KR20020061362A - 칼라음극선관용 함침형 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라음극선관용 함침형 음극에 관한 것으로, 특히 함침형 음극 동작 중 열에 의한 경시적 변화를 최소화하고, 음극의 제조 과정에서 발생하는 음극기체 밑부분의 손상을 줄여 안정적인 전자방출을 할 수 있는데 적합한 함침형 음극의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명은 전자방사물질을 함침시킨 음극기체와 음극 컵을 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 음극기체 바닥면의 전부 또는 일부에 비다공질층이 형성되고, 상기 비다공질층을 통해 음극기체와 음극 컵이 용접되어 결합된 구성으로 이루어지고, 상기 음극을 제조함에 있어서는 고융점 금속 입자를 프레스 성형하고 소결하여 다공질 소결체를 얻는 단계, 상기 다공질 소결체 바닥면의 전부 또는 일부분에 레이저 빔을 조사하여 비다공질층을 형성하는 단계, 상기 비다공질층이 형성된 다공질 소결체에 전자방사물질을 함침시켜 음극기체를 얻는 단계, 상기 음극기체의 비다공질층 위에 고융점 금속 박막을 형성하는 단계, 상기 음극기체의 비다공질층과 컵을 용접하는 단계로 이루어진 칼라음극선관용 함침형 음극의 제조방법에 관한 기술이다.

Description

칼라음극선관용 함침형 음극 및 그 제조방법{cathode of impregnate type for color cathode ray tube and method manufacture for cathode of impregnate type}

본 발명은 칼라음극선관용 함침형 음극에 관한 것으로, 특히 함침형 음극 동작 중 열에 의한 경시적 변화를 최소화하고, 음극의 제조 과정에서 발생하는 음극기체 밑부분의 손상을 줄여 안정적인 전자방출을 할 수 있는데 적합한 함침형 음극의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

음극선관은 텔레비전 수상기를 비롯하여 오실로스코프나 레이다의 관측용으로 가장 널리 사용되는 표시장치이다. 이러한 음극선관은 전자총으로부터 방사된 전자빔을 스크린의 형광면에 집속되는 화상을 구현하는 방식을 채택하고 있어 전자빔의 최초 발원지인 음극의 역할이 매우 중요하다.

음극은 전자방사의 재료에 따라 산화물음극과 함침형음극으로 나누어지는데, 산화물음극은 제조방법이 용이하며 저가의 재질로 구성되므로 가장 널리 사용되는 음극이나, 고전류 밀도하에서 동작시키기에는 미흡하여 고전류 밀도하에서의 구동에 함침형 음극을 적용하는 추세이다.

이러한 함침형 음극구조체는 도 1에 나타난 바와 같이, 고융점 금속이며 환원제 역할을 하는 고융점 금속분말(이경 : 2∼14㎛)을 프레스하여 다공질 소결체의 형상으로 성형하고 고온하에서 소결시켜 기공율이 약 20% 정도인 다공질 소결체를 완성한 후 이 다공질 소결체에 BaO, CaO, Al₂O₃등의 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.

그리고 전자방사특성을 향상시키기 위해 상기 음극기체(1)표면에 금속이나 금속산화물 또는 이들의 복합화합물로 박막을 형성하기도 한다.

상기 구조에서 음극기체(1)를 히터로 가열하면 음극기체(1)의 온도가 상승하고 소정의 온도에 도달하면 음극기체(1)의 전자방사물질로부터 열전자가 방출된다. 이 방출된 열전자는 전자총의 전극을 통해 집속 및 가속되어 형광체를 발광시켜 화상을 표시한다.

이러한 함침형 음극을 제조함에 있어서는, 도 2와 같이 다공질 소결체에 BaO, CaO, Al₂O₃등의 전자방출물질을 함침한 음극기체(1)의 바닥면에 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴/루테늄(Mo/Ru)같은 고융점의 금속 박막 또는 박판(5)을 레이저 빔을 이용하여 용접한 후 컵(2)에 담고 컵의 밑면을 통해 레이저빔을 조사하여 컵(2)과 금속박판(5)을 용접하고, 컵(2)과 음극슬리브(3)를 저항 또는 레이저 용접한다.

