KR20030084640A - 더욱 밀도가 높으면서 더욱 얇은 방출 구역을 갖는,전자총을 위한 산화물 음극 - Google Patents

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KR20030084640A
KR20030084640A KR10-2003-0025047A KR20030025047A KR20030084640A KR 20030084640 A KR20030084640 A KR 20030084640A KR 20030025047 A KR20030025047 A KR 20030025047A KR 20030084640 A KR20030084640 A KR 20030084640A
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게랄드 프로우동
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톰슨 라이센싱 소시에떼 아노님
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Abstract

본 발명은 소위 방출 중앙 구역(12) 및 소위 비방출 주변 구역(11)을 포함하고 있는 음극 방출 코팅부를 지지하기 위한 기판(2)을 포함하는 음극(oxide cathode)에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면,
- 방출 구역(12)에서의 평균 밀도는 비방출 구역(11)에서의 평균 밀도 보다 더 크고;
- 방출 구역(12)에서 평균 두께는 비방출 구역(11)에서의 평균 두께 보다 더 작다.
그러한 방식으로, 차단 전압의 변동은 상당히 제한하는 동시에 DC 모드 및 펄스 모드에서 양호한 최대의 방출 성능을 계속 유지하는 것이 가능하다.

Description

더욱 밀도가 높으면서 더욱 얇은 방출 구역을 갖는, 전자총을 위한 산화물 음극{OXIDE CATHODE FOR AN ELECTRON GUN, HAVING A DENSER AND THINNER EMISSIVE ZONE}
본 발명은 음극선관, 특히 컴퓨터 모니터나 텔레비전 스크린을 위한 전자총에서 전자 소스로서 널리 사용되는, 산화물에 기초한 열전자 음극에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 산화물 음극(K)은,
- 본질적으로 알칼리토금속 산화물로 구성되는 음극 방출 코팅부(1)와;
- 음극 방출 코팅부가 증착되는 금속 기판(2)으로서, 그 기판은 마그네슘 및 실리콘과 같이, 알칼리토금속 산화물을 감소시키기 위한 요소를 함유하고 있는, 니켈 및/또는 니켈 합금에 일반적으로 기초하는, 금속 기판(2)과;
- 기판을 지지하는 홀로우 튜뷸러 스커트(hollow tubular skirt)(3)와;
- 음극 방출 코팅부(1)가 전자를 방출하기에 충분한 온도까지 진공 상태에서 기판(2) 및 음극 방출 코팅부(1)를 가열시키기에 적합한, 스커트(3) 내에 위치하는 필라멘트(4)를 포함한다.
음극 방출 코팅부는 일반적으로 다공성인데, 특히, 그 이유는, 음극 방출 코팅부는 일반적으로 알칼리토금속 요소의 카보네이트를 그러한 요소들의 산화물로 열분해함으로써 만들어지고, 열분해에 앞서, 그 것의 두께는 열분해 이후에 50 ㎛와 90 ㎛ 사이의 두께를 갖는 산화물 코팅부를 획득하기 위해서 일반적으로 53 ㎛와 95 ㎛의 사이이다.
기판(2)의 두께는 일반적으로 70 ㎛와 150 ㎛의 사이이다.
스커트와 기판은 동일한 금속 피스로 제작될 수 있고, 그로 인해 음극은 "원-피스(one-piece)" 음극으로 지칭된다.
그러한 음극은 특히 음극선관을 위한 전자총에서 사용되는데, 전자총은 전통적으로,
- 음극(K), 전자빔의 베이스를 형성하는 홀(52)에 의해서 관통되는 제 1 전극(G1) 즉 웨널트(Wehnelt), 및 빔의 전자가 통과하도록 홀에 의해서 또한 관통되는 제 2 전극(G2)을 포함하면서, 전자빔을 형성하기에 적합하고 도 1에 도시된 3극 진공관과;
- 그러한 용도에 적합한 일련의 전극을 일반적으로 포함하는 3극 진공관으로부터 나오는 전자빔을 집속시키기 위한 수단(미도시)을 포함한다.
음극에 가장 근접한 전극, 즉 웨널트(G1)는, 전자총이 동작 중일 때는, 음극 방출 코팅부(1)의 외부 표면에 평행하게 위치하면서 그 표면으로부터 대략 50 ㎛ 내지 80 ㎛ 거리만큼 떨어져서 위치하는 평면(51)을 구비한다.
