KR20030005513A - 음극선관용 함침형 음극 및 그를 이용한 음극선관의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 함침형 음극을 탑재한 전자총을 음극선관에 봉지 시 음극 표면의 산화를 효과적으로 방지하여 음극 동작 중 안정적인 전자방출 특성을 갖게하는데 적합한 음극 및 그를 이용한 음극선관의 제조방법에 관한 것이다

이에 따른 구성은 전자 방사물질을 함침시킨 기체금속과 그 상면에 금속 또는 금속산화물로 된 피복 박막층을 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 피복박막층 상면에 산화방지막을 구비함을 특징으로 하는 함침형 음극으로 구성된다.

또한 본 발명은 상기의 함침형 음극을 전자총에 탑재하고, 상기 전자총을 음극선관의 네크(neck)부에 삽입하여 열을 이용해 전자총을 상기 네크부에 융착할 때 상기 피복박막층 상면의 산화방지막이 연소, 증발되는 것을 특징으로 하는 함침형 음극을 이용한 음극선관의 제조방법에 관한 기술이다.

Description

음극선관용 함침형 음극 및 그를 이용한 음극선관의 제조방법{cathod of type for cathode ray tube and method manufacture of cathod ray tube used of cathod impregnate type}

본 발명은 음극선관용 함침형 음극에 관한 것으로, 특히 함침형 음극을 탑재한 전자총을 음극선관에 봉지 시 음극 표면의 산화를 효과적으로 방지하여 음극 동작 중 안정적인 전자방출 특성을 갖게 하는데 적합한 음극 및 그를 이용한 음극선관의 제조방법에 관한 것이다.

음극선관은 텔레비젼 수상기를 비롯하여 오실로스코프 레이다의 관측용으로가장 널리 사용되는 표시 장치이다. 이러한 음극선관은 전자총으로부터 방사된 전자빔을 스크린의 형광면에 집속시켜 화상을 구현하게 되며, 전자빔의 최초 발원지로서의 음극이 매우 중요한 역할을 한다.

음극은 전자방사의 재료에 따라 산화물 음극과 함침형 음극으로 나누어지는데, 산화물 음극은 제조방법이 용이하고 저가의 재질로 구성되기 때문에 가장 널리 사용되고 있지만, 고전류 밀도하에서 동작시키기에는 미흡하다. 따라서 고전류 밀도하에서의 구동에는 함침형 음극이 적용되고 있다.

상기 산화물 음극과 함침형 음극이 동작하기 위해서는 소정의 열이 음극에 가해져야 하는데, 산화물에 비해 함침형 음극에 가해지는 열이 훨씬 많다.

함침형 음극은 도 1과 같이, 고융점이며 환원제 역할을 하는 텅스텐(W)과 같은 고융점 금속분말(입경:2∼14㎛)을 압축 성형하고, 고온하에서 소결시켜 기공율이 약 20% 정도인 다공성 펠레상의 소결체를 만든 후 이 다공성 소결체내에 BaO, CaO, Al₂O₃등의 전자방사 물질을 함침하여 기체금속(1)를 만들고, 이 기체금속(1)을 내열금속인 음극컵(2) 내부에 삽입시키고 측면을 레이져 용접하고, 음극컵(2)외측면에는 원통형 음극 슬리브(3)를 부착하며, 이 음극 슬리브는 음극홀더에 용접한다 .

그리고 음극 슬리브(3)내부에는 음극 가열용 히터(4)가 삽입되며, 기체금속 (1)상면에는 전자방사 특성을 향상시키기 위해 백금족 원소인 오스뮴(Os), 루테늄 (Ru), 이리늄(Ir) 등의 희토류 금속이나 금속산화물 또는 이들의 복합화합물로 조성된 피복박막층(5)을 형성한다.

상기 구조에서 음극선관용 히터(4)로 기체금속(1)을 가열하면 기체금속의 온도가 상승하고,소정의 온도에 도달하면 기체금속 내의 전자 방사물질로부터 열전자가 방출된다. 이 방출된 전자는 전자총의 전극을 통해 집속 및 가속되어 형광체를 발광시켜 화상이 표시된다.

상기 완성된 함침형 음극은 도면에서는 생략된 제어전극(G1), 가속전극, 포커스전극 등과 함께 조립되어 전자총을 완성한다. 상기 전자총을 음극선관 제조공정의 한 단계인 봉지 공정을 통해 네크(neck)부에 탑제 된다.

즉, 도 2와 같이 봉지공정은 네크부(6)를 봉지 불꽃으로 가열하여 네크 글라스 (neck glass)를 융착하기 때문에 전자총(7)의 온도가 상승한다. 특히 음극 부분의 온도는 최대 400∼500℃ 정도까지 상승하여 네크 글라스 내부에 흡착되어 있던 수분에 음극의 표면이 산화되는 문제가 있다.

