KR920004898B1 - 함침형 음극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

함침형 음극

제 1 도는 본 발명에 따른 함침형 음극의 개략 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 슬리이브 2 : 저장용기

3 : 복합 다공질 금속기체 4 : 박막층

5 : 히터

본 발명은 브라운관, 촬상관 또는 고출력을 필요로 하는 전자관등에 사용되는 함침형 음극에 관한 것으로, 특히 저온동작으로도 고전류 밀도화가 가능하도록 실현시켜 초대형 브라운관, HDTV, 투사형(Projection) TV 등에 적용될 수 있도록 한 함침형 음극에 관한 것이다.

일반적으로, 함침형 음극은 W, Mo 등과 같은 고융점 다공질 금속기체의 공공부에 BaO, CaO, Al₂O₃등으로 이루어지는 전자방출물질을 함침시킨 것으로, 통상적인 산화물 음극에 비해 높은 전자 방출능력과 긴수명을 가지므로 고성능 음극으로 유망시 되고 있고, 최근에는 초대형 브라운관, HDTV, 투사형 TV등에서 고전류 및 긴 수명이 요구됨에 따라 그 개발이 활발히 진행되고 있으나, 1,000~1,200℃의 높은 동작온도로 인해 그 실용화가 지연되고 있다.

상기와 같은 높은 동작온도의 개선을 위하여, 기본형의 함침형 음극 표면에 Ir, Os, Ru, Re 등과 같은 배금족 원소 또는 그 합금으로 이루어진 피복층을 형성함으로써 동작온도를 저하시킨 함침형 음극이 개발되었으나, 이 경우 동작온도의 저하폭이 100℃정도 밖에 되지 않아 그 개선효과가 미미하였다.

한편, 상기 함침형 음극의 결점을 개선한 관련 기술은 일본특허 공개공보 소화 59-154131호에 기재되어 있는 바와 같이, W와, Sc₂O₃로 이루어진 다공질 기체에 전자방출물질을 함침시킨 Sc 함침형 음극은, Ba, Sc 및 O로 이루어진 음극표면의 단분자층에 의하여 낮은 일함수 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 동작온도가 850~900℃로 개선되었지만, 통상의 산화물 음극의 동작온도인 700~800℃에 비하여 높을 뿐만 아니라, 음극표면의 단분자층이 열적충격 또는 이온충격에 불안정하다는 문제점이 제기되었다.

이와같은 문제점을 개선한 것으로, 국내 특허공고 제89-4116(일본공개특허공보 소61-13526)호에 기재된 바와같이, 전자방출물질이 함침된 다공질기체의 전자방출표면에 고융점 금속과 Sc 또는 Sc산화물질로 이루어진 박막층을 형성한 함침형 음극이 제안되었으나, 이 경우에는 전자방출표면에 박막 형성시, Sc 또는 Sc산화물의 강한 자체 결집력에 의해 박막층 표면이 불균일 해지기 때문에 전자방출특성이 저하되기 쉽다는 문제점이 제기되었고, 제조공정이 복잡해진다는 문제점이 제기되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 낮은 일함수의 단분자층을 오랜시간 동안 안정하게 유지하고, 보다 낮은 동작온도를 갖는 새로운 함침형 음극을 제공하고자 하는데 목적이 있으며, 파생적 목적으로서는, 전자관에 기존의 함침형 음극을 적용하는 경우 고온동작으로 인해 수반되는 전자총 전극부품의 변경 및 히터의 변경없이도 전자관에 작용할 수 있는 함침형 음극을 제공하고자 하는 것이다.

이와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 함침형 음극은 W과 Sc 또는 W과 Sc 산화물로 이루어진 가체의 기공부에 전자방출 물질을 함침시켜 형성된 복합 다공질 금속기체와, 상기 복합다공질 금속기체의 표면에 Ir, Os, Ru, Re, Pt, W, Mo중에서 적어도 1종 이상의 원소로 이루어진 박막층을 적층함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 복합다공질 금속기체(3)는 입경이 3~8㎛인 적당량의 W, Mo 또는 이들 합금중에서 선택된 1종의 분말과, 상기 선택된 분말의 1~16wt%에 해당하는 Sc 또는 Sc를 함유하는 다른 산화물의 분말을 충분히 혼합한 후, 원관상의 프레스 치구를 사용하여 적당한 압력으로 프레서 성형하다. 그런 다음, 상기 프레스 성형체를 진공중에서 1000~1300℃의 온도로 가소한 후, 진공 또는 수소중에서 1700~2000℃로 가열하고, 30분~3시간 동안 소결하여 15~30% 기공율이 공공부를 갖도록 형성된다.

