CN1421891A - 直热式氧化物阴极和应用该氧化物阴极的荧光显示管 - Google Patents

直热式氧化物阴极和应用该氧化物阴极的荧光显示管 Download PDF

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Abstract

一种直热式氧化物阴极和一种应用该氧化物阴极的荧光显示管，该阴极在工作状态下能以低能量消耗工作。在直热式阴极中，平均颗粒大小为0.1μm到2.0μm的碱土金属氧化物以0.5μm到4.0μm的厚度覆盖在金属芯线表面上。这个结构可以减少直热式阴极的能量消耗。安装在荧光显示管中的直热式阴极可以减少荧光显示管的能量消耗。

Description

直热式氧化物阴极和应用该氧化物阴极的荧光显示管
技术领域
本发明涉及一种直热式氧化物阴极，该氧化物阴极用于荧光显示管，用于大屏幕显示器中体现荧光显示管基本原理的光源元件，用于打印机光源，以及用于背景照明的自发光设备。本发明特别涉及具有很好的发射特性和低能量消耗的和应用该直热式氧化物阴极的荧光显示管。
图22是用于说明荧光显示管1的透视图，图23是用于说明图22所示的荧光显示管的截面图。该荧光显示管1有一三极管结构。由绝缘玻璃衬底2，正面玻璃材料30，和一个玻璃隔板31形成真空容器。该真空容器包括一阳极24、一栅极4、和作为直热式氧化物阴极的直热式阴极5。一个通孔22形成于层压在绝缘衬底上表面的线路层21的上表面中。在通孔22中填入导电材料23。阳极24通过导电材料层压在绝缘层的上表面上。多个直热式阴极5由丝状固定片设置和支撑，均发射出热电子。电信号通过导电销6从外部提供给阳极，栅极和直热式阴极。
为了制造直热式阴极5，在直径为5到41μm的、非常细的金属芯线51(例如：钨或铼钨合金)的表面上覆盖有几微米厚的混合有碳酸盐粉末52的碱土金属(例如：钡(Ba)，锶(Sr)，钙(Ca))。直热式阴极5被放置在荧光显示管的容器中。其后，该容器被抽成真空，同时灯丝被电加热转化成氧化物，由此，每个直热式氧化物阴极形成为电子发射源。
在荧光显示管1中，电子从直热式阴极5发出，发射的电子经栅极4加速，撞击到形成在阳极24的荧光材料层25上。荧光材料层25在加速的电子激发下发光。
为了使荧光材料层的发光具有高效率，直热式阴极5应当提高发射能量及减少能量消耗。
一般来说，当氧化物阴极被加热时，单位时间从阴极表面发出的热电子流强度(饱和电流)可以用下述理查森-杜什曼方程式表示，
IS＝SATnexp(-e/k(T)                       ……(1)其中，
IS是饱和电流(在一定温度下从一种材料得到的最大电流)；
S为阴极热电子的发射面积(cm2)；
A为热电子发射常数(A/cm2Kn)(为了使等式中单位一致，方程式中为T2时单位常数为K2或是方程式中为Tn时单位常数为Kn)；
T为阴极的温度(K)；
e为一个单位电荷；
为功函数(eV)；以及
k为波尔兹曼常数。
从这个等式可明显看出，为了增加饱和电流密度IS，就要有三个方面的要求：(1)增高阴极的温度，(2)扩大热发射面积和(3)减小功函数。
功函数是由电子发射材料和制造方法所确定的固有数值，假定各个荧光显示管中三元氧化物(Ba，Sr，Ca)O的工作函数为9eV，并且为一常数，则应当理解增加阴极热电子的发射面积S和增加阴极温度T可以提高阴极的发射效率。
热电子发射面积S可以通过增加氧化物的覆盖量来加宽，也就是说，覆盖的厚度。然而，因为氧化物覆盖量的增加导致氧化物阴极表面辐射的热量增加，影响发射率的温度可能下降。
一些现有技术中的出版物揭露了考虑到上述问题的技术。根据日本专利公开号为No.9-148066所述：电子发射面积与三元氧化物覆盖的直热式阴极的表面面积相对应。三元氧化物由钡，锶，钙形成，厚度为6.5到7.5μm，如此以固定的能量消耗和良好的平衡状态而获得一个很好的发射率。