그러나 상기한 바와 같이 음극기체(1)의 바닥면에 고융점 금속박막 또는 박판을 용접한 후 이를 컵(2)과 용접하는 방법을 통해 제작된 음극구조체는 음극 동작시 고온에 의해 많은 문제점이 발생된다.

즉, 종래의 방법으로 제작한 음극기체(1)와 컵(2)은 충분히 강하게 고정되어 있지 않아 음극 온도가 경시적으로 크게 변할 수 있으며, 그에 따라 동작 시간이지남에 따라 휘점소거 전압(Cut-off Voltage)이 크게 변하여 안정적인 열전자 방출이 일어나기 어렵다.

먼저, 고융점 금속 박판을 음극기체(1)에 부착하여 컵과 용접하는 방법은 음극기체(1)에 고융점 금속 박판을 용접할 때에 고융점 금속 박판에 레이저 빔을 조사하고 일부 용융시켜 음극기체(1)의 바닥면에 부착하므로 고융점 금속 박판이 용접시 열에 의해 열변형이 일어나고, 고융점 박판의 표면 평탄도가 나빠져 컵과 고융점 금속 박판의 표면 사이에 간격이 생긴다. 이로 인해 컵과 금속 박판을 레이저 용접 시 불량이 많이 일어난다.

한편, 상기한 방법은 레이저 빔 세기가 클 경우 음극기체(1)의 텅스텐 다공질 소결체의 전자방사물질이 열화될 수 있으며, 다공질체에 금속 박판을 형성함으로 인하여 열에 의해 고융점 금속 박판이 응력을 받아 박막이 탈락되는 경우가 발생하여 함침형음극 동작 중 문제가 발생한다.

뿐만아니라, 상기의 방법은 용접 시 레이저 빔에 의한 열이 전자방사물질이 함침된 음극기체(1)의 밑부분에 영향을 주게되어 전자방사물질을 열화시키고, 결과적으로 전자방사 능력을 저하시킨다.

즉, 음극기체(1)의 밑부분이 전자 생성원인 바륨(Ba)의 생성에 큰 역할을 하는데, 상기와 같은 용접 시 열에 의해 음극기체(1)의 밑부분이 손상되어 음극 동작 중 손상된 부분이 저항층 역할을 하게 되어 열전자방출 능력을 저하시키게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 음극기체의 바닥면의 전부 또는 일부가 비다공질층이 되게 하고 그 상면에 고융점 금속박막이 형성되게 함으로써, 컵의 밑면과 음극기체의 용접시 열이 직접적으로 음극기체에 전달되지 않아 용접에 의한 음극기체 밑부분에서의 산화층 생성을 막을 수 있어 음극 동작 중 열에 의한 경시적 변화를 최소화하고, 음극기체 밑부분의 손상을 줄임으로써 안정적인 전자방출 특성을 갖게 하는데 적합한 음극을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 칼라음극선관의 구조도

도 2는 종래의 음극기체와 컵의 용접 상태도

도 3은 본 발명에 따른 음극기체와 컵의 용접 상태도

도 4는 본 발명에 따른 음극기체와 컵의 결합 공정도

도 5는 사용시간에 따른 휘점소거 전압을 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 음극기체 2 : 컵 5a : 고융점 금속막

6 : 비다공질층

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자방사물질을 함침시킨 음극기체와 음극 컵을 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 음극기체 바닥면의 전부 또는 일부분에 비다공질층이 형성되고, 상기 비다공질층을 통해 음극기체와 음극 컵이 용접되어 결합됨을 특징으로 하는 함침형 음극으로 구성된다.