3극 진공관의 웨널트(G1)에서의 홀(52)은 원형, 타원형 또는 심지어 직사각형일 수 있고, 3극 진공관의 음극 및 전극(G1)은 음극 방출 코팅부의 중심이 그 전극에서의 홀(52)의 중심에 거의 일치하도록 위치되며, 따라서 음극 방출 코팅부가 다음과 같은 두 구역으로 분류된다:
- 도 1에서 대칭축의 양쪽에 점선으로 표시된 바와 같이, 전극(G1)에서의 홀(52)에 마주보고 있음으로써 그 홀과 동일한 형태를 갖는 구역에 대응하는 중앙 구역(12)과;
- 중앙 구역을 제외한 전체 음극 방출 코팅부에 대응하는 주변의 측면 구역(11).
섀도우 마스크를 구비한 종래 컬러 텔레비전의 음극선관은 일반적으로 세 개의 음극을 구비하는 3극 진공관을 포함하는데, 각각의 음극은 원색인 적색, 녹색및 청색을 위한 것이고; 각각의 음극을 위해서, 전자 빔 전류는 일반적으로 시간에 걸쳐 평균적으로 대략 0.4 내지 0.8 ㎃이고; 최대 휘도를 위해서, 그 전류는 전형적으로 최대 5 ㎃ 일 수 있으며, 그 때는 음극의 전체 방출 표면이 사용되고; 전극(G1)에서의 홀이 예컨대 0.5 ㎜의 직경을 갖는 원형인 경우에는, 음극의 잠재적인 방출 구역도 또한 원형이고 동일한 직경을 갖는다.
3극 진공관이 동작 중일 때는, 따라서, 음극 방출을 조정하기 위해서 제공되는 웨널트(G1)와 음극의 기판(2) 사이에 전압차가 인가되고; 3극 진공관은 또한 전자의 궤도를 따라 전극(G1)보다 음극으로부터 더 멀리 떨어진 전극(G2)을 포함하고; 3극 진공관이 동작 중일 때는, 전극(G2)은 전자를 끌어내기 위해 양의 일정한 전계를 음극에 가하도록 바이어싱되는 반면에, 전극(G1)은 음의 조정가능한 전계를 가하도록 바이어싱되고; 실제로는, 중앙 구역(12)은 음극과 전극(G1) 사이의 가장 낮은 전압차를 위해서 획득되는 전자-방출 구역의 최대 범위에 대응하고; 그러한 중앙의 잠재적인 방출 구역은 따라서 이후로는 확대 해석하여 "방출 구역"으로 지칭될 것이며; 유추하여, 주변 구역은 따라서 이후로는 "비방출 구역"으로 지칭될 것이다.
음극 방출이 '0'까지 감소되는, 기판과 웨널트 사이의 전압차는 일반적으로 "차단 전압(cut-off voltage)"으로 지칭된다.
음극의 수명 동안에는, 차단 전압은 변동하고, 그러한 변동은 전자총의 방출 성능을 저하시키거나 고가의 보상 시스템을 필요로 한다는 것이 알려져 있다.
음극의 방출 성능은 또한 "펄스 모드에서의 최대 방출" 및 "DC 모드에서의최대 방출"로 표현된다.
펄스 모드에서의 최대 방출은 대략 10 ㎲의 단기 전압 펄스(voltage pulse of short duration) 동안에 달성될 수 있으면서 그리드(G1)에 인가되는 음극 방출 코팅부의 최대 표면 전류 밀도에 대응하고; 두께가 50 ㎛와 90 ㎛ 사이인 음극 방출 코팅부에 대해서, 음극의 펄스 모드에서의 최대 방출은 본질적으로 음극 방출 코팅부의 두께에 비례하며 일반적으로 그 코팅부의 다공율(porosity)에는 거의 의존하지 않는다.
DC 모드에서의 최대 방출은 대략 10초의 장기 전압 펄스(voltage pulse of long duration) 동안에 달성될 수 있으면서 그리드(G1)에 인가되는 음극 방출 코팅부의 최대 표면 전류 밀도에 대응하고; 음극의 DC 모드에서의 최대 방출은 본질적으로 음극 방출 코팅부의 두께를 통해 측정되는 음극 방출 코팅부의 전도율 비례하며; 따라서 그 최대 DC 방출은 본질적으로 두께에 반비례하고 그 코팅부의 다공율에 비례한다.
