KR100259298B1

KR100259298B1 - 음극선관용 함침형 음극

Info

Publication number: KR100259298B1
Application number: KR1019980000458A
Authority: KR
Inventors: 이종환
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-01-10
Filing date: 1998-01-10
Publication date: 2000-06-15
Also published as: KR19990065244A

Abstract

본 발명은 음극선관용 함침형 음극에 대하여 안정된 전자방사특성과 우수한 수명특성을 갖게 하는 것에 관한 것으로, 텅스텐(W)을 주재료로 하는 다공질 금속 펠렛에 전자방사물질이 함침된 음극기체와, 상기 음극기체 표면에 Os-Ru로된 피복층을 형성하고, 상기 음극기체 및 피복층에 대해 열처리하여 Os-Ru 피복층은 격자상수가 2.70≤a≤2.74, 4.28≤c≤4.32, 방향지수가 (100),(101),(110)인 육방최밀충진구조(hcp)(hexagonal close-packed structure)로 되고, W은 방향지수가 (110),(200),(211)인 입방최밀충진구조(ccp)(cubic close-packed structure)로됨을 특징으로 하는 음극선관용 함침형 음극에 관한 기술이다.

Description

음극선관용 함침형 음극

본 발명은 음극선관용 함침형 음극에 관한 것으로, 특히 안정된 전자방사특성과 우수한 수명특성을 갖게 하는 것에 관한 것이다.

최근의 음극선관은 화면의 대형화, 고정세화 그리고 다양한 정보에 따른 멀티미디어화로 안정된 전자방사특성을 갖는 음극선관용 음극을 필요로 하고 있다.

도 1a는 기존의 음극선관용 음극구조체를 나타낸 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 함침형 음극을 확대한 것이다.

이에 도시한 바와 같이 텅스텐(W)분말 또는 텅스텐 분말에 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 이리륨(Ir), 레늄(Re) 등과 같은 희토류를 혼합한 금속분말을 압축, 소결하여 공극율 20∼30%를 가지는 다공성 펠렛(Pellet)(1)을 만들고, 이 펠렛의 공극에 전자방사물질(2)(BaO, CaO, Al₂O₃의 몰비가 4:1:1 또는 5:3:2, 3:1:1로된 혼합물)을 함침하여서된 음극기체(3)를 만들고, 상기 음극기체(3)를 음극컵(4)의 내부에 삽입시켜 용접한다.

그리고 음극컵(4)의 외측면에 내열금속으로된 원통형 음극슬리브(5)를 부착고정하며, 음극슬리브(5)에 음극홀더(6)를 용접한다.

상기 음극슬리브(5)내부에는 음극가열용 히터(7)를 삽입하여 음극기체(3)상부에는 Os, Ru, Ir, Os-Ru, W-Ir, W-Os 등의 희토류금속을 아르곤(Ar)가스 분위기에서 스퍼터링 방법으로 약 150㎛의 두께를 갖는 피복층(8)을 형성함으로써 50∼100℃b가량 음극동작온도를 낮추어 950∼1000℃b에서 동작하도록 하게 한다(대한민국특허 92-4898, 미국특허 4,417,713).

그러나 상기 1000℃b의 동작온도는 펠렛중의 텅스텐과 피복층의 물질을 합금으로 만들 수 있는 고온이며, 음극기체 표면과 피복층의 경계면은 실제로 합금상태로 존재하게 된다.

함침형 음극의 안정된 전자방사능력 및 우수한 수명특성을 결정해주는 주요인자는 펠렛구조, Ba 증발특성, 활성화처리방법(합금화 열처리)등이 있다.

일반적으로 함침형 음극의 열처리공정(활성화공정)은 음극슬리브(5)내부에 삽입되는 히터(7)에 소정의 전압을 인가하여 음극의 표면온도를 1200℃b로 유지하면서 2시간 정도 실시하는데, 이와 같은 열처리공정 동안에 텅스텐은 환원작용을 하며 Ba전자를 방사표면으로 충분히 공급할 수 있게 한다.

그러나 피복층은 텅스텐과 반응하여 고유의 결정구조가 변하게 되며, 이는 일함수 및 전자방사특성에 결정적인 영향을 줄 수 있기 때문에 안정된 전자방사능력에 유리한 결정구조를 가지게 하는 열처리 방법이 요구된다.

