KR960015311B1 - 음극선관용 전자총의 산화물음극 - Google Patents

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내용없음.

Description

음극선관용 전자총의 산화물음극

제 1 도는 종래 산화물음극의 베이스메탈 내부에 함침되는 환원성 금속의 농도 분포상태도,

제 2 도는 종래 산화물음극에서 시간변화에 따른 Ba의 방출량변화를 ECOR과 비교하여 도시한 그래프,

제 3 도는 본 발명에 따른 산화물음극의 베이스메탈 내부에 함침되는 환원성 금속의 농도분포상태도,

제 4 도는 본 발명의 따른 산화물음극에서 시간 변화에 따른 Ba의 방출량 변화를 종래 산화물음극에서 시간 변화에 따른 Ba의 방출량 변화와 비교하여 도시한 그래프,

제 5 도는 본 발명에 다른 실시예에 따른 산화물음극이 베이스메탈 내부에 함침되는 환원성금속의 농도분포상태도,

제 6 도는 본 발명에 다른 실시예에 따른 산화물음극에서 시간 변화에 따른 Ba의 방출량변화를 종래 및 ECOR의 시간 변화에 따른 Ba의 방출량변화와 비교하여 도시한 그래프,

제 7 도는 본 발명에 따른 산화물음극에서 베이스메탈에 환원성금속을 분포시키기 위한 과정을 설명하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

B : 베이스메탈 a : 초기 환원성금속

b : 다른 환원성금속 10 : 전기로

20 : 환원성금속 30 : Ni박판

본 발명은 음극선관용 전자총의 산화물음극에 관한 것으로, 특히 텔레비젼용 음극선관에서 전자비임의 발생원으로 사용되는 산화물음극의 베이스메탈(Base Matal)내부에 함치되는 환원성금속의 농도를 그 기저부로부터 산화물층과의 경계면으로 갈수록 점차 엷게 분포시켜 작동초기의 Ba방출량을 감소시킴으로써 수명이 연장될 수 있도록 하면서 보다 안정된 전자방사전류를 얻을 수 있도록 한 음극선관용 전자총의 산화물음극에 관한 것이다.

일반적으로, 텔레비전용 음극선관에서 전자비임의 발생원으로 사용되는 산화물음극은 니켈(Ni)에다 철(Fe), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 및 아연(Zn)중에서 선택된 하나의 환원성금속(M)을 0.001-10.0wt%의 농도로 첨가하여 고용체를 형성하고, 필요에 따라 중간 소둔과정을 취입하면서 롤다운(Roll Down)시켜 700-200μm의 두께로 형성하고나서 전자총의 상부구조에 맞추어 프레스가공하여 베이스메탈박판을 형성하며, 그에 따라 제조된 베이스메탈박판을 전자총 상부에 설치한 후, 그 표면에 산화바륨(Ba0), 산화스트론튬(Sr0) 및 산화칼슘(Ca0)의 혼합물로 이루어지는 알카리토류 산화물층을 도포 형성시키는 방법으로 제조된다.

한편, 그와 같이 제조된 산화물음극이 음극선관에 적용되어 작동될 때 진공중에서 상기 산화물음극이 700-800℃의 고온으로 가열되면 베이스메탈 내부에 함치되어 있던 환원성금속(M)이 베이스메탈과 산화물층 사이에 경계면으로 확산됨에 따라 상기한 환원성금속과 알카리토류 산화물층에 존재하는 Ba0가 상기 경계면에서 다음의 식(I)과 같이 반응하여 Ba과 금속산화물(Mx0y)가 생성되며, 그러한 반응에 의하여 생성된 Ba는 경계면으로부터 산화물층의 상부표면까지 확산되어 전자를 방출하게 된다.

xM+yBa0―→yBa+Mx0y …………………………………………(I)

(여기서 x와 y는 양의 정수이다)