음극의 수명 동안에, 음극 방출 코팅부의 다공율 및 두께는 소결 효과(sintering effect)에 의해 감소하고; 그 코팅부의 전체적인 전도율은 감소하고, 그로 인해 DC 모드에서의 최대 방출이 더 낮아지도록 야기한다.
다른 한편으로는, 음극의 수명 동안에, 펄스 모드에서의 최대 방출은 DC 모드에서의 최대 방출 보다 덜 나쁘다.
차단 전압의 변동은 특히 게이트(G1)의 음극 방출 코팅부를 전자총으로부터 이격시키는 거리의 변동으로 인해 발생하고; 그 거리는 특히 다공성 음극 방출 코팅부가 소결에 의해 수축되기 때문에 바뀌며; 그러한 수축이 더 커질수록, 코팅부의 최초 두께 및/또는 다공율은 더 커진다.
요약하자면;
- 높은 다공율은 DC 모드에서의 최대 방출은 향상시키지만 차단 전압의 변동은 나쁘게 하고;
- 큰 두께는 펄스 모드에서의 최대 방출은 향상시키지만 DC 모드에서의 최대 방출과 차단 전압의 변동을 나쁘게 한다.
그러므로, 음극 방출 코팅부의 두께 및 다공율에 대한 최적의 정의에 관해서 딜레마에 봉착한다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 그러한 딜레마를 해결하는데 있다.
그러한 목적을 위해서, 본 발명의 요지는, 하나 이상의 알칼리토금속 산화물에 기초하면서, 소위 방출 중앙 구역 및 소위 비방출 주변 구역을 포함하고 있는 다공성 음극 방출 코팅부를 지지하기 위한 기판을 포함하는, 전자총을 위한 산화물 음극이고, 여기서:
- 상기 방출 구역에서 상기 코팅부의 평균 밀도는 상기 비방출 구역에서 그 동일한 코팅부의 평균 밀도 보다 더 크고;
- 방출 구역에서 상기 코팅부의 평균 두께는 비방출 구역에서 그 동일한 코팅부의 평균 두께 보다 더 작다.
"하나 이상의 알칼리토금속 산화물에 기초한 다공성 음극 방출 코팅부"란 표현은 본 경우에는 알칼리토금속 산화물에 기초하는 음극 방출 물질로 이루어진 방출부를 의미하는 것으로 이해되고; 음극 방출 물질이 함침된(impregnated) 다공성의 전도성 요소(여기서, 전도성 요소는 일반적으로 텅스텐에 기초함)는 그 의미 내에 포함되지 않아야 하고; 그러한 음극 방출 요소는 알칼리토금속 산화물에 기초하지 않고 텅스텐에 기초하며; "함침된" 음극으로 지칭되는 그런 함침된 전도성 요소가 사용되는데, 그것은 "산화물" 음극으로 지칭되는 것에 관한 본 발명의 분야와는 다르다.
본 발명에 대해 특징적인 음극 방출 코팅부의 조직형태로 인해서, 차단 전압의 변동은 상당히 제한하는 동시에 DC 모드 및 펄스 모드에서 최대 방출에 의한 좋은 성능은 계속 유지하는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 가질 수 있다:
- 방출 구역은, 두께는 비방출 구역에서의 평균 두께 보다 적어도 10% 더 작고 또한 동시에 밀도는 비방출 구역에서의 평균 밀도 보다 적어도 10% 더 큰, 부분을 포함하고; 바람직하게는, 그 부분은 방출 구역의 중심을 포함하고; 만약 방출 구역이 원형이라면, 그 부분은 그 구역을 형성하는 원의 중심이며; 만약 방출 구역이 임의의 모양이라면, 그 부분은 그 구역을 형성하는 중심이다.
- 방출 구역의 외부 표면은 오목하고, 기판과 상기 음극 방출 코팅부 사이의 경계면은 편평하고; 바람직하게는, 오목한 부분은 구 모양이며; 음극의 방출 표면의 구면(spherical surface)으로 인해, 그 음극에 의해서 방출되는 전자의 궤도의 수렴 영역 길이는 감소되고, 그로 인해 그 음극이 병합되는 전자관의 성능을 향상시킬 수 있다.
