KR20020051704A - cathod of color cathode ray tube - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 칼라음극선관용 음극구조체에 관한 것으로, 특히 음극의 전자방사특성을 향상시키고, 고 전류밀도 상태에서도 장시간 안정한 전자방사가 가능한 음극구조체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathode structure for color cathode ray tubes, and more particularly, to an anode structure that improves electron radiation characteristics of a cathode and enables stable electron radiation for a long time even under high current density.
칼라음극선관은 도 1에 도시한 바와 같이, 내측면에 형광막이 형성된 패넬 (1)과 내측면에 전도성을 갖는 흑연이 도포된 펀넬(2)이 융착 글라스로 봉합되어 있고, 펀넬(2)의 네크부(3)에는 전자빔을 발생시키는 전자총(4)이 장착되어 있으며 패넬(1)의 내측에는 색선별 전극인 새도우마스크(5)가 프레임에 의해 지지되어 있고, 펀넬(2)의 외주면에는 전자빔을 좌우로 평향시켜 주는 편향요크(6)가 장착되어 있다.In the color cathode ray tube, as shown in FIG. 1, a panel 1 having a fluorescent film formed on its inner surface and a funnel 2 coated with conductive graphite on its inner surface are sealed with fusion glass. The neck portion 3 is equipped with an electron gun 4 for generating an electron beam. A shadow mask 5, which is a color-selective electrode, is supported by a frame inside the panel 1, and an electron beam is provided on the outer circumferential surface of the funnel 2. A deflection yoke (6) for horizontally biasing is mounted.
그리고 전자총(4)내에는 열전자를 방출하는 음극(7)이 내장되어 있으며 , 음극은 인접한 다수의 G1,G2그리드(grid)(8)에 인가되는 전압에 의해 음극으로 부터 열전자를 방출한다.In the electron gun 4, a cathode 7 for emitting hot electrons is embedded, and the cathode emits hot electrons from the cathode by voltages applied to a plurality of adjacent G 1 and G 2 grids 8. .
이렇게 구성된 음극선관은 전자총(4)에 영상 신호가 입력되면 전자총(4)의 음극(7)으로 부터 열전자가 방출되며 방출된 전자는 전자총의 각 전극에서 인가된 전압에 의하여 패넬쪽으로 가속 및 집속과정을 거치면서 진행하게 된다. 이때 전자는 패넬의 네크부에 장착된 마그네트의 자계에 의하여 전자빔의 진행 경로가 조정되며 조정된 전자빔은 편향요크(6)에 의하여 패넬의 내면에 주사되어지는데 ,편향된 전자빔은 새도우마스크(5)의 슬롯(Slot)을 통과하면서 색선별이 이루어지고 선별된 전자빔은 패넬 내면의 형광막에 충돌하여 발광시킴으로써 영상신호를 재현 한다.In the cathode ray tube configured as described above, when an image signal is input to the electron gun 4, hot electrons are emitted from the cathode 7 of the electron gun 4, and the emitted electrons are accelerated and focused toward the panel by the voltage applied from each electrode of the electron gun. Go through the process. At this time, the path of the electron beam is adjusted by the magnetic field of the magnet mounted on the neck portion of the panel, and the adjusted electron beam is scanned on the inner surface of the panel by the deflection yoke 6, and the deflected electron beam of the shadow mask 5 Color selection is performed while passing through the slot, and the selected electron beam collides with the fluorescent film on the inner surface of the panel to emit light to reproduce an image signal.
상기 음극선관용 음극(7)은 열전자 방출 특성을 이용한 산화물 음극이 주로 사용되고 있다. 산화물 음극은 도 2와 같이 텅스텐(W)이 주성분인 열 저항선에 알루미나가 절연층으로 코팅되어 이루어진 히터(9)가 원통형 음극슬리브(10)에 삽입 설치되고, 그 상단에는 니켈이 주성분이고 미량의 환원제[마그네슘(Mg) ,실리콘 (Si)등]가 포함된 기체금속(Base Metal)(11)이 형성되고, 상기 기체금속 상면에는 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 탄산스트론튬(SrCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 등의 알카리토류(Alkaline -earth) 금속탄산염(Cabonate)을 주성분으로 하는 전자 방사물질층 (13)으로 구성되어 진다.As the cathode 7 for the cathode ray tube, an oxide cathode using hot electron emission characteristics is mainly used. As shown in FIG. 2, a heater 9 formed by coating an alumina with an insulating layer is inserted into a cylindrical cathode sleeve 10 by inserting a heater 9 into which a tungsten (W) is a main component. A base metal 11 including a reducing agent (magnesium (Mg), silicon (Si), etc.) is formed, and on the upper surface of the base metal, at least strontium carbonate (SrCO 3 ) containing carbon (Ba) and carbonic acid calcium (CaCO 3) are composed of electron emission material layer 13 is composed mainly of an alkaline-earth (alkaline -earth), metal carbonates (Cabonate) and the like.
또 다른 음극은 도 3과 같이 상기한 기체금속(11)위에 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 상기의 알카리토류 금속탄산염과 산화스칸듐(Sc2O3) 분말(12) 등과 같은 희토류 금속산화물의 분해 금속산화물이 함유된 전자 방사물질층(13a)을 구비한 음극으로 구성된다.Another cathode is the decomposition of rare earth metal oxides such as alkaline earth metal carbonates and scandium oxide (Sc 2 O 3 ) powders 12 including at least barium (Ba) on the above-described gas metal 11 as shown in FIG. 3. It is composed of a cathode having an electron emitting material layer 13a containing a metal oxide.
