KR900007751B1 - 전자관 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

전자관 음극 및 그 제조방법

제1도는 전자관 음극의 구조를 나타낸 종단면도.

제2도는 본원 발명에 의한 음극과 종래의 음극의 가속수명시험의 결과를 나타낸 특성도.

제3a도 및 제3b도는 본원 발명에 있어서 산화스칸듐분말의 열처리효과를 나타낸 특성도.

제4도는 열처리한 스칸듐분말과 열처리 하지 않은 스칸듐분말의 가스방출 특성도.

제5도는 열처리 온도와 시간의 영향을 나타낸 특성도.

본원 발명은 음극선관 등의 전자관에 사용되는 음극에 관한 것이며, 특히 음극의 전자방사특성의 향상을 도모한 것이다.

고해상도(高解像度) 음극선관이나 투사형 수상기와 같은 대형 수상기용의 음극선관 등은 전자비임의 직경을 작게해서 해상도의 향상을 도모하고, 또한 수상기의 대형화에 따라 화면의 밝기를 높이기 위해서는 전자관 음극에서 나오는 방사전류를 크게할 필요가 있으며, 이 때문에 예를 들면 최근의 고급 음극선관이나 TV의 촬상관에서 고전류밀도로 사용할 수 있는 음극의 요구가 높아지고 있다.

제1도는 음극 구조의 단면도를 나타낸다. 슬리이브(1)에 끼워 붙인 기체(2)위에 전자방사성물질이 도포된 층(3)이 있다. 기체(2)는 Si, Mg등의 환원성 원소를 미량 포함하는 니켈기체(2)로 만들어진다. 전자방사물질층(3)을 가열하는 히이터(4)는 슬리이브(1)내에 배설되어 있다.

종래의 전자방사물질층(3)은 Ba, Sr, Ca을 함유하는 복합알칼리토류금속 탄산염 분말로 만들어진다. 분말 및 바인더를 포함하는 액중에 현탁시킨 도포액을 스프레이 등의 방법으로 기체에 도포한다. 도포된 현탁액은 배기가열공정 및 고온에서 에이징공정을 실시한다.

통상, 도포액은 예를 들면 스프레이도포에 가장 적합한 점도 및 니킬기체(2)와의 접착력을 균일하게 하기위해, 분말은 약 24시간 보올밀에 넣어 바인더 및 용제와 혼합하여 현탁액으로 한다. 대표적으로는 니트로셀룰로오스를 초산부틸 등의 유기용매에 용해한 바인더와, 초산부틸 또는 알코올 등의 유기용매를 용제로서 사용한다.

니켈기체(2)상에 도포된 알칼리토류금속 탄산염층은, 진공배기가열 공정에 있어서 히이터(4)에 의해 가열되어(Ba, Sr, Ca) O의 3원 복합산화물층으로 변화된다. 이때의 반응식을(1)식에 나타내며, 이때 발생되는CO₂가스는 배기펌프에 의해 관 밖으로 배출된다.

(Ba, Sr, Ca)CO₃→(Ba, Sr, Ca)O+CO₂…………………………………………… (1)

배기가열공정의 완료 후, 다시 에이징공정으로 옮겨, 니켈기체(2)는 900-1100℃의 고온으로 가열되며, (Ba, Sr, Ca) O로 이루어진 3원 복합산화물층은, 니켈기체(2)에 함유되어 있는 Si 또는 Mg 같은 환원성원소와 반응해서 Ba을 유리 생성하여 환원되어 전자방사물질층(3)이 형성된다. 니켈기체(2)중의 환원성 원소는 확산에 의해 복합산화물층과 니켈기체(2)와의 계면에 이동해서 복합산화물과 반응한다. 예를 들면 BaO의 환원은 다음과 같은 식(2a) 또는 (2b)로 표시된다.

