KR0135843B1 - 직열형 음극 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직열형 음극 구조체에 관한 것이다. 본 발명음극구조체는 전자 방출 물질이 함유된 다공성 펠렛을 적어도 하나 갖추며, 각 펠렛에는 3개 이상의 필라멘트가 고정된 구조를 가진다. 각 필라멘트는 절연블럭에 지지될 수 있으며, 하나의 절연블럭에 대해 복수의 펠렛이 고정될 수 있다. 이러한 본 발명음극 구조체는 펠렛을 지지하는 필라멘트가 3개 이상 마련됨으로서 펠렛의 지지구조가 보다 확고히 됨으로서 충격에 의한 진동 및 영구 변형이 억제되게 되어 신뢰도가 높은 음극선관의 제조를 가능하게 한다.

Description

직열형 음극 구조체

제 1 도는 종래 직열형 음극 구조체의 발췌 사시도.

제 2,3도는 제 1 도에 도시된 직열형 음극 구조체의 유형별 단면도.

제 4 도는 본 발명에 따른 음극 구조체의 발췌 사시도.

제 5 도 내지 제 7도는 제 4 도에 도시된 본 발명 음극 구조체의 유형별 평단면도.

제 8 도 내지 제 10도는 본 발명의 다른 실시예의 펠렛을 형태를 발췌한 평면도.

제 11도는 단색 음극선관용으로 조립된 본 발명에 따른 음극 구조체의 측면도.

제 12도는 제 11도에 도시된 본 발명 음극 구조체의 평면도.

제 13도는 칼라 음극선관용으로 조립된 본 음극 구조체의 개략적 사시도.

제 14도는 본 발명에 따른 음극 구조체와 필라멘트를 도시한 사시도.

제 15도의 (가)도는 본 발명에 따른 음극 구조체에 있어서 화면출하시간에 대한 에미터의 체적을 나타낸 그래프.

제 15도의 (나)도는 본 발명에 따름 음극 구조체에 있어서 화면출하시간에 대한 필라멘트의 직경을 나타낸 그래프.

제 15도의 (다)도는 본 발명에 따른 음극 구조체에 있어서 필라멘트 인가전압에 대한 필라멘트의 직경을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 다공성 펠렛200 : 필라멘트

300 : 고정블럭400 : 서포터

본 발명은 직열형 음극 구조체에 관한 것으로, 특히 칼라 음극선관용 전자총의 직열형 디스펜서 음극 구조체에 관한 것이다.

음극은 열에너지에 의해 열전자를 방출하는 것으로서 크게 간접가열방식에 의한 방열형과 직접 가열방식에 의한 직열형으로 구분되는데, 방열형 음극에는 필라멘트와 열전자 방출원이 분리되어 있는 형태이며, 직열형 음극은 필라멘트와 열전자 방출원이 접촉되어 있는 구조의 것이다.

일반적으로 방열형 음극은 대량의 열전자를 요구하는 전자총에 적용되는 것으로서, 그 예로서 산화물 음극과 디스펜서 음극으로 구분되는데, 이들은 필라멘트가 내장되는 슬리이브와 슬리이브에 고정되는 베이스 메탈 또는 저장조를 갖춘다. 상기 베이스 메탈은 주로 산화물 음극이 가지며 상기 저장조는 디스펜서 음극이 가진다.

이러한 방열형 음극의 경우에는 전자가 방출되는 경로가 전원을 인가하면 처음에 히터가 가열된 후 슬리브가 가열되고 그 다음에 캡(cap)이 가열되어 전자가 방출될 때까지 8∼12초 가량의 비교적 긴 시간이 걸리게 된다. 그러나 방출될 때까지 8∼12초 걸리는 시간은 사용자 측면에서는 가능한 짧으면 짧을 수록 음극이 가진다.

한편, 직열형 음극은 필라멘트에 직접 고정되는 베이스 메탈 또는 저장매체를 갖추는 것이 일반적이다. 역시 이러한 구조에서 베이스 메탈은 주로 뷰파인더 용도의 소형 음극선관의 전자총에 사용되는 것으로 그 표면에 산화물 음극이 도포되어 있다. 그리고 상기 저장 매체는 대전류를 요구하는 대형 또는 공업용 음극선관에 적용될 수 있는 것으로써 디스펜서형 열전자 방출원으로서 음극물질이 함침되어 있는 다공성 펠렛이 그 일례이다.