또한 본 발명은 상기한 음극기체 바닥면의 전부 또는 일부에 형성된 비다공질층 위에 고융점 금속 박막이 형성되어 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 함침형 음극구조를 나타낸 것으로, 다공질 소결체에 BaO, CaO, Al₂O₃등의 전자방출물질을 함침한 음극기체(1) 바닥면의 전부 또는 일부에 비다공질층(Non-porous layer)(6)을 형성하거나, 상기 비다공질층을 비롯한 그렇지 않은 부분에 수㎛ 두께의 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta) 등에서 적어도 1종으로 된 고융점 금속막(5a)을 형성한후 컵(2)과 음극기체(1)가 용접되어 결합된 구조로 이루어진다.

상기 음극기체(1) 바닥면의 전체 또는 일부에 비다공질층(6)을 형성시킴에 있어서는 고융점 금속을 함유한 다공질 소결체에 높은 에너지를 갖는 레이저 빔 등을 조사하여 다공질층을 용융시켜 이루어진 것이다.

도 4는 본 발명의 음극기체와 컵의 결합 공정 순서를 나타낸 것으로, 먼저 미립의 고융점 금속 입자를 프레스 성형 후 소결하여 다공질 소결체를 얻고[도 4의 (a)], 상기 다공질 소결체 바닥면의 전체 또는 일부분에 레이저 빔을 조사하여 용융시켜 비다공질층(6)을 얻는다[도 4의 (b). 이와 같이 형성된 다공질 소결체에 전자방사물질을 함침시켜서된 음극기체(1)를 얻는다[도 4의(c)],

이어서 상기 음극기체(1)의 비다공질층(6)을 비롯한 음극기체(1)의 바닥면에 고융점 금속막(5a)을 형성한다[도 4의 (d)]. 그리고 도 4의 (e)와 같이 컵(2)의 바닥면과 음극기체의 비다공질층을 용접하여 음극기체(1)와 컵(2)의 결합체를 완성한다.

이상에서와 같이 본 발명은 음극기체(1)의 바닥면에 비다공질층(6)을 형성하고, 고융점 금속막을 증착하면 증착막의 부착 상태(결합력)가 비다공질층에서 균일하게 되고, 더 나아가 균일한 두께의 증착막을 형성할 수 있다. 이에 따라 음극기체의 비다공질층(6)면에 증착된 고융점 금속막(5a)과 컵(2)의 밀착성이 향상된다.

그리고 상기의 음극기체(1)와 컵(2)을 부착하기 위한 레이저 용접 시 고융점 금속막(5a)과 컵(2)의 밀착성으로 인해 용접강도를 향상시킬 수 있을 뿐만아니라 음극기체 레이저 용접시 발생하는 열에 의해 산화되는 것을 비다공질층(6)이 보호막 역할을 하게 된다.

또한 본 발명은 상기와 같은 결합 구조로 함으로서 음극선관 동작 중 열적 경시변화를 최소화하고, 함침형 음극의 제조과정에서 발생하는 음극기체 밑부분의 손상을 줄임으로써 안정적인 전자방사 특성을 갖게할 수 있다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

음극슬리브는 두께가 15㎛, 직경이 1.2mm, 길이가 4.3mm인 원통형으로서 재질은 탄탄륨(Ta)이고, 텅스텐을 함유한 다공질 소결체의 두께는 0.4mm이다.

다공질 소결체의 바닥면에 비다공질층(6)을 형성하기 위해 다공질 소결체의 바닥면에 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)레이저를 사용하여 용융한다. 이때 레이저 빔의 주사속도는 50mm/sec이고, 레이저 빔의 스폿 지름은 10∼12㎛이며, 레이저 빔 조사를 위한 분위기는 아르곤(Ar)이나 헬륨(He)등의 비활성 분위기에서 실시하는데, 이는 고온의 레이저에 의해 전도성 다공질 소결체가 산화되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 레이저 빔을 이용하여 형성된 비다공질층(6)에 있어서, 비다공질층의 두께는 10㎛으로 형성하고, 비다공질면의 단차는 3㎛ 이하로 형성한다. 그리고 비다공질층의 폭은 150∼200㎛ 정도로 형성하였다.