이와같이 형성된 복합 다공질 금속기체(3)를 제 1 도에 도시한 바와 같이, 슬리이브(1) 선단에 설치되는 W 또는 Mo 재질의 저장용기(2)내에 저장하고, 그 위에 전자방출물질로서 BaCO, CaCO, Al₂O₃등을 몰비가 4:1:1 또는 5:3:2 또는 5:3:6으로 혼합하여 탐재하고 진공 또는 수소분위기 중에서 용융 함침시킨다.

이와같이 전자방출물질을 함침시킨 후, 음극표면에 잔류하는 전자방출물질을 제거한 뒤, 그 음극표면에 Ir, Os, Re, Ru 또는 Pt중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질 또는 상기 원소의 합금 또는 W, Mo등의 고융점 금속과 상기 원소와의 합금을 E-빔 증착법 또는 스퍼터링(sputtering)방법을 이용하여 10nm~1㎛두께로 박막층(4)을 형성한다.

상기한 바와같이 형성된 함침형 음극의 작용은 다음과 같다. Sc계 함침형 음극은 종래 기본형의 함침형 음극에 비해 표면상의 Ba(또는 Bao)밀도가 높고, 복합 다공질 금속기체(3)의 표면 부위에 Ba-Sx-O로 이루어지는 단분자층이 형성되며, 상기 단분자층은 전기 쌍극자 모멘트가 크고 전기 쌍극자의 밀도가 높기 때문에 일함수를 낮게 하는 것이 가능하고 Ir, Os, Re, Ru , Pt중 적어도 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 복합다공질 금속기체 표면에 형성되는 박막층(4)을 복합다공질 금속기체 표면상의 Ba(또는 BaO)의 표면 체재시간을 증가시킨다.

상기한 Ba(또는 BaO)의 표면 체재시간의 증가는 다음식에 따라 전기쌍극자 밀도 및 일함수와 관계된다.

(상기식에서,Ф는 일함수의 감소량, P는 전기쌍극자 모멘트의 크기,

은 전기쌍극자 모멘트의 밀도, 는 진공에서의 유전율, n는 기공으로부터의 Ba보급량, r는 Ba(또는 BaO)의 평균체재시간, s는 기체표면의 흡착확률을 표시한다.)

따라서, Ir 또는 Os등의 박막층(4)에 의한 Ba(또는 BaO)의 체재시간의 증가는 Ba-Sc-O로된 전기쌍극자 밀도를 증가시켜 결국 일함수를 더욱 낮추어 준다.

상술한 바와같이 본 발명에 의하면 종래의 함침형 음극의 결점인 높은 동작온도를 저하시켜, 저온도 동작에서도 높은 전류밀도를 얻을 수 있으므로, 종래의 함침형 음극의 사용시 고온동작으로 인하여 야기되는 전극부품 및 히터의 변형, 그로인한 히터의 수명단축등을 해결하할 수 있을 뿐만이니라 히터 및 다른 전극부품을 변경하기 않고도 적용 가능하고, 750~800℃ 정도의 온도에서 10A/Cm²이상의 고전류 밀도를 얻을 수 있으므로 고휘도, 고해상도화가 가능하다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (3)

1. W과 Sc 또는 W과 Sc 산화물로 이루어진 기체의 기공부에 전자방출물질을 함침시켜 형성된 복합다공질 금속기체(3)와, 상기 복합다공질 금속기체(3) Ir, Os, Ru, Re, Pt, W, Mo 중에서 적어도 1종 이상의 원소로 이루어진 박막층(4)을 적층시켜 형성됨을 특징으로 하는 함침형 음극.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복합 다공질 금속기체(3)에 함침되어 있는 Sc 또는 Sc 산화물의 양이 1-16wt% 임을 특징으로 하는 함침형 음극.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 박막층(4)은 그 두께가 10nm~1㎛인 것을 특징으로 하는 함침형 음극.

Images