KR20020057354A - 전자관용 함침형 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라음극선관 등의 전자관에 이용되는 음극구조체를 이루는 슬리브에 대하여 흑화피막 처리 후 어닐링 열처리하므로써 슬리브의 수명중에 결정구조의 변화에 따른 경시변형을 일으키지 않기 때문에 컷트오프 전압(cut off voltage)의 드리프트(drift)가 발생되지 않아 안정하게 작동할 수 있는 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 다공질 텅스텐에 바륨을 주성분으로하는 화합물을 용융 함침시킨 음극펠렛과 컵과 슬리브를 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 슬리브의 내면에만 텅스텐과 알루미나를 포함하는 흑색피막이 형성된 함침형 음극으로 이루이지고, 이러한 음극을 제조함에 있어서는 텅스텐과 알루미나를 코팅한 금속선을 슬리브의 중심에 관통한 후 상기 금속선을 통전에 의해 가열하여 텅스텐과 알루미나로 된 흑색피막을 슬리브의 내면에 증착시키는 공정과, 상기 슬리브를 금속선에서 분리하여 열처리 함을 특징으로 하는 함침형 음극의 제조방법으로 구성된 기술이다.

Description

전자관용 함침형 음극 및 그 제조방법{impregnation-type cathode and method for fabricating the same}

본 발명은 칼라음극선관 등의 전자관에 이용되는 음극구조체에 관한 것으로, 특히 음극구조체를 이루는 슬리브의 흑화처리 후 어닐링 열처리하므로써 슬리브의수명중에 결정구조의 변화에 따른 경시변형을 일으키지 않기 때문에 컷트오프 전압(cut off voltage)의 드리프트(drift)가 발생되지 않아 안정하게 작동할 수 있는데 적합한 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

함침형 음극은 지금까지 진행파관, 크라이스트론 등의 전자관에 이용되어 왔으나, 최근은 함침형 음극의 고전류밀도 특성을 활용하여 대형, 고정세의 칼라수상관 등에 채용되고 있다.

이러한 함침형 음극구조체는 도 1에 나타난 바와 같이, 전자방출물질을 함침한 음극기체(1)가 컵(2)내에 수납되고, 이 컵(2)은 그 아래쪽으로부터 원통상의 슬리브(3)의 일단 개구부에 삽입되고, 음극기체(1)가 노출한 상태에서 슬리브(3)에 고정되어 있으며, 슬리브(3)에는 히터(4)가 내장되어 있다. 이러한 히터(4)는 3%레늄-텅스텐 합금선으로 구성되며, 그 표면에 절연물질인 알루미나가 피복되고 있다. 또한 알루미나의 표면에 열방사 특성을 개선하기 위해 텅스텐과 알루미나의 혼합물로 된 다크층이 피복되고 있다.

슬리브(3)는 3개의 리본(6)에 연결하여 원통상의 홀더(5)의 중앙에 같은 축에 지지 고정되어 있다. 상기한 슬리브(3), 컵(2) 및 3개의 리본(6)은 모두 탄탈륨, 니오브, 또는 몰리브덴 중 적어도 1종을 주성분으로 하는 합금으로 구성된다.

그리고 슬리브(3)의 내면에는 히터로부터 발생된 열을 효율 좋게 슬리브에 흡수하기 위한 얇은 흑색피막(7)이 부착 형성되고 있다.

즉, 슬리브(3)는 예를 들면 두께가 15∼20㎛, 직경이 1.23mm, 길이가 4.3mm인 가느다란 파이프이다. 이러한 슬리브에 흑색피막을 부착하는 방법은 예를 들면특개평7-65714호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 두께 15㎛의 슬리브를 수직으로 배치하고, 위쪽으로부터 주입기의 선단노즐을 슬리브내에 약간 삽입하여, 소정량의 텅스텐분말과 알루미나분말의 혼합물의 현탁액을 슬리브내에 채우고, 그와 동시에 또는 그 후에 슬리브의 개구부에 다공질 흡수체를 접촉 또는 근접시켜 여분의 현탁액을 흡수시키고, 그 후 피막재료가 부착된 슬리브를 진공분위기에서 1500℃, 10분간 가열하여, 두께가 약 5㎛의 흑색피막을 형성하는 방법이 알려지고 있다.

또한 상기한 흑색피막 재료를 금속선의 표면에 피복한 후 이 금속선을 슬리브의 개구부에 삽입 관통시킨다, 이어서 금속선을 통전에 의해 가열함에 따라 피복된 흑색피막 재료를 상기 슬리브의 내면에 증착시키는 방법에 의해서도 형성할 수 있다.