- 상기 기판과 상기 방출 구역 사이의 경계면은 볼록하고, 음극 방출 코팅부의 외부 표면은 거의 평탄하다.
- 상기 음극 방출 코팅부의 두께는 모든 지점에서 30 ㎛와 90 ㎛의 사이이다.
- 상기 방출 구역과 상기 비방출 구역간의 그 코팅부의 평균 밀도 차이는 0.1 g/cm3보다 크거나 그와 동일하다.
- 상기 비방출 구역의 최대 두께와 상기 방출 구역의 최소 두께간의 차이는 20 ㎛ 보다 크거나 그와 동일하다.
- 상기 기판의 두께는 균일하다.
본 발명의 요지는 또한 적어도 하나의 전자빔을 형성하기에 적합한 전자총 3극 진공관인데, 그 전자총 3극 진공관은 형성될 빔마다의 하나의 음극과; 각 전자 빔의 베이스를 형성하기 위해서, 각각의 음극에 마주하고 있고 홀에 의해 관통되는 제 1 전극 즉 "웨널트"와; 각 빔의 전자가 통과하도록 상기 웨널트의 각 홀에 마주하고 있는 홀에 의해서 역시 관통되는 제 2 전극을 포함하고, 여기서 각각의 음극은 본 발명에 따른 것이고, 바람직하게는, 각각의 음극에 대해서, 방출 구역은 상기 전극의 홀에 마주하고 있는 구역에 대응하며 주변 구역은 방출 구역을 제외한 전체적인 음극 방출 코팅부에 대응한다.
본 발명의 요지는 또한 본 발명에 따른 3극 진공관이나 음극을 전자 소스로서 포함하는 전자총이다.
본 발명의 요지는 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 전자총을 포함하는 음극선관이다.
본 발명은 비제한적인 예를 통해서 및 첨부 도면을 참조하여 제공되는 후속하는 설명을 읽음으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 전자총을 위한 3극 진공관을 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 제 1 및 제 2 실시예에서 본 발명에 따른 음극을 각각 도시하는 도면.
도 4 및 도 5는 종래 기술에 따른 음극에 의해서 방출되는 전자의 궤도와 본 발명의 제 1 실시예에 따른 음극에 의해서 방출되는 전자의 궤도를 각각 묘사하는 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 다공성 음극 방출 코팅부 2 : 금속 표면
3 : 스커트 11 : 비방출 주변 구역
12 : 방출 중앙 구역
설명을 간단히 하고 종래 기술과 비교해서 본 발명에 의해 제공되는 차이점 및 장점을 나타내기 위해서, 동일한 기능을 수행하는 소자들에 대해서는 동일한 참조번호가 사용된다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 음극(K')의 상부를 도시하는데, 그 산화물 음극(K')은, 직경(DC)을 갖는 방출 중앙 원형 구역(12)으로 지칭되는 구역과 균일한 두께(EP)를 갖는 역시 원형인 비방출 주변 구역(11)으로 지칭되는 구역을 구비하면서 하나 이상의 알칼리토금속 산화물에 기초하는 다공성 음극 방출 코팅부(1)를 지지하고 있는 균일한 두께(ES)의 금속 기판(2)을 포함하고; 직경(DJ)을 갖는 스커트(skirt)(3)의 상부가 도시되어 있고; 주변 구역(11)의 외부 직경은 스커트(3)의 직경(DJ)에 거의 대응하고; 본 실시예에 따라, 방출 구역(12)의 외부 표면은 오목한데, 즉, 그 구역의 곡률 반경(RC)의 중심은 전자 방출과 동일한 쪽에 위치되고; 본 실시예에 따라, 기판(2)과 음극 방출 코팅부(1) 사이의 경계면은 편평하고; 따라서, 방출 구역(12)에서 코팅부(1)의 평균 두께는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 EP보다 더 작고; 여기서, 방출 구역(12)의 외부 표면의 오목한 부분은 비방출 주변 구역(11)의 평면 상에서 결합하는 구형 뚜껑(spherical cap)의 모양을 갖고; 비방출 구역(11)의 두께(EP)와 방출 구역 중심에서의 최소 두께(EC) 사이의 차이는 10 ㎛보다 크거나 그와 동일하며; 만약, 예컨대, EP-EC=20 ㎛이고 DC=0.45 ㎜라면, RC 2=(225)2+(R-20)2이고, 따라서, 오목한 구역에서의 곡률 반경은 RC=1.276 ㎜이다.