상기한 음극을 제작하는 종래 산화물음극의 전자방사물질층은 (Ba,Sr,Ca)CO3로 구성된 3중 탄산염(Triple Carbonation)과 니트로셀루로오즈(Nitrocellulose) 및 부틸 아세테이트(Butylacetate)로 구성된 바인더와 혼합하여서 스펜젼(Suspen sion :현탁액)형태로 만들고, 이를 기체금속(11)위에 스프레이 등의 방법으로 코팅함으로써 전자 방사물질층(13)(13a)이 형성된다. 상기와 같이 제작된 음극에서 전자가 생성되는 동작은 다음과 같다.The electron emitting material layer of the conventional oxide cathode for producing the cathode is a binder composed of triple carbonation (Ni, cellulose) and butyl acetate (Butylacetate) consisting of (Ba, Sr, Ca) CO 3 It is mixed with and made into a suspension (suspension) form, and by coating it on the base metal 11 by spraying or the like to form an electron emitting material layer (13) (13a). The operation of generating electrons in the cathode manufactured as described above is as follows.
즉, 기체금속(11)위에 도포된 알카리토류 금속탄산염은 진공 배기공정에서히터의 가열에 의해 (Ba,Sr,Ca)O의 3원 복합산화물로 변환된다.이를 반응식으로 나타내면 하기와 같다.That is, the alkaline earth metal carbonate coated on the base metal 11 is converted into a ternary composite oxide of (Ba, Sr, Ca) O by heating the heater in a vacuum exhaust process.
(Ba,Sr,Ca)CO3→ (Ba,Sr,Ca)O + CO2-------------- ①(Ba, Sr, Ca) CO 3 → (Ba, Sr, Ca) O + CO 2 -------------- ①
진공 배기공정에서 (Ba,Sr,Ca)O의 복합산화물로 변환된 전자방사물질층(13) (13a)은 에이징 공정에서 히터의 900∼1100℃ 고온 가열에 의해 기체금속(11)에 함유되어 있는 Si 또는 Mg등의 환원성 금속과 반응해서 전자방사원인 바륨(Ba)을 생성하게 된다.In the vacuum exhaust process, the electron emitting material layers 13 and 13a, which are converted into a composite oxide of (Ba, Sr, Ca) O, are contained in the base metal 11 by heating at 900 to 1100 ° C. of the heater in the aging process. It reacts with a reducing metal such as Si or Mg to produce barium (Ba), which is an electron emission source.
즉 히터의 고온 가열에 의해 기체금속(11)내에 존재하는 환원성 원소가 확산에 의해 기체금속과 (Ba,Sr,Ca)O의 복합산화물로 구성된 전자 방사물질층(13)(13a)의 계면으로 이동하여 복합산화물과 반응함으로써 자유바륨(Ba)을 생성하게 된다. 예를 들어 산화바륨(BaO)의 반응식을 나타내면 하기와 같다.That is, the reductive element present in the base metal 11 by the high temperature heating of the heater diffuses to the interface between the electron emitting material layers 13 and 13a composed of the base metal and the complex oxide of (Ba, Sr, Ca) O. It moves and reacts with the composite oxide to produce free barium (Ba). For example, the reaction scheme of barium oxide (BaO) is as follows.
2BaO + Si → 2Ba + SiO2-------------②2BaO + Si → 2Ba + SiO 2 ------------- ②
BaO + Mg → Ba + MgO --------------③BaO + Mg → Ba + MgO -------------- ③
4BaO + Si → 2Ba + Ba2SiO4-----------④4BaO + Si → 2Ba + Ba 2 SiO 4 ----------- ④
결론적으로 기체금속(11) 위에 형성된 알카리토류 금속산화물이 부분적으로 환원되어서 자유바륨(Ba)이 생성되고 , 이 자유바륨(Ba)에서 전자를 생성하게 된다.In conclusion, the alkaline earth metal oxide formed on the base metal 11 is partially reduced to generate free barium (Ba), and electrons are generated from the free barium (Ba).
Ba Ba2++ 2e-(전자생성) -------------⑤Ba Ba 2+ + 2e - (E generated) ------------- ⑤
상기와 같이 제작된 산화물음극은 통상 700∼800℃의 동작온도에서 0.5∼0.8A/cm2의 전류밀도로 사용할 수 있는 전자 방사물질층을 제공한다The oxide cathode prepared as described above provides an electron emitting material layer that can be used at a current density of 0.5 to 0.8 A / cm 2 at an operating temperature of 700 to 800 ° C.
또 다른 종래의 음극인 도 3과 같은 구조를 가지는 산화물음극은 일본 특허소64-5417호에 나타난 것으로 하기와 같은 제작과정을 가진다.Another conventional cathode, an oxide cathode having a structure as shown in FIG.
즉,도 3의 구조를 가지는 종래 음극은 도 2의 구조를 가지는 종래 음극과 동일한 (Ba,Sr,Ca)CO3로 구성된 3중 탄산염(Triple Carbonation)과 니트로셀루로오즈(Nitrocellulose) 및 부틸 아세테이트(Butylacetate)로 구성된 바인더 및 0.1∼20중량%의 산화스칸듐 분말(12)을 혼합하여 서스펜젼(Suspen sion :현탁액)형태로 만든 후, 이를 기체금속(11)위에 스프레이 등의 방법으로 코팅함으로써 전자방사물질층(13a)이 형성된다.That is, the conventional negative electrode having the structure of FIG. 3 has triple carbonation, nitrocellulose and butyl acetate composed of (Ba, Sr, Ca) CO 3 , which is the same as the conventional negative electrode having the structure of FIG. 2. (Butylacetate) and a binder (0.1-20% by weight of scandium oxide powder 12) are mixed to form a suspension (suspension) form, and then coated on the base metal 11 by spraying or the like method The electron emitting material layer 13a is formed.
상기 도 3과 같은 종래 음극은 통상의 산화물음극이 동작온도인 700∼800℃에서 2A/cm2의 전류밀도를 유지할 수 있다고 일본특허 소64-5417에 기록되어 있다.It is recorded in Japanese Patent No. 64-5417 that a conventional anode as shown in FIG. 3 can maintain a current density of 2 A / cm 2 at a temperature of 700 to 800 ° C., which is a normal oxide cathode.