日本专利公开号为NO.60-63484公开了一种生产纯净氧化物阴极的方法，随着其颗粒大小(直径)的减小，其具有更好的发射特性。这种方法包括以下步骤：将碳酸铵盐的水溶液加入到碱土金属(例如：钡(Ba)、锶(Sr)、钙(Ca))的硝酸盐溶液中在高速旋转的条件下搅拌发生反应制成碱土金属碳酸盐颗粒或粒子；由碱土金属碳酸盐、粘合剂以及有机溶剂混合并分散制成电镀溶液；在发光容器中的放置直热式阴极，该阴极是由用电镀溶液在钨(W)核心金属丝表面上沉积碳酸盐而制成；然后热分解由碱土金属制得的三元碳酸盐，同时将容器抽成真空。
近来为了节能的需要，而要求减少荧光显示管的能量消耗。本发明要解决的问题是减少相当于荧光显示管能量消耗50％-70％的直热式阴极的能量消耗，以及减少应用直热式阴极的荧光显示管的能量消耗。
本申请的发明者在减少荧光显示管的能量消耗方面进行了深入地研究。结果，发明者发现在金属芯线上均匀地涂覆碳酸盐细颗粒能够减少直热式阴极的能量消耗。
此外，发明者发现直热式阴极的能量消耗相当于荧光显示管能量消耗总量的50％-70％，通过应用本发明直热式阴极，能够减少该能量消耗。
发明内容
为了解决上述问题而提出本发明。
本发明的第一个目的是提供一种具有良好的发射特性和能量消耗降低的直热式氧化物阴极。
本发明的另外一个目的是提供一种使用上述阴极的荧光显示管。
本发明的一个方面涉及一种直热式氧化物阴极，其中有一个0.5μm到4.0μm厚的电子发射材料形成在金属芯线的表面上。
本发明的另一个方面涉及一种直热式氧化物阴极，其中电子荧光材料的固溶体由平均颗粒大小为0.1μm到2.0μm的氧化物结晶颗粒构成并覆盖在金属芯线的表面上。
本发明又一方面还涉及一种电子发射材料涂覆在金属芯线表面上的直热式氧化物阴极，其中电子荧光材料的固溶体由平均颗粒大小至少为0.1μm到2.0μm的颗粒形成，电子荧光材料的平均厚度为0.5μm到4.0μm。
本发明更进一步的方面还涉及一种电子发射材料涂覆在金属芯线的表面上的直热式氧化物阴极，其中形成电子荧光材料的氧化物结晶颗粒是由平均颗粒大小至少为0.1μm到2.0μm的碳酸盐颗粒形成的。
在直热式氧化物阴极中，其中金属芯线由钨金属芯线或钨铼金属芯线形成。
在直热式氧化物阴极中，其中电子发射材料包括至少由钡(Ba)，锶(Sr)，钙(Ca)形成的三元氧化物。
在直热式氧化物阴极中，其中电子发射材料包括一种下述的三元氧化物，其中钡(Ba)，锶(Sr)，钙(Ca)的重量比至少为Ca∶Sr∶Ba＝(5-25)∶(25-60)∶(30-60)。
本发明的另一个方面还涉及一种荧光显示管，该荧光显示管包括本发明所述直热式氧化物阴极作为热离子源。
附图说明
本发明的这些和其他目的、优点和特性通过阅读下面的描述以及附图而更加显而易见。
图1是使用本发明一实施例的直热式阴极的荧光显示管的部分放大侧视断面图；
图2用于制造本发明一实施例的直热式阴极的电镀装置的示意图；
图3是表示现有技术中3.0μm碳酸盐颗粒粘滞性分布直方图；
图4是表示用于本发明的2.0μm碳酸盐颗粒粘滞性分布的直方图；
图5是表示用于本发明的0.5μm碳酸盐颗粒粘滞性分布的直方图；
图6是表示应用本发明直热式阴极的荧光显示管的灯丝能量消耗的曲线图；
图7是表示为应用本发明直热式阴极的荧光显示管的灯丝饱和电流的曲线图；
图8是表示应用本发明直热式阴极的荧光显示管的灯丝饱和电剩余率的曲线图；
图9是表示应用本发明直热式阴极的荧光显示管的灯丝饱和电流剩余率的曲线图；
图10是本发明中覆盖有2.5μm厚的0.5μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×1000)；
图11是本发明中覆盖有2.5μm厚的0.5μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×3000)；