2BaO+Si=2Ba+SiO₂………………………………………………………………(2a)

BaO+Mg=Ba+MgO ………………………………………………………………(2b)

이 결과, 복합산화물층의 BaO의 일부가 환원되어 유리 Ba가 생성되며, 그 층은 산소결핍형의 반도체로 되며, 음극온도 700-800℃의 동작온도에서, 0.5-0.8A/cm²의 전류밀도로 사용할 수 있는 전자방사물질층(3)이 얻어진다.

종래의 음극이 상기 이상의 방사전류밀도를 얻을 수 없는 것은 아래와 같은 이유(1) 및 (2)때문이다. (1) 에이징 공정에 있어서의 반응의 결과 니켈기체(2)와 전자방사물질층(3)과의 계면에 SiO₂또는 MgO등의 중간 산화물층이 형성되어, 이 중간층이 고저항층으로 되어 전류의 흐름을 방해한다. (2) 중간층이 존재하기 때문에 알칼리토류 금속 산화물의 환원이 제한되어 충분한 양의 유리 Ba이 생성되지 않는다는 등의 이유이다.

상기한 바와 같이, 종래의 음극은 높은 전류밀도에서는 사용할 수 없다. 또 종래의 전자방사물질층(3)은 반도체구조를 형성하고 있기 때문에, 고전류밀도에서 쥬울열(Joule heat)을 발생하여, 전자방사물질층(3)이 열파괴를 초래한다고 하는 문제점이 있다.

본원 발명의 목적은 개량된 전자방사 특성을 가진 전자관 음극을 제공하는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은 수명이 긴 전자관 음극을 제공하는데 있다.

본원 발명의 또 다른 목적은 안정된 전자방사특성을 가진 전자관 음극을 제공하는데 있다.

본원 발명의 또 다른 목적은 상기 개량된 음극의 제조방법을 제공하는데 있다.

본원 발명에 의한 전자관 음극은 환원성 원소를 함유하며, 주성분이 니켈로 이루어지는 기체금속과, 상기기체금속상에 형성되며, 알칼리토류금속 산화물 및 산화스칸듐을 함유하는 전자방사물질층과, 상기 전자방사물질층을 가열하는 히이터로 이루어져 있다.

본원 발명에 의한 전자관 음극을 제조하는 방법온 산화스칸듐분말을 열처리하는 단계와, 상기 열처리된 산화스칸듐분말과 알칼리토류금속 탄산염분말을 함유하는 현탁액을 제조하는 단계와, 기체금속상에 상기 현탁액을 도포하여 전자방사물질층을 형성하는 단계로 이루어져 있다.

다음에 본원 발명의 상기 목적, 특징, 이점등을 도면에 따라 상세히 설명한다.

다음에, 본원 발명의 실시예에 대해 설명한다.

초산부틸과 같은 유기용제에 바인더로서 니트로셀룰로오스를 용해한 용액에 알칼리토류금속 탄산염과 산화스칸듐분말을 혼합하여 현탁액으로 한다. 산화스칸듐분말의 알칼리토류금속 탄산염에 대한 혼합비는 중량비로 5%로 한다. 이 현탁액을 보올밀로 24시간 로울링하여 산화스칸듐분말을 균일하게 분산시킨다. 다음에 이를 도포액을 각기 니켈기체(2)상에 도포한다. 도포두께는 니켈기체(2)의 직경이 2mm의 경우 60 내지 10㎛가 적합하다. 이어서 이 음극을 전자총(도시 생략)에 넣어, 통상의 방법으로 배기가열공정, 에이징공정을 통해 음극선관을 제조했다.

제2도는 종래의 음극과 2A/cm²의 초기전류밀도를 지닌 본원 발명의 전극의 가속수명시험결과를 나타낸 것이다. 전류밀도 2A/cm²는 통상의 밀도보다 3배나 큰 것이다. 종축은 초기전류에 의하여 정상화된 음극전류를, 횡축은 수명시험기간을 각각 나타낸다. 파선 A는 종래의 음극을 나타내고 실선 B는 5.0중량%로 산화스칸듐을 함유한 전자방사물질층을 가진 음극을 나타낸다. A 및 B선을 보면 본원 발명의 음극이 종래의 음극과 비교해서 수명시간이 더 길고 더 안정되어 있다는 것이 명백하다. 즉 700-800℃의 동작온도에서 2A/cm²의 높은 전류밀도를 유지하면서 본원 발명의 전극이 사용될 수 있다는 것을 알게된다.

