압이 변동되기 쉬운 디스플레이용 브라운관에도 적용할 수 있어, 고전류 밀도 하에서의 동작에 의한 고휘도화와 동시에, 컷오프 변동 감소에 의해, 휘도 변화를 보다 적게 하는 것이 가능해진다.

이상, 이 발명에 의하면, 주성분이 니켈로 이루어지고, 적어도 한 종류의 환원제를 함유하여 이루어지는 기체 상에, 텅스텐을 주성분으로 하는 금속층을 형성하고, 또한 그 위에 바륨을 포함하는 알칼리토류 금속 산화물을 주성분으로 하는 전자 방사 물질층을 구비한 전자관용 음극에 있어서, 금속층을 다공성 금속층으로 구성하여, 금속층의 두께와 공공율을 한정한 것에 의해, 동작 중인 기체의 변형을 제어할 수 있어, 컷오프 전압이 변동되기 쉬운 디스플레이용 브라운관에도 적용할 수 있는 전자관용 음극이 실현할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (3)

1. 니켈을 주성분으로 하고, 또한 적어도 한 종류의 환원제를 함유하여 이루어지는 기체(基體)와, 상기 기체 상에 형성된 금속층과, 상기 금속층 상에 바륨을 포함하는 알칼리토류 금속 산화물을 주성분으로 하는 전자 방사 물질층이 형성된 전자관용 음극으로서, 상기 금속층은 다공성 금속층인 전자관용 음극.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다공성 금속층은 두께 80㎛ 이하이고, 또한 20∼70%의 공공율(空孔率)을 갖는 금속층인 전자관용 음극.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 다공성 금속층은 금속과 공공제(空孔劑)를 혼합하여 상기 기체 상에 점착 형성한 후, 이 점착 형성된 금속과 공공제를 진공 중 또는 환원성 분위기 중에서 가열하여, 상기 공공제를 제거함으로써 형성된 것인 전자관용 음극.