본 발명에 따르면, 방출 구역(12)에서 음극 방출 코팅부의 평균 밀도는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 평균 밀도보다 더 크다.
막 설명된 본 발명의 실시예에 따른 음극을 획득하기 위한 처리가 이제 설명될 것이다.
그 음극을 제작하기 위해서는, DJ=1.4 ㎜인 외부 직경을 갖는 원형 튜브가 사용되는데, 상기 튜브는 균일한 두께를 갖는 평탄한 단부 벽에 의해서 한쪽 끝이 폐쇄되고; 그것의 외부 표면은 음극 방출 코팅부를 위한 기판(2)으로서 역할을 할 것이고; 그 튜브의 벽은 스커트(3)를 형성하고; 그 단부 벽의 두께(ES)는 예컨대 100 ㎛이고; 그 단부 벽은 이 경우에 있어서는 두 개의 코팅부를 포함하는 바이메탈인데, 외부 코팅부는 마그네슘, 실리콘 및 텅스텐과 같이 알칼리토금속 산화물을감소시키기 위한 요소가 도핑되는 니켈에 기초하며; 변형에 따라, 그 단부 벽은 니켈 합금으로 제작될 수도 있다.
알칼리토금속 카보네이트에 기초하면서 95 ㎛의 균일한 두께 및 0.85 g/cm3의 밀도를 갖는 코팅부가 본래 알려져 있는 방식으로 그 기판(2)에 적용되고; 알칼리토금속 요소 중에서도, 바륨, 스트론듐 또는 어쩌면 캄슘을 선택하는 것이 바람직하다.
볼록한 두부(head)를 가진 펀치(punch)를 사용함으로써, 22 ㎛ 두께의 오목한 홀로우(hollow)가 증착된 코팅부의 중심에서 생성되고; 만약 펀치 두부의 볼록한 부분이 이 경우에 있어 구 모양이고 그것의 곡률 반경이 대략 RC=1.276 ㎜라면, 카보네이트 코팅부의 펀칭된 구역은 원형이면서 0.45 ㎜의 직경(DC)을 갖는다.
후자의 동작을 위한 조건, 특히 펀치에 가해지는 압력은 펀칭된 중앙 구역에서의 카보네이트 코팅부의 평균 밀도가 펀칭되지 않은 주변 구역에서의 그 동일 코팅부의 평균 밀도보다 더 크게되도록 하기 위해서 본래 알려진 방식으로 맞추어진다. US 6351061호 문헌의 4 칼럼 54 라인 내지 5칼럼 6라인에 설명된 압력 조건을 회피하는 것이 필요하다는 것이 주시되어야 하는데, 그 문헌에서는, 그에 반하여, 펀치의 압력을 제한함으로써 펀치 바로 밑에 있는 카보네이트 코팅부의 밀도를 변경하는 것을 회피하도록 권고된다.
다음으로, 펀칭된 중앙 구역에서 카보네이트 코팅부의 평균 밀도는 펀칭 동안의 그 구역의 볼륨 감소에 의존한다:
- 중앙 구역의 최초 볼륨 : VCi=EPπDC 2/4=0.0143 ㎜3;
- 펀칭에 관련한 볼륨 감소 : ΔV=π(EP-EC)2(3RC-EP+EC)/3=0.0016 ㎜3;
- 중앙 구역의 최후 볼륨 : VCf=VCi-ΔV=0.0127 ㎜3
그 때, 중앙 구역에서 카보네이트 코팅부의 평균 밀도는 0.85 ×(VCf/VCi)=0.96 g/cm3이다. 즉 11% 감소한다. 이것은 그 구역에서의 평균 밀도이고, 절대 밀도는 펀칭 동안에 압력의 분포에 따라 그 구역 내에서 변하기 쉽다.