상기 후자의 다공성 펠렛이 필라멘트에 직접 고정되는 형태는 본 출원인에 의해 대한민국 특허 출원 91-9461로 출원된 바 있는 것으로서, 그 구조는 제 1 도에 도시된 바와 같이, 음극물질이 함침되어 있는 다공성 펠렛(1)의 양측면에 필라멘트(2)(2')가 직접 접촉되는 구조를 가지는 것으로써, 제 2 도에 도시된 바와 같이, 상기 펠렛(1)의 측면에 상기 필라멘트(2)가 직접 용접되어 있거나 제 3 도에 도시된 바와 같이, 필라멘트(2')가 다공성 펠렛(1)의 몸체를 관통하는 형태로 고정되는 구조를 가진다.

이러한 구조체는 전류 인가 후 열전자가 방출하는데 걸리는 시간이 짧은 장점을 가지며, 특히 고밀도의 전자를 방출할 수 있으나, 본 발명자가 반복적인 실험에 의하여 특성이 보다 개선된 음극 구조체의 개발을 시도하였다. 전자방출을 보다 빨리하기 위해서는 전자방출되는 부분의 크기 즉, 열용량이 큰 영향을 미치며, 열원 즉, 필라멘트의 구조 및 크기, 온도 등이 또한 큰 영향을 미친다.

따라서, 본 발명은 지지구조가 보다 안정되고 이와 더불어 보다 신속한 열전자 방출이 가능한 직열형 음극 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.

그리고 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 음극 구조체는 음극물질이 함침된 다공성 펠렛과, 다공성 펠렛에 접촉되는 필라멘트와 상기 필라멘트를 지지하는 서포터와, 상기 서포터를 지지하는 절연블럭을 구비하는 직열형 음극 구조체에 있어서, 상기 필라멘트는 상기 다공성 펠렛의 외면에 대해 3개소 또는 그 이상이 접촉되도록 마련되어 있는 점에 그 특징이 있다.

이상의 본 발명의 음극 구조체에 있어서, 상기 다공성 펠렛은 원형단면 형상으로 형성될 수 있으며, 나아가서는 다각형의 단면형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 상기 다공성 펠렛에 접촉되는 필라멘트는 상기 펠렛의 몸체 주변에 소정 각도 간격으로 3개소 이상 마련되어서 필라멘트에 의해 상기 펠렛의 3점 지지 또는 그 이상의 지지 구조를 형성하도록 한다. 그리고, 상기 필라멘트는 상기 펠렛의 몸체를 관통하는 소재에 의해 형성될 수도 있는데, 하나의 소재로부터 펠렛의 몸체 바깥으로 노출되는 여러개의 필라멘트를 얻을 수 있다. 그리고 상기와 같은 구조를 더하여 상기 펠렛이 하나의 절연블럭에 대해 복수개 특히 3쌍 마련됨으로써 칼라 음극선관용으로의 적용이 가능하게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제 4도는 본 발명의 제 1 실시예를 보인다.

전자 방출원인 다공성 펠렛(100)은 텅스텐과 같은 고융점 금속의 분말을 압축 성형한 후 소결하여 얻은 것으로서, 그 기공부에 음극 물질이 충진되어 있는 육면체이다. 펠렛(100)의 각 측면에 네개의 필라멘트(200)(200)(200)(200)의 각 일단부가 접촉되어 있고 그 타단부는 하방으로 길게 연장되어 있다. 상기 네개의 필라멘트를 전체적인 하나의 필라멘트로 보았을 때 상기 펠렛(100)은 네개의 다리를 가지는 형태로 간주할 수 있다.

