FR2826505A1 - Cathode pour tube electronique et procede de preparation de la cathode - Google Patents
Cathode pour tube electronique et procede de preparation de la cathode Download PDFInfo
- Publication number
- FR2826505A1 FR2826505A1 FR0207737A FR0207737A FR2826505A1 FR 2826505 A1 FR2826505 A1 FR 2826505A1 FR 0207737 A FR0207737 A FR 0207737A FR 0207737 A FR0207737 A FR 0207737A FR 2826505 A1 FR2826505 A1 FR 2826505A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- cathode
- layer
- electron
- emitting material
- metal base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/13—Solid thermionic cathodes
- H01J1/14—Solid thermionic cathodes characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/13—Solid thermionic cathodes
- H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
Cathode pour tube électronique, comportant une base métallique et une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée sur la base métallique, la couche de matériau émetteur d'électrons contenant un matériau conducteur en forme d'aiguilles et ayant une rugosité de surface fixée à une valeur inférieure à 10 micromètres. Les tailles de grain et de pore de la couche de matériau émetteur d'électrons sont uniformément contrôlées et la densité et la porosité de la couche de matériau émetteur d'électrons sont également contrôlées, ce qui améliore la densité et la planéité superficielle de la cathode par comparaison à une cathode classique fabriquée par un procédé de pulvérisation. De ce fait, la cathode a une durée de vie notablement améliorée même pour une densité de courant élevée qui est nécessaire dans un tube cathodique de plus grande dimension et de définition plus élevée.
Description
<Desc/Clms Page number 1>
CATHODE POUR TUBE ÉLECTRONIQUE ET PROCÉDÉ DE PRÉPARATION
DE LA CATHODE
La présente invention concerne une cathode pour tube électronique et un procédé de préparation de la cathode, et plus particulièrement, une amélioration apportée aux caractéristiques de durée de vie d'une cathode thermique émettrice d'électrons, revêtue d'un oxyde (également appelée cathode à oxyde) qui est largement répandue dans les tubes cathodiques classiques (CRT).
DE LA CATHODE
La présente invention concerne une cathode pour tube électronique et un procédé de préparation de la cathode, et plus particulièrement, une amélioration apportée aux caractéristiques de durée de vie d'une cathode thermique émettrice d'électrons, revêtue d'un oxyde (également appelée cathode à oxyde) qui est largement répandue dans les tubes cathodiques classiques (CRT).
Une telle cathode comporte une base métallique en forme de disque, un manchon cylindrique qui est ajusté sur la surface inférieure de la base métallique à des fins de support et qui est muni d'un élément chauffant situé à l'intérieur de ce dernier pour chauffer la cathode, et d'une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée sur la surface supérieure de la base métallique. La cathode à oxyde pour tube électronique offre l'avantage d'une température de fonctionnement relativement basse (700 à 800 degrés Celsius) du fait du faible travail d'extraction, de sorte qu'elle est largement répandue dans les tubes cathodiques classiques.
Les anciennes cathodes à oxyde pour tubes électroniques étaient généralement configurées de telle façon que la couche de matériau émetteur d'électrons, faite d'un carbonate de métal alcalino-terreux à base de baryum, de préférence un carbonate ternaire contenant du baryum, du strontium et du calcium sous la forme (Ba-SrCa) C03 ou un carbonate binaire contenant du baryum, du strontium et du calcium sous la forme (Ba-Sr) C03, était
<Desc/Clms Page number 2>
appliquée sur la base métallique qui était fait d'un composé à base de nickel contenant des traces d'un agent réducteur tel que le silicium (Si), le magnésium (Mg) ou le tungstène (W). Le carbonate est converti en oxyde par un processus de mise sous vide ou d'activation et se comporte comme un matériau émettant des électrons.
Un procédé général de fabrication d'une cathode à oxyde et les principes généraux d'émission d'électrons vont être décrits ci-après.
Une poudre de carbonate contenant du carbonate de baryum en tant que constituant principal est mélangée à un solvant organique dans lequel est dissout un liant tel que de la nitrocellulose. Une base métallique est revêtue du mélange par pulvérisation ou électrodéposition, et est montée sur un canon à électrons pour tube électronique. Lors de l'étape de mise sous vide d'un tube électronique, le carbonate est chauffé à 10000C par un élément chauffant et se transforme en oxyde de baryum, comme l'exprime la formule (1) suivante : BaCOg- > BaO + CO2 t (1)
Pendant le fonctionnement de la cathode, l'oxyde de baryum réagit avec l'agent réducteur se trouvant dans la base métallique, par exemple Mg ou Si, à l'interface oxyde/métal, conformément aux réactions suivantes, en donnant du baryum libre qui constitue la source de l'émission d'électrons :
BaO + Mu go + Bat (2)
4BaO + Si- > Ba2Si04 + 2Bat (3)
Comme le baryum libre joue le rôle de donneur d'électrons, l'oxyde de cathode devient physiquement un
Pendant le fonctionnement de la cathode, l'oxyde de baryum réagit avec l'agent réducteur se trouvant dans la base métallique, par exemple Mg ou Si, à l'interface oxyde/métal, conformément aux réactions suivantes, en donnant du baryum libre qui constitue la source de l'émission d'électrons :
BaO + Mu go + Bat (2)
4BaO + Si- > Ba2Si04 + 2Bat (3)
Comme le baryum libre joue le rôle de donneur d'électrons, l'oxyde de cathode devient physiquement un
<Desc/Clms Page number 3>
semi-conducteur de type n pendant le fonctionnement de la cathode. En général, lorsqu'un courant intense circule dans un semi-conducteur, de la chaleur est produite par effet Joule du fait de sa résistance propre. Si la production de chaleur par effet Joule dure longtemps, la matière brute s'évapore ou fond par chauffage autonome, ce qui dégrade par conséquent la cathode. De ce fait, lorsque l'oxyde de la cathode classique est utilisé avec une densité de courant élevée pour augmenter la densité d'émission d'électrons, la cathode peut se dégrader du fait de la chaleur produite par effet Joule, ce qui conduit à une forte diminution de la durée de vie de la cathode.
Cependant, comme le montrent les équations réactionnelles (2) et (3), pendant la production du baryum libre, en plus du baryum libre, des sous-produits tels que MgO, Ba2SiO4, etc., sont produits. Ces types de sous-produits s'accumulent en formant une intercouche à l'interface entre la couche de matériau émetteur d'électrons et la base métallique, qui joue le rôle de barrière contre la diffusion d'un agent réducteur comme le Mg, le Si, etc. Il en résulte que la production du baryum libre est réduite, ce qui conduit à une réduction de la durée de vie de la cathode. En outre, comme l'intercouche présente une résistance élevée, elle perturbe le passage du courant d'émission d'électrons, ce qui limite la densité de courant de la cathode.
Du fait de la tendance actuelle au développement d'écrans à haute définition et de plus grande dimension pour les télévisions et les écrans à tubes cathodiques, il est apparu un besoin croissant pour des cathodes ayant des densités de courant élevées et des durées de vie plus longues. Cependant, les cathodes à oxyde antérieures ne sont pas capables de répondre à ce besoin
<Desc/Clms Page number 4>
en raison des inconvénients mentionnés ci-dessus en ce qui concerne les performances et la durée de vie.
Une cathode imprégnée est connue pour sa haute densité de courant et sa longue durée de vie, mais son procédé de fabrication est complexe et sa température de fonctionnement est d'environ 1000 degrés Celsius, cette valeur étant supérieure à celle des cathodes à oxyde. Ainsi, il est nécessaire de réaliser la cathode imprégnée à partir d'un matériau coûteux ayant un point de fusion beaucoup plus élevé, ce qui nuit à son utilisation pratique.
