KR20030095190A - 방전관용 전극재료, 그 제조방법 및 이것을 사용한형광방전관용 냉음극 - Google Patents

Abstract

정상동작수명이 긴 방전관용 전극재료를 제공한다.

스패터계수가 작은 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금을 기재 10로 하고, 이 표면에 2차 전자방출계수가 큰 금속산화물 12를 점재화시킨다. 이와 같은 금속산화물 12로서는, 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄 등의 산화물을 들 수 있다. 이 구성에 의하면, 방전관 개시 전압 및 스패터계수가 작은 기재 10과, 방전유지전압이 낮은 금속산화물 12와의 조합에 의해, 내스패터성이 높으며, 정상동작수명이 긴 방전관용 전극재료를 얻을 수 있다.

Description

방전관용 전극재료, 그 제조방법 및 이것을 사용한 형광방전관용 냉음극{electrode materials for discharge tube, manufacturing method thereof and cold cathode using that}

본 발명은, 방전관용 전극재료, 그 제조방법 및 이것을 사용한 형광방전관용 냉음극의 개량에 관한 것이다.

형광방전관은, 유리관의 내면에 형광체를 도포하고, 그 양단에 한 쌍의 방전관용 전극을 부설한 후, 유리관 내부를 진공배기하고, 크세논, 네온, 아르곤 등의 희(希) 가스를 봉입하여 구성되어 있다. 이와 같은 형광방전관, 예를 들면 액정의 백라이트(back light)에 이용되는 방전관용의 전극재료는, 현재 니켈이 주류를 이루고 있다.

그러나, 상기 종래의 방전관용 전극재료인 니켈의 경우는, 스패터계수 및 작용함수가 크기 때문에, 방전관의 ON/OFF를 수반하는 동작 중에, 유리관의 내면에 전극재료인 니켈의 스패터막이 형성되어, 광투과률이 열화한다고 하는 문제가 있었다.

또, 전극재료인 니켈이 스패터됨으로서, 방전관용 전극에 있어서의 방전개시전압, 방전유지전압이 상승하고, 장시간의 사용에 견딜 수 없다고 하는 문제도 있었다. 니켈 전극의 경우의 전극 수명은, 종래 20,000 시간 정도였다. 그러나, 폐기물에 의한 환경문제 등의 관점에서, 방전관용 전극재료의 정상동작수명으로서, 근년 40,000-50,000 시간 정도가 요구되고 있다.

본 발명은, 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 정상동작수명이 긴 방전관용 전극재료, 그 제조방법 및 이것을 사용한 형광방전관용 냉음극을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 방전관용 전극재료로, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금의 표면에, 2차 전자방출계수가 큰 금속산화물이 점재화되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 방전관용 전극재료에 있어서, 상기 금속산화물은, 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄의 어느 하나의 산화물인 것을 특징으로 한다.

상기 각 구성에 의하면, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금 표면에 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄등의 산화물이 점재화되어 있기 때문에, 전극의 전자 방출성을 향상시킬 수 있으며, 내스패터성(耐spatter性)이 높은 방전관용 전극재료를 제공할 수 있다.

또, 형광방전관용 냉음극으로, 상기 방전관용 전극재료가 사용되고, 통상(筒狀)의 동체부와 저부를 가짐과 동시에, 동체부와 저부와의 접속부가 곡면형상인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 동체부와 저부와의 접속부가 곡면형상이며, 음극으로부터의 전자 방출성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 형광방전관용 냉음극이, 또한 통상의 동체부의 중심축 방향을 통과하는 침상체를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 음극의 동체부의 중심축 방향에 침상체가 배치되어 있기 때문에, 더욱 전극으로부터의 전자 방출성을 향상시킬 수 있다.

또, 방전관용 전극재료의 제조방법으로, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금 중에, 산화물의 2차 전자방출계수가 큰 금속을 첨가하고, 이 금속을 선택산화하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 방전관용 전극재료의 제조방법에 있어서, 선택산화는, 800∼1200℃의 온도의 습윤수소중에서의 열처리인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 선택산화에 의해 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금중에 첨가된, 산화물의 2차 전자방출계수가 큰 금속을 선택적으로 산화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 방전관용 전극재료의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 관한 형광방전관용 냉음극의 한 실시형태의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 관한 형광방전관용 냉음극의 변형예의 단면도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10 : 기재 12 : 금속산화물

14 : 음극 16 : 지지봉

18 : 스템 20 : 동체부

22 : 저부 24 : 접속부

26 : 침상체(針狀體)

이하, 본 발명의 실시의 형태(이하 실시형태라 칭함)를, 도면을 따라서 설명한다.

