KR970007292B1 - 방전광원용 전극 - Google Patents

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Abstract

내용없음.

Description

방전광원용 전극
일반적으로 이 종류의 방전광원으로서 사용되는 전극, 예를 들면 냉음극 방전용음극에 있어서는 낮은방전개시전압 및 높은 발광휘도를 얻기 위해 2차전자방출율이 좋은 Ni, Ni-Fe, Ni-Cr-Cu 등에 의해 구성되어 있다.
이와 같은 냉음극방전용 음극은 방전디스플레이 등의 실용화에 따라 보다 높은 2차전자방출 성능을 가진 것이 요망되고 있다.
그래서, 상기 냉음극방전용 음극으로서는 금속도체상에 합금 또는 금속 산화물로 이루어지는 2차전자방출율이 보다 높은 재료를 적층한 것이 사용되도록 되었다.
여기서, 상기금속도체상에 적층하는 2차전자방출재료로서는(사까이외 ; 전자통신학회, ED81-25, p.61-66, ('81))에 기재된 BaAl4,(가메가야외 ; 전기통신학회 연구보고, ED-572, p.55-60,('82))에 기재된 LaB6, (M.O. Aboeifoth ; Proc. SID, 22/4, p.219-227('81))에 기재된 MgO 등을 들 수 있다.
제4도는 종래의 방전광원용 전극을 도시한 단면도이다. 이 방전광원용 전극은 방전을 행하기 위한 희(希)가스 또는 수은증기를 함유한 희가스가 봉입된 방전용기(1)를 구비하고, 이 방전용기(1)는 유리기판을 겸하고 있다.
상기 방전용기(1)내에 있어서의 내벽면에는 형광체(2)가 도포되고, 또한 상기 방전용기(1)의 기판상에는 금속도체(3)가 형성되어 있다.
이 금속도체(3)는 Al 또는 Ni로 이루어져 있으며, 그 표면에는 2차전자 방출재료막(5)이 증착되어 있다.
이 2차전자방출재료막(5)은 방전광원용 전극으로서의 음극을 형성하고 있다. 다음에, 작용에 대해서 설명한다. 금속도체(3)에 방전가능한 전압이 인가되면, 방전용기(1)내에 광전리(光電離) 등으로 이미 존재하고 있던 초기전자가 운동에너지를 얻어 희가스 또는 수은증기를 함유한 희가스를 전리시키고, 이온과 전자를 생성한다. 이와 같이해서 얻어진 초기이온을 음극으로서의 2차전자방출재료막(5)에 충돌하므로써, 2차전자를 발생시킨다. 또한, 상기 전자는 양극으로 이동하고, 그 이동과정에서 중성원자에 충돌할 때마다 전자 또는 여기(勵起) 원자를 기하급수적으로 생성하고, 방전의 지속을 가능하게 한다. 따라서, 초기의 전자생성 과정이 원활하고 생성량이 많을수록 방전의 주입에너지(방전개시전압)가 낮아도 되며, 또한 방전지속후도 낮은 주입에너지(방전지속전압)로도 된다. 즉, 이온의 충돌에 대해서 2차전자방출율이 높은 2차전자방출재료막(5)을 사용함으로써, 효율좋은 방전광원 또는 방전디스플레이를 실현할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 이온의 충돌에 따르는 2차전자방출은 하그스트룸(H.D. Hagstrum ; Phys, Rhys. Rev. 96(2), P.335-365('54))에 의해 ① 오거(Auger) 중화기구와 ② 오거 탈여기기구에 따르는 것이 알려져 있으며, 또한 그들 양기구 모두 고체금속의 일함수 ø(페르미준위(準位)로부터 가전자대(價電子帶)로의 천이(遷移)의 용이성) 및 페르미준위 εF(전도대의 바닥으로부터 측정한 페르미에너지)가 작을수록 2차전자 방출율이 높다는 것도 이미 알려져 있다.
상기 이유에 따라서, 방전개시전압의 저전압화 및 고효율화를 위해 일반적으로는 2차전자방출재료의 일함수를 낮추는 노력이 이루어지고 있다.
이와 같은 2차전자방출재료의 일함수는 표 1에 표시되어 있다.