D'un point de vue pratique, il est préférable d'améliorer la cathode à oxyde classique afin de prolonger sa durée de vie, de sorte que d'importants travaux de recherche ont été entrepris dans ce domaine.
A titre d'exemple, d'une façon plus détaillée, le brevet coréen publié NO 91-17481 déposé par Saito et al., intitulé"Cathode for Electron Tube" (revendiquant la priorité de la demande de brevet japonaise NO 2-56855 intitulée"Cathode for Electron Tube") décrit une cathode pour tube électronique dans laquelle au moins une couche métallique telle que du tungstène ou du molybdène est appliqué sur une base métallique et un oxyde de métal de terre rare tel que du Suc203 est présent dans une couche de matériau émetteur d'électrons, et revendique le fait qu'une haute densité de courant et qu'une longue durée de vie peuvent être atteintes étant donné que l'oxyde d'un métal de terre rare tel que le scandium (Sc) sert à décomposer le produit intermédiaire et que le tungstène proprement dit joue le rôle d'agent réducteur permettant de produire du baryum libre.
Cependant, le tungstène (W), qui joue le rôle d'agent réducteur, produit non seulement du baryum libre mais également un sous-produit conformément à la formule
<Desc/Clms Page number 5>
réactionnelle (4) suivante, provoquant une forte dégradation des propriétés de la cathode, notamment de sa durée de vie.
2BaO + 1/3W- 1/3Ba3WO6 + Bat (4)
De plus, la demande de brevet japonaise publiée NO Hei 8-50849 déposée par Narita et al. intitulée"Cathode Member and Electronic Tube Using It" (correspondant au document EP-0. 685.868 Al intitulée"Cathode Member and Electron Tube Having the Cathode Member Mounted Thereon") décrit une cathode pour tube électronique qui est une cathode produite par pressage isostatique à chaud (HIP) dans laquelle une poudre de nickel métallique et un sel de carbonate sont mélangés et moulés à haute température et haute pression pour jouer le rôle de couche émettrice d'électrons. La couche émettrice d'électrons ainsi obtenue devient en elle-même conductrice du fait du nickel métallique, et la production de chaleur par effet Joule est considérablement réduite dans le cas d'une charge à forte densité de courant. Cependant, la cathode HIP (obtenue par pressage isostatique à chaud) a une température de fonctionnement d'environ 850 degrés Celsius, cette température étant supérieure de 50 degrés à celle de la cathode à oxyde classique, et le procédé de fabrication de la cathode obtenue par pressage isostatique à chaud est complexe, ce qui augmente notablement les coûts de fabrication.
De plus, la demande de brevet japonaise publiée NO Hei 8-50849 déposée par Narita et al. intitulée"Cathode Member and Electronic Tube Using It" (correspondant au document EP-0. 685.868 Al intitulée"Cathode Member and Electron Tube Having the Cathode Member Mounted Thereon") décrit une cathode pour tube électronique qui est une cathode produite par pressage isostatique à chaud (HIP) dans laquelle une poudre de nickel métallique et un sel de carbonate sont mélangés et moulés à haute température et haute pression pour jouer le rôle de couche émettrice d'électrons. La couche émettrice d'électrons ainsi obtenue devient en elle-même conductrice du fait du nickel métallique, et la production de chaleur par effet Joule est considérablement réduite dans le cas d'une charge à forte densité de courant. Cependant, la cathode HIP (obtenue par pressage isostatique à chaud) a une température de fonctionnement d'environ 850 degrés Celsius, cette température étant supérieure de 50 degrés à celle de la cathode à oxyde classique, et le procédé de fabrication de la cathode obtenue par pressage isostatique à chaud est complexe, ce qui augmente notablement les coûts de fabrication.
Par ailleurs, la demande de brevet japonaise publiée NO Hei 6-28968 déposée par Gàrtner et al. intitulée"Cathode Containing Solid" (correspondant au document EP-0 560 436 Bl intitulée"Cathode with Solid Element") décrit une cathode pour tube électronique ayant une durée de vie améliorée, qui est obtenue en
<Desc/Clms Page number 6>
formant un trajet conducteur conformément à un principe de percolation en ajoutant 20 à 80 % en volume de grains métalliques sphériques à une couche de matériau émetteur d'électrons utilisée dans la cathode à oxyde classique.
Cependant, pour produire un effet de percolation en ajoutant des grains métalliques sphériques, au moins 30 % en poids des grains métalliques doivent être présents dans la couche de matériau émetteur d'électrons, ce qui signifie que la teneur de la couche de matériau émetteur d'électrons est fortement réduite, et conduit à une diminution du courant d'émission initial de la cathode.
Un autre exemple de technique de l'art antérieur est décrit dans le brevet US-A-5.592. 043 délivré à Gårtner et al., intitulé"Cathode Including a Solid Body".
Dans un article intitulé"Progress on the Percolation Cathode", IDW'99 Proceedings of the Sixth International Display Workshops CRT6-4 (article de dernière minute), de S. N. B. Hodgson, on décrit une cathode à oxyde ayant un trajet de percolation réalisé en ajoutant 2,5 à 5 % en volume de grains de nickel en forme d'aiguilles à une couche de matériau émetteur d'électrons. Cependant, la cathode à oxyde décrite, dans laquelle la couche de matériau émetteur d'électrons est formée par un procédé de pulvérisation classique, présente l'inconvénient d'une importante rugosité de surface.
Au moyen d'un procédé de pulvérisation dans lequel un revêtement est effectué en utilisant la force d'un jet simplement provoqué par une pression d'air, il est impossible de produire un film de revêtement uniforme et dense. La structure d'une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée par le procédé de pulvérisation est illustrée sur les figures 2 et 3. La figure 2 est une photographie au microscope électronique à balayage
<Desc/Clms Page number 7>
d'une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée par un procédé de pulvérisation, obtenue avec un grossissement de 400 fois, sur laquelle les tailles de pores situés entre le grains ne sont pas uniformes et dont la surface est très rugueuse ou grossière. La figure 3 est une photographie au microscope électronique à balayage d'une couche de matériau émetteur d'électrons, prise avec un grossissement de 3000 fois, sur laquelle on peut de nouveau confirmer que les tailles des grains et les tailles des pores entre chacun des grains ne sont pas uniformes.
La surface rugueuse d'une cathode a pour effet de répartir de façon irrégulière sur l'écran les faisceaux d'émission d'électrons, ce qui provoque une nonuniformité de la luminance de l'image et induit un phénomène de"moiré"dans lequel des motifs de franges sont produits du fait des interférences entre les faisceaux d'électrons et les points de l'écran. Par ailleurs, si la structure de la cathode n'est pas dense, les pores peuvent disparaître ou rétrécir par un effet de frittage au bout d'une longue période de fonctionnement.
Par conséquent, la distance entre la cathode et une première grille augmente, ce qui conduit finalement à une différence de potentiel électrique entre la cathode et la première grille, qui est réglée pour commander l'émission de faisceaux d'électrons et qui conduit à une dégradation des caractéristiques de luminance et de durée de vie du fait d'une diminution de la quantité de faisceaux d'électrons émis.
Comme décrit ci-dessus, lorsqu'une cathode ayant une couche de matériau émetteur d'électrons qui n'a pas une taille de grain, une taille de pore et une planéité uniformes, est insérée dans un canon à électrons, la
<Desc/Clms Page number 8>
qualité et la fiabilité du dispositif peuvent se dégrader. Les cathodes décrites aux paragraphes précédents ne peuvent pas remédier à ces inconvénients.