이때에, 상기 필라멘트(200)들은 제 5 도에 도시된 바와 같이 펠렛(100)의 외면(도면에서는 측면)에 용접되어 있다. 그러나, 다른 실시예로서 제 6도에 도시된 바와 같이, 상호 대향된 두개의 필라멘트(200)끼리 연속되게 형성되어 필라멘트가 펠렛(100)의 몸체를 관통하는 형태로 상호 교차되게 설치될 수 있다. 따라서 실질적으로는 펠렛(100)을 관통하는 두개의 필라멘트 소재에 의해 펠렛의 외측으로 노출되는 4개의 필라멘트를 얻게 된다. 제 6 도에 도시된 바와 같은 관통형의 경우 펠렛(100)의 내부에서 두개의 필라멘트(200)가 접촉되게 교차되며, 경우에 따라서는 이격된 채 교차될 수 있다. 그러나 필라멘트가 접촉되는 형태인 경우, 제 7 도에 도시된 바와 같이 교차되는 필라멘트의 소재가 펠렛(100)의 몸체 바깥으로 노출되는 여러갈래의 필라멘트를 가지는 일체형으로도 구성할 수 있다. 이때에 상기 필라멘트는 적어도 3개이며, 필요에 따라 그 이상 형성할 수 있다. 그러나 여러가지면에서 고려하여 상기 필라멘트(200)를 4개로 함이 바람직하다. 이상의 구조에서 상기 필라멘트가 상기 제 5 도에 도시된 바와 같이 펠렛(100)의 측면에 용접되는 형태인 경우, 상기 필라멘트(200)는 발열체로서의 역할도 할 수 있지만 펠렛(100)이 직접 가열되는 형태이므로 펠렛을 지지하는 다리의 역할을 한다. 즉, 필라멘트가 가열되어 그 강도가 떨어지더라도 적어도 3개의 필라멘트(200)가 균형적으로 펠렛(100)을 지지하고 있기 때문에 펠렛(100)의 지지 구조가 안정화되게 된다. 따라서, 외부로 부터 충격에 대한 상기 펠렛(100)은 크게 영향을 받지 않게 됨으로써, 칼라음극선관에서 화면의 떨림이나 색상의 변화가 크게 나타나지 않게 된다.

한편, 상기 펠렛(100)은 여러가지 형태로의 변형이 가능하다. 즉, 제8도에 도시된 바와 같이 펠렛(100)은 원형의 단면형상을 가지도록 형성될 수 있고, 그리고 제 9 도와 제 10도에 도시된 바와 같이 다각형의 단면 형상을 가지도록 형성될 수도 있다.

제 9 도에 도시된 바와 같이 8개의 측면을 가지는 펠렛(100)의 경우 2개의 측면 간격으로 필라멘트(200)가 마련됨으로써 네개의 필라멘트를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 각 면 마다 필라멘트를 설치하여 8개의 필라멘트를 마련할 수 있다. 제10도는 6개의 측면을 가지는 펠렛(100)을 보인다. 여기에서는 3개의 필라멘트(200)를 가지는 것으로 되어 있는데, 이것의 경우도 각 면으로부터 연장되는 6개의 필라멘트를 가지게 할 수 있다.

제11도와 제12도는 단색 음극선관에 사용될 수 있는 본 발명 직열형 음극 구조체의 보다 구체적인 예를 보인다. 펠렛(100)은 육면체이며 네개의 각측면에 필라멘트(200)들이 마련되어 있고 이 필라멘트(200)들은 고정 블럭(300)에 직립되게 설치된 두개의 서포터(400)에 용접 고정되어 있다. 이때에 제12도의 평면도에 도시된 바와 같이 각 서포터(400)는 두개의 용접면(401)(402)을 구비하고 있고, 그리고 각 용접면에 각 하나의 필라멘트(200)가 용접 고정되어 있다. 이 구조에서 알수 있듯이, 두개의 필라멘트가 병렬로 접속되어 있어서 두개의 필라멘트를 통해 전류가 인가되고, 그리고 두개의 필라멘트를 통해 인출되게 된다. 이러한 전류 인가 구조는 전술된 본 발명 필라멘트 구조체에 적용될 수 있는데, 이와 같은 경우 필라멘트에서의 전류가 감소되기 때문에 필라멘트에 의한 발열량은 감소되며, 펠렛에서의 발열량이 증가되게 된다. 이와 같은 경우는 특히 필라멘트가 펠렛을 관통하는 형식이 아닌 펠렛의 측면에 용접되는, 즉 펠렛 자체가 저항체로서 필라멘트 역할을 하는 경우 필라멘트의 선저항 값의 저하로 인한 펠렛에 대한 분배 전압이 커지기 때문에 더욱 효과적이다. 더욱이, 여러개로 부터의 필라멘트로 부터 열을 공급받는 구조이기 때문에 매우 신속하게 가열되어 전류가 인가된 직후에 곧 바로 열전자 방출이 가능하게 된다.

제13도는 칼라 음극선관에 사용될 수 있는 본 발명의 음극 구조체를 보인다. 제13도에 도시된 음극 구조체는 하나의 절연블럭에 제11도와 제12도에 도시된 단위 구조가 3개 마련된 구조를 가지는 것으로서 각 펠렛에 전류 인가를 위한 3쌍의 서포터를 가진다.