상기와 같이 높은 전류밀도를 얻을 수 있는 이유는 산화스칸듐이 알카리토류 금속산화물 즉, BaO와 반응하여 생성된 복합산화물인 Ba3Sc4O9이 전자방사물질층 내에 분해되어 있고, Ba3Sc4O9의 복합산화물은 음극의 동작 온도에서 열 분해를 일으켜 전자방사원인 자유바륨을 생성하기 쉽게 된다.The reason why high current density is obtained as described above is because Ba 3 Sc 4 O 9, which is a complex oxide produced by reacting scandium oxide with an alkaline earth metal oxide, that is, BaO, is decomposed in the electron-emitting material layer, and Ba 3 Sc 4 The composite oxide of O 9 can easily decompose at the operating temperature of the cathode to produce free barium, an electron radiation source.
즉, 도 2에서 Si 또는 Mg 등의 환원성 원소에 의해 자유바륨을 생성하지만 도 3과 같은 종래 음극의 경우 Ba3Sc4O9의 복합산화물의 열 분해에 의한 자유바륨이 부가됨으로 전자방사원인 자유바륨이 부족이 일어나지 않는다. 또 다른 이유로는Ba3Sc4O9의 복합산화물 중의 일부가 금속스칸듐(Sc)로 분해하여 전자 방사물질층 (13a)내에 존재함으로써 전자 방사물질층(123a)의 전도성을 향상시킴으로써 중간층에 의한 전도성이 저하하므로 보충하여 전류의 흐름을 안정되게 실행할 수 있다. 상기에 나타난 이유를 반응식으로 표시하면 하기와 같다.That is, in FIG. 2, free barium is generated by a reducing element such as Si or Mg, but in the case of the conventional negative electrode as shown in FIG. 3, free barium is added by thermal decomposition of a composite oxide of Ba 3 Sc 4 O 9 . Barium deficiency does not occur. Another reason is that some of the complex oxides of Ba 3 Sc 4 O 9 are decomposed into metal scandium (Sc) and present in the electron emitting material layer 13a, thereby improving the conductivity of the electron emitting material layer 123a and thereby conducting the intermediate layer. Since this decreases, it is possible to supplement the current flow stably. The reason shown above is expressed as follows.
2Sc2O3+ 3BaO → Ba3Sc4O9-----------⑥2Sc 2 O 3 + 3BaO → Ba 3 Sc 4 O 9 ----------- ⑥
Ba3Sc4O9→3Ba + 3O2+ Sc2O3----------⑦Ba 3 Sc 4 O 9 → 3Ba + 3O 2 + Sc 2 O 3 ---------- ⑦
상기와 같은 이유로 도 3의 구조를 가지는 종래 음극의 경우는 음극 통상 온도 인 700∼800℃에서 2A/cm2정도의 전류밀도를 얻을 수 있다고 일본특허 소64-54 17에서 주장하고 있다.In the case of the conventional negative electrode having the structure of FIG. 3 for the above reason, Japanese Patent No. 64-54 17 claims that a current density of about 2 A / cm 2 can be obtained at the normal temperature of the negative electrode of 700 to 800 ° C.
도 2와 같은 종래 음극이 음극의 동작온도에서 0.50.8A/cm2의 낮은 전류밀도를 구현하는 이유는 다음과 같은 문제점을 내포하기 때문이다.The reason why the conventional negative electrode as shown in FIG. 2 implements a low current density of 0.50.8 A / cm 2 at the operating temperature of the negative electrode includes the following problems.
먼저 음극이 고온에서 동작함으로써 전자 방사물질층(13)에 생성된 자유바륨 (Ba)은 높은 증기압으로 인해 음극의 주변으로 증발함으로써 전자방사원인 자유바륨(Ba)이 감소하게 되고, 또한 증발된 자유바륨(Ba)이 전극 및 다른 부품에 부착됨으로써 원하지 않는 전자빔이 방출될 수 있다.First, the free barium (Ba) generated in the electron-emitting material layer 13 by operating the cathode at high temperature is evaporated to the periphery of the cathode due to the high vapor pressure, thereby reducing the free barium (Ba) as the electron-emitting source. Undesired electron beams can be emitted by attaching barium (Ba) to electrodes and other components.
또한 에이징 공정을 통해 알카리토류 금속산화물에서 자유바륨(Ba)이 생성될 때 상기의 반응식인 ②, ③ , ④식에서와 같이 기체금속(11)과 전자방사물질층(13)의 계면에 산화실리콘(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화바륨실리콘(Ba2SiO4)등의 산화물 또는 복합산화물의 중간층이 형성되며, 이 중간층의 고 저항으로 인해 전류의 흐름을 방해한다.In addition, when free barium (Ba) is generated from an alkaline earth metal oxide through an aging process, silicon oxide (Si) is formed at the interface between the base metal 11 and the electron-emitting material layer 13 as shown in the above equations (2), (3), (4). An intermediate layer of an oxide or a composite oxide such as SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and barium silicon oxide (Ba 2 SiO 4 ) is formed, and the high resistance of the intermediate layer prevents the flow of current.
또한 중간층은 기체금속(11)내의 환원성 원소가 전자 방사물질층(13)내로 확산하는 것을 방해하여 열전자를 방사하는 자유바륨(Ba)이 충분히 생성되지 못한다 . 고로 음극 전체에서 방사되는 전류량은 적어지고, 전류밀도는 낮아지며, 일 함수는 커지게 된다. 그러므로 종래의 음극을 0.6∼0.8A/cm2이상의 고 전류밀도에서 동작시킬 경우 수명이 급격히 열화되는 문제점을 내포하고 있다.In addition, the intermediate layer prevents the reducing element in the gas metal 11 from diffusing into the electron emitting material layer 13, so that free barium (Ba) that emits hot electrons is not sufficiently produced. Therefore, the amount of current radiated from the entire cathode becomes smaller, the current density becomes lower, and the work function becomes larger. Therefore, when the conventional cathode is operated at a high current density of 0.6 to 0.8 A / cm 2 or more, there is a problem in that the life is rapidly deteriorated.