La présente invention a donc pour objectif de fournir une cathode à oxyde pouvant réduire la dégradation de la cathode due au chauffage autonome en réduisant le dégagement de chaleur par effet Joule provoqué par la résistance intrinsèque de la cathode à oxyde.
Un autre objectif de la présente invention est de fournir une cathode à oxyde pouvant minimiser la distribution de tension due à une différence de distance entre la cathode et une première grille, et qui présente également une durée de vie et une luminance améliorées lors d'un fonctionnement à haute densité de courant, en remédiant au problème du retrait de la cathode dû à une longue période de fonctionnement.
Un autre objectif est de disposer d'une cathode ayant une couche émettrice d'électrons présentant une densité et une planéité augmentées.
Un autre objectif est de disposer d'une cathode ayant une taille de grain et de pore de la couche émettrice d'électrons qui puisse être uniformément contrôlée.
Un autre objectif est de disposer d'une cathode qui élimine le phénomène de"moiré"selon lequel des motifs de franges sont produits du fait d'interférences entre les faisceaux d'électrons et les points de l'écran.
Pour atteindre ces buts, ainsi que d'autres, la cathode destinée à un tube électronique comporte une base métallique et une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée sur la base métallique, la couche de matériau émetteur d'électrons contenant un matériau
<Desc/Clms Page number 9>
conducteur en forme d'aiguilles. La rugosité de surface de la couche de matériau émetteur d'électrons correspondant à une distance entre le point le plus élevé et le point le plus bas est contrôlée de façon à être inférieure à 10 m (micromètres ou microns).
Dans un mode de réalisation de la présente invention, il est préférable que le matériau conducteur en forme d'aiguilles ait une résistance spécifique non supérieure à 10-1 Qcm (ohm centimètre).
De plus, il est préférable que le matériau conducteur en forme d'aiguilles contienne au moins du carbone, de l'oxyde d'indium-étain, du nickel, du magnésium, du rhénium, du molybdène ou du platine.
Mieux encore, le matériau conducteur en forme d'aiguilles est un matériau carboné. Le matériau carboné peut être sélectionné dans le groupe contenant un nanotube de carbone, une fibre de carbone, et une fibre de graphite.
La teneur en matériau conducteur en forme d'aiguilles dans la couche de matériau émetteur d'électrons est de préférence dans la gamme de 0,01 à 30 % en poids par rapport au poids total du matériau émetteur d'électrons, et l'épaisseur de la couche de matériau émetteur d'électrons est de préférence dans la gamme de 30 à 80 m (micromètres ou microns).
Il est préférable que la couche de matériau émetteur d'électrons soit appliquée sur la base métallique par un procédé d'impression, un procédé d'électrodéposition et/ou un procédé de peinture. Mieux encore, la couche de matériau émetteur d'électrons est appliquée sur la base métallique par un procédé d'impression sérigraphique.
<Desc/Clms Page number 10>
Conformément à un autre aspect de la présente invention, la cathode peut en outre comporter une couche métallique telle que du nickel ayant une taille de grain qui est inférieure à celle de la base métallique, entre la base métallique et la couche de matériau émetteur d'électrons.
La couche de métal peut en outre comporter de 1 à 10 % en poids de tungstène et de 0,01 à 1 % en poids d'aluminium par rapport au poids total du nickel, et l'épaisseur de la couche métallique est de préférence dans la gamme de 1 à 30 m (micromètres).
La couche métallique peut en outre comporter au moins un métal sélectionné dans le groupe constitué du tantale (Ta), du chrome (Cr), du magnésium (Mg), du silicium (Si) et du zirconium (Zr).
Une appréciation plus approfondie de l'invention et des nombreux avantages qui lui sont associés ressortira plus clairement de la description détaillée présentée ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels des symboles de référence identiques désignent des éléments constitutifs identiques ou semblables, et dans lesquels : la figure 1 est un diagramme schématique d'une cathode classique pour tube électronique ; la figure 2 est une photographie au microscope électronique à balayage (MEB) d'une couche de matériau émetteur d'électrons d'une cathode classique, prise avec un grossissement de 400 fois ; la figure 3 est une photographie au microscope électronique à balayage (MEB) d'une couche de matériau émetteur d'électrons de la cathode classique représentée sur la figure 2, prise avec un grossissement de 3000 fois ;
<Desc/Clms Page number 11>
la figure 4 est un diagramme schématique représentant la structure d'une section transversale d'une couche de cathode à oxyde conforme à un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 5 est un diagramme schématique représentant la structure d'une section transversale d'une couche de cathode à oxyde conforme à un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 6 est une photographie au microscope électronique à balayage (MEB) de la couche de cathode à oxyde représentée sur la figure 4, prise avec un grossissement de 400 fois ; la figure 7 est une photographie au microscope électronique à balayage (MEB) de la cathode représentée sur la figure 4, prise avec un grossissement de 3000 fois ; la figure 8 est un graphique représentant la variation des caractéristiques de durée de vie par rapport au temps de fonctionnement de cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs ; la figure 9 représente la durée moyenne de fonctionnement avant défaillance (MTTF) estimée à partir des résultats d'évaluation des caractéristiques de durée de vie de cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs ; la figure 10 illustre une variation de la tension de coupure de cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs ; la figure 11 illustre les caractéristiques d'émission initiales de cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs ; et
<Desc/Clms Page number 12>
la figure 12 illustre la rugosité de surface de la couche de matériau émetteur d'électrons.
Si l'on s'intéresse à présent aux dessins et se référant à la figure 1, une cathode comporte une base métallique en forme de disque 12, un manchon cylindrique 13 qui est ajusté sur la surface inférieure de la base métallique 12, pour le support, et est munie d'un élément chauffant 14 situé à l'intérieur de cette dernière pour chauffer la cathode, et d'une couche de matériau émetteur d'électrons 11 appliquée sur la surface supérieure de la base métallique 12. La cathode à oxyde pour tube électronique présente l'avantage d'avoir une température de fonctionnement relativement basse (700 à 800 degrés Celsius) du fait de son faible travail d'extraction, de sorte qu'elle est largement répandue dans les tubes cathodiques classiques.
Les anciennes cathodes à oxyde pour tubes électroniques étaient généralement configurées de façon que la couche de matériau émetteur d'électrons 11 faite d'un carbonate de métal alcalino-terreux à base de baryum, de préférence d'un carbonate ternaire contenant du baryum, du strontium et du calcium sous la forme de (Ba-Sr-Ca) C03 ou d'un carbonate binaire contenant du baryum, du strontium et du calcium sous la forme de (BaSr) C03, est appliquée sur la base métallique 12 constituée d'un composé à base de nickel contenant des traces d'un agent réducteur tel que le silicium (Si), le magnésium (Mg) ou le tungstène (W). Le carbonate est converti en oxyde par un traitement de mise sous vide ou d'activation et se comporte comme un matériau émetteur d'électrons.
La structure d'une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée par le traitement de pulvérisation
<Desc/Clms Page number 13>
est représentée sur les figures 2 et 3. La figure 2 est une photographie au microscope électronique à balayage d'une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée par un traitement de pulvérisation, prise avec un grossissement de 400 fois, sur laquelle les tailles des pores entre les grains sont non uniformes et leur surface est très rugueuse ou grossière. La figure 3 est une photographie au microscope électronique à balayage d'une couche de matériau émetteur d'électrons, prise avec un grossissement de 3000 fois, à partir de laquelle on peut de nouveau confirmer que les tailles des grains et les tailles des pores entre chacun des grains ne sont pas uniformes.