이때, 산화물충의 상부표면까지 확산된 Ba은 산화물층에 그대로 머무르지 않고 배이스메탈로부터 산화물층으로 전도된 열에 의해 진공상태의 음극선관 내부로 증발되는바, 그 때문에 지속적인 전자방출을 위해서는 산화물층에 Ba을 지속적으로 공급해 주어야 되지만, 상기 산화물층에 대한 Ba의 공급은 베이스메탈내부에 함침된 환원성금속이 베이스메탈과 산화물층이 경계면으로 확산되는 과정과 상기 경계면에서 상기식(I)과 같은 반응을 일으키는 과정에 이루어지게 된다. 따라서, 그러한 산화물층에 대한 Ba의 공급량은 환원성금속과 산화물의 반응속도와 비교하여 보면 베이스메탈 중의 환원성금속의 확산속도가 상대적으로 매우 느리기 때문에 베이스메탈내부에 함침된 환원성금속의 확산속도를 제어함으로써 조절될 수 있게된다.

한편, 상기한 환원성금속의 확산속도는 베이스메탈내부에 함침된 환원성금속의 농도분포에 의하여 커다란 영향을 받게 되는 바, 종래의 산화물음극에서는 베이스메탈(A)내부에 함침되는 환원성금속의 농도(Co)가 제 1 도에 도시된 바와 같이 베이스메탈의 기저부로부터 베이스메탈과 산화물층사이의 경계면(1)에 이르는 지역에서 일정하게 분포되기 때문에 제 2 도에 도시된 곡선 a와 같이 초기의 Ba방출량이 필요한 전자방사전류를 얻기 위한 최소한의 Ba의 방출량 즉, ECOR(Emission Cut off Rate)에 비해서 과도하게 많아지게 된다. 그 결과, 어떤 임계시간이 경과하면 그 방출량이 급격히 감소되어 수명이 짧아진다는 문제점이 있을 뿐만 아니라 Ba의 초기 방출량이 필요 이상으로 증가됨에 따라 산화물층의 두께가 초기에 빠른 속도로 감소되어 산화물음극과 전자총의 제 1 그리드 사이의 거리변화가 커짐으로써 음극선관의 초기 조정된 컷오프밸런스(Cut off Balance)를 변화시키게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 초기에 과도하게 방출되어 증발된 Ba이 전자총의 그리드에 부착과어 스트레이에미션을 발생시키게 되면서 방전특성을 열화시켜 음극선관의 상태를 불량하게 한다는 문제점이 있을 뿐만 아니라 음극선관자체의 수명도 과도방출된 Ba의 량만큼 단축된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 컬러텔레비전등에 사용되는 음극선관용 전자총에 설치되는 산화물음극에서 베이스메탈내부에 함침되는 환원성금속의 농도를 베이스메탈의 기저부로부터 베이스메탈과 산화물층시이의 경계면으로 갈 수록 점차적으로 엷게 분포시킴으로써 작동초기의 산화물층으로부터 방출되는 Ba방출량을 ECOR에 근접되게 감소시키고, 일정시간의 경과후에는 경계면으로부터 멀리 존재하는 큰 농도의 환원성금속의 확산이 점점 많이 이루어져 일정 정도이상의 Ba의 방출량을 보장할 수 있도록 함으로써, 보다 수명이 연장됨과 더불어 초기 에미션상태의 개선이 가능함과 더불어, 장기간동안 안정화된 전자방출전류를 얻을 수 있으면서 전자총의 속동성을 증가시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 음극선관용 전자총의 산화물음극을 제공함에 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부도면에 기초하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시예는 제 3 도에 도시된 바와 같이 음극선관용 전자총에 설치되는 산화물음극에서 베이스메탈(B)내부에 함침되는 환원성금속의 농도(C₁-C₂)를 상기 베이스메탈과 산화물층의 경계면(1)에서 가장 작은 반면 경계면으로부터 멀어질 수록 점점 증가되도록 분포시켜 형성된 점에 특징을 갖게 된다.