또한 도 3의 구조를 가진 종래 음극은 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.In addition, the conventional negative electrode having the structure of FIG. 3 includes the following problems.
도 5는 온도를 올림에 따른 산화스칸듐 분말(12)에서 나오는 방출 가스량이 압력을 나타낸 그래프로서, 종축은 산화스칸듐 분말로 부터 방출되는 가스압력을, 횡축은 온도를 나타낸다. 도 5에서 알 수있는 바와 같이 산화스칸듐 분말에서 방출되는 가스량은 150∼350℃부근에서 가장 많은 가스량을 방출하고 있다. 이렇게 발생하는 가스는 많은 양의 산소를 함유하고 있는 것으로 나타나고 있다.5 is a graph showing the pressure of the amount of gas discharged from the scandium oxide powder 12 as the temperature is raised. The vertical axis represents the gas pressure discharged from the scandium oxide powder, and the horizontal axis represents the temperature. As can be seen in FIG. 5, the amount of gas emitted from the scandium oxide powder emits the largest amount of gas around 150 to 350 ° C. The gas thus generated appears to contain a large amount of oxygen.
음극선관의 제조공정 중 진공 배기공정에서 음극의 온도는 200∼400℃까지 올라가는데, 이때 도 3과 같은 구조를 가진 종래 음극은 전사 방사물질층(13a)에서 발생되는 가스가 음극의 주위 및 음극자체에 존재하여 전자방사를 방해하며, 에이징 공정시 전자 방사물질층에서 방출된 가스는 이미 생성된 자유바륨(Ba)을 산화시키는 역할을 하여 전자방사원인 자유바륨을 감소시킨다.In the vacuum exhaust process of the cathode ray tube manufacturing process, the temperature of the cathode rises to 200 to 400 ° C. In this case, in the conventional cathode having the structure as shown in FIG. 3, the gas generated in the transfer radiating material layer 13a is surrounded by the cathode and the cathode. It exists in itself and interferes with the electron radiation, and the gas released from the electron emitting material layer during the aging process serves to oxidize the free barium (Ba) that is already generated, thereby reducing the free barium, which is an electron radiation source.
또 다룬 문제점은 진공 배기공정 중 전자 방사물질층(13a)에서 발생되는 이산화탄소가 산화스칸듐과 결합함으로써 Ba3Sc4O9의 복합산화물 생성을 억제하여 자유바륨을 원할히 공급할 수 없다. 이를 반응식으로 하면 하기와 같다.In addition, the problem addressed is that carbon dioxide generated in the electron emission material layer 13a during the vacuum exhaust process is combined with scandium oxide to inhibit the formation of complex oxides of Ba 3 Sc 4 O 9 , thereby preventing the supply of free barium. This reaction scheme is as follows.
Sc2O3+ 3CO3→ Sc2(CO3)3------------ ⑧Sc 2 O 3 + 3 CO 3 → Sc 2 (CO 3 ) 3 ------------ ⑧
상기와 같은 문제점으로 종래 음극은 고 전류밀도에서 장시간 음극을 동작시킬 경우 수명이 급속히 떨어지게 된다.Due to the problems described above, the conventional cathode is rapidly deteriorated when operating the cathode at a high current density for a long time.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기체금속 상면에 형성되는 전자 방사물질층에 산화스칸듐 분말과 질산토륨 분말을 혼합하여 형성시키거나 ,이들 물질을 각각 별개로 하여 복층(服層)으로 형성시킴으로써, 음극의 전자방사 특성을 향상시키고, 고 전류밀도 상태에서도 장시간 안정한 전자방사를 실시할 수 있는데 적합한 산화물음극을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, it is formed by mixing the scandium oxide powder and thorium nitrate powder in the electron emitting material layer formed on the upper surface of the gas metal, or by using a separate layer of each of these materials (服 層) The purpose of the present invention is to provide an oxide cathode suitable for improving the electron emission characteristics of the cathode and allowing stable electron radiation for a long time even in a high current density state.
도 1은 칼라음극선관의 구조도1 is a structural diagram of a color cathode ray tube
도 2는 종래의 음극선관용 음극구조도2 is a cathode structure diagram for a conventional cathode ray tube
도 3은 종래의 다른 음극선관용 음극구조도3 is a conventional cathode structure diagram for another cathode ray tube
도 4a는 본 발명의 음극구조도Figure 4a is a cathode structure diagram of the present invention
도 4b는 본 발명의 다른 음극구조도Figure 4b is another cathode structure of the present invention
도 5는 산화스칸듐 분말의 온도에 대한 방출가스량을 나타낸 그래프5 is a graph showing the amount of emitted gas against the temperature of the scandium oxide powder
도 6은 음극의 가스에 대한 전류 값을 나타낸 그래프6 is a graph showing the current value for the gas of the cathode
도 7은 음극에 대한 전류밀도 및 초기 전류 값을 나타낸 그래프7 is a graph showing the current density and initial current value for the cathode
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 기체금속 12 : 희토류 금속화합물 분말11: gas metal 12: rare earth metal compound powder
13b : 제 1전자 방사물질층 14 : 악티늄 족 금속화합물13b: first electron emission layer 14: actinium group metal compound
15 : 전자 방사물질층 16 : 제 2전자 방사물질층15 electron emitting material layer 16 second electron emitting material layer
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 그 실시예를 나타낸 도 5 및 도 6과 같이 하여 구성할 수 있다.The present invention for achieving the above object can be configured as shown in Figures 5 and 6 showing the embodiment.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 음극 가열용 히터(9)가 삽입 설치된 원통형 음극슬리브(10)상단에 실리콘 (Si)또는 마그네슘(Mg)등의 환원성 원소를 미량 포함하며 주성분이 니켈(Ni)로 조성된 기체금속(11)위에 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 금속화합물로 조성된 전자 방사물질층을 구비한 산화물음극에 있어서,That is, as shown in FIG. 5, a small amount of reducing elements such as silicon (Si) or magnesium (Mg) is contained in the upper portion of the cylindrical cathode sleeve 10 in which the cathode heating heater 9 is inserted, and the main component is nickel (Ni). In an oxide cathode having an electron-emitting material layer composed of a metal compound containing at least barium (Ba) on a base metal (11) composed of
상기 전자 방사물질층이 알카리토류 금속화합물과 희토류 금속화합물(12)과악티늄 족 금속화합물(14)로 조성된 전자방사물질층(15)으로 구성된 칼라음극선관의 음극으로 이루어진다.The electron emitting material layer is composed of a cathode of a color cathode ray tube composed of an alkaline earth metal compound, a rare earth metal compound 12, and an electron emission material layer 15 composed of an actinium group metal compound 14.