Une cathode pour tube électronique conforme à la présente invention va être décrite ci-après de façon plus détaillée en référence aux dessins annexés.
La cathode de la présente invention a été mise au point pour éliminer les facteurs qui induisent une dégradation de la durée de vie de cathodes classiques lorsqu'elles sont exposées à une charge à forte densité de courant. La présente cathode contient un matériau conducteur en forme d'aiguilles dans une couche de matériau émetteur d'électrons, qui forme un trajet conducteur plus efficacement que des grains conducteurs sphériques. Par conséquent, la dégradation de la cathode due à un chauffage autonome peut être réduite, en réduisant le dégagement de chaleur par effet Joule qui est provoqué par la résistance intrinsèque de la cathode à oxyde. Par ailleurs, la rugosité de surface du matériau émetteur d'électrons est régulée de façon à se situer dans une gamme prédéterminée, permettant de minimiser la différence de tension due à une différence de distance entre la cathode et la première grille. De plus, le retrait de la cathode dû à un fonctionnement
<Desc/Clms Page number 14>
prolongé peut être évité, ce qui améliore la luminance et la durée de vie de la cathode lorsqu'elle est mise en fonctionnement avec une haute densité de courant.
Les figures 4 et 5 représentent schématiquement des couches de cathodes à oxyde conformes à la présente invention. D'une manière détaillée, la figure 4 représente la structure d'une cathode à oxyde ayant un matériau émetteur d'électrons 50 contenant un matériau conducteur en forme d'aiguilles 51 directement appliqué à la base métallique 70, et la figure 5 représente la structure d'une cathode ayant une couche de métal (intermédiaire) 60 contenant du nickel métallique 52 en tant que constituant principal, formée entre une base métallique 70 et une couche de matériau émetteur d'électrons 50 contenant un matériau conducteur en forme d'aiguilles 51. Le nickel métallique 52 peut représenter plus de 95 % en poids de la couche métallique 60. La couche métallique 60 peut en outre comporter un métal réfractaire destiné à augmenter la résistance mécanique de la cathode, ou un agent réducteur 53.
Contrairement à la couche de matériau émetteur d'électrons de la cathode d'oxyde classique, qui est faite de carbonate de baryum, par exemple d'un carbonate ternaire tel que le (Ba-Sr-Ca) C03 ou qu'un carbonate binaire tel que le (Ba-Sr) C03, la cathode à oxyde de la présente invention contient un matériau conducteur en forme d'aiguilles dans une couche de matériau émetteur d'électrons, comme illustré sur les figures 4 et 5. Le matériau conducteur en forme d'aiguilles est électriquement conducteur avec une résistance spécifique supérieure à 10-1 cm (centimètres), et est plus avantageux pour former un trajet conducteur à l'intérieur de la couche de matériau émetteur d'électrons que le matériau conducteur sphérique. De ce
<Desc/Clms Page number 15>
fait, une dégradation due au dégagement de chaleur par effet Joule peut être suffisamment réduite par addition d'une quantité beaucoup plus faible du matériau conducteur en forme d'aiguilles, la teneur en matériau émetteur d'électrons étant également relativement augmentée, ce qui améliore la caractéristique d'émission initiale.
En outre, comme le montre la figure 12, la rugosité de surface de la couche de matériau émetteur d'électrons 50, qui est mesurée sous la forme de la distance "d" entre le point le plus haut 50a et le point le plus bas 50b de la surface de la couche de matériau émetteur d'électrons 50, est fixée à une valeur inférieure à 10 um (micromètres), la variation de tension due à la différence de distance entre la cathode et la première grille est minimisée, et le retrait de la cathode dû à une durée de fonctionnement prolongée de la cathode, peuvent être réduits. Par conséquent, la luminance et la durée de vie lors d'une exposition à une haute densité de courant peuvent être notablement améliorées.
Un traitement de préparation d'une cathode à oxyde conformément à la présente invention va être décrit ciaprès.
Préparation d'une pâte de carbonate
Une poudre de carbonate à base de baryum et une poudre conductrice en forme d'aiguilles sont mélangées de façon homogène à un liant organique et à un solvant organique afin de préparer une pâte de carbonate. La teneur en poudre conductrice en forme d'aiguilles est de préférence de 0,01 à 30 % en poids par rapport au poids total de la pâte de carbonate. Si la teneur en poudre conductrice est inférieure à 0,01 % en poids, la conductivité électrique de la couche de matériau
Une poudre de carbonate à base de baryum et une poudre conductrice en forme d'aiguilles sont mélangées de façon homogène à un liant organique et à un solvant organique afin de préparer une pâte de carbonate. La teneur en poudre conductrice en forme d'aiguilles est de préférence de 0,01 à 30 % en poids par rapport au poids total de la pâte de carbonate. Si la teneur en poudre conductrice est inférieure à 0,01 % en poids, la conductivité électrique de la couche de matériau
<Desc/Clms Page number 16>
émetteur d'électrons n'est pas suffisamment élevée pour réduire efficacement le dégagement de chaleur par effet Joule. Si la teneur en poudre conductrice est supérieure à 30 % en poids, la quantité de matériau émetteur d'électrons est relativement réduite, ce qui peut affecter défavorablement les caractéristiques d'émission d'électrons.
Comme matériaux pouvant être utilisés pour la poudre conductrice en forme d'aiguilles dans la cathode à oxyde de la présente invention, on citera un matériau carboné tel qu'un nanotube de carbone (CNT), une fibre de carbone ou une fibre de graphite, un oxyde d'indium- étain (ITO) en forme d'aiguilles, un métal en forme d'aiguilles, tel que le nickel, le magnésium, le rhénium, le molybdène ou le platine, etc. En d'autres termes, on peut utiliser conformément à la présente invention un matériau conducteur quelconque en forme d'aiguilles ayant une résistance spécifique inférieure ou égale à 10~1 acm (ohm centimètre).
Un matériau carboné tel qu'un nanotube de carbone est de préférence utilisé dans un mode de réalisation de la présente invention. Le matériau carboné est avantageusement utilisé du point de vue de sa structure stable à haute température et avec un rapport élevé de la longueur au diamètre (c'est-à-dire avec un rapport de dimensions élevé).
Lorsque la longueur de la poudre en forme d'aiguilles augmente, cela permet de former plus efficacement un canal conducteur. En d'autres termes, lorsque la longueur de la poudre en forme d'aiguilles augmente, le canal conducteur est formé de façon plus avantageuse. De ce fait, une conductivité peut être conférée de façon efficace par addition d'une petite quantité d'un matériau conducteur.
<Desc/Clms Page number 17>
On peut utiliser conformément à la présente invention un sel de carbonate quelconque généralement utilisé dans la fabrication de cathodes à oxyde, comme par exemple (Ba-Sr-Ca) C03 ou (Ba-Sr) C03. La quantité de sel de carbonate contenu dans la pâte de carbonate est de préférence dans l'intervalle de 40 à 60 % en poids par rapport au poids total de la pâte. Si la quantité de sel de carbonate est inférieure à 40 % en poids, il est impossible d'obtenir 11 émission électronique souhaitée.
Si la quantité de sel de carbonate est supérieure à 60 % en poids, la fluidité du mélange diminue, ce qui conduit à une mauvaise uniformité du revêtement.
En tant que liant ajouté à la pâte de carbonate, on peut utiliser un liant quelconque couramment utilisé dans ce domaine technique, et on peut citer comme exemples de liants particuliers la nitrocellulose, l'éthylcellulose, etc. La teneur en liant est de préférence dans la gamme de 1 à 10 % en poids par rapport au poids total de la pâte de carbonate utilisée.