펀칭된 구역의 중심에서, 카보네이트 코팅부의 두께는 펀칭되지 않은 구역의 평균 두께 보다 적어도 10% 더 작고, 그것의 밀도는 펀칭되지 않은 구역의 평균 밀도보다 적어도 10% 더 크고; 그러한 비율은 음극의 동작 동안에, 카보네이트의 분해 이후에 고려된다.
유리하게도, 펀칭은 음극이 병합되어야 하는 3극 진공관을 장착한 이후에 실행되고, 그 3극 진공관의 전극(G1 및 G2)의 홀이 처리 과정 동안에 펀치를 유도하기 위해 사용되며; 이것은 전극의 홀에 대해서 펀칭된 구역의 매우 양호한 중심결정을 보장한다.
다른 모양의 오목한 부분이 본 발명으로부터 벗어나지 않는 한 구상될 수 있는데, 예컨대 알 모양의 두부를 갖는 펀치를 사용함으로써 원통 모양의 오목한 부분이 구상될 수 있고; 특히 웨널트(G1)가 직사각형 홀을 갖는 경우에는, 두부가 선대칭적이지 않고 두 개의 직교하는 대칭 평면을 갖는 펀치를 사용하는 것이 또한 가능하다.
그에 따라 획득되는 음극은 종래의 3극 진공관에 병합되고, 그 3극 진공관은 종래의 전자총에 병합되고, 그 전자총은 진공 상태 하에서 전자관에 병합되며; 그 음극이 활성화된 이후에, 카보네이트 코팅부는 알칼리토금속 산화물에 기초하면서 펀칭된 구역에 대응하는 중앙 방출 구역(12)과 펀칭되지 않은 구역에 대응하는 비방출 구역(11)을 갖는 음극 방출 코팅부(1)로 변환되며; 카보네이트의 분해는 코팅부의 크기를 약간 -대략 5%- 축소시킨다.
그 때의 그 음극 방출 코팅부(1)의 특징은 다음과 같다:
- 비방출 구역의 균일한 두께(EP) : 90 ㎛;
- 방출 구역의 홀로우의 최소 두께(EC) : 70 ㎛, 즉 EP와 비교해서 적어도 20% 감소;
- 비방출 구역의 평균 밀도(Dp) : 0.85 g/cm3; 및
- 방출 구역의 평균 밀도(DC) : 0.96 g/cm3
따라서, 방출 구역(12)에서 그 코팅부의 평균 두께는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 평균 두께 보다 더 작고, 방출 구역(12)에서 그 코팅부의 평균 밀도는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 평균 밀도보다 더 크다.
본 발명에 대해 특징된 음극 방출 코팅부의 조직형태로 인해서, 차단 전압의변동은 상당히 제한될 수 있는 동시에, DC 모드 및 펄스 모드에서 양호한 최대 방출 성능은 계속 유지한다.
차단 전압의 변동이 본 발명에 따라 더 높은 밀도 및 더 작은 두께를 갖는 음극 방출 코팅부의 방출 구역의 중앙 부분의 특징에 더욱 의존하는 반면에, 방출 성능은 방출 구역의 주변, 즉 비방출 주변 구역의 특징에 더 의존한다는 사실로부터 그러한 전체적인 보다 나은 성능이 아무래도 발생할 것 같은데, 그 이유는 그 주변에 위치하는 방출 구역의 링(ring)이 방출되는 총 전류에 있어 더 중요하고 이웃하는 비방출 구역이 음극 방출 바륨 자원을 그 주변에 제공하기 때문이다.
추가적인 장점이 도 4 및 도 5를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 방출 구역 표면의 오목한 모양, 특히 그 표면의 구 모양으로 인해 발생하는데, 도 4는 종래의 음극(K)에 의해 방출되는 전자 빔(F)을 나타내고, 도 5는 오목한 방출 구역 표면을 갖는 본 발명에 따른 음극(K')에 의해 방출되는 전자 빔(F')을 도시한다.