표 1은 야마모도(S. Yamamoto 등 : J .Chem. Phys. 60(10). p.4076-4080('74))에 기재된 대표적인 각종 2차전자방출재료의 일함수(eV)를 표시한다.
[표 1]
Figure kpo00001
종래의 방전광원용 전극은 이상과 같이 구성되며, 일함수가 작은 LaB6, MgO 등이 2차전자방출재료로서 실용화되어 있으나, 이들 2차전자방출재료로는 아직 충분한 2차전자방출율이라고 할 수 없으며, 고휘도화 및 방전전압의 감소라는 장치성능을 향상시킬 때의 장해로 되어 있다.
그래서, 상기 LaB6, MgO 등의 재료에서 2차전자방출율이 높은 Ba를 도입하는 것도 고려되지만, Ba는 화학적으로 매우 활성이기 때문에 금속도체(3)나 형광체(2) 등의 구성재료와 장치동작중에 반응해서 장치의 수명을 저하시키거나, 장치의 제조과정에 있어서 대기 중의 수분이나 산소 등과 용이하게 반응해서 BaO가 생성되는 등 Ba 단체로서의 이용이 곤란하며, 안정된 성능을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
발명의 개시
본원 발명은 충분한 2차전자방출율이 얻어져서 방전개시전압의 저감화와 에너지변환의 고효율화 및 고휘도화를 각각 확실하게 달성할 수 있으며, 더욱이 장치의 수명저하나 장치제조과정에서의 BaO 생성등을 야기하지 않고, 성능이 안정된 신뢰성 높은 방전광원용 전극을 얻는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본원 발명의 청구항 1에 관한 방전광원용 전극은 희가스가 봉입된 방전용기내에 설치되어 있는 금속도체를 1-5μm의 두께로 형성하고, 또한 그 금속도체상에 설치되어 있는 2차전자방출재료막을 LaB6에 0.01 내지 20몰(%)의 비율로 Ba를 첨가한 화합물로 형성하고, 그 두께를 0.5-2㎛로 한 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 청구항 1에 있어서의 방전광원용 전극은 금속도체의 두께를 1-5μm로 하므로써 수십 mA의 방전전류를 확보할 수 있으며, 또한 이 금속도체상의 2차전자방출재료막을 LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율로 Ba를 첨가한 화합물에 의해 형성하였으므로, 내열성을 가지고 화학적으로도 안정된 양호한 2차전자방출특성을 가진 방전광원용 전극이 얻어지며, 더욱이 그 2차전자방출재료막의 두께를 0.5-2㎛로 하므로써, 2차전자 방출재료막에 핀홀(pin hole)이 생기는 등의 일도 없으며, 그 2차전자방출재료막의 성능을 충분히 발휘시킬 수 있다.
본원 발명의 청구항 2에 관한 방전광원용 전극은 LaB6와, 이 LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율의 Ba와, 이 Ba에 대해 0.01-5몰(%)의 비율의 Ca로 이루어지는 화합물에 의해 2차전자방출재료막을 형성하고, 이 두께를 0.5-2μm으로 한 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 청구항 2에 있어서의 방전광원용 전극에서는 LaB6와, 이 LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율의 Ba와, 이 Ba에 대해 0.01-5몰(%)의 비율의 Ca로 이루어지는 화합물에 의해 2차전자방출재료막을 형성하고, 이 두께를 0.5-2㎛으로 하므로써, 화학적으로 장시간 안정되고 취급이 용이하며, 또한 2차전자방출율이 매우 높은 전극이 얻어지며, 방전개시전압의 저감 및 에너지변환의 고효율화가 확실하게 달성된다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본원 발명의 일실시예에 의한 방전광원용 전극을 도시한 제1도에 있어서, 제4도에 도시한 종래의 방전광원용 전극과 동일 또는 상당부분에는 동일부호를 붙쳐서 중복된 설명은 생략한다.
본원 발명의 특징적인 것은 금속도체(3)의 두께와, 이 금속도체(3)의 표면에 형성된 2차전자방출재료막(5)의 구성성분 및 두께를 각각 특정한 것이다.