Si la teneur en liant est inférieure à 1 % en poids, l'adhérence peut se dégrader après le séchage. Si la teneur en liant est supérieure à 10 % en poids, des effets secondaires tels qu'un dégazage ou une impureté rémanente dans la couche de cathode peuvent se produire.
Pour maintenir le mélange à l'état de pâte, on utilise de préférence en tant que solvant organique non volatile de l'acétate de butyl carbitol ou une combinaison de terpinol et d'acétate de butyl carbitol.
La teneur en solvant organique est de préférence dans la gamme de 30 à 50 % en poids par rapport au poids total de la pâte de carbonate afin de maintenir la pâte dans un état approprié pour une impression. Lorsque la teneur en solvant organique est inférieure à 30 %, la pâte est trop visqueuse pour pouvoir être utilisée à des fins
<Desc/Clms Page number 18>
d'impression. Lorsque la teneur en solvant organique est supérieure à 50 %, la pâte est trop diluée et s'écoule à travers le pochoir, ce qui rend impossible une impression appropriée sur une zone souhaitée.
Formation d'une couche métallique sur une base métallique
Se référant à la figure 5, une couche métallique 60 peut être insérée de façon supplémentaire avant que la couche de matériau émetteur d'électrons 50 ne soit formée, afin de diffuser les produits intermédiaires et d'établir un trajet de diffusion d'un agent réducteur pendant le fonctionnement d'une cathode. Un traitement de formation de couche métallique va être brièvement décrit ci-après.
Se référant à la figure 5, une couche métallique 60 peut être insérée de façon supplémentaire avant que la couche de matériau émetteur d'électrons 50 ne soit formée, afin de diffuser les produits intermédiaires et d'établir un trajet de diffusion d'un agent réducteur pendant le fonctionnement d'une cathode. Un traitement de formation de couche métallique va être brièvement décrit ci-après.
Une poudre de nickel et facultativement, une quantité prédéterminée de tungstène ou d'aluminium ou simultanément, de tungstène et d'aluminium, en tant qu'agent réducteur, sont mélangées, puis malaxées de façon homogène avec un liant organique et un solvant organique en phase liquide, afin de préparer ainsi une pâte. La pâte est appliquée sur la surface de la base métallique puis est traitée thermiquement sous vide ou sous atmosphère de gaz inerte, afin d'obtenir une couche métallique sans matière organique. Comme procédés d'application de la couche métallique 60 sur la base métallique 70, on peut citer, sans s'y restreindre spécifiquement, l'impression, la pulvérisation, le dépôt électrolytique ou la peinture. Cependant, pour ajuster la rugosité de surface de la cathode afin qu'elle se situe dans une gamme prédéterminée, on préfère l'impression.
Par ailleurs, pour augmenter l'adhérence entre la couche métallique et la couche de matériau émetteur
<Desc/Clms Page number 19>
d'électrons, la couche métallique peut présenter des motifs d'impression d'un maillage ou de points. Dans le cas de l'impression sérigraphique, un maillage d'impression comportant ce motif d'impression peut être utilisé.
L'épaisseur (B) d'une couche métallique de nickel est de préférence de 1 à 30 J. m (micromètres). Dans le cas d'une couche de nickel métallique pur, l'épaisseur de la couche de nickel métallique pur est de préférence de 2 à cm (micromètres). Si l'on ajoute un agent réducteur, une bonne émission électronique peut être obtenue même à partir d'une couche de nickel métallique plus épaisse. Lorsque l'épaisseur de la couche métallique est supérieure à la gamme voulue (supérieure à 30 micromètres pour une couche de nickel métallique ou supérieure à 3 micromètres pour une couche de nickel métallique pur), la diffusion de l'agent réducteur est empêchée alors que lorsque l'épaisseur est inférieure à cette gamme (inférieure à 1 micromètre pour une couche de nickel métallique ou inférieure à 2 micromètres pour une couche de nickel métallique pur), l'effet de la couche métallique ne peut plus être obtenu.
La raison pour laquelle on ajoute un agent réducteur tel que du tungstène ou de l'aluminium à la couche métallique est que l'on cherche à compenser le trajet de diffusion plus long de l'agent réducteur du métal de base. La teneur préférable en agent réducteur est de 1 à 10 % en poids pour le tungstène, et de 0,01 à 1 % en poids pour l'aluminium, par rapport au poids total de la poudre de nickel. Lorsque les teneurs en agent réducteur se situent à l'intérieur de ces gammes, l'émission d'électrons est supérieure et stable. Un même effet peut également être obtenu en utilisant un métal réducteur tel que le tantale, le chrome, le magnésium,
<Desc/Clms Page number 20>
ou le silicium, au lieu du tungstène ou de l'aluminium. Le métal réducteur peut également être une combinaison quelconque de métaux tels que le tantale, le chrome, le magnésium ou le silicium.
Processus de fabrication d'une cathode
La pâte de carbonate ainsi préparée et contenant le matériau conducteur en forme d'aiguilles est appliquée sur la surface de la base métallique ou sur la couche de nickel métallique formée sur la base métallique, puis est séchée, ce qui achève la fabrication d'une cathode.
La pâte de carbonate ainsi préparée et contenant le matériau conducteur en forme d'aiguilles est appliquée sur la surface de la base métallique ou sur la couche de nickel métallique formée sur la base métallique, puis est séchée, ce qui achève la fabrication d'une cathode.
Dans la cathode pour tube électronique de la présente invention, des grains de la couche d'oxyde sont uniformément répartis sans cohésion, et les tailles des pores sont inférieures ou égales à 10 m (micromètres).
La rugosité de surface de la cathode qui est mesurée sous forme de la distance entre le point le plus haut 50a et le point le plus bas 50b de la surface de la couche de matériau émetteur d'électrons, est de préférence inférieure ou égale à 10 cm (micromètres). Pour atteindre ce niveau souhaité de rugosité de la surface, on peut utiliser un procédé quelconque adapté à l'application d'une pression à la couche de revêtement, par exemple l'impression, l'électrodéposition, ou la peinture, lors de l'application de la pâte de carbonate.
Comme exemples détaillés du procédé d'impression, on citera l'impression sérigraphique, le revêtement au rouleau, etc.
Cependant, la technique de pulvérisation, qui est généralement utilisée dans la fabrication d'une cathode d'oxyde n'est pas recommandée dans le cas de la présente invention en raison du fait que la buse du pistolet pulvérisateur peut être obstruée par le matériau conducteur en forme d'aiguille contenu dans la pâte de
<Desc/Clms Page number 21>
carbonate, et que la rugosité de surface atteint une valeur de 20 f. ! m (micromètres) du fait de la cohésion entre les grains. Par ailleurs, l'irrégularité de la surface revêtue conduit inévitablement à des inconvénients tels qu'une diminution de l'émission d'électrons, un phénomène de moiré et une variation de tension entre la cathode et la première grille.
La couche de matériau émetteur d'électrons est de préférence appliquée sur une épaisseur (A) de 30 à 80 f. ! m (micromètres), afin d'obtenir de bonnes caractéristiques d'émission d'électrons sans variation brusque des conditions de fabrication établies. Si l'épaisseur (A) de la couche de matériau émetteur d'électrons est inférieure à 30 f. ! m (micromètres), la température de surface de la cathode devient trop élevée et la durée de vie diminue. Si l'épaisseur de la couche de matériau émetteur d'électrons est supérieure à 80 p. m (micromètres), la température de surface de la cathode devient trop faible, ce qui provoque une décomposition du carbonate pendant le processus de mise sous vide du tube cathodique, ce qui rend difficile l'obtention de bonnes caractéristiques d'émission.