흑색피막을 형성하는 목적은 히터에서 발생된 열을 효율 좋게 슬리브에 흡수하기 위하는데 있으나, 상기와 같은 방법에 있어서는 흑색피막 형성을 위한 소성 또는 증착시에 슬리브의 온도가 1200℃ 이상으로 상승하여 결정립이 조대화함과 함께 도 2a와 같이 결정립계에 흑화피막재료 원소(: W, Al, O)가 침입한다. 이러한 침입 원소는 음극의 수명중에 있어서는 동작온도가 900∼1000℃인데, 역(逆)으로(즉, 도 2a와 나타난 바와 같이 내면에서 결정입계를 따라 외면으로) 서서히 슬리브 외면으로 방출된다.

이러한 음극 수명중의 결정구조의 변화에 의해 슬리브(3)에 변화가 발생하여 전자방사면인 음극기체(1)의 열전자 방사면과 그 전방에 위치한 전자변조용 그리드와의 간격(예를 를면 정상치는 0.1mm)이 변동하여 전자관의 컷오프전압(cut offvoltage)의 드리프트(drift)가 발생하는 문제가 있었다.

상기 컷오프 전압의 드리프트 현상은 수명중에 음극 전류를 변하게 하여 R, G, B의 산포가 커지게 하는 원인중의 하나가 되었으며, 이로 인하여 수명 특성이 불안정하여 결국 휘도가 변하는 원인이 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 음극구조를 이루는 슬리브에 흑화피막을 형성한 후 어닐링(Annealing) 열처리 하므로써, 슬리브의 수명중에 결정구조의 변화에 따른 경시변형을 일으키지 않게 하여 컷트오프 전압 (cut off voltage)의 드리프트(drift)가 발생되지 않아 안정하게 작동할 수 있는데 적합한 음극 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 함침형 음극구조체를 나타낸 상태도

도 2a는 종래의 제조공정에 따른 흑화상태도

도 2b는 본 발명에 따른 열처리 후에 나타난 도 2a에 비교 되는 상태도

도 3은본 발명에 따른 흑화처리 공정도

도 4는 본 발명에 따른 열처리 공정도

도 5는 본 발명에 따른 컷오프 전압을 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 음극기체 2 : 컵 3 : 슬리브 4 : 히터

5 : 홀더 6 : 리본 7 : 흑색피막

8 : 금속선 9 : 흑색피막재료

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다공질 텅스텐에 바륨을 주성분으로하는 화합물을 용융 함침시킨 음극펠렛과 컵과 슬리브를 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 슬리브의 내면에만 텅스텐과 알루미나를 포함하는 흑색피막이 형성됨 을 특징으로 하는 함침형 음극으로 구성된다.

상기한 함침형 음극을 제조함에 있어서는 텅스텐과 알루미나를 코팅한 금속선을 슬리브의 중심에 관통하게한 후 상기 금속선을 통전에 의해 가열하여 텅스텐과 알루미나로 된 흑색피막을 슬리브의 내면에 증착시키는 공정과, 상기 슬리브를 금속선에서 분리하여 열처리 함을 특징으로 하는 함침형 음극의 제조방법으로 구성된다.

다음은 실시예에 따라 본 발명을 설명한다.

본 실시예에서 사용한 슬리브(3)는 두께가 17㎛, 외경이 1.23mm,길이가 4.3mm의 탄탈제의 가느다란 파이프이다.

도 3에 나타낸 바와 같이 금속선(8)은 직경 0.3mm의 몰리브덴선이고, 이 금속선의 표면에 흑색피막재료(9)가 피막되어 있다.

흑색피막 재료(9)는 평균입경이 0.5㎛의 텅스텐과 평균입경 0.5㎛의 알루미나를 중량비로 60:40의 비율로 하여 고분자계의 바인더 용액중에 분산하여 만든다.

상기 금속선(8)을 충분히 교반된 흑색피막재료(9)의 용액중에 함침함에 따라 흑색피막재료(9)를 균일하게 피복할 수 있다. 이 경우 침지시간과 침지회수를 선택함에 따라 피복 두께를 제어할 수 있다. 본 실시예의 경우는 피복두께를 0.1mm로 하였다. 또한 본 발명은 균일한 피복은 예로서 전착법에 의해서도 가능하다.

상기한 흑색피막재료(9)가 피복된 금속선(8)을 100개의 음극슬리브(3)의 개구부에 삽입하여 관통한다. 이어서 진공분위기중에서 흑색피막재료(9)가 피복된 몰리브덴제의 금속선(8)에 통전하여 저항가열을 행하여 슬리브(3) 내면에 흑색피막 (7)을 증착하여 형성한다.

상기 통전가열중의 진공도는 1×10-8Torr이고, 금속선(8)의 흑색피막재료(8)가 파복되지 않은 부분의 표면온도는 1600℃, 슬리브(3) 외면의 온도는 1200∼1250℃ 였다. 상기의 온도는 방사온도에 따라 측정된 수치이다.