또한 음극이 최적으로 설계되어도 활성화 처리방법이 적절히 실시되지 않는다면 우수한 음극특성을 얻을 수 없다.

본 발명은 종래와는 달리 방사능력 및 수명특성을 갖게 하기 위해 최적의 합금결정 구조를 갖는 열처리공정(활성화공정)을 함으로써 음극의 동작온도가 낮고 안정한 전자방사특성과 고전류 밀도를 갖게 하는데 적합한 함침형 음극을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 기존 음극선관용 음극구조체의 단면도

도 1b는 도 1a에서 함침형 음극의 확대면도

도 2a는 Os-Ru 피복층 표면에 대한 열활성화 전의 XRD 분석도

도 2b는 Os-Ru 피복층 표면에 대한 열활성화 후의 XRD 분석도

도 3a는 음극기체의 깊이에 따른 열활성화 전의 AES 분석도

도 3b는 음극기체의 깊이에 따른 열황성화 후의 AES 분석도

도 4a는 음극기체 표면의 열활성화 전의 SEM 사진

도 4b는 음극기체 표면의 열활성하 후의 SEM 사진

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 음극기체 8 : 피복층

상기 목적달성을 위한 본 발명은 음극기체 및 피복층을 구비한 함침형 음극에 있어서, 텅스텐(W)을 주재료로 하는 다공질 금속 펠렛에 전자방사물질이 함침된 음극기체와, 상기 음극기체 표면에 Os-Ru 합금으로된 피복층을 형성하고, 상기 음극기체 및 피복층에 대해 열처리하여 Os-Ru 피복층은 격자상수가 2.70≤a≤2.74, 4.28≤c≤4.32, 방향지수가 (100),(101),(110)인 육방최밀충진구조(hcp)(hexagonal close-packed structure)로되고, W는 방향지수가 (110),(200),(211)인 입방최밀충진구조(ccp)(cubic close-packed structure)로 됨을 특징으로 하는 음극선관용 함침형 음극으로 구성된다.

상기의 함침형 음극을 열처리 함에 있어서는 음극온도를 1100∼1200℃b에서 180분 이하로 하여 Os-Ru 피복층을 Os-Ru-W 합금으로 조성되게 한다.

또한 피복층의 두께는 1000∼15000Å으로 하며, 이때 피복층은 Plasma Sputtering 방법이나 OMCVD(Organometallic Chmical Vapor Deposition)의 방법으로 피복한다.

도 2는 Os-Ru 피복층의 표면에 대한 XRD 분석 결과를 보인 그림이다.

열활성화 전의 결과(도 2a)와 1150℃b에서 1시간 동안 열활성화 후의 결과(도 2b)의 차이점은 열활성화 후의 표면의 결정구조가 더 뚜렷한 방향성을 가진다는 것이다.

열활성화 후의 Os-Ru 표면은 (100),(101),(110)의 방향지수를 가진 육방최밀충진(hcp)의 결정구조를 하고 있으며, hcp 구조의 격자상수는 a=2.74, c=4.33 이다.

음극기체로부터 피복층의 표면으로 확산, 이동된 W은 (110),(200),(211)의 방향지수를 가진 입방최밀충진(ccp)의 결정구조를 하고 있으며, 일정한 방향성을 가지고 있다.

음극표면의 결정구조는 전자방사에 유리한 배열로 분포되어 있어야 하며, 결정구조의 일정한 방향성과 전자방사능력과는 밀접한 관계가 있는 것으로 판단된다.

따라서, 근본적으로 음극의 전자방사능력을 향상시키기 위해서 음극표면의 결정구조 해석을 통한 분석방법을 충분히 활용할 필요가 있다.

도 3은 음극기체의 깊이에 따른 AES의 분석결과이다.

열활성화 전(도 3a)의 음극기체에 대하여 Sputter 시간초기에는 피복층의 물질인 Os, Ru, Ba 등의 성분이 주로 검출되나, 시간이 지남에 따라 음극기체 주성분인 W의 농도가 증가하는 것을 볼 수 있다.

그러나 110℃b에서 1시간 동안의 활성화 후(도 3b)에는 Supper 시간 초기에도 피복층의 깊이에 해당하는 지점에서 W의 성분이 검출됨을 알 수 있다.

이것은 열활성화를 통하여 피복층과 음극기체 경계면에서 Os-Ru-W의 합금층이 새롭게 형성되었음을 알 수 있으며, Os-Ru-W 합금층이 음극이 전자방사능력에 결정적인 영향을 줄 수 있다는 것을 의미한다.