Conformément à la présente invention, on obtient une cathode à oxyde qui est deux à trois fois plus dense et environ deux fois plus plane qu'une cathode à oxyde classique. Par conséquent, tout en réduisant fortement l'épaisseur de la couche de matériau émetteur d'électrons, on peut éviter un retrait de la cathode, ce qui permet d'améliorer les caractéristiques de luminance et de durée de vie de la cathode, et d'empêcher une défaillance due à une variation de la tension appliquée entre la cathode et la première grille.
<Desc/Clms Page number 22>
Conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention, la couche de matériau émetteur d'électrons est appliquée sur une base métallique par un procédé de sérigraphie. Dans le procédé de sérigraphie, un maillage constitué de coton, de nylon, de TEFLON, ou d'acier inoxydable est fixé à un cadre, une partie perméable à l'encre et une partie imperméable à l'encre sont formées, et l'encre est appliquée sur un plan imprimé, afin d'effectuer ainsi une opération d'impression. Dans un procédé d'impression sérigraphique, comme la pression d'impression est faible du fait de la face molle du substrat et comme la couche d'encre appliquée est épaisse, les matériaux de la matière imprimée peuvent être librement sélectionnés et l'impression peut être même faite sur un plan incurvé.
Le procédé d'impression sérigraphique peut être appliqué à divers substrats ayant de nombreux domaines d'application industriels parmi lesquels le papier, les feuilles de matière plastique, les cartes de circuits imprimés, etc. Dans un mode de réalisation de la présente invention, une pâte préparée à partir d'un matériau sous forme de poudre co-précipitée avec un sel de carbonate plutôt qu'une encre, une poudre conductrice en forme d'aiguilles, un liant approprié et un solvant organique, est utilisée lors de l'impression effectuée au moyen d'une imprimante sérigraphique qui fonctionne conformément au principe décrit ci-dessus.
La cathode ainsi fabriquée est utilisée dans l'assemblage d'un canon à électrons et la fabrication du canon à électrons est ensuite complétée par fixation du canon à électrons à un cône de télévision, par une mise sous vide et par une activation.
Les effets obtenus sur la base de diverses propriétés de la cathode pour un tube électronique
<Desc/Clms Page number 23>
conforme à la présente invention vont maintenant être décrits.
Exemple 1
60 g (grammes) d'un carbonate ternaire contenant du Ba, du Sr et du Ca selon un rapport pondéral de 57 : 30 : 4, 0,1 g de nanotube de carbone (CNT), lg de nitrocellulose, et 39 g de terpinol sont agités et mélangés avec un broyeur à rouleaux afin de préparer une pâte d'impression. La pâte d'impression est appliquée sur une base (un capuchon) métallique constituée de nickel sur une épaisseur de 50 D, m (micromètres) au moyen d'une imprimante sérigraphique (disponible dans le commerce auprès de la société Newlong Seimitsu Kogyo Co., Japon, Modèle NO LS-34TV). La pression d'impression est ici de 2 à 3 kgf/cm2 (kilogramme-force par centimètre carré) et la distance entre le maillage de l'imprimante sérigraphique et le capuchon est d'environ 1,5 mm (millimètres). Le produit obtenu est séché à 150 C (degrés Celsius) à la pression atmosphérique pour achever la fabrication de la cathode souhaitée.
60 g (grammes) d'un carbonate ternaire contenant du Ba, du Sr et du Ca selon un rapport pondéral de 57 : 30 : 4, 0,1 g de nanotube de carbone (CNT), lg de nitrocellulose, et 39 g de terpinol sont agités et mélangés avec un broyeur à rouleaux afin de préparer une pâte d'impression. La pâte d'impression est appliquée sur une base (un capuchon) métallique constituée de nickel sur une épaisseur de 50 D, m (micromètres) au moyen d'une imprimante sérigraphique (disponible dans le commerce auprès de la société Newlong Seimitsu Kogyo Co., Japon, Modèle NO LS-34TV). La pression d'impression est ici de 2 à 3 kgf/cm2 (kilogramme-force par centimètre carré) et la distance entre le maillage de l'imprimante sérigraphique et le capuchon est d'environ 1,5 mm (millimètres). Le produit obtenu est séché à 150 C (degrés Celsius) à la pression atmosphérique pour achever la fabrication de la cathode souhaitée.
La section transversale et la surface de la couche de matériau émetteur d'électrons de la cathode ainsi préparée ont été examinées par observation au microscope électronique à balayage (MEB). La figure 6 est une photographie au microscope électronique à balayage de la section transversale de la cathode, grossie 400 fois, et la figure 7 est une photographie au microscope électronique à balayage de la surface de la cathode, grossie 3500 fois. Les photographies au microscope électronique à balayage représentées sur les figures 6 et 7 montrent que les tailles de grains et de pores sont relativement uniformes et que les microstructures
<Desc/Clms Page number 24>
obtenues sont formées de façon dense, par comparaison à celles des figures 2 et 3.
Exemple 2
Avant d'imprimer une pâte de carbonate sur une base métallique, une pâte de formation de couche métallique préparée en mélangeant de façon homogène 10 g de poudre de nickel, 0,5 g de poudre de tungstène, 0,01 g de poudre d'aluminium, 0,1 g de nitrocellulose et 5 g de terpinol est appliquée par sérigraphie sur la base métallique jusqu'à obtention d'une épaisseur de 2 pm afin de former une couche métallique. La couche de matériau émetteur d'électrons est formée sur la couche métallique de la même manière que dans l'exemple 1.
Avant d'imprimer une pâte de carbonate sur une base métallique, une pâte de formation de couche métallique préparée en mélangeant de façon homogène 10 g de poudre de nickel, 0,5 g de poudre de tungstène, 0,01 g de poudre d'aluminium, 0,1 g de nitrocellulose et 5 g de terpinol est appliquée par sérigraphie sur la base métallique jusqu'à obtention d'une épaisseur de 2 pm afin de former une couche métallique. La couche de matériau émetteur d'électrons est formée sur la couche métallique de la même manière que dans l'exemple 1.
Exemple 3
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté que la couche métallique est imprimée en utilisant des motifs maillés.
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté que la couche métallique est imprimée en utilisant des motifs maillés.
Exemple 4
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 1, excepté qu'une fibre de carbone est utilisée au lieu du CNT (nanotube de carbone).
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 1, excepté qu'une fibre de carbone est utilisée au lieu du CNT (nanotube de carbone).
Exemple 5
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'une fibre de carbone est utilisée au lieu d'un nanotube de carbone.
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'une fibre de carbone est utilisée au lieu d'un nanotube de carbone.
Exemple 6
<Desc/Clms Page number 25>
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'une poudre d'ITO (oxyde d'indium-étain) en forme d'aiguilles est utilisée au lieu du nanotube de carbone.
Exemple 7
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'un filament de nickel est utilisé au lieu d'un nanotube de carbone.
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'un filament de nickel est utilisé au lieu d'un nanotube de carbone.
Exemple 8
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'un filament de platine est utilisé au lieu du nanotube de carbone.
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'un filament de platine est utilisé au lieu du nanotube de carbone.