상기 흑색피막재료(9)는 절연물이며, 슬리브(3)와 금속선(8) 간에 피복되어 있어서 슬리브(3)와 금속선(8)이 직접 접촉하는 것은 아니므로 슬리브에 전류가 흘러 발열하지 않는다. 통전가열을 행하는 시간은 30분간이다.

이어서 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기의 흑화처리된 슬리브(3)를 금속선 (8)으로부터 빼내 흑색피막재료(9)가 피복되지 않은 금속선(8)을 상기 100개의 흑화피복 처리된 음극슬리브(3)의 개구부에 따라 삽입하여 관통한 후 진공분위기중에서 상기 몰리브덴제의 금속선(8)에 통전, 저항가열하여 어닐링 처리하였다.

통전가열중의 진공도는 1×10-8Torr이고, 슬리브(3)의 외면의 온도는 1200-1250℃가 되도록 한다. 상기의 온도는 방사온도계에 따라 측정한 수치이다. 통전가열을 행한 시간은 30분간 이었다.

이어서 음극기체(1)를 탄탈륨제의 컵(2)에 끼워, 배면으로부터 레이져 용접 하여 일체화하고, 일체화한 것을 상기 처리제의 슬리브(3)편 측에 삽입하고, 컵(2)의 외주부를 슬리브(3)의 내주부에 대하여 레이져 용접으로 고착하여 지지한다. 이어서, 3개의 탄탈륨제 리본(6)을 슬리브(3)에 용접하여 리본(6)의 선단을 홀더(5)에 용접하여 고정한다.

이상의 공정으로 제작한 음극구조체는 슬리브(3)의 흑화처리시에 있어서 슬리브가 1200℃ 이상으로 가열됨에 따라 흑화피막재료 원소가 결정립계에 칩입하지만, 그 후의 1000℃ 이상의 온도에 의한 열처리에 의해 상기 원소는 슬리브 밖으로(즉, 도 4와 같은 상,하 통공된 슬리브 밖으로) 방출되므로써 도 2b와 같은 상태를 갖는다.

따라서, 함침형 음극이 통상의 동작온도인 900 내지 1000℃에서 동작을 계속하는 수명중에서 결정립구조가 변화하지 않아, 슬리브(3)의 경시적 변화가 발생하지 않으므로 수명중에 컷오프 전압(cut off voltage)의 드리프트(drift)가 발생하지 않는다.

상기한 슬리브(3)는 탄탈륨제 외에 몰리브덴제 또는 탄탈합금제, 몰리브덴 합금제로서도 사용할 수 있다.

또한 상기의 열처리온도는 1000 내지 1500℃에 대하여 같은 효과를 얻는다.

도 5는 본 발명의 사용수명에 따른 컷오프 전압 변화를 나타낸 그래프이고, (표 1)은 도 5와 관련한 세부적인 변화값을 나타낸 것이다.

시간(Hrs)	Ekco변화값(V)
	종 래	본 발 명
0	52	52
24	52	52
100	49	53
500	47	53
1000	45	52
2000	42	53

이상의 설명과 같이 본 발명은 슬리브 내면에 흑화피막을 형성한 후 이어서 어닐링 열처리 함에 따라 완성된 음극구조체의 슬리브가 수명중에 결정구조의 변화에 따른 경시적 변형을 일으키지 않기 때문에 컷오프 전압(cut off voltage)의 드리프트( drift)가 발생되지 않아 안정하게 작동하는 슬리브를 얻게 된다.

Claims (4)

1. 다공질 텅스텐에 바륨을 주성분으로하는 화합물을 용융 함침시킨 음극펠렛과 컵과 슬리브를 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 슬리브의 내면에만 텅스텐과 알루미나를 포함하는 흑색피막이 형성됨을 특징으로 하는 전자관용 함침형 음극.
2. 음극펠렛과 컵과 슬리브를 구비한 함침형 음극에 있어서,

   텅스텐과 알루미나를 코팅한 금속선을 슬리브의 중심에 관통하게 한 후 상기 금속선을 통전에 의해 가열하여 텅스텐과 알루미나로 된 흑색피막을 슬리브의 내면에 증착시키는 공정과, 상기 슬리브를 금속선에서 분리하여 열처리 함을 특징으로 하는 전자관용 함침형 음극의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 열처리를 진공분위기중에서 1000∼1500℃ 온도로 실시함을 특징으로 하는 전자관용 함침형 음극의 제조방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 열처리는 텅스텐과 알루미나가 코팅되지 않은 상기 금속선을 흑화피막된 슬리브에 삽입하여 실시함을 특징으로 하는 전자관용 함침형 음극의 제조방법.