상술한 본 구조체에서는 에미터의 크기(체적)에 따라 초기 전자방출시간이 큰 차이를 보인다. 그리고, 에미터의 크기가 너무 크면 에미터가 가열되는데 걸리는 시간이 오래걸려 본 구조체로써 개선하려는 전자방출시간 단축의 효과가 감소하며, 반대로 크기가 너무 작으면 제조시 취급이 곤란할 뿐만 아니라 제작이 어려워져 제품의 적용에 곤란하다. 즉 그리드의 구멍보다 작은 경우에는 에미터가 정확히 구멍의 중심부에 위치하기 힘들고 또 구멍을 벗어나는 경우도 있어, 실제 적용시 제품의 산포가 생기는 원인이 된다. 또한 에미터의 두께가 너무 얇으면 균열이 가기 쉽고, 지속적인 전자방출을 하는데 무리가 온다.

따라서 적당한 크기가 요구되어 지는데, 기존의 전자총에서 일반적으로 쓰이는 그리드홀(grid hole) 보다 약간 큰정도, 즉 hole이 0.40∼0.7mm이므로 제14도에 도시된 에미터(펠렛)의 직경은 0.5φ에서 1.5φ정도면 적당하다.

그리고 에미터의 최소 두께는 필라멘트가 2개 이상 에미터를 관통하는 구조가 되기 위해서, 필라멘트 직경의 3배 이상은 되어야 한다. 따라서 에미터의 최소 체적은 최소 에미터φ(0.5φ) 최소 에미터 두께(최소 필라멘트 직경 0.02×3)를 곱한 값이 된다.

본 구조체로 개선하려는 항목인 전자방출시간 감소의 측면에서 보면, 본 발명자에 의해 실험된 결과, 제15도의 (가)도에 도시된 바와 같이, 에미터 체적이 1.0mm³이 넘으면 개선의 효과가 전혀 나타나지 않게 되므로 이를 넘으면 안된다. 따라서 에미터의 체적은 0.012mm³∼1.0mm³정도가 적당하다.

또한 히터로 사용하는 필라멘트의 단면적(즉, 굵기)이 전자방출시간에 큰 영향을 미치는 것으로 보여진다. 본 발명자에 의한 실험에서 보면 필라멘트 직경이 작으면 전자방출시간이 더 길어지는 효과가 있다. 이는 열에너지가 필라멘트에서 에미터로 전도되는데 있어 접촉되는 면적이 작아 전도되는 시간이 길어진다. 제15도의 (나)도에 도시된 바와 같이, 직경이 0.02mm 미만으로 가면 전자방출시간이 길어져 본 구조체로 개선하려는 효과가 없어지게 된다. 반대로 직경이 커지면 전자방출시간이 작아지는 효과가 있으나 다른 문제점이 나타난다. 즉, 적정의 온도를 내기 위해 일정의 전력이 필요한데, P=V²/R이므로 저항이 작아지면 인가전압 V도 작아진다. 그리고 R=(ρ는 물질의 비저항, 1은 필라멘트의 길이, s는 필라멘트의 단면적)에서 ρ는 정해진 값이고 1은 음극 구조상 무한정 크게할 수 없고 적당한 길이가 되어야 함으로, 단면적 즉, 필라멘트의 직경에 따라 저항 값이 정해진다.

일반적으로 정격전압 인가시 0.05V이상의 오차가 발생하는데 정격전압이 작으면 그 오차가 특성에 치명적인 것이 될 수 있다. 예를 들면, 1V에서 0.05V의 오차는 5%의 오차이지만 정격전압이 0.5V라면 10%의 오차를 가지게 되는 것이다. 본 음극의 특성상 정격에서 ±10%이내에서 동작하여야 함으로 동작 전압이 0.5V 이상이 되어야 한다. 본 발명자의 실험에 의하면 제15도의 (다)도에 도시된 바와 같이, 동작온도에서 정격전압이 0.5V이상이 되기 위해서는 필라멘트의 직경이 0.1mm를 넘으면 안된다. 따라서 필라멘트의 직경이 0.02mm∼0.1mm로 되는 것이 적당하다.