Exemple Comparatif 1
Une composition pour pulvérisation couramment utilisée, contenant 40 à 50 % en poids d'une poudre de carbonate, 0,3 à 0,4 % en poids de nitrocellulose, 45 à 55 % en poids d'acétate d'isoamyl et 4,5 à 5,5 % en poids d'oxalate de diéthyle est préparée. Tandis que la cabine de pulvérisation est maintenue à une température d'environ 80 C (degrés Celsius) et sous une pression de 2 à 5 kgf/cm2 (kilogramme-force par centimètre carré), la composition préparée est appliquée par un procédé de pulvérisation afin de former une couche de matériau émetteur d'électrons et la structure obtenue est séchée à 150 C à l'air libre. Les photographies au MEB (microscope électronique à balayage) de la section transversale et de la surface de la couche de matériau émetteur d'électrons sont indiquées sur les figures 2 et 3.
Une composition pour pulvérisation couramment utilisée, contenant 40 à 50 % en poids d'une poudre de carbonate, 0,3 à 0,4 % en poids de nitrocellulose, 45 à 55 % en poids d'acétate d'isoamyl et 4,5 à 5,5 % en poids d'oxalate de diéthyle est préparée. Tandis que la cabine de pulvérisation est maintenue à une température d'environ 80 C (degrés Celsius) et sous une pression de 2 à 5 kgf/cm2 (kilogramme-force par centimètre carré), la composition préparée est appliquée par un procédé de pulvérisation afin de former une couche de matériau émetteur d'électrons et la structure obtenue est séchée à 150 C à l'air libre. Les photographies au MEB (microscope électronique à balayage) de la section transversale et de la surface de la couche de matériau émetteur d'électrons sont indiquées sur les figures 2 et 3.
<Desc/Clms Page number 26>
Exemple Comparatif 2
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'Exemple Comparatif 1, à l'exception du fait que 10 % en poids de grains de nickel sphériques sont ajoutés à la composition de pulvérisation.
La cathode pour tube électronique est préparée de la même manière que dans l'Exemple Comparatif 1, à l'exception du fait que 10 % en poids de grains de nickel sphériques sont ajoutés à la composition de pulvérisation.
Diverses caractéristiques présentées par les cathodes préparées conformément aux Exemples et aux Exemples Comparatifs ont été évaluées de la façon suivante.
(1) Caractéristique de durée de vie
La caractéristique de durée de vie de chaque cathode préparée a été évaluée en mesurant une variation du courant de cathode (Ik) au cours de la durée de fonctionnement dans des conditions de charge de la cathode consistant en une tension de fonctionnement de l'élément chauffant de 6,3 V (volts), une température de fonctionnement de 760 C (degrés Celsius) et une densité de courant initiale de 5A/cm2 (ampères par centimètre carré), celle-ci ayant été déterminée comme étant le taux résiduel Ik (courant de cathode) pendant une période de temps prédéterminée. D'une manière générale, la durée de vie d'une cathode est définie comme étant constituée par les valeurs de la durée moyenne avant défaillance (MTTF) correspondant au temps s'étant écoulé jusqu'à ce que le taux résiduel Ik (courant de cathode) atteigne 50 %. La figure 8 représente les résultats de l'évaluation des caractéristiques de durée de vie des cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs pour une densité de courant élevée de 5A/cm2 (ampères par
La caractéristique de durée de vie de chaque cathode préparée a été évaluée en mesurant une variation du courant de cathode (Ik) au cours de la durée de fonctionnement dans des conditions de charge de la cathode consistant en une tension de fonctionnement de l'élément chauffant de 6,3 V (volts), une température de fonctionnement de 760 C (degrés Celsius) et une densité de courant initiale de 5A/cm2 (ampères par centimètre carré), celle-ci ayant été déterminée comme étant le taux résiduel Ik (courant de cathode) pendant une période de temps prédéterminée. D'une manière générale, la durée de vie d'une cathode est définie comme étant constituée par les valeurs de la durée moyenne avant défaillance (MTTF) correspondant au temps s'étant écoulé jusqu'à ce que le taux résiduel Ik (courant de cathode) atteigne 50 %. La figure 8 représente les résultats de l'évaluation des caractéristiques de durée de vie des cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs pour une densité de courant élevée de 5A/cm2 (ampères par
<Desc/Clms Page number 27>
centimètre carré), et la figure 9 représente une durée MTTF (durée moyenne avant défaillance) estimée à partir des résultats d'évaluation en ce qui concerne les caractéristiques de durée de vie des cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs. Bien que la cathode classique (Exemple Comparatif 1) ait une durée de vie de 4000 à 5000 heures, les cathodes de la présente invention présentent une valeur supérieure ou égale à 25000 heures. Plus précisément, les caractéristiques de durée de vie se sont notablement améliorées par comparaison à la cathode classique. De plus, les cathodes de la présente invention ne présentent pratiquement aucune réduction de l'évaporation du baryum et du degré de dérive du niveau de coupure. La figure 10 illustre la variation de la tension de coupure (dérive de la coupure) de cathodes mises en fonctionnement pendant 5000 heures par rapport à la tension de coupure initiale, à partir de laquelle il est possible de confirmer que les cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention présentent des caractéristiques d'émission notablement réduites au cours de la période de fonctionnement et d'excellentes caractéristiques de durée de vie pour une densité de courant élevée de 5 A/cm2 (ampères par centimètre carré), par comparaison aux cathodes préparées conformément aux Exemples Comparatifs.
(2) Caractéristique d'émission initiale
La caractéristique d'émission initiale est mesurée en évaluant le caractère défectueux ou la capacité d'émission d'électrons d'une cathode d'un canon à électrons immédiatement après la fabrication du tube électronique, et est généralement évaluée en mesurant le
La caractéristique d'émission initiale est mesurée en évaluant le caractère défectueux ou la capacité d'émission d'électrons d'une cathode d'un canon à électrons immédiatement après la fabrication du tube électronique, et est généralement évaluée en mesurant le
<Desc/Clms Page number 28>
courant d'émission provenant de la cathode, à une tension de fonctionnement de l'élément chauffant de 6,3 V (volts) lorsque des tensions prédéterminées sont appliquées à la cathode et aux grilles du canon à électrons. La figure 11 illustre les caractéristiques d'émission initiales (courant d'émission initial), en microampères, de cathodes préparées conformément aux Exemples de la présente invention et aux Exemples Comparatifs. Se référant à la figure 11, les cathodes destinées à un tube électronique conforme à la présente invention, qui contiennent une plus faible quantité de matériau conducteur que la cathode classique de l'Exemple Comparatif 2 présentent une durée de vie améliorée et des caractéristiques d'émission initiales améliorées par comparaison à la cathode classique de l'Exemple Comparatif 2.
(3) Rugosité de surface
La distance entre le point le plus haut et le point le plus bas de la section transversale de la couche de cathode à oxyde est déterminée à partir d'une photographie au MEB (microscope électronique à balayage) prise avec un grossissement de 200 à 500 fois. Les résultats de la mesure montrent que les cathodes préparées conformément aux Exemples 1 et 2 ont une rugosité de surface inférieure ou égale à 5 am (micromètres), alors que les cathodes préparées conformément aux Exemples Comparatifs 1 et 2 ont une rugosité de surface d'environ 20 ju. m (micromètres).
La distance entre le point le plus haut et le point le plus bas de la section transversale de la couche de cathode à oxyde est déterminée à partir d'une photographie au MEB (microscope électronique à balayage) prise avec un grossissement de 200 à 500 fois. Les résultats de la mesure montrent que les cathodes préparées conformément aux Exemples 1 et 2 ont une rugosité de surface inférieure ou égale à 5 am (micromètres), alors que les cathodes préparées conformément aux Exemples Comparatifs 1 et 2 ont une rugosité de surface d'environ 20 ju. m (micromètres).