형광방전관 기타의 방전관에 사용되는 방전관용 전극재료의 정상동작수명은, 일반적으로 (1)방전개시전압 및 ON-OFF를 수반하는 동작중에 있어서의 그 상승변화, (2)방전유지전압 및 ON-OFF를 수반하는 동작중에 있어서의 그 상승변화, (3)ON-OFF를 수반하는 동작중에 있어서의 전극재료의 스패터의 정도, 의 3점에 의존하고 있다. 따라서, 방전관용 전극재료의 정상동작수명을 길게 하기 위해서는, 상기 3개의 값을 모두 낮게 할 필요가 있다. 본 발명자는, 이들의 관점에서 검토한 결과, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금의 표면에, 2차 전자방출계수가 큰 금속산화물을 점재화시키는 것이 유효하다는 것을 발견하였다. 이와 같은 2차전자방출계수가 큰 금속산화물로서는, 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄 등의 산화물을 들 수 있다.

상술한 방전개시전압은, 음극에 전계가 인가되었을 때에 전계방사되는 전자전류량 J가 클수록 낮아진다. 이 전자전류량 J는 이하의 Fowler-

Nordheim식에 의해 표시된다.

[수 1]

J∝F²/Φ exp(-AΦ^3/2/F)

여기에서, J는 전자전류량, F는 전계(V/㎝), A는 전류(암페어), Φ는 작용함수(eV)를 나타낸다.

상기 식에 의해, 작용함수 Φ가 작을수록 전자전류량 J가 커지며, 방전개시전압이 낮아진다는 것을 알았다. 현재, 전극재료로서 주로 사용되고 있는 니켈의 작용함수의 공칭치(公稱値)는, 5eV이지만, 본 발명에 관련되는 방전관용 전극재료에 사용되는 몰리브덴의 작용함수는 4.1eV이며, 텅스텐의 작용함수는 4.5eV이다. 또, 몰리브덴-니켈 합금의 작용함수는 4.55eV이며, 텅스텐-니켈 합금의 작용함수는 4.75eV이다. 따라서, 본 발명에 관련되는 방전관용 전극재료로는, 니켈을 사용하는 경우에 비하여, 방전관용 전극의 방전개시전압을 낮게 할 수 있다.

또, 방전유지전압 즉 방전 개시후 안정된 방전이 지속되는 양극전압Va는, 양극전류 Ia로 이하에 나타나는 식(Townsend의 식)에서 표시되는 관계이다.

[수 2]

여기에서, Ia는 양극전류, Va는 양극전압, Io는 전자전류, Vo는 인가전압, η은 이온화계수, γ은 2차 전자방출비, G는 준안정자(準安定子)의 평균수, e는 자연대수의 한도(바닥)를 나타낸다.

상기식에서 나타나는 바와 같이, 음극의 2차 전자방출비 γ가 클수록 동일의 양극전압 Va에서 큰 양극전류 Ia가 얻어지고, 같은 양극전류 Ia에 있어서 보다 낮은 방전유지전압(양극전압Va)을 달성할 수 있다는 것을 알았다. 이와 같은 2차 전자방출비 γ가 큰 재료로서는, 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄 등을 들 수 있다. 예를 들면, 지르코니움의 2차 전자방출비는 1.1이며, 티탄은 0.9이다.

또한, 전극재료에 이온, 준안정자, 광자 특히 이온이 충돌하는 것에 의한 스패터현상은, 형광방전관의 동작중에 극력 낮게 억제할 필요가 있다. 이를 위해서는, 스패터계수가 작은 금속을 이용하는 것이 유효하다. 현재 전극재료로서 주로 사용되고 있는 니켈의 스패터계수는, 충돌하는 이온의 에너지 500eV를 기준으로 하면, 크세논에 대해서는 1.22, 네온에 대해서는 1.10, 아르곤에 대해서는 1.33-1.4이다. 이것에 대하여, 같은 조건에서 몰리브덴은, 크세논에 대하여 0.72-0.87, 네온에 대해서는 0.24-0.48, 아르곤에 대해서는 0.64-0.80으로 모두 작아진다.

도 1에는, 이상에서 설명한 재료에 의해 구성된 본 발명에 관한 방전관용 전극재료의 예가 나타난다. 도 1에 나타난 방전관용 전극재료는 원통형상으로 되어 있고, 기재 10에는, 상술한 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금이 사용되고 있다. 또, 이 기재 10의 표면에는, 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄 등이 산화된 금속산화물 12가 점재화되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로서, 기재 10의 방전개시전압 및 스패터계수를 낮은 값으로 할 수 있으며, 금속산화물 12로서 방전유지전압을 낮게 할 수 있는 재료를 사용하고 있기 때문에, 방전관용 전극재료의 방전개시전압, 방전유지전압, 스패터계수를 모두 낮게 할 수 있다. 이로 인해, 수명이 긴 방전관용 전극재료를 얻을 수 있다.