본원 발명의 음극의 전자방사특성이 좋은 것은 다음과 같은 이유 (1) 및 (2) 때문이다.

(1) 산화스칸듐이 알칼리토류금속 산화물 예를 들면 BaO와 반응해서 생성된 복합산화물 Ba₃Sc₄O₉이 전자방사물질층(3) 내에 분해해 있고, 이 복합산화물이 음극의 동작온도에서 열분해를 일으켜 유리 Ba를 생성하기 쉽게 된다. 종래의 음극에 있어서의 유리 Ba의 생성은 니켈기체(2)중에 미량 포함되어 있는 Si 또는 Mg등의 환원성 원소에 의한 환원반응에 의존하고 있었지만, 이 본원 발명의 음극에 있어서는 복합산화물의 열분해에 의해 생성된 유리 Ba가 부가되므로, 설사 상기 중간층에 의해 환원반응이 억제되어 있다고해도 본원 발명의 음극에서는 유리 Ba의 양이 부족되지 않는다.

(2) 복합산화물중의 Sc의 일부가 유리하여 금속 Sc으로 되어, 전자방사물질층(3) 전체에 분포한다. 이 금속 Sc의 존재에 의해 전자방사물질층(3)의 도전성이 높아져, 중간층에 의한 도전성의 저하를 보충하여, 전자방사물질층(3)의 도전성이 향상된다.

다음에 산화스칸듐분말의 열처리 및 산화스칸듐분말의 혼합비에 관해서 설명한다. 산화스칸듐분말을 알칼리토류금속 탄산염에 대해 0.1%, 1%, 5%, 10%, 20% 혼합한 현탁액을 각각 제조하고, 기체금속에 분무한다. 사용한 산화스칸듐분말은 대기중에서 1000℃-1시간의 열처리한 것과, 열처리하지 않은 것을 사용하였다.

제3a도와 제3b도를 비교해 볼때, 산화스칸듐 분말에 대한 상기 열처리가 바람직한 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 각 도면에서 종축은 음극의 최대 초기전류를, 횡축은 산화스칸듐 함유량을 각각 나타낸다. 제3a도는 열처리되지 않은 산화스칸듐분말의 경우이며, 제3b도는 열처리된 경우이다. 제3a도의 선 C에서 보는 바와 같이, 열처리되지 않은 산화스칸듐의 함유량이 증가함에 따라 음극의 최대 초기전류가 급격히 감소되며, 그리고 또한 산화스칸듐의 함유량이 커짐에 따라 전류치가 분산된다. 제3b도의 선 B에서 보는 바와같이 열처리된 산화스칸듐의 함유량이 증가함에 따라 음극의 초기전류는 보다 완만히 감소되며, 산화스칸듐의 함유량이 그다지 많치 않아도 전류치는 분산된다. 즉, 산화스칸듐분말의 열처리는 산화스칸듐 함유량에 관계없이 안정된 음극의 전류특성을 보장한다.

제4도에서, 열처리에 대하여 상기 효과가 생기는 이유를 알게 될 것이다. 종축은 산화스칸듐분말로부터 방출되는 가스압력을, 횡축은 온도를 각각 나타낸다. 실선 B과 점선 A는 각각 열처리된 산화스칸듐분말과 열처리되지 않은 산화스칸듐분말의 가스방출특성을 나타낸다. 열처리되지 않은 산화스칸듐분말은 산소를 함유한 가스를 더 많이 방출하기 때문에, 상기 에이징 공정기간중 방출된 산소가스는 다시 유리 Ba를 산화시키고 감소시킨다. 즉, 열처리된 산화스칸듐분말은 방출가스가 적으므로 음극의 안정된 전류특성을 보장한다.