상기 다공질 소결체에 전자방사물질로서 몰비가 4:1:1 인 BaO,CaO,Al₂O₃를 함침시키고, 전자방사 능력을 높이기 위해 음극기체(1)의 전자 방출면인 표면에 스퍼터링 방법에 의해 두께가 5000Å인 오스뮴(Os)/루테늄(Ru)박막을 형성하였다.

또한 음극기체(1)의 비다공질층(6)과 컵(2)의 용접을 위해 사용되는 고융점 금속막(5a)의 재질은 몰리브덴(Mo)과 루테늄(Ru)의 합금을 사용하였으며, 그 박막의 두께는 1∼1.5㎛이다. 그리고 음극기체의 비다공질면과 컵의 용접은 레이저 빔을 조사하여 120도 각도로 3점 용접을 행하였다.

본 발명의 실시예를 통해서 얻어진 음극을 전자총에 탑재 후 이 전자총을 음극선관에 탑재하여 음극선관의 특성을 평가하였다. 먼저 음극기체의 전자방출 표면과 제 1 전극과의 거리에 크게 영향을 받는 휘점소거 전압(cut-off Voltage 혹은 Ekco)이 장시간의 동작 중의 변화를 살펴보았다.

휘점소거 전압의 변화율(Ekco%)을 종래의 것과 비교하기 위해 도 5에 나타내었다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 음극구조가 장시간의 열에 의한 경시변화가 적음을 알수 있는데, 이는 본발명의 음극기체와 컵의 접합력이 열적으로 안정적이어서 열에 의해 구조가 틀어지지 않고 초기 용접된 상태로 고정되어 있음을 의미한다.

한편, 본 발명의 경우 음극기체와 컵과의 용접 시 음극기체가 직접적으로 열을 받지 않고 비다공질층이 열을 받는다. 즉, 비다공질층이 음극기체의 열 층격에 대한 완충 역할을 하므로 음극기체가 산화되는 것을 막아 음극의 전기적인 특성에 있어서도 종래에 비해 양호한 특성을 얻을 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 종래의 방법과는 달리 음극기체의 바닥면의 전부 또는 일부가 비다공질층이 되게 하고 그 상면에 고융점 금속박막이 형성되게 함으로써, 컵의 밑면과 음극기체의 용접시 열이 직접적으로 음극기체에 전달되지 않아 용접에 의한 음극기체 밑부분에서의 산화층 생성을 막을 수 있어 음극 동작 중 열에 의한 경시적 변화를 최소화하고, 음극기체 밑부분의 손상을 줄임으로써 안정적인 전자방출 특성을 갖게는 음극을 얻게 된다.

Claims (4)

1. 전자방사물질을 함침시킨 음극기체와 음극 컵을 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 음극기체 바닥면의 전부 또는 일부에 비다공질층이 형성되고, 상기 비다공질층을 통해 음극기체와 음극 컵이 용접되어 결합됨을 특징으로 하는 칼라음극선관용 함침형 음극.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 비다공질층 위에 고융점 금속 박막이 형성됨을 특징으로 하는 칼라음극선관용 함침형 음극.
3. 제 2항에 있어서,

   고융점 금속 박막 재질이 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb) 중 적어도 1종 임을 특징으로 하는 칼라음극선관용 함침형 음극.
4. 고융점 금속 입자를 프레스 성형하고 소결하여 다공질 소결체를 얻는 단계, 상기 다공질 소결체 바닥면의 전부 또는 일부분에 레이저 빔을 조사하여 비다공질층을 형성하는 단계, 상기 비다공질층이 형성된 다공질 소결체에 전자방사물질을 함침시켜 음극기체를 얻는 단계, 상기 음극기체의 비다공질층 위에 또는 비다공질층을 비롯한 비다공질층이 형성되지 않은 음극기체 바닥면에 고융점 금속 박막을형성하는 단계, 상기 음극기체의 비다공질층과 컵을 용접하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 칼라음극선관용 함침형 음극의 제조방법.