또 다른 구성은 도 6에 도시한 바와 같이, 음극 가열용 히터(9)가 삽입 설치된 원통형 음극슬리브(10) 상단에 실리콘 (Si)또는 마그네슘(Mg)등의 환원성 원소를 미량 포함하며 주성분이 니켈(Ni)로 조성된 기체금속(11)위에 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 금속화합물로 조성된 전자 방사물질층을 형성한 산화물음극에 있어서,In another configuration, as shown in FIG. 6, a small amount of a reducing element such as silicon (Si) or magnesium (Mg) is contained on the top of the cylindrical cathode sleeve 10 in which the cathode heating heater 9 is inserted, and the main component is nickel. In an oxide cathode in which an electron emitting material layer formed of a metal compound containing at least barium (Ba) is formed on a base metal 11 made of (Ni),
상기 전자 방사물질층이 알카리토류 금속화합물과 희토류 금속화합물(12)로 조성된 제 1전자 방사물질층(13b)과 상기 제 1전자 방사물질층(13b)위에 알카리토류 금속화합물과 악티늄 족 금속화합물(14)로 조성된 제 2전자 방사물질층(16)이 형성되어 구성된 칼라음극선관의 음극으로 이루어진다.The first electron emitting material layer 13b of which the electron emitting material layer is composed of an alkaline earth metal compound and a rare earth metal compound 12, and the alkaline earth metal compound and actinium group metal compound on the first electron emitting material layer 13b. A second electron emitting material layer 16 composed of (14) is formed, and is made of a cathode of a color cathode ray tube.
상기한 구성에서 적어도 바륨(Ba)을 포함하는 금속화합물은 적어도 바륨(Ba)을 포함하며 그 외 스트론튬(Sr)및 칼슘(Ca) 등과 같은 알카리토류 금속탄산염이 포함되며, 희토류 금속화합물은 스칸디움(Sc), 이트륨(Y), 란탄늄(La),세륨(Ce),프라세듐(Pr),네오듐(Nd) 중 적어도 1종 이상으로된 희토류 금속산화물로 이루어질 수 있으며, 악티늄 족 금속화합물은 악티늄(Ac), 토륨(Th), 프록탁티늄(Pa)으로 이루어진 악티늄 족 금속산화물 또는 질산토륨 중 적어도 1종 이상으로 이루어질 수 있다.In the above configuration, the metal compound containing at least barium (Ba) includes at least barium (Ba), and other alkaline earth metal carbonates such as strontium (Sr) and calcium (Ca), and the rare earth metal compound is scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), prasedium (Pr), neodymium (Nd) of the rare earth metal oxide may be composed of at least one or more, actinium group metal compound Silver may be made of at least one of actinium group metal oxides consisting of actinium (Ac), thorium (Th), and prolactinium (Pa), or thorium nitrate.
상기한 본 발명의 도 4a와 같은 음극의 제작과정은 다음과 같다.The manufacturing process of the negative electrode as shown in Figure 4a of the present invention described above is as follows.
먼저, 희토류 금속산화물 분말(12)인 산화스칸듐 분말을 800℃ 이상의 온도에서 30분간 이상 가열처리하고, 이렇게 함으로써 산화스칸듐 분말에 존재하는 가스를 방출시킬 수 있다. 상기 분말을 1000℃ 이상의 온도에서 가열하면 소결이 발생하여 현탁액을 구성하지 못한다.First, the scandium oxide powder, which is the rare earth metal oxide powder 12, is heated at a temperature of 800 ° C. or higher for at least 30 minutes, thereby releasing the gas present in the scandium oxide powder. When the powder is heated at a temperature above 1000 ° C., sintering occurs and a suspension cannot be formed.
또한 상기의 산화스칸듐 분말을 산소가 함유된 수소분위기에서 1시간 동안 800∼1000℃의 온도에서 가열처리하는데 , 이렇게 처리하면 전자 방사물질층(15)을 형성하기 위한 현탁액에 잘 분포된다.In addition, the scandium oxide powder is heat-treated at a temperature of 800 to 1000 ° C. for 1 hour in an oxygen-containing hydrogen atmosphere, which is well distributed in the suspension for forming the electron emission layer 15.
또한 악티늄 족 금속화합물(14)인 질산토륨 분말을 준비함에 있어 가열을 하지 않은 상태로 두거나, 가열을 하여도 500℃ 미만의 온도에서 가열하여 준비한다. 이는 500℃ 이상의 온도에서는 질산토륨을 구성하는 질산(NO3)이 가스로 증발하기 때문에 오히려 전자 방사물질층에 잘 분포하지 않은 경향이 있다.In addition, in preparing the thorium nitrate powder, which is the actinium group metal compound 14, it is left unheated or prepared by heating at a temperature of less than 500 ° C even when heated. This is because the nitric acid (NO 3 ) constituting thorium nitrate evaporates to a gas at a temperature of 500 ° C. or more, rather it is not well distributed in the electron emitting layer.