제5도는 음극의 최대 초기전류에 대한 열처리의 온도와 시간의 영향을 나타낸다. 종축은 음극전류를, 횡축은 온도를 각각 나타낸다. 제5도에서 보는 바와 같이, 800℃ 이상의 온도에서 30분 이상 열처리를 하는 것이 음극전류에 바람직한 효과를 준다는 것을 나타낸다. 그러나, 2시간 이상 처리하는 것은 보다 큰 효과를 발생하지 않는다. 한편, 1100℃ 이상의 온도는 산화스칸듐분말을 소결(燒結)시키려는 경향이 있어, 이와같이 열처리된 산화스칸듐분말은 도포액에서 그다지 잘 분포되지 않는다. 따라서, 산소가스를 함유한 산소 분위기중에서 0.5-2시간 동안 800-1100℃의 온도에서 열처리를 하는 것이 바람직하다.

산화스칸듐을 0.1, 1.0, 5.0 10 및 20중량% 함유한 음극에 대해서 설명했는데, 그 이유는 0.1중량% 이하의 산화스칸듐은 가속수명시험에서 효과가 별로 없었으며, 20중량% 이상의 산화스칸듐은 음극의 최대 초기 전류특성을 많이 저하시키기 때문이다.

상기 실시예에서는 산화스칸듐분말을 미리 제조하고 알칼리토류금속 탄산염을 함유한 현탁액에 가해서 혼합하였지만, 산화스칸듐분말은 보올밀로 알칼리토류금속탄산염, 바인더 및 유기용매와 동시에 혼합할 수도있다.

또한 본원 발명은 음극선관, 촬상관, 송신관, 방전관 등에 대한 음극에 이용할 수 있다.

본원 발명에 대하여 상세하게 설명하고 도면에 도면에 예시했지만, 상술한 설명 및 도면에 한정되는 것은 아니며, 본원 발명의 기술적 사상과 범위는 특허청구의 범위에 의한다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (14)

1. 환원성 원소를 함유하며, 주성분이 니켈로 이루어지는 기체금속(2)과, 상기 기체금속(2)상에 형성되며, 알칼리토류금속산화물 및 산화스칸듐을 함유하는 전자방사물질층(3)과, 상기 전자방사물질층(3)을 가열하는 히이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자관 음극.
2. 제1항에 있어서, 상기 전자방사물질층은 약 0.1-20중량%의 산화스칸듐을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자관 음극.
3. 제1항에 있어서, 상기 환원성 원소는 규소와 마그네슘 중 최소한 하나로 이루어지는 것을 특징으로하는 전자관 음극.
4. 제1항에 있어서, 상기 알칼리토류금속 산화물은 바륨, 스트론튬 및 칼슘의 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자관 음극.
5. 제1항에 있어서, 상기 산화스칸듐은 상기 전자방사물질층에 혼합되기 전에 열처리하는 것을 특징으로 하는 전자관 음극.
6. 산화스칸듐분말을 열처리하는 단계와, 상기 열처리된 산화스칸듐분말과 알칼리토류금속 탄산염 분말을 함유하는 현탁액을 제조하는 단계와, 기체금속상에 상기 현탁액을 도포하여 전자방사물질층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 산화스칸듐분말은 상기 알칼리토류금속 탄산염 분말에 대하여 0.1-20중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 열처리는 산소분위기에서 30분 이상 2시간, 800-1100℃에서 행하는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 현탁액은 또한 바인더와 유기용매를 함유하는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 바인더는 초산부틸에 용해한 니트로셀룰로오스인 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 유기용매는 초산부틸과 알코올중 최소한 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
12. 제6항에 있어서, 상기 기체금속은 니켈 및 환원성 원소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 환원성 원소는 규소와 마그네슘 중 최소한 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.
14. 제6항에 있어서, 상기 알칼리토류금속 탄산염 분말은 바륨, 스트론튬 및 칼슘의 탄산염으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자관 음극의 제조방법.

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