도 1에 나타난 본 발명에 관한 방전관용 전극재료는, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금 중에, 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄 등의, 산화물의 2차 전자방출계수가 큰 금속을 첨가하고, 이것을 소정의 형상으로 가공한 후, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금 중에 첨가된 상기 금속을 선택산화하여 제조할 수 있다. 이 선택산화는, 800∼1200℃의 온도의 습윤수소중에서 상기 전극재료를 열처리함으로서 행하여진다. 이와 같은 선택산화에 의해, 기재 10의 표면에 점재화하고 있는 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄 등의 금속만이 선택적으로 산화되고, 기재 10의 표면에 금속산화물 12가 점재화된 구성으로 할 수가 있다.

도 2에는, 본 발명에 관한 방전관용 전극재료를 사용한 형광방전관용 냉음극의 구성의 단면도를 나타낸다. 도 2에 있어서, 음극 14는, 도 1에 나타난 바와 같이, 기재 10의 표면에 금속산화물 12가 점재화된 구성으로 되어 있다. 이 음극 14는, 지지봉 16에 의해 스템 18에 고정되어 있다. 또, 음극 14에는, 지지봉 16으로부터 전류가 공급된다.

상기 음극 14는, 통상의 동체부 20과 저부 22를 가지고 있으며, 동체부 20과 저부 22와의 접속부 24가 곡면형상으로 가공되어 있다. 동체부 20으로서는, 예를 들면 원통형상으로 하는 것이 알맞다. 또, 상기 곡면형상으로서는, 예를 들면 구면(球面)으로 하는 것이 알맞다.

이상과 같이, 음극 14를 동체부 20과 저부 22와 접속부 24에 의해 반구상유저컵(半球狀有底cup)으로 함으로서, 음극 14내의 전계분포를 최적화할 수 있으며, 음극 14로부터의 전자방출성을 향상시킬 수 있다.

도 3에는 본 발명에 관한 형광방전관용 냉음극의 변형예의 단면도가 나타난다. 도 3에 있어서 특징적인 점은, 저부 22부터 동체부 20의 중심축 방향을 통과하는 침상체 26이 배치되어 있는 점이다. 이 침상체 26에는 지지봉 16과 동일한 재료를 사용할 수 있으며, 지지봉 16과 일체화되어 음극 14에 전류를 공급함과 동시에, 침상체 26 자체도 전극으로서 기능한다.

이와 같이, 음극 14의 동체부 20의 중심축 방향에 침상체 26을 배치함으로서, 또한 형광방전관용 냉음극의 전자방출성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금을 사용한 기재의 표면에 2차 전자방출계수가 큰 금속산화물을 점재화함으로서, 정상동작수명이긴 방전관용 전극재료를 얻을 수 있다.

또, 기재의 표면에 금속산화물을 점재화시키기 위해서는, 기재중에 소정의 금속을 첨가하고, 이 금속을 선택산화함으로서 용이하게 상기 구성을 얻을 수 있다.

또, 상기 방전관용 전극재료를 사용하여 통상의 동체부와 저부를 가지며, 동체부와 저부와의 접속부를 곡면형상으로 함으로서, 음극으로부터의 전자방출성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 통상의 동체부의 중심축 방향에 침상체를 배치하면, 또한 음극의 전자방출성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금의 표면에, 2차 전자방출계수가 큰 금속산화물이 점재화되어 있는 것을 특징으로 하는 방전관용 전극재료.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물은, 마그네슘, 베릴륨, 지르코니움, 티탄, 란탄의 어느 하나의 산화물인 것을 특징으로 하는 방전관용 전극재료.
3. 제 1 항에 의한 방전관용 전극재료가 사용되고, 통상의 동체부와 저부를 가짐과 동시에, 상기 동체부와 저부와의 접속부가 곡면형상인 것을 특징으로 하는 형광방전관용 냉음극.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 형광방전관용 냉음극이, 또한 통상의 동체부의 중심축 방향을 통과하는 침상체를 가지는 것을 특징으로 하는 형광방전관용 냉음극.
5. 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 니켈 합금 중에, 산화물의 2차 전자방출계수가 큰 금속을 첨가하고, 상기 금속을 선택산화하는 것을 특징으로 하는 방전관용 전극재료의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 선택산화는, 800∼1200℃의 온도의 습윤수소중에서의 열처리인 것을 특징으로 하는 방전관용 전극재료의 제조방법.