상기에서 준비한 산화스칸듐 분말과 질산토륨 분말과 (Ba, Sr, Ca)CO3로 구성된 3중 탄산염(Triple Carbonation)과 니트로셀루로오즈 (Nitrocellu lose) 및 부틸 아세테이트(Butylacetate)로 구성된 바인더와 혼합하여 서스펜젼 (Suspen sion :현탁액)형태로 만든다. 상기현탁액 중 산화스칸듐 분말의 중량비는 10% 이하, 질산토륨 분말(14)의 중량비는 5% 이하로 함으로써 현탁액을 완성한다.It is mixed with a binder composed of scandium oxide powder, thorium nitrate powder, (Ba, Sr, Ca) CO 3 prepared above, triple carbonation, nitrocellu lose, and butyl acetate (Butylacetate). It is made in the form of a suspension (suspension). The suspension is completed by setting the weight ratio of scandium oxide powder in the suspension to 10% or less and the weight ratio of thorium nitrate powder 14 to 5% or less.
계속해서 니켈이 주성분이고, 실리콘(Si) 혹은 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소가미량 함유된 기체금속(11) 위에 스프레이 등의 방법으로 코팅함으로써 본 발명에서 제시한 음극의 전자 방사물질층(15)을 형성하게된다.Subsequently, nickel is the main component, and the electrospinning material layer 15 of the cathode proposed by the present invention is coated on the base metal 11 containing a small amount of reducing elements such as silicon (Si) or magnesium (Mg) by spraying or the like. Will form).
도 4a의 구조를 가지는 본 발명의 음극은 전자관의 진공 배기공정에서 전자방사물질층(15)을 구성하는 알카리토류 금속탄산염이 알카리토류 금속산화물로 변화하는데, 이때 전자 방사물질층(15)에서 이산화탄소 가스가 발생하게 된다(상기 반응식①). 종래 음극의 경우 발생한 이산화탄소가 산화스칸듐과 반응을 일으켜 산화스칸듐의 성능을 저하하고 있지만(반응식⑧), 본 발명에서는 발생한 이산화탄소가 산화스칸듐 분말과 반응하기 전 질산토륨 분말과 반응하여 탄산토륨을 생성하여(반응식⑨)산화스칸듐 성능의 저하는 발생하지 않게 된다.In the cathode of the present invention having the structure of FIG. 4A, the alkali earth metal carbonate constituting the electron emission material layer 15 is converted into an alkali earth metal oxide in the vacuum exhaust process of the electron tube, wherein the carbon dioxide in the electron emission material layer 15 is changed to carbon dioxide. Gas is generated (Scheme ①). Conventionally, in the case of the negative electrode, the generated carbon dioxide reacts with scandium oxide to reduce the performance of scandium oxide (Scheme ⑧), but in the present invention, the generated carbon dioxide reacts with the thorium nitrate powder before reacting with the scandium oxide powder to generate thorium carbonate. (Scheme ⑨) The degradation of scandium oxide performance does not occur.
에이징 공정에서 전자 방사물질층(15)은 900∼1000℃의 온도로 가열되어 알카리토류 금속산화물이 기체금속(11)내에 존재하는 환원성 금속과 반응하여 전자방사원인 자유바륨(Ba)을 생성하게 된다(반응식②∼⑤).In the aging process, the electron emission material layer 15 is heated to a temperature of 900 to 1000 ° C., and the alkali earth metal oxide reacts with the reducing metal present in the gas metal 11 to generate free barium (Ba) as an electron radiation source. (Scheme ② to ⑤).
또한 산화스칸듐 분말은 알카리토류 금속산화물 중 산화바륨과 반응하여 복합산화물인 Ba3Sc4O9을 생성하여 전자 방사물질층 전부분에 존재하여 음극의 동작 시 열분해하여 자유바륨을 생성하게 된다(반응식⑥,⑦).In addition, scandium oxide powder reacts with barium oxide in alkaline earth metal oxides to produce Ba 3 Sc 4 O 9 , a composite oxide, which is present in all parts of the electron emitting material layer, and pyrolyzes during operation of the cathode to generate free barium. ⑥, ⑦).
또한 질산토륨은 진공 배기공정에서 이산화탄소와 반응을 일으켜 탄산토륨으로 변화하였지만 에이징 공정에서 탄산토륨은 이산화탄소를 방출하고 전자 방사물질층(15)의 산화바륨과 반응하여 전자방사원인 자유바륨을 생성함으로써(반응식⑩)고 전류밀도에서 안정된 전자방사를 실시할 수 있다. 상기의 동작을 반응식으로 통해서 보면 하기와 같다.In addition, thorium nitrate reacts with carbon dioxide in a vacuum exhaust process to change to thorium carbonate, but in the aging process, thorium carbonate releases carbon dioxide and reacts with barium oxide in the electron emitting layer 15 to generate free barium as an electron radiation source ( Scheme iv) It is possible to perform stable electron emission at high current density. Looking at the above operation through the reaction scheme is as follows.
(Ba,Sr,Ca)CO3→ (Ba,Sr,Ca)O + CO2-------------- ①(Ba, Sr, Ca) CO 3 → (Ba, Sr, Ca) O + CO 2 -------------- ①
Th(NO3)4+ 4CO2Th(CO2)4+ 4NO3-------------⑨Th (NO 3 ) 4 + 4CO 2 Th (CO 2 ) 4 + 4NO 3 ------------- ⑨
2Sc2O3+ 3BaO → Ba3Sc4O9-----------⑥2Sc 2 O 3 + 3BaO → Ba 3 Sc 4 O 9 ----------- ⑥
Ba3Sc4O9→3Ba + 3O2+ Sc2O3----------⑦Ba 3 Sc 4 O 9 → 3Ba + 3O 2 + Sc 2 O 3 ---------- ⑦
Th(CO2)4+ 2BaO 2Ba + ThO + 4CO2-----⑩Th (CO 2 ) 4 + 2 BaO 2Ba + ThO + 4CO 2 ----- ⑩
본 발명의 다른 구조를 가지는 도 4b의 음극 제작과정은 다음과 같다.A negative electrode manufacturing process of FIG. 4B having another structure of the present invention is as follows.