음극의 표면이 산화되면 일함수가 커지는 등 전자 방출 특성에 좋지 않은 영향을 미친다. 봉지공정 중 함침형 음극 부분의 온도 상승으로 인한 산화로 인해 전자 방출 특성에 영향을 주는데, 이에 대한 메커니즘은 아래 반응식에 의한 생성물로서 설명할 수 있다.

BaO + H₂O → Ba(OH)₂

2W + 3O₂→ 2WO₃

상기 반응식에서 생성된 수산화 바륨[Ba(OH)₂]은 전자가 방출되는 물질이 아니며, 비점이 낮기 때문에 증발 시 스트레이 에미션(stray emission)의 원인이 된다. 그리고 산화텅스텐의 경우 전자방출 표면의 일함수를 높이게 된다,

뿐만아니라 기체금속의 산화로 인해 기체금속 내부로부터 표면으로의 바륨의 공급 속도가 느려져 이온 충격에 매우 불리하다. 이온 충격은 음극선관 내부에 잔류하는 아르곤 가스가 이온화 되어 함침형 음극의 표면에 충격을 주는 현상으로 음극의 수명에 치명적인 영향을 준다.

상기와 같은 봉지 공정에서 음극부분의 온도 상승으로 인해 산소나 수분에 의한 산화를 막기위해 비활성기체, 특히 질소분위기에서 봉지를 실시하기도 하지만(일본 특허 2000-48719호), 이 방법으로도 음극 부분의 산화를 줄여 전자 방출 특성ㅇ르 향상시키는 데는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기체금속 표면에 금속 또는 금속산화물로 된 피복박막층을 구비한 함침형 음극에 있어서, 함침형 음극을 이루는 기체금속 상면에 형성된 금속박막위에 산화방지막을 형성시킴으로써, 상기 함침형 음극을 탑재한 전자총을 음극선관의 네크부에 봉지 시 고온 분위기에서 산소 또는 수분에 의해 산화되는 것을 방지하여 음극의 안정적인 전자 방출 특성을 갖게 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 음극선관용 함치형 음극구조도

도 2는 음극선관의 봉지공정을 나타낸 개략도

도 3은 본 발명의 함침형 음극구조도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기체금속 3 : 슬리브 5 : 피복박막층

6 : 네크부 7 : 전자총 8 : 산화방지막

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자 방사물질을 함침시킨 기체금속과 그 상면에 금속 또는 금속산화물로 된 피복 박막층을 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 기체금속 상면에 형성된 금속박막 또는 금속산화물 박막 등과 같은 피복박막층 위에 산화방지막을 구비한 함침형 음극으로 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 함침형 음극의 구조체를 나타낸 것으로, 텅스텐(W)과 같은 고융점 금속분말을 압축 성형하고, 고온에서 소결하여 다공성 소결체를 얻고, 상기 다공성 소결체에 BaO, CaO, Al₂O₃등의 전자방사 물질을 함침하여 음극기체(1)를 얻고, 이 음극기체(1)를 내열금속인 음극컵(2) 내부에 삽입하여 측면을 레이져 용접하고, 음극컵(2)외측면에는 원통형 음극 슬리브(3)를 부착하며, 이 음극 슬리브는 음극홀더에 용접한다.

그리고 음극 슬리브(3)내부에는 음극 가열용 히터(4)가 삽입되며, 기체금속 (1)상면에는 전자방사 특성을 향상시키기 위해 백금족 원소인 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 이리늄(Ir) 등의 희토류 금속이나 금속산화물 또는 이들의 복합화합물로 조성된 피복박막층(5)을 형성한다. 그리고 본 발명에서 요체인 니트로셀루로스를 주성분으로 하는 유기화합물 바인더인 산화방지막(8)을 형성시킨다.

본 발명은 상기와 같이 산화방지막(8)을 형성함으로써, 함침형 음극을 탑재한 전자총을 음극선관에 봉지 시 음극 표면이 산화되는 것을 막는 것이다.

상기의 산화방지막은 봉지 공정의 최대 온도에서 용융/증발하지 않고 함침형 음극용 피복박막층(5)의 표면에 부착되어 있어야 한다. 그 후 음극선관의 배기 공정에서 RF 가열 및 히터에 소정의 전압을 인가하여 음극의 온도를 올림으로써 피복박막층의 표면으로부터 제거된다.