图12是本发明中覆盖有4μm厚的0.5μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×1000)；
图13是本发明中覆盖有4μm厚的0.5μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×3000)；
图14是本发明中覆盖有4μm厚的2.0μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×1000)；
图15是本发明中覆盖有6.5μm厚的2.0μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×3000)；
图16是本发明中覆盖有6.5μm厚的3.0μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×1000)；
图17是本发明中覆盖有6.5μm厚的3.0μm颗粒涂层的直热式阴极的照片(×3000)；
图18是覆盖有单层0.5m厚碳酸盐的金属芯线的横截面图；
图19是覆盖有多层2.0μm厚碳酸盐的金属芯线的横截面图；
图20是覆盖有单层3.0μm厚碳酸盐的金属芯线的横截面图；
图21是覆盖有多层3.0μm厚碳酸盐的金属芯线的横截面图；
图22是是一个安装有常规直热式阴极的荧光显示管部分断裂的剖面图；以及
图23是一个安装有常规的直热式阴极的荧光显示管的部分放大的截面图；
具体实施方式
为了制造灯丝，首先，使丙烯酸的有机粘合剂和碱土金属碳酸盐(Ba，Sr，Ca)CO3一起电镀在直径为5到41μm钨金属芯线上。
当把精制的Ba(NO3)2，Sr(NO3)2，Ca(NO3)2的混合溶液加入到Na2CO3或(NH4)CO3混合溶液中时，发生例如如下的反应：
    ……(2)
通过该反应，产生了白色的(Ba，Sr，Ca)CO3碳酸盐沉淀物，用温水充分中洗沉淀物就可以获得碳酸盐。
在荧光显示管组装过程中抽空步骤将要结束时，碳酸盐在真空中电加热到大约1000℃。从而，使有机粘合剂分解后蒸发，同时通过下面的反应热分解为氧化物。
                ……(3)
此时，在钨金属芯线作为基底金属时，由于下面的反应发生而使部分BaO分子还原。
                                   ……(4)
从而，产生了游离的Ba原子并作为电子发射源起作用。
化学反应(4)发生在金属芯线与BaO之间的界面上，从而，BaO还原产生了游离的Ba原子。发明人假定Ba原子作为电子发射源起作用，而密集地沉积在细钨丝表面的三元碳酸盐甚至在覆盖量非常小时，也能够提供充分的电子发射率。此外，假定由于厚的三元碳酸盐而使游离的Ba原子能减少直热式阴极的能量消耗。
另外发明人还假定，沉积在金属芯上的三元碳酸盐即使在覆盖量小时也能够提供充分的电子发射率。增加覆盖的氧化物的量造成从氧化物表面辐射的热量减少，从而可以使制造的直热式阴极具有低能量消耗。
3.0μm大小的(Ba，Sr，Ca)颗粒(D90＝8.22，D50＝3.00，D10＝1.15)，2.0μm大小的(Ba，Sr，Ca)颗粒(D90＝5.62，D50＝2.00，D10＝0.20)，0.5μm大小的(Ba，Sr，Ca)颗粒(D90＝2.322，D50＝0.50，D10＝0.04)(Ba，Sr，Ca)，作为三元碳酸盐应用于直热式阴极。由三元碳酸盐，丙烯酸树脂粘合剂，和酮或酒精溶剂混合制成电子沉积溶液。
至于3.0μm大小的(Ba，Sr，Ca)颗粒(D90＝8.22，D50＝3.00，D1 0＝1.15)，颗粒大小(直径)不超过1.15μm的占总数的10％，颗粒大小(直径)不超过3.00μm的占总数的50％，颗粒大小(直径)不超过8.22μm的占总数的90％，平均颗粒大小为3.0μm(图3中所示为3.0μm大小的颗粒的颗粒大小分布)。