먼저, 도 4a와 같은 구조의 음극을 제작할 때 준비한 희토류 금속산화물 분말(12)인 산화스칸듐 분말과 악티늄 족 금속화합물 분말(14)인 질산토륨을 같은 방법으로 준비한다. 다음에 (Ba, Sr, Ca)CO3로 구성된 3중 탄산염(Triple Carbona tion)과 상기에서 준비한 산화스칸듐 분말을 혼합하고 니트로셀루로오즈(Nitrocel lulose) 및 부틸 아세테이트(Butylacetate)로 구성된 바인더와 섞은 후 현탁액을 준비하여 기체금속(11) 위에 스프레이 등의 방법으로 커팅하여 제 1전자 방사물질층(13b)을 형성한다. 그 후 (Ba, Sr, Ca)CO3로 구성된 3중 탄산염(Triple Carbona tion)과 상기에서 준비한 질산토륨 분말을 혼합하고 니트로셀루로오즈 (Nitrocel lulose) 및 부틸 아세테이트(Butylacetate)로 구성된 바인더와 섞은 후 현탁액을 준비하여 상기 제 1전자 방사물질층(13b) 위에 스프레이 등의 방법으로 코팅하여 제 2전자 방사물질층(16)을 형성하여 본 발명의 음극이 완성된다.First, scandium oxide powder, which is a rare earth metal oxide powder 12, and thorium nitrate, which is an actinium group metal compound powder 14, prepared when a cathode having a structure as shown in FIG. 4A are prepared are prepared in the same manner. Next, triple carbonation consisting of (Ba, Sr, Ca) CO 3 and the scandium oxide powder prepared above were mixed and mixed with a binder consisting of nitrocel lulose and butyl acetate (Butylacetate). After the suspension is prepared and cut on the base metal 11 by spraying or the like to form the first electron emitting material layer 13b. Thereafter, triple carbonation consisting of (Ba, Sr, Ca) CO 3 and thorium nitrate powder prepared above were mixed and mixed with a binder consisting of nitrocel lulose and butyl acetate (Butylacetate). After preparing a suspension and coating the first electron emitting material layer 13b by spraying or the like to form a second electron emitting material layer 16, the cathode of the present invention is completed.
도 4b와 같은 본발명 음극의 동작을 보면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention cathode as shown in Figure 4b.
먼저, 음극선관 제작 시 진공 배기공정에서 알카리토류 금속탄산염에서 알카리토류 금속산화물로 변화하며, 부 생성물로 나타나는 이산화탄소의 경우 제2전자방사물질층(16)에 분포되어 있는 질산토륨과 반응을 일으킴으로써 산화스칸듐 분말의 성능은 저하되지 않는다(반응식 ①또는 ⑨).First, the cathode tube is changed from alkaline earth metal carbonate to alkaline earth metal oxide in the vacuum exhaust process, and carbon dioxide, which is a byproduct, reacts with thorium nitrate distributed in the second electron-emitting material layer 16. The performance of the scandium oxide powder does not decrease (Scheme ① or ⑨).
또한 도 4a의 경우 전자 방사물질층(15)에 산화스칸듐과 질산토륨이 함께 분포되어 있기 때문에 음극 위의 전자총 부분에서 생성되는 가스가 전자 방사물질층의 산화스칸듐 분말과 반응할 수 있는 문제점이 있지만, 도 4b와 같은 음극의 경우는 질산토륨이 함유된 전자 방사물질층(16)이 위에 존재함으로써 전자총에서 발생되는 가스가 제 2전자 방사물질층(16)의 질산토륨과 먼저 반응을 일으켜 산화스칸듐의 성능을 저하시키지 않고 상기 반응식 ⑥,⑦,⑨,⑩과 같은 반응을 일으킴으로써 전자방사원인 자유바륨의 생성을 원할히 하여 안정한 전자방사를 실시할 수 있게 된다.In addition, in the case of FIG. 4A, since scandium oxide and thorium nitrate are distributed together in the electron emission material layer 15, there is a problem that the gas generated in the electron gun portion on the cathode may react with the scandium oxide powder in the electron emission material layer. In the case of the cathode as shown in FIG. 4B, a gas generated in the electron gun first reacts with the thorium nitrate of the second electron emitting material layer 16 because the electron emitting material layer 16 containing thorium nitrate is present thereon. By reacting the reactions ⑥, ⑦, ⑨, and 않고 without degrading the performance of, it is possible to smoothly generate free barium, which is an electron radiation source, and to perform stable electrospinning.