이웃하는 전극, 특히 3극 진공관의 전극(G1 및 G2)에 인가되는 전위에 의해서 음극(K 또는 K')의 방출 구역 표면에 마주하도록 생성되는 등전위 면의 모양으로 인해서, 그 음극에 의해 방출되는 전자의 궤도는 빔(F 또는 F')의 축을 따라 연장하면서 LC-O또는 L'C-O인 길이를 갖는 수렴 영역 내에서 수렴하고; 그 수렴 영역은 또한 "교차(crossover)" 영역으로 지칭된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 4와 비교해서, 음극(K')의 방축 구역 표면의 오목한 모양, 특히 구 모양으로 인해서, 본 발명에 따른 음극의 교차 영역 길이는종래 음극의 교차 영역의 길이 보다 더 작고, 그로 인해서 본 발명에 따른 그런 음극이 음극선관에 제공될 때, 음극선관의 스폿 크기를 감소시키고, 음극선관의 성능, 특히 해상도를 향상시킨다는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 음극(K")의 상부를 도시하는데, 그 산화물 음극(K")의 상부는 위에서 설명된 음극과 동일하면서 동일한 방식으로 참조번호가 지정된 성분들을 포함하고; 본 실시예에 따르면, 기판(2)과 방출 구역(12) 사이의 경계면은 볼록한데, 즉 그 구역의 곡률 반경(R'C)의 중심은 전자 방출의 반대쪽에 위치하고; 본 실시예에 따르면, 음극 방출 코팅부(1)의 외부 표면은 거의 편평하고; 따라서 방출 구역(12)에서 코팅부(1)의 평균 두께는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 EP보다 더 작고; 이 경우에 있어서, 기판(2)과 방출 구역(12) 사이의 경계면의 볼록한 부분은 기판(2)과 비방출 구역(11) 사이의 경계면의 평면과 결합하는 구형 뚜껑(spherical cap)의 모양을 가지며; 비방출 구역(11)에서의 두께(EP)와 방출 구역 중심에서의 최소 두께(EC) 사이의 차이는 이전과 같이 10 ㎛ 보다 크거나 그와 동일하다.
본 발명에 따르면, 방출 구역(12)에서 음극 방출 코팅부의 평균 밀도는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 평균 밀도 보다 더 크다.
앞서 방금 전에 설명된 본 발명의 실시예에 따른 음극을 획득하기 위한 처리가 이제 설명될 것이다.
그런 음극을 제작하기 위해서는, DJ=1.4 ㎜인 외부 직경을 갖는 원형 튜브가사용되는데, 그 튜브는 나중의 방출 구역(12)의 위치에 대응하는 볼록한 중앙 구역을 갖는 단부 벽에 의해서 한쪽 끝이 폐쇄되고; 단부 벽의 두께는 예컨대 대략 100 ㎛로 균일하며; 그 단부 벽은 이 경우에 있어서 이전처럼 바이메탈이다.
90 ㎛의 두께와 0.85 g/cm3의 밀도를 가지면서 알칼리토금속 카보네이트에 기초하는 균일 두께의 코팅부가 볼록한 중앙 구역이나 기판(2)을 갖는 그 단부 벽에 본래 알려진 방식으로 적용되고; 처리의 그 스테이지에서는, 그로 인해 획득된 코팅부가 기판(2)의 중앙 구역에 대응하는 볼록한 중앙 구역을 갖는 비평면의 외부 표면을 갖는다.
카보네이트 코팅부의 중심은 나머지 코팅부의 밀도 및 두께 보다 더 큰 밀도와 더 작은 두께를 갖는 중앙 구역을 구비한 카보네이트 코팅부를 획득하기 위해서, 평탄한 두부를 갖는 펀치를 사용하여 평탄하게 된다.
다른 볼록한 모양이 본 발명으로부터 벗어나지 않는 한 구상될 수 있다.
그에 따라 획득된 음극은 종래의 3극 진공관에 병합되고, 그 3극 진공관은 종래의 전자총에 병합되며, 그 전자총은 진공 상태 하에서 전자관에 병합되고; 그 음극이 활성화된 이후에, 카보네이트 코팅부는 알칼리토금속 산화물에 기초하면서 평탄화된 구역에 대응하는 중앙 방출 구역(12)과 평탄화되지 않은 구역에 대응하는 비방출 구역(11)을 구비하는 음극 방출 코팅부(1)로 변환된다.
따라서, 방출 구역(12)에서 그 코팅부의 평균 두께는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 평균 두께보다 더 작고, 방출 구역(12)에서 그 코팅부의 평균밀도는 비방출 구역(11)에서 그 동일한 코팅부의 평균 밀도보다 더 크다.