도 4는 활성화 전후의 음극기체 표면의 SEM 사진결과를 보인다.

열활성화 전(도 4a)는 표면의 입자들이 서로 크기도 다르며, 상당히 거친 면이 존재함을 알 수 있다.

그러나, 열활성화 후(도 4b)에는 표면이 서로 결정화되어 있으며 매끄럽게 봉상의 구조를 하고 있다.

이는 전자들이 음극표면의 전체면적에서 일정하게 방사할 수 있다는 것을 증명한다.

표 1은 열활성화의 조건에 따른 Os-Ru 피복층의 격자상수, 음극의 최대포화전류량, 음극전류의 수명잔존율 등의 변화를 보인다.

격자상수는 열활성화 조건, 즉 음극온도 및 시간에 따라 변하며, 또한 격자상수의 변화는 음극의 초기특성 및 수명특성에 큰 영향을 준다.

따라서 안정된 전자방사 및 우수한 수명특성의 함침형 음극을 얻기 위해서는 열활성화 후의 격자상수에 대한 충분한 관리가 필요함이 명백하다.

이것을 만족하는 격자상수의 범위는 2.70≤a≤2.74, 4.28≤c≤4.32 이다.

NO	열활성화 조건	격자상수(Os-Ru)	초기특성(음극전류량)	수명특성(전류잔존율)
1	1050℃b × 60분	a = 2.68c = 4.27	2600㎂	93%
2	1050℃b × 120분	a = 2.69c = 4.28	2650㎂	95%
3	1050℃b × 180분	a = 2.70c = 4.30	2680㎂	95%
4	1100℃b × 60분	a = 2.71c = 4.30	2820㎂	97%
5	1100℃b × 120분	a = 2.73c = 4.31	2880㎂	98%
6	1100℃b × 180분	a = 2.72c = 4.31	2900㎂	98%
7	1150℃b × 60분	a = 2.74c = 4.33	3210㎂	99%
8	1150℃b × 120분	a = 2.72c = 4.31	3280㎂	100%
9	1150℃b × 180분	a = 2.70c = 4.29	3290㎂	98%
10	1200℃b × 60분	a = 2.75c = 4.30	3200㎂	94%
11	1200℃b × 120분	a = 2.74c = 4.33	3180㎂	93%
12	1200℃b × 180분	a = 2.76c = 4.34	3200㎂	92%

이상에서와 같이 본 발명은 텅스텐(W)을 주재료로 하는 다공질 금속 펠렛의 공극에 전자방사물질이 함침된 음극기체 상면에 Os-Ru 피복층이 형성된 함침형 음극에 대하여 방사능력 및 수명특성을 갖게 하기 위해 최적의 합금결정 구조를 갖는 열처리(활성화 공정)를 1100∼1200℃b에서 180분 이하로 처리함으로써 음극의 동작온도가 낮고 안정된 전자방사 및 우수한 수명특성을 갖는 함침형 음극을 갖게 된다.

Claims

텅스텐(W)을 주재료로 하는 다공질 금속 펠렛에 전자방사물질이 함침된 음극기체와,

상기 음극기체 표면에 Os-Ru로된 피복층을 형성하고,

상기 음극기체 및 피복층에 대해 열처리하여 Os-Ru 피복층은 격자상수가 2.70≤a≤2.74, 4.28≤c≤4.32, 방향지수가 (100),(101),(110)인 육방최밀충진구조(hcp)(hexagonal close-packed structure)로되고, W은 방향지수가 (110),(200),(211)인 입방최밀충진구조(ccp)(cubic close-packed structure)로 됨을 특징으로 하는 음극선관용 함침형 음극.
제 1 항에 있어서,

열처리는 음극온도를 1100∼1200℃b에서 180분 이하로 하여 Os-Ru 피복층을 Os-Ru-W 합금이 되게 함을 특징으로 하는 음극선관용 함침형 음극.
제 1 항에 있어서,

피복층의 두께가 1000∼15000Å 임을 특징으로 하는 음극선관용 함침형 음극.
제 1 항에 있어서,

피복층이 프라스마 스퍼터링(plasma sputtering) 또는 OMCVD(organometallic chemical vapor deposition) 방법으로 피복되어 이루어짐을 특징으로 하는 음극선관용 함침형 음극.