至于2.0μm大小的颗粒(D90＝5.62，D50＝2.00，D10＝0.20)，颗粒大小(直径)不超过0.2μm的占总数的10％，颗粒大小(直径)不超过2.0μm的占总数的50％，颗粒大小(直径)不超过5.62μm的占总数的90％，平均颗粒大小为2.0μm(图4中所示2.0μm大小的颗粒的颗粒大小分布)。
至于0.5μm大小的颗粒(D90＝2.322，D50＝0.5，D10＝0.04)，颗粒大小(直径)不超过0.04μm的占总数的10％，颗粒大小(直径)不超过0.50μm的占总数的50％，颗粒大小(直径)不超过2.32μm的占总数的90％，平均颗粒大小为0.5μm(图5中所示为2.0μm大小的颗粒的颗粒大小分布)。
准备包含3.0μm大小颗粒的电解溶液、包含2.0μm大小颗粒的电解溶液和包含0.5μm大小颗粒的电解溶液，应用这些电解溶液，依据电泳方法，使三元碳酸盐以1，2，3，4，5，6，7或8μm的厚度覆盖在24.5μm直径的钨芯部上。从而制成直热式阴极。
把由此形成的直热式阴极被置于荧光显示管中，一边进行抽真空，一边将每个直热式阴极被电加热到大约1000℃以分解碳酸盐。从而制造出安装有直热式氧化物阴极的荧光显示管。
接着详细描述发明的一个实施例的，
碳酸盐的生产方法：
由Ca(NO3)24H2O，Sr(NO3)2，以及Ba(NO3)2组成的原料重量是当该原料经过化学反应转化为CaCO3，SrCO3，BaCO3时获得的，其重量比为CaCO3∶SrCO3∶BaCO3＝(5-25)∶(25-60)∶(30-60)。
在水中搅拌硝酸盐(盐)使其溶解，过滤掉固体材料，由此只留下水溶液。
此外，在水中搅拌(NH4)CO3H2O材料使其溶解，过滤掉固体材料，由此得到水溶液。
碱土金属硝酸盐水溶液和铵碳酸盐水溶液在以高速的1000转/每分钟或更快的速度下搅拌混合而起反应。从而制成一种碱土金属碳酸盐(三元碳酸盐)，反应在高转速下进行是为了阻碍晶体生长而形成微小的晶体。然后对三元碳酸盐进行漂洗，脱水和风干。从而制成了纯净的三元碳酸盐颗粒。
粘合剂的生产方法：
粘合剂增加电镀后三元碳酸盐的粘合强度。丙烯酸树脂和纤维素酯可用作粘合剂。在本发明中使用的是丙烯酸树脂。例如，通过混合并干燥AcrypetVH(由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.生产)以及Acrypet VHK(由Mitsubishi RayonCo.，Ltd.生产)，然后将该混合物溶解在丙酮中来制成粘合剂。
电镀溶液的生产方法：
通过混合碳酸盐、粘合剂、丙酮、和异丙醇制备浓缩液并储存，在使用中，将粘合剂与一种溶剂混合，例如丙酮，甲基异丙醇或者异丙醇混合生成电镀溶液。从而制备成电镀溶液。
所得不同含量的电镀溶液经过可调节地混合在一起，产生比重为0.8-0.9的电镀溶液。
电镀方法：
如图2所示，将电镀溶液71放在电镀池中。将正直流电压加到电镀溶液71上，而将负直流电压加到细钨丝5上。这个结构连续地通过电镀溶液71。如图18-21所示，基于电泳原理，三元氧化物和粘合剂都能电镀在钨芯线51的表面上。附图标号8为一加热器，附图标记9为一线轴。
用泵循环溶液池70中的电镀溶液71，并使之分散，从而均一地电镀到钨芯线51上。
装配方法：
钨芯线51作为阴极，三元碳酸盐52和粘合剂电镀在钨芯线51上，从而钨芯线51能够与荧光显示管中的丝状固定片和灯丝支持体牢固地粘结，并随之拉紧。
其后，将这个容器抽成真空。
在抽空的最后阶段，在对容器抽真空的同时将阴极电压加到阴极上以加热钨芯线。
如此，沉积在钨芯线表面上的三元碳酸盐热分解，通过化学反应(3)产生了氧化物和二氧化碳，而二氧化碳气体被抽出。Ba，Sr和Ca的氧化物覆盖在细钨丝的表面上。粘合剂通过热分解转化为二氧化碳气体而被抽出。