먼저, 본원 발명의 제1실시예에 대해서 설명하면, 이 제1실시예에서는 방전용기(1)내에 설치된 금속도체(3)의 두께
Figure kpo00002
1를 1-5㎛의 범위로 설정하고 있다.
이와 같이 두께가 설정된 상기 금속도체(3)의 표면에 2차전자방출막(4)이 증착되어 있다.
이 2차전자방출재료막(4)은 LaB6와, 이 LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율의 Ba와의 화합물에 의해 형성되고, 그 두께
Figure kpo00003
2는 0.5-2㎛ 범위로 설정되어 있다.
이와 같이 LaB6에 Ba를 첨가한 화합물에 의해 상기 2차전자방출재료막(4)을 형성하므로써, 이 2차전자방출재료막(4)은 화학적으로도 안정된 양호한 2차전자방출 특성을 가지고 있다.
즉, 상기 Ba는 일함수가 작기 때문에 양호한 2차전자방출재료로서 이용가능하지만, 화학적으로 활성이므로 장치에의 적용과정에서 BaO를 생성하거나, 다른 구성재료와 반응하는 등 취급이 곤란하다.
그래서, 상기 Ba의 특징을 그대로 살리고 또한 화학적안정성을 갖게하기 위해 화학적으로 매우 안정되고 또한 Ba와의 혼합물로서 박막을 형성 가능한 LaB6에 상기 Ba를 첨가하므로써, 상기 성질을 얻은 것이다.
여기서, 상기 LaB6의 결정은 체심입방정계(體心立方晶系)의 중심에 La가, 또한 각 정점(頂点)에 6개의 B로 이루어진 8면체 구조의 중심을 배설한 화학적으로 안정된 구조를 취하고 있으나, 전혀 같은 결정구조를 취하는 것이 알려져 있으며, 또한 양 결정 모두 고융점(2100℃)을 나타낸다.
이 제2도에는 상기 구성의 전극에 의해 봉입 희가스 압력이 5-100토르, 방전갭 0.01-100mm이며, 또한 방전공간은 방전갭에 비해 현저하게 크다는 조건에 있어서, 방전시전압 변화를 측정한 결과를 나타낸다.
이 제2도에서 알 수 있는 바와 같이 Ba의 첨가량증가에 따라 방전개전압이 상대적으로 저하되어 가고, 예를 들면 LaB6에 20몰(%)의 Ba를 첨가한 때는 LaB6만의 경우에 대해서 평균 40%의 방전개전압의 저하가 확인되었다. 그러나, 상기 Ba의 첨가량 증가에 따라 2차전자방출재료의 화학적 안정성이 저하되고, 취급이 곤란해진다.
즉, 상기 2차전자방출재료는 앞에서 설명한 양자의 유사한 결정구조에서 LaB6의 La가 Ba에 의해 부분적으로 치환되어 안정된 La가 석출되므로써 생성되든가, 또는 LaB6의 일부의 B가 Ba와 화합반응하여(La, Ba)와 같은 구조를 취하므로써 생성되든가, 20몰(%)를 초과한 양의 Ba를 첨가하면 상기의 치환반응이 원활하게 행해지지 않게 되며, 그 결과 화학적으로 불안정해 진다.
따라서, Ba의 LaB6에 대한 첨가량은 방전개시전압 저하의 효과가 확인되는 0.01몰(%) 이상이며 또한 화학적으로 안정되어 있는 20몰(%) 이내가 바람직하다.
또한, 상기 2차전자방출재료막(4)을 증착하는 금속도체(3)는 수십 mA의 방전전류에 견뎌낼 수 있도록 1-5㎛의 두께가 적합하다.
상기 2차전자방출재료막(4)의 두께는 금속도체(3) 위에 관통된 핀홀이 없고, 막으로서 충분한 두께의 0.5-2㎛의 범위가 바람직하다.
상기와 같이 구성된 방전광원용 전극에 전압이 인가되면, 초기이온이 2차전자방출재료막(4)에 충돌하고, 상기의 하그스트룸의 기구에 따라 2차전자방출이 행해지며 방전이 지속된다.