이전처럼, 차단 전압의 변동은 상당히 제한하는 동시에 DC 모드 및 펄스 모드에서 양호한 최대의 방출 성능은 계속 유지하는 것이 가능하다.
상술된 바와 같이, 본 발명은 음극 방출 코팅부의 두께 및 다공율을 최적으로 함으로써, 차단 전압 변동은 상당히 제한하는 동시에 DC 모드 및 펄스 모드에서 양호한 최대의 방출 성능은 계속 유지하게 한다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 알칼리토금속 산화물에 기초하면서 소위 방출 중앙 구역(emissive central zone)(12) 및 소위 비방출 주변 구역(nonemissive peripheral zone)(11)을 포함하고 있는 다공성 음극 방출 코팅부(porous cathode emissive coating)(1)를 지지하기 위한 기판(2)을 포함하는, 전자총을 위한 산화물 음극(oxide cathode)으로서,
    - 상기 방출 구역(12)에서 상기 코팅부의 평균 밀도는 상기 비방출 구역(11)에서 상기 동일한 코팅부의 평균 밀도 보다 더 크고;
    - 상기 방출 구역(12)에서 상기 코팅부의 평균 두께는 상기 비방출 구역(11)에서 상기 동일한 코팅부의 평균 두께 보다 더 작은, 산화물 음극.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방출 구역(12)은, 상기 두께는 상기 비방출 구역(11)에서의 상기 평균 두께 보다 적어도 10% 더 작고 또한 동시에 상기 밀도는 상기 비방출 구역(11)에서의 상기 평균 밀도 보다 적어도 10% 더 큰, 부분을 포함하는, 산화물 음극.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 방출 구역의 상기 부분은 상기 방출 구역의 중심을 포함하는, 산화물 음극.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 구역(12)의 외부 표면은 오목하고, 상기 기판(2)과 상기 음극 방출 코팅부(1) 사이의 경계면은 편평한, 산화물 음극.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 오목한 부분은 구 모양(spherical shape)인, 산화물 음극.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(2)과 상기 방출 구역(12) 사이의 경계면은 볼록하고, 상기 음극 방출 코팅부(1)의 외부 표면은 거의 편평한, 산화물 음극.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음극 방출 코팅부의 두께는 모든 지점에서 30 ㎛과 90 ㎛ 사이인, 산화물 음극.
  8. 제 7항에 있어서,
    - 상기 방출 구역과 상기 비방출 구역간의 상기 코팅부의 평균 밀도 차이는 0.1 g/cm3보다 크거나 그와 동일하고;
    - 상기 비방출 구역의 최대 두께와 상기 방출 구역의 최소 두께간의 차이는 20 ㎛ 보다 크거나 그와 동일한, 산화물 음극.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(2)의 두께는 균일한, 산화물 음극.
  10. 적어도 하나의 전자빔을 형성하기에 적합한 전자총 3극 진공관(electron gun triode)으로서,
    형성될 빔마다의 하나의 음극(K)과; 각각의 전자빔의 베이스를 형성하기 위해서, 각각의 음극에 마주하고 있고 홀(hole)(52)에 의해서 관통되는 제 1 전극 즉 "웨널트(Wehnelt)"(G1)와; 각 빔의 전자가 통과하도록 상기 웨널트(G1)의 각 홀에 마주하고 있는 홀에 의해서 역시 관통되는 제 2 전극(G2)을 포함하고,
    여기서 각각의 음극은 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 것인, 전자총 3극 진공관.
  11. 제 10항에 있어서, 각각의 음극에 대해서, 상기 방출 구역(12)은 상기 전극(G1)의 상기 홀(52)에 마주하고 있는 구역에 대응하며, 상기 주변 구역(11)은 상기 방출 구역(12)을 제외한 상기 전체적인 음극 방출 코팅부(1)에 대응하는, 전자총 3극 진공관.
  12. 전자총으로서,
    제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 음극이나 제 10항 및 제 11항중 어느 한 항에 기재된 3극 진공관을 전자 소스로서 포함하는, 전자총.
  13. 음극선관으로서,
    제 12항에 기재된 적어도 하나의 전자총을 포함하는, 음극선관.
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