使用三种类型的、包含3.0μm大小的三元碳酸盐颗粒，2.0μm大小的三元碳酸盐颗粒，0.5μm大小的三元碳酸盐颗粒的电镀溶液，准备好直热式阴极后，用电泳方法使氧化物以0.5，1，2，3，4，5，6，7或8μm厚度覆盖在各钨金属线上。
至于3.0μm大小的颗粒，因为颗粒大小(直径)不超过1.15μm的占总数的10％，因此能够将电子发射材料层的厚度设定到1.15μm，至于2.0μm大小的颗粒，因为颗粒大小(直径)不超过0.2μm的占总数的10％，因此能够将电子发射材料层的厚度设定到0.2μm，至于0.5μm大小的颗粒，因为颗粒大小(直径)不超过0.04μm的占总数的10％，因此能够将电子发射材料层的厚度设定到0.04μm。
按照如下方法制造和评价安装有上述已制造的直热式阴极的荧光显示管：
除了直热式阴极，对其它元件施加相同的条件。用于荧光物质层的荧光物质是ZnO:Zn，以进行低速电子束扫描。布置多个圆形模式，每个直径为4.0mm。
直热式阴极能量消耗的测量：
图6是表示灯丝能量消耗与碳酸盐薄膜厚度的关系图。在图6中，把一电压加到灯丝两端上，使直热式阴极的表面温度维持在645℃，阴极灯丝上覆盖有于均颗粒大小为0.5μm大小的碳酸盐颗粒。这时，检测灯丝的电流值。
图6表示能量消耗的增加量与覆盖在细钨丝上的三元碳酸盐厚度成比例。
业已确定，碳酸盐越薄，能量消耗越低。
通过将钨芯线放在包含有3.0μm大小的三元碳酸盐颗粒的电镀溶液中进行电泳时，制造的各直热式阴极被覆盖的氧化物厚度为0.5，1，2，3，4，5，6，7或8μm。在该情况下，厚度不超过1.15μm的氧化物可覆盖在钨丝上。然而，3.0μm或以下厚度的氧化物不能均一地覆盖在钨丝上。
当把一电压加到灯丝两端上使直热式阴极的表面温度维持在645℃时，检测灯丝电流值。由此获得灯丝能量消耗量。如图6所示，直到颗粒大小到达3.0μm时，检测结果与使用覆盖有0.5μm大小颗粒氧化物的直热式阴极的荧光显示管的的灯丝能量消耗特性类似。
通过将钨芯线放在包含有2.0μm大小的三元碳酸盐颗粒的电镀溶液中实施电泳，所制造出的直热式阴极被覆盖的氧化物厚度为0.5，1，2，3，4，5，6，7或8μm。然而，当氧化物厚度为2.0μm或以下时，该氧化物不能均一地覆盖在钨丝上。
当把一电压加到灯丝两端上使直热式阴极的表面温度维持在645℃时，检测灯丝电流值。由此可以测得灯丝能量消耗量。如图6所示，直到颗粒大小到达2μm时，检测结果与使用覆盖有0.5μm大小颗粒氧化物的直热式阴极的荧光显示管的的灯丝能量消耗特性类似。
饱和灯丝电流的测量：
对于同样的试样，直热式阴极的表面温度维持在337℃。灯丝电流维持在一固定值。各个栅极电压和阳极电压分别为100VDC。脉冲宽度为100μS。暂载率Du为1/300。在这种条件下，饱和灯丝电流测量值如图7所示。
当为3.0μm大小的三元氧化物颗粒(A)时，厚度为4μm的三元氧化物薄膜的饱和灯丝电流降低到大约为6.5-7.5μm厚的三元氧化物薄膜的饱和灯丝电流的85％或更少。三元氧化物薄膜为3μm厚时的饱和灯丝电流降低为大约77％或更少，三元氧化物薄膜为2μm厚时的饱和灯丝电流降低为大约50％或更少。因此，三元氧化物薄膜为4.0μm厚或更少时不能投入到实际中应用。
当为2.0μm大小的三元氧化物颗粒(B)为时，三元氧化物平均为3μm厚时的饱和灯丝电流大约为三元氧化物为6.5-7.5μm厚时的饱和灯丝电流的100％，三元氧化物平均为2μm厚时的饱和灯丝电流降低为大约77％或更少，当三元氧化物薄膜平均为2μm厚或更少时难以投入到实际中应用。然而，三元氧化物薄膜平均为3μm厚或更多时则能够投入到实际中应用。
当为0.5μm大小的三元氧化物颗粒(C)时，三元氧化物为4μm厚时的饱和灯丝电流大约为三元氧化物为6.5-7.5μm厚时的饱和灯丝电流的100％，三元氧化物为2μm厚时的饱和灯丝电流是三元氧化物为6.5-7.5μm厚时的饱和灯丝电流的100％，三元氧化物到1μm厚时的饱和灯丝电流为92％。然而，通过参照如图9显示的饱和电流剩余比率特性，对比现有的荧光显示管而言，在薄膜厚度为1.0μm时，可以得到预期的良好的饱和灯丝电流剩余比率特性。