그러한 본 발명에 따른 산화물음극은 베이스메탈(B)내부에 함침되는 환원성금속의 농도를 베이스메탈과 산화물층의 경계면에서 가장 작고, 그 경계면으로부터 멀어질수록 점점 증가되도록 분포시키되, 그 분포상태가 직선적 또는 단계적으로 이루어질 수 있도록 하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 산화물음극에서 환원성금속의 농도를 베이스메탈(M)과 산화물층의 경계면에서 가장 작고 그 경계면으로부터 멀어질수록 점점 증가되도록 분포시키는 처리과정의 일예에 따르면 제 7 도에 도시된 바와 같이 내부의 진공을 위한 진공펌프(도시 생략)과 연계되는 진공형성구(12)와 불활성 또는 환원성기체(예컨대, N₂, Ar, H₂)의 주입을 위한 기체주입구(14)를 갖춤과 더불어 그 주변부에 전선(16)이 권취된 전기로(10)를 채용하여 통상적인 베이스메탈의 제조공정에 따라 환원성금속이 첨가된 Ni금속을 롤다운시켜 대략 700-200μm 두께의 Ni박판(30)을 형성한 다음, 상기 전기로(10)의 내부에 갖추어진 다이(18)상에 상기 Ni박판(30)에 첨가된 환원성 금속과 동일한 종류의 환원성금속(20; 예컨데 Si)을 제치시킴과 더불어 그 환원성금속(20)에 상기 Ni박판(30)을 밀착시키고서, 진공펌프에 의해 그 전기로 (10)의 내부를 진공화하고나서 상기 기체주입고(14)를 통해 환원성 또는 불활성기체를 주입시키며, 이어 상기 전선(16)에 전원을 인가하여 전기로(10)의 내부온도가 대략 1000℃-1300℃정도로 가열되도록 하게 된다. 여기서, 상고 온도는 Ni의 융융점이 대략 1455℃이므로 그 온도의 70%이상에서 다른 금속의 확산이 급속하게 일어나지 않도록 설정되는 온도이다.

따라서 상기 전기로(10)의 내부온도가 상기 온도로 유지되면 Ni박판(30)의 일측면에는 환원성금속(20)이 무한정의 확산농도를 제공하게 되는 반면 그 다른측면에는 전혀 환원성금속(20)이 확산되지 않게 되고, 일정한 시간의 경과시 상기 Ni박판(30)이 수직방향으로 환원성금속(20)의 농도기울기를 가지게 된다. 그와 같이 처리된 상기 Ni박판(30)을 프레스가공하여 통상적인 방법으로 음극선관용 전자총을 제조하게 된다.

이어, 본 발명에 따른 산화물음극의 작용에 대해 설명한다.

본 발명의 산화물음극이 설치된 전자총을 음극선과 내부에서 작동시키면 전자총내부의 히터에 의하여 상기 베이스메탈(B) 및 산화물층이 700-800℃의 온도로 가열되고, 이에 따라 상기 베이스메탈(B)내부에 함침된 환원성금속(예로서 Si)이 상기 베이스메탈과 산화물층 사이의 경계면(1)으로 확산된다. 이렇게 베이스메탈(B)과 산화물층사이의 경계면(1)으로 확산된 환원성금속 Si은 상기 경계면에서 Ba0, Si0 및 Ca0의 혼합물로 이루어지는 알칼리토류 산화물층에 존재하는 Ba0과 반응하여 다음과 같이 Ba과 금속산화물인 Si0₂를 생성한다.

Si+2Ba0―→2Ba+Si0₂

이와 같이 하여 생성된 Ba은 경계면으로부터 산화물층 내부로 확산된 후 상기 산화물층의 표면으로 나아가 전자를 방출하게 된다.