또한 에이징 공정 및 음극의 동작 시 ②∼⑤반응식과 같은 동작으로 자유바륨을 생성하지만, 기체금속(11)과 전자방사물질층(13)의 계면에 산화실리콘(SiO),산화마그네슘(MgO), 산화바륨실리콘(Ba2SiO4), 등의 산화물 또는 복합산화물의 중간층도 형성한다. 하지만 도 4b와 같은 구조를 가지는 음극의 경우 산화스칸듐이 함유된 전자방사물질층(13b)이 기체금속 바로 위에 존재함으로써 전자방사물질층 (13B)내의 스칸듐은 산화실리콘(SiO),산화마그네슘(MgO), 산화바륨실리콘(Ba2SiO4), 등의 산화물 또는 복합산화물의 생성을 억제하거나 생성된 중간층을 깨뜨림으로써(반응식⑪,⑫,⑬)기체금속(11)에 존재하는 환원성 금속이 확산에 의해 계속해서 전자방사물질층(13b, 16)의 산화바륨과 반응하여 전자방사원인 자유바륨을 생성하게 되어 아정한 전자방사를 실현하게 된다.이를 반응식으로 나타내면 하기와 같다.In the aging process and the operation of the cathode, free barium is generated by the same operation as in the reaction of 2 through 5, but silicon oxide (SiO), magnesium oxide (MgO), An intermediate layer of an oxide or a composite oxide, such as barium silicon oxide (Ba 2 SiO 4 ), is also formed. However, in the case of the cathode having a structure as shown in FIG. 4B, the scandium in the electron-emitting material layer 13B is formed of silicon oxide (SiO) and magnesium oxide (MgO) because the electron-emitting material layer 13b containing scandium oxide is present directly on the base metal. ), By reducing the production of oxides or complex oxides such as barium silicon oxide (Ba 2 SiO 4 ), or by breaking the formed intermediate layer (Scheme ⑪, ⑫, ⑬), the reducing metal present in the base metal (11) As a result, free barium serving as an electron radiation source is generated by reacting with the barium oxides of the electron emitting material layers 13b and 16 to realize stable electron emission.
2Sc2O3+ 2Ba2SiO4→ 4Sc + 4BaO + 2SiO2+ 3O2------⑪2Sc 2 O 3 + 2Ba 2 SiO 4 → 4Sc + 4BaO + 2SiO 2 + 3O 2 ------ ⑪
2Sc + 3MgO → Sc2O3+ 3MgO ----------⑫2Sc + 3MgO → Sc 2 O 3 + 3MgO ---------- ⑫
4Sc + 3SiO2→ 2Sc2O3+ 3Si ---------⑬4Sc + 3SiO 2 → 2Sc 2 O 3 + 3Si --------- ⑬
도 6은 2극관 검사 결과로써 음극에 대한 정류 값을 나타낸 그래프로써 도 2, 도 3, 도 4a, 도 4b의 음극구조에서 나오는 전류 값을 시간에 대해 나타난 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the rectification value for the cathode as a result of the bipolar tube test is a graph showing the current value from the cathode structure of Figures 2, 3, 4a, 4b with respect to time.
도 6의 실험은 각각의 음극에 대한 초기 전류 값을 알아 본 후 2극관 내부에 가스를 주입하여 진공도를 떨어뜨림으로써 음극에서 전류 값이 나오지 않게 하여 40분 정도 지난 후 2극관 내부의 진공도를 높여 줌으로써 음극의 가스에 대한 영향을 알 수 있다. 즉, 얼마나 빠른 시간에 초기전류 값을 회복하는가를 알 수 있다.In the experiment of FIG. 6, after checking the initial current value for each cathode, the gas is injected into the bipolar tube to reduce the vacuum degree, thereby preventing the current value from the cathode, and increasing the vacuum degree in the bipolar tube after about 40 minutes. The effect of the cathode on the gas can be seen. In other words, it can be seen how quickly the initial current value recovers.
도 6에 나타난 화살표(⇒)와 하트(♥) 표시는 각각의 음극이 초가전류값의 80% 회복 시간을 나타내는 표시이다. 도 6에서 알 수 있드시 도 2 및 도 3의 구조를 가지는 종래 음극의 경우는 회복 시간이 각각 40분과 30분 정도로 길게 걸린데 반해, 도 4a 및 도 4b구조를 갖는 본 발명 음극의 경우는 각각 25분과 15분 정도로 종래에 비해 2배 정도의 빠른 시간에 회복됨을 알 수 있다.Arrows (⇒) and hearts (♥) shown in FIG. 6 indicate that each cathode represents an 80% recovery time of the super value current. As can be seen from FIG. 6, the recovery time of the conventional negative electrode having the structures of FIGS. 2 and 3 is longer than 40 minutes and 30 minutes, respectively, whereas the negative electrode of the present invention having the structures of FIGS. 4A and 4B is 25, respectively. It can be seen that the recovery time is about twice as fast as the conventional minute and 15 minutes.
본 발명 음극의 또 다른 효과는 도 7과 같다. 도 7은 각각의 음극에 대한 초기전류 값과 전류밀도를 나타내는 도표로써, 초기전류 값의 경우 도 4a 및 도 4b의 본 발명의 음극이 종래 음극 대비 1.5배 정도의 큰 값을 나타냄을 알 수 있고, 전류밀도의 경우 2-4배 정도의 큰 값을 나타냄을 알 수 있다.Another effect of the negative electrode of the present invention is the same as FIG. FIG. 7 is a chart showing initial current values and current densities of respective cathodes. In the case of the initial current values, the cathode of the present invention shown in FIGS. 4A and 4B shows a value 1.5 times larger than that of the conventional cathode. In the case of the current density, it can be seen that a large value of about 2-4 times.
이상에서와 본발명은 음극구조를 구비한 기체금속 상면에 형성되는 전자 방사물질층에 산화스칸듐 분말과 질산토륨 분말을 혼합 조성하여서 된 단층으로 형성시키거나 ,이들 물질을 각각 별개로 전자 방사물질에 조성하여 복층(服層)으로 형성시킴으로써, 초기전류 값의 회복 시간이 빠르고, 초기전류 값과 전류밀도의 향상으로 고 전류밀도 상태에서도 장시간 안정한 전자방사를 실시할 수 있는데 적합한 산화물음극을 얻게 된다.As described above, the present invention is to form a single layer formed by mixing scandium oxide powder and thorium nitrate powder in the electron emitting material layer formed on the upper surface of the gas metal having a cathode structure, or these materials are separately formed in the electron emitting material. By forming and forming in a multilayer, the recovery time of the initial current value is quick, and the oxide cathode can be obtained which can perform stable electron emission for a long time even in a high current density state by improving the initial current value and current density.
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KR100490170B1 (en) * | 2003-07-10 | 2005-05-16 | 엘지.필립스 디스플레이 주식회사 | Cathode of CRT |
-
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