如上所描述，更细的碳酸盐颗粒可以更密集地沉淀在钨金属线上以及能够提供充分的饱和灯丝电流。因此，可以确定三元碳酸盐可以稀薄地覆盖。
安装在荧光显示管中的直热式阴极，每个都覆盖有准备好的碳酸盐。碳酸盐的平均颗粒大小为0.5μm、2.0μm或者3.0μm，碳酸盐覆盖的厚度为0.5μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm或者4.0μm。每个直热式阴极表面温度维持在377C，灯丝电流维持在一个固定值，每个栅极电压和阳极电压设定为100VDC。脉冲宽度设为100μS。暂载率Du设为1/300。在这种条件下，检测灯丝电流值。图8是与每个发光阴极覆盖8.0μm厚的碳酸盐层的荧光显示管的灯丝电流相比的灯丝电流测量值的曲线图。
因此，减小碳酸盐颗粒的平均颗粒大小可以使碳酸盐颗粒更密集地沉淀在钨芯线上以及能够提供充分的饱和灯丝电流。荧光显示管的使用寿命取决于与最初亮度相比的发光剩余率。然而，因为荧光显示管使用寿命很大程度上取决于荧光显示管中直热式阴极的饱和电流剩余率，因此，可以预期比现有技术有更长的使用寿命。
因此，三元氧化物薄膜可以做得很薄。可以确定的是当颗粒平均大小超过3.0μm时，碳酸盐层不能做得很薄。
饱和电流剩余率的测量：
此外，对于同一个试样，图9所示为饱和电流剩余率的变化。参照图9，把一个电压加到直热式阴极两端使其表面温度达到645℃。用于发光物质层的发光物质为ZnO:Zn，以进行低速电子束扫描。因此，荧光显示管在模式发出以1000(cd/m2)进行光发射每个直径为4.0mm的圆形的条件下连续发射1000小时。
曲线图(A)显示了当使用传统的直热式阴极的荧光显示管连续发光1000小时时，每一单位时间内饱和电流值与初始饱和电流的比率(每个直热式阴极覆盖有8.0μm厚大小为3.0μm的颗粒)曲线图(B)显示了当使用本发明的直热式阴极的荧光显示管连续发光1000小时，在每一单位时间内饱和电流值与初始饱和电流的比率(每个直热式阴极覆盖有3μm厚大小为2.0μm的颗粒)。
曲线图(C)显示了当使用本发明的直热式阴极的荧光显示管连续发光1000小时时，在每一单位时间内饱和电流值与初始饱和电流的比(每个直热式阴极覆盖有1μm厚大小为0.5μm的颗粒)。
这些曲线图表明，直热式阴极上所覆盖的密集或是稀薄的电子发射材料都可以提供一个很好的饱和电流比率。
荧光显示管的有效寿命决定于相对于初始的亮度的亮度剩余比率。荧光显示管直热式阴极的饱和电流剩余比率为有效寿命的一个要素。因此，相对于现有技术而言，可以预期它的有效寿命更长。
本发明中覆盖在直热式阴极钨芯线上的三元碳酸盐的状态可以在电子显微镜下观察到。
图10所示为在直径大小为24.5μm的钨芯线上覆盖有平均2.5μm厚的颗粒大小为0.5μm的电子发射材料的SEM图象(放大1000倍的电子显微图)。
图11所示为在直径大小为24.5μm的钨芯线上覆盖有平均2.5μm厚的颗粒大小为0.5μm的电子发射材料的SEM图象(放大3000倍的电子显微图)。
这些显微图表明电子发射材料均匀地覆盖。
图18为显示上述状态的方案图，假定覆盖在钨芯线上的三元碳酸盐提供大的接触区域以及有效地发射电子。图18所示为单一的三元碳酸盐层。然而，可以推测多个三元碳酸盐层可以更加有效地发射电子。
图12所示为在直径大小为24.5μm的钨芯线上覆盖有平均4.0μm厚的颗粒大小为0.5μm的电子发射材料的SEM图象(放大1000倍的电子显微图)。
图13所示为在直径大小为24.5μm的钨芯线上覆盖有平均4.0μm厚的颗粒大小为0.5μm的电子发射材料的SEM图象(放大3000倍的电子显微图)。显微图表明电子发射材料均匀地覆盖。