상기의 산화 방지막이 구비해야할 조건은 봉지 최고 온도까지 증발되지 않고 견디어야하며, 동시에 배기 공정 중에 RF 가열 및 히터에 의해 가열되었을 경우는 증발되어 펌프에 의해 음극선관 밖으로 배출되어야 한다. 뿐만아니라 산화 방지막이 전자총의 전극 등에 부착되었을 경우 음극선관 성능에 악 영향을 주지 않아야 한다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

기체금속에 포함된 전자 방사물질은 산화바륨, 산화칼슘 및 알루미나의 몰비가 3:1:1이고, 상기 기체금속 상면에 형성되는 금속 코팅은 스퍼터링 방법을 이용하여 오스뮴(Os)/루테늄(Ru) 막을 약 4000Å의 두께로 형성하였다.

유기화합물 바인더 중 대표적인 니트로셀룰로스를 용매와 혼합한 후 이를 기체금속 상면에 형성된 피복박막층 위에 코팅한다. 이 경우 바인더의 역할은 봉지 시 고온에 의해 피복박막층의 표면이 산화되는 대신 바인더인 산화방지막이 연소되면서 피복박막층의 표면을 보호하는 것이다.

고분자 물질인 니트로셀룰로스는 융점이 금속에 비해서 낮아서 봉지 공정에서 열에 의해 연소 및 증발될 수 있으나, 코팅 두께를 조절함으로써 봉지 공정에서 피복박막층의 표면이 산화되는 것을 막을 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이 봉지 시 음극의 최고 온도는 400∼500℃이다. 따라서 이 온도에서 산화방지막이 피복박막층의 표면을 보호해야 하므로 산화방지막의 두께는 다소 두꺼워야 한다.

본 발명에서는 이를 위해 산화방지막의 두께에 따른 피복박막층의 산화를 검토하여 (표 1)에 나타냈다. (표 1)에서 보는 바와 같이 산화방지막의 두께가 두꺼우면 두꺼울 수록 피복박막층의 산화정도가 약해서 일함수가 작음을 알 수 있다.

그러나 산화방지막의 두께가 두꺼위지면 전자총의 전극 등에 부착되어 음극선관 특성에 영향은 준다. 가장 대표적인 예로 제어전극의 공경 주변부에 불완전 연소된 니트로셀룰로스가 너무 많이 부착되어 공경의 크기를 줄인다. 니트로셀룰로스의 일정량이 제어전극 공경 주변부에 부착되는 것은 음극선관 특성에 영향을 주지 않거나, 오히려 스트레이 에미션에는 더 유리한 결과를 가져왔다.

이는 유기물인 바인더가 제어전극 표면에 부착되어 에이징 또는 음극 동작 중에 함침형 음극으로부터 증발된 발륨(Ba) 및 산화바륨(BaO)이 산화방지막층 위에 부착되므로 전극에 포함된 환원제와 바륨 또는 산화바륨의 반응이 일어나지 않기 때문이다.

(표 1)는 피복박막층 표면에 형성한 산화방지막의 두께에 따른 공경 변화와 스트레이 에미션 개시 전압을 나타낸 것이다.(표 2)의 공경은 최소자승원을 기준으로 환산한 값이다.

(표 1)

산화방지막두께(㎛)	코팅무	10∼50	100∼150	200∼300
평균 일함수(eV)	2.05	2.01	1.92	1.81

(표 2)

산화방지막두께(㎛)	코팅무	10∼50	100∼150	200∼300
제어전극(G1)공경(mm)	2.05	2.01	1.92	1.81
제어전극(G1)스트레이(kv)	1.2	1.3	1.5	0.9

이상에서와 같이 본 발명은 함침형 음극을 이루는 기체금속 상면에 형성된피복박막층 표면에 산화방지막을 형성함으로써, 음극선관 제조 공정 중 봉지 공정에서 함침형 음극의 피복박막층 표면이 산소 또는 수분에 의해 산화되는 것을 막아 음극선관에 탑재시 음극의 안정적인 전자 방출 특성을 확보하는 효과를 갖게 된다.

Claims (3)

1. 전자 방사물질을 함침시킨 기체금속과 그 상면에 금속 또는 금속산화물로 된 피복 박막층을 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 피복박막층 상면에 산화방지막을 구비함을 특징으로 하는 함침형 음극.
2. 제 1항에 있어서,

   산화방지막이 니트로셀루로스를 주성분으로 하는 유기 화합물 바인더 임을 특징으로 하는 함침형 음극.
3. 전자 방사물질을 함침시킨 기체금속과 그 상면에 금속 또는 금속산화물로 된 피복 박막층을 구비한 함침형 음극에 있어서, 상기 피복박막층 상면에 산화방지막을 구비한 함침형 음극을 전자총에 탑재하고, 상기 전자총을 음극선관의 네크(neck)부에 삽입하여 열을 이용해 전자총을 상기 네크부에 융착할 때 상기 피복박막층 상면의 산화방지막이 연소, 증발되는 것을 특징으로 하는 함침형 음극을 이용한 음극선관의 제조방법.