이 방전과정에서 화합물을 형성하고 있는 상기 Ba가 조금씩 유리되어 2차전자방출에 기여한다. 한편, 석출하고 있던 La가 Ba의 유리에 따라 다시 안정된 LaB6로 변화하게 되고, 이 전극은 양호한 2차전자방출율을 유지할 수 있다. 상기 방전에 있어서, 냉음극방전의 경우는 오거기구에 따르기 위해, 상기 Ba의 소모가 거의 없으며, 전극으로서의 수명이 매우 길어진다.
다음에, 본원 발명의 제2실시예에 대해서 설명한다. 이 제2실시예에서는 2차전자방출재료막(4)이 LaB6와, 이 LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율의 Ba와, 이 Ba에 대해 0.01-5몰(%)의 비율의 Ca와의 화합물에 의해 형성되어 있다. 상기 2차전자방출재료막(4)의 두께
Figure kpo00004
2
Figure kpo00005
1
여기서 상기 LaB6의 결정은 제1실시예의 경우와 같이 체심입방정의 중심에 La가 그리고 각 정점 6개의 B로 이루어지는 8면체구조의 중을 배설한 화학적으로 안정된 구조를 취하고 있으나, Ba, Ca에 B에 대해서 꼭같은 결정구조를 취하는 것이 알려져 있으며, 또한 양 결정 모두 고융점(2100℃)를 나타낸다.
따라서, 상기 LaB6의 La를 Ba로 치환시켜서 Ba를 안정시켜 놓을 수 있다. 그리고, 이들 물질의 원자반경은 Ba(2.5Å)Ca(1.7Å)La(1.86Å)의 순이며, Ca와 La의 원자반경이 가까우므로, Ca의 첨가는 상기 Ba와 La의 치환에 있어서의 결정 변형을 완화한다.
제3도에는 상기 구성의 전극에 의해 봉입 희가스 압력이 1-500토, 방전갭 0.01-100mm이며, 또한 방전공간은 방전갭에 비해서 현저하게 크다는 조건에 있어서, LaB6에 대한 Ba의 첨가량에 의한 방전개시전압변화 및 같은 Ba 첨가량의 전극을 1000시간 사용했을 때의 방전개시전압의 불균일을 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 제3도중에 있어서 실선은 Ca를 첨가한 때, 파선은 Ca를 첨가하지 않은 때의 방전개시전압의 불균일 범위를 각각 표시한다.
상기 제3도에서 알 수 있는 바와 같이, Ba의 첨가량 증가에 따라 방전개시전압이 상대적으로 저하해가고, 예를 들면 LaB6에 20몰(%)의 Ba를 첨가한 때는 LaB6만의 경우에 대해서 평균 40%의 방전개시전압의 하가 확되었다. 그러나, 상기 Ba의 첨가량증가에 따라 2차전자방출재료의 화학적 안정성이 저하되고, 취급이 곤란해진다
즉, 상기 2차전자방출재료는 앞에서 설명한 양자의 유사한 결정구조에서 LaB6의 La가 Ba에 의해 부분적으로 치환되어 안정된 La가 석출되므로써 생성되든가, 또는 LaB6의 일부의 B가 Ba, Ca와 화학반응하여(La,Ba,Ca) B6와 같은 구조를 취하므로써 생성되지만, 20몰(%)를 초과한 양의 Ba를 첨가하면 상기의 치환, 반응이 원활하게 행해지지 않게 되며, 그 결과 화학적으로 불안정해진다.
따라서, Ba의 LaB6에 대한 첨가량은 방전개시전압의 저하의 효과가 확인되는 0.01몰(%)이상이며, 또한 화학적으로 안정되어 있는 20몰(%)이내가 바람직하다.
그리고, Ca를 첨가했을 때의 방전개시전압의 불균일이 Ca를 첨가하지 않을 때에 비해서 평균 20% 정도 저하되어 있다.
이것이 Ca의 첨가에 의해 상기 결정변형이 완화되고, 화학적 안정성이 증가했기 때문이다.
그러나, 이 Ca의 첨가량이 과다하면, Ba의 효과가 저하되므로 Ca의 첨가량은 Ba에 대해 0.01-5몰(%)의 범위가 바람직하다.