虽然当时还没有用于上述状态的方案图，但可以推测覆盖在钨芯线(如图18所示)上的三元碳酸盐提供大的接触区域以及有效地发射电子。
图14所示为在直径大小为24.5μm的钨金属芯线上覆盖有平均4.0μm厚的颗粒大小为2.0μm的电子发射材料的SEM图象(放大1000倍的电子显微图)。
图15所示为在直径大小为24.5μm的钨金属芯线上覆盖有平均4.0μm厚的颗粒大小为2.0μm的电子发射材料的SEM图象(放大3000倍的电子显微图)。
SEM图象(放大1000倍的电子显微图)显示出发射材料非常粗糙的表面。在SEM图象(放大3000倍的电子显微图)中，大颗粒的突出部分以及凹陷部分都充满了微细的电子发射材料。
图19为上述状态的方案图，相对于图18所示的0.5μm大小的颗粒，三元碳酸盐变得粗糙。可以推测覆盖在钨芯线上的三元碳酸盐提供大的接触区域以及有效地发射电子。
图16所示为在直径大小为24.5μm的钨金属芯线上覆盖有平均6.5μm厚的颗粒大小为3.0μm的常规的电子发射材料的SEM图象(放大1000倍的电子显微图)。
图17所示为在直径大小为24.5μm的钨金属芯线上覆盖有平均6.5μm厚的颗粒大小为3.0μm的常规的电子发射材料的SEM图象(放大3000倍的电子显微图)。
如图20所示，颗粒大小为3.0μm的单层三元碳酸盐与钨芯线的接触面积变得更小。然而，如图21所示，在采用多层结构的情况下，甚至颗粒大小为3.0μm的三元碳酸盐都能够均匀地覆盖。
如上所述，减小三元碳酸盐颗粒的平均颗粒大小可以使三元碳酸盐均匀地覆盖在钨芯线上。因此，可以获得低能量消耗的直热式阴极。
此外，应用该直热式阴极的荧光显示管的能量消耗也能够减少。
与颗粒大小为6.5-7.5μm的常规碳酸盐相比较，3.0μm厚的电子发射材料层能将阴极能量消耗减少到70％，2.0μm厚的电子发射材料层能将阴极能量消耗减少到60％以及1.0μm厚的电子发射材料层能将阴极能量消耗减少到50％。
通过应用本发明的直热式阴极，能够减少荧光显示管的能量消耗，对目前节能的趋势作出很大的贡献。
此外，减小覆盖的碳酸盐颗粒大小的次要效果为在分解碳酸盐的过程中所产生的气体(例如CO2)减少了。这有利于增加荧光显示管内部的真空度以及大大的提高了荧光显示管的可靠性。

Claims (8)

1.一种在金属芯线表面上形成有电子发射材料的直热式氧化物阴极，其特征在于：电子发射材料的厚度为0.5μm到4.0μm。
2.一种在金属芯线表面上覆盖有电子发射材料的直热式氧化物阴极，其特征在于：电子发射材料是由平均结晶颗粒大小至少为0.1-2.0μm氧化物结晶颗粒构成的固溶体。
3.一种在金属芯线表面上覆盖有电子发射材料的直热式氧化物阴极，其特征在于：电子发射材料是由平均颗粒大小至少为0.1-2.0μm氧化物结晶颗粒构成的固溶体，所述电子发射材料的平均厚度为0.5μm到4.0μm。
4.一种在金属芯线表面上覆盖有电子发射材料的直热式氧化物阴极，其特征在于：电子发射材料由氧化物结晶颗粒形成，所述氧化物结晶颗粒由平均颗粒大小至少为0.1-2.0μm的碳酸盐颗粒构成。
5.如权利要求1-4中任意一个所述直热式氧化物阴极，其特征在于：所述的金属芯线包括钨芯丝或铼钨芯线。
6.如权利要求1-5中任意一个所述直热式氧化物阴极，其特征在于：所述的电子发射材料包括由至少钡、锶、钙形成的三元氧化物。
7.如权利要求1-6中任意一个所述直热式氧化物阴极，其特征在于：所述的电子发射材料由三元氧化物构成，其三元氧化物钡(Ba)，锶(Sr)，钙(Ca)的重量比至少为Ca∶Sr∶Ba＝(5-25)∶(25-60)∶(30-60)。
8.一种包括以权利要求1-7中任意一个所述的直热式氧化物阴极作为热离子源的荧光显示管。
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