이때, 베이스메탈내부에 함침된 환원성금속의 농도가 경계면에서 가장 작고, 그 경계면으로부터 베이스메탈의 기저부로 갈수록 점차 증가되는 분포를 갖기 때문에 Fick의 확산방정식,에 따른 환원성 금속의 확산속도 산출에 의하여 얻어지는 Ba방출량은 제 4 도에 도시된 곡선 b와 같이 작동초기 즉, 베이스메탈과 산화물층사이의 경계면에서 상대적으로 ECOR에 가깝게 감소하고, 일정시간 경과 후에는 경계면으로부터 먼 곳에 존재하는 큰 농도의 환원성금속이 점차적으로 확산됨에 따라 일정정도 이상의 방출량은 보장된다. 이로인해 ECOR이상의 Ba방출시간은 약 20%정도 늘어나 1500-2000시간의 수명연장을 가져온다.

한편, 상기한 본 발명은 다른 실시예로는 제 5 도에 도시된 바와 같이 음극선관용 전자총의 산화물음극에서 베이스메탈(B) 내부에 Fe, Mg, Si, Al, W, Zr, Ti, Zn 및 Cr중에서 선택된 두 종류의 환원성금속을 동시에 함침시키되, 함침되는 두 종류의 환원성금속중 어느 하나(a)를 베이스메탈과 산화물층 사이의 경계면에서 가장 작고, 그 경계면으로 부터 멀어질 수록 점점 증가하도록 분포시킨 다음, 다음 하나(b)를 그 경계면에서 먼 반대쪽 면에 짧은 시간동안 침투시켜 얇은 층을 형성시킨다.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예에서 Ba의 방출량은 제 6 도에 도시된 바와같이, 초기의 환원성금속(a)에 의한 작용(곡선b)과 대략 3000-4000시간 경과후 베이스메탈 기저부로부터 경계면으로 확산되어 온 다른 환원성금속(b)에 의한 작용(곡선c)의 합에 의해 결정되므로 임계시간 이후에도 충분한 Ba의 방출량을 유지할 수 있어 수명을 보다 연장시킬 수 있으며, 이때의 수명증가의 효과는 종래에 비해 현저하게 증가된다.

이상과 같은 본 발명을 적용하면, 컬러텔레비젼 등에 쓰이는 음극선관용 전자총의 산화물음극에서 베이스메탈 내부에 함침되는 환원성금속의 농도분포를 상기 베이스메탈과 산화물층사이의 경계면에서 가장 작고, 그 경계면으로부터 멀어질수록 연속적 또는 단계적으로 증가되도록 구성하므로써, 작동초기의 과도한 Ba의 방출량을 감소시켜 수명을 증가시키고, 초기 전자방출효과를 개선시킬 수 있다는 효과가 있으며, 수명의 연장에 의해 장기간 동안 안정화된 전자방출전류의 획득이 가능하다는 효과가 있고, 또한 베이스메탈의 두께를 두텁게하지 않고도 수명연장이 가능하므로 음극구조체의 열용량을 줄일 수 있어 전자총의 속동성이 증가된다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 음극선관용 전자총에 설치되는 산화물음극에서 베이스메탈 내부에 함침되는 환원성금속의 농도가 상기 베이스메탈과 산화물층의 경계면에서 가장 작은 반면 그 경계면으로부터 멀어질 수록 점점 증가되도록 분포시켜 형성된 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 산화물음극.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스메탈 내부에 함침되는 환원성금속의 농도는 베이스메탈로부터 경계면으로 갈 수록 직선적 또는 단계적으로 열어지도록 분포시켜된 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 산화물음극.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스메탈 내부에 Fe, Mg, Si, Al, W, Zr, Ti, Zn 및 Cr중에서 선택된 두 종류의 환원성금속을 동시에 함침시키되, 함침되는 두종류의 환원성금속 중 어느 하나(a)를 베이스메탈과 산화물층사이의 경계면에서 가장 작고, 그 경계면으로부터 멀어질 수록 점점 증가하도록 분포시킨 다음, 다른 하나(b)를 그 경계면에서 먼 반대쪽면에 짧은 시간동안 침투시켜 된 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 산화물음극.