그리고, 이 2차전자방출재료막(4)를 증착하는 금속도체(3)는 수십 mA의 방전전류에 견딜 수 있도록 1-5㎛의 두께가 적합하다.
따라서, 이 제2실시예의 방전광원용 전극에 있어서도, 제1실시예의 경우와 같이 양호한 2차전자방출율을 유지하는 동시에 냉음극방전의 경우에 있어서도 오거기구에 따르기 때문에 상기 Ba의 소모가 거의 없고, 전극으로서의 수명이 매우 길어진다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서 2차전자방출재료막(4)의 금속도체(3)에의 형성은 전자빔법외에 스패터링법등에 의한 증착에 의해서도 갖은 효과를 나타내는 것을 얻을 수 있으며, 나아가서는 상기 증착이외에 상기 2차전자방출재료를 분말로 한 것을 상기 금속도체(3)에 도포형성해도 같은 효과를 거둔다.
또한, 상기 각 실시예에서는 냉음극방전에의 적용에 대해서 설명했으나, 열음극방전시와 같은 효과를 거둔다.
산업상의 이용가능성
이상과 같이, 본원 발명에 관한 방전광원용 전극은 방전용기내의 금속도체의 두께를 1-5㎛으로 하므로써, 수십 mA의 방전전류를 확보할 수 있으며, 또한 이 금속도체상의 2차전자방출재료막을 LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율로 Ba를 첨가한 화합물로 형성하므로써, 내열성을 가지고 화학적으로도 안정된 양호한 2차전자방출특성을 가진 방전광원용 전극이 얻어지며, 더우기 그 2차전자방출재료막의 두께를 0.5-2μm으로 하므로써, 2차전자방출재료막에 핀홀이 생기지 않고, 그 2차전자방출재료막의 성능을 충분히 발휘시킬 수 있는 우수한 방전특성을 가진 신뢰성 높은 방전디스플레이 등에 적합하다.
그리고, 본원 발명의 방전광원용 전극에서는 LaB6와, LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율이 Ba와, 이 Ba에 대해 0.01-5몰(%)의 비율의 Ca로 이루어지는 화합물에 의해 2차전자방출재료막을 형성하고, 이 두께를 0.5-2㎛으로 하였으므로, 화학적으로 장기간 안정되고 취급이 용이하며, 또한 2차전자방출율이 매우 높은 전극이 얻어지며, 방전개시전압의 저감 및 에너지변환의 고효율화가 확실하게 달성된 방전디스플레이 등으로서도 적합하다.
본원 발명은 방전디스플레이 등의 방전광원에 사용되며, 그 방전개시전압, 발광휘도 등의 특성을 개선할수 있는 방전광원용 전극에 관한 것이다.
제1도는 본원 발명의 일실시예에 의한 방전광원용 전극의 단면도,
제2도는 제1도의 방전광원용 전극의 LaB6에 대한 Ba의 첨가량과 방전개시전압의 상대 변화를 나타내는 특성도,
제3도는 본원 발명의 다른 실시예에 의한 방전광원용 전극의 LaB6에 대한 Ba의 첨가량과 방전개시전압의 상대 변화를 나타내는 특성도,
제4도는 종래의 방전광원용 전극을 나타내는 단면도이다.

Claims (2)

  1. 희가스를 봉입한 방전용기내에 금속도체가 설치되고, 이 금속도체상에 2차전자방출재료막이 형성된 방전광원용 전극에 있어서, 상기 금속도체는 1-5㎛의 두께로 형성되고, 또한 상기 2차전자방출재료막은 LaB6에 0.01 내지 20몰(%)의 비율로 Ba를 첨가한 화합물로 형성되고, 그 두께가 0.5-2㎛ 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 방전광원용 전극.
  2. 상기 2차전자방출재료막은 LaB6와, 이 LaB6에 대해 0.01-20몰(%)의 비율의 Ba와, 이 Ba에 대해 0.01-5몰(%)의 비율의 Ca로 이루어지는 화합물에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방전광원용 전극.
KR1019890702157A 1987-09-30 1989-03-20 방전광원용 전극 KR970007292B1 (ko)

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