이상에서 설명된 본 발명에 따른 필라멘트 구조체들은 하나의 펠렛(100)에 적어도 3개의 필라멘트가 소정 각도 간격으로 마련된다는 점에 그 특징이 있는 것으로서, 어느 정도의 중량을 가진 펠렛을 지지하기에 매우 적합한 구조를 가진다. 즉, 펠렛에 충격이 가해졌을 때 적어도 3개의 필라멘트가 지지하므로 진동에 대한 내력을 가지게 되어 변형을 우려가 저감될 뿐 아니라, 이와 같은 진동의 억지 효과에 의해 전자총에서 제 1 그리드에 대한 상대위치 변화의 정도를 극히 줄이게 된다. 이러한 음극 구조체와 제 1 그리드와의 상대 위치 변화의 억제는 충격에 화면의 떨림, 색상 이상화를 방지하여 화질의 지속적인 안정성을 도모하며, 특히 장시간 동작에 따른 비정상적인 영구 변형이 효과적으로 억제되게 된다. 이러한 본 발명 음극 구조체는 이란적인 초소형 흑백형 음극선관이 아닌 칼라 음극선관, 특히 대형 화면을 가지는 텔레비젼 또는 공업용 음극선관에 사용되기에 적합하다. 그리고 최적의 에미터의 크기와 최적의 필라멘트의 크기를 설정함으로서 전자방출을 보다 빨리할 수 있는 음극 구조체를 제공할 수 있다.

Claims (21)

1. 음극물질이 함유된 다공성 펠렛과, 다공성 펠렛에 접촉되는 필라멘트를 구비하는 직열형 음극 구조체에 있어서, 상기 필라멘트는 상기 다공성 펠렛의 외면에 대해 3개소 또는 그 이상의 접촉되도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 물질이 함유된 다공성 펠렛의 체적이 0.012mm³∼1.0mm³인 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다공성 펠렛에 접촉되어 있는 필라멘트의 직경이 0.02mm∼0.1mm로 되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 펠렛은 원형 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 펠렛은 다각형의 단면형상을 가지는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 펠렛은 6면체인 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 펠렛의 네개의 측면에 필라멘트가 마련되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
8. 제2,4,5,6,7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필라멘트들이 상기 펠렛을 관통하는 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 필라멘트들은 상기 펠렛의 몸체 내에서 일체로 접속되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
10. 제2,4,5,6,7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 필라멘트들이 상기 펠렛의 측면에 소정 각도 간격으로 용접 고정되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
11. 음극물질이 함유된 다공성 펠렛과, 다공성 펠렛에 접촉되는 필라멘트와 상기 필라멘트를 지지하는 서포터와, 상기 서포터를 지지하는 절연블럭을 구비하는 직열형 음극 구조체에 있어서, 상기 필라멘트는 상기 다공성 펠렛의 외면에 대해 3개소 또는 그 이상의 접촉되도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
12. 제11항에 있어서, 상기 음극 물질이 함유된 다공성 펠렛의 체적이 0.012mm³∼1.0mm³로 되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
13. 제11항에 있어서, 상기 다공성 펠렛에 접촉되어 있는 필라멘트의 직경이 0.02mm∼0.1mm로 되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
14. 제11항에 있어서, 상기 펠렛은 육면체이며, 상기 필라멘트는 상기 다공성 펠렛의 네개의 측면에 마련되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
15. 제14항에 있어서, 상기 서포터는 각각 두개의 용접면을 가지며, 각 용접면에는 상기 각 필라멘트가 하나씩 용접되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
16. 제11항에 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 필라멘트들이 상기 펠렛을 관통하는 형태를 마련되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
17. 제16항에 있어서, 상기 필라멘트들은 상기 펠렛의 몸체 내에서 일체로 접속되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
18. 제11항 내지 제15항에 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 각 필라멘트들이 상기 펠렛의 측면에 소정 각도 간격으로 용접 고정되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
19. 제18항에 있어서, 상기 절연블럭에 상기 서포터가 소정 간격으로 복수쌍 마련되며, 상기 펠렛은 상기 서포터에 대응하게 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
20. 제11항 또는 제15항에 있어서, 상기 절연블럭에 상기 서포터가 소정 간격으로 복수쌍 마련되며, 상기 펠렛은 상기 서포터에 대응하게 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.
21. 제20항에 있어서, 상기 서포터는 3쌍이며, 상기 펠렛은 3개인 것을 특징으로 하는 직열형 음극 구조체.