(4) Distribution des tailles de pore
La distribution des tailles de pores a été déterminée sous la forme du rapport d'une superficie prédéterminée à la superficie occupée par les pores
La distribution des tailles de pores a été déterminée sous la forme du rapport d'une superficie prédéterminée à la superficie occupée par les pores
<Desc/Clms Page number 29>
d'une cathode photographiée par un MEB (microscope électronique à balayage) avec un grossissement d'environ 3000 fois. Il est confirmé à partir des résultats de mesure que les tailles de pore des cathodes des Exemples 1 et 2 sont inférieures ou égales à 5 m (micromètres), alors que les cathodes préparées dans les Exemples Comparatifs 1 et 2 ont une taille de pore d'environ 20 ) J. m (micromètres).
(5) Distribution des tailles de grain avec cohésion
Les cathodes ont été photographiées par un MEB (microscope électronique à balayage) ayant un pouvoir grossissant d'environ 3000 fois pour examiner les états de cohésion des grains. Les résultats ont fait apparaître que des grains de carbone ayant chacun une taille de 5 à 7 m (micromètres) sont distribués sans aucune cohésion dans les cathodes des Exemples 1 et 2, alors que des grains de carbone présentent une certaine cohésion et atteignaient une taille de 30 à 50 p. m (micromètres) dans les cathodes des Exemples Comparatifs 1 et 2.
Les cathodes ont été photographiées par un MEB (microscope électronique à balayage) ayant un pouvoir grossissant d'environ 3000 fois pour examiner les états de cohésion des grains. Les résultats ont fait apparaître que des grains de carbone ayant chacun une taille de 5 à 7 m (micromètres) sont distribués sans aucune cohésion dans les cathodes des Exemples 1 et 2, alors que des grains de carbone présentent une certaine cohésion et atteignaient une taille de 30 à 50 p. m (micromètres) dans les cathodes des Exemples Comparatifs 1 et 2.
Comme décrit ci-dessus, comme le dégagement de chaleur par effet Joule du fait du chauffage autonome d'une couche de matériau émetteur d'électrons contenant un matériau conducteur en forme d'aiguilles est réduit, la variation de tension due à la non-uniformité de la distance entre une cathode et une première grille est minimisée même après une utilisation prolongée. Par ailleurs, comme l'affaissement ou le retrait des pores distribués dans la cathode peut être évité par la couche de matériau émetteur d'électrons de densité élevée et de planéité élevée, les cathodes de la présente invention
<Desc/Clms Page number 30>
présentent des caractéristiques améliorées de durée de vie, de tension de coupure et de qualité d'image.
Comme décrit ci-dessus, dans la cathode pour tube électronique de la présente invention, un matériau conducteur en forme d'aiguilles est contenu dans une couche de matériau émetteur d'électrons afin de former efficacement un trajet conducteur, ce qui permet de minimiser le dégagement de chaleur par effet Joule du fait du chauffage autonome de la couche de matériau émetteur d'électrons. Par ailleurs, les tailles de grains et de pore de la couche de matériau émetteur d'électrons sont uniformément contrôlées et la densité et la porosité de la couche de matériau émetteur d'électrons sont également contrôlées, ce qui permet d'améliorer la densité et la planéité superficielle de la cathode par comparaison à la cathode classique fabriquée par un procédé de pulvérisation. De ce fait, pendant le fonctionnement de la cathode, un retrait de la cathode peut être évité et l'uniformité de la distance entre la cathode et une première grille peut être conservée, ce qui permet d'améliorer la caractéristique de durée de vie et d'obtenir une caractéristique d'émission stable. De ce fait, la cathode pour tube électronique de la présente invention permet d'améliorer de façon notable la caractéristique de durée de vie même pour une densité de courant élevée qui est nécessaire pour un tube à rayons cathodiques de plus grande dimension et de définition plus élevée.
Claims (13)
1. Cathode pour tube électronique, comprenant : une base métallique ; et une couche de matériau émetteur d'électrons appliquée sur la base métallique, ladite couche de matériau émetteur d'électrons comprenant un matériau conducteur en forme d'aiguilles et ayant une rugosité de surface correspondant à une distance entre le point le plus haut et le point le plus bas de la surface de la couche de matériau émetteur d'électrons, qui est inférieure à 10 micromètres.
2. Cathode selon la revendication 1, dans laquelle ladite cathode est une cathode à oxyde.
3. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que ledit matériau conducteur en forme d'aiguilles est au moins un matériau sélectionné dans le groupe essentiellement constitué du carbone, de l'oxyde d'indium-étain, du nickel, du magnésium, du rhénium, du molybdène et du platine.
4. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit matériau en forme d'aiguilles est un matériau carboné.
5. Cathode selon la revendication 4, caractérisée en outre en ce que ledit matériau carboné est sélectionné dans le groupe essentiellement constitué d'un nanotube de carbone, d'une fibre de carbone, et d'une fibre de graphite.
<Desc/Clms Page number 32>
6. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que ledit matériau conducteur en forme d'aiguilles est le nickel.
7. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que ledit matériau conducteur en forme d'aiguilles contenu dans la couche de matériau émetteur d'électrons est dans la gamme de 0, 01 à 30 % en poids par rapport au poids total dudit matériau émetteur d'électrons.
8. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que ledit matériau conducteur en forme d'aiguilles est un matériau carboné, ledit matériau conducteur en forme d'aiguille étant dans la gamme de 0,01 à 30 % en poids par rapport au poids total de ladite couche de matériau émetteur d'électrons, et l'épaisseur de ladite couche de matériau émetteur
d'électrons étant dans la gamme de 30 à 80 m.
9. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que ladite couche de matériau émetteur d'électrons est appliquée sur la base métallique par un procédé sélectionné dans le groupe essentiellement constitué d'une impression, d'une électrodéposition et d'une application par peinture.
10. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que ladite couche de matériau émetteur d'électrons est appliquée sur ladite base métallique par sérigraphie.
11. Cathode selon la revendication 2, comprenant en outre une couche métallique contenant des
<Desc/Clms Page number 33>
grains de nickel ayant des tailles inférieures aux grains de ladite base métallique, ladite couche de métal étant formée entre ladite base métallique et ladite couche de matériau émetteur d'électrons.
12. Cathode selon la revendication 11, caractérisée en outre en ce que ladite couche métallique comporte en outre au moins un métal sélectionné dans le groupe essentiellement constitué de l'aluminium (Al), du tungstène (W), du tantale (Ta), du chrome (Ca), du magnésium (Mg), du silicium (Si) et du zirconium (Zr).
13. Cathode selon la revendication 11, caractérisée en outre en ce que l'épaisseur de ladite couche métallique est dans la gamme de 1 à 30 jm.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US29978901P | 2001-06-22 | 2001-06-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2826505A1 true FR2826505A1 (fr) | 2002-12-27 |
| FR2826505B1 FR2826505B1 (fr) | 2005-04-29 |
Family
ID=23156309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0207737A Expired - Fee Related FR2826505B1 (fr) | 2001-06-22 | 2002-06-21 | Cathode pour tube electronique et procede de preparation de la cathode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2826505B1 (fr) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980603A (en) * | 1987-06-12 | 1990-12-25 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Cathode for an electron tube |
| JPH11102636A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Matsushita Electron Corp | 陰極、陰極の製造方法、受像管 |
| US5990608A (en) * | 1997-02-07 | 1999-11-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electron gun having a cathode with limited electron discharge region |
| US6020677A (en) * | 1996-11-13 | 2000-02-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Carbon cone and carbon whisker field emitters |
| JP2000123725A (ja) * | 1998-10-14 | 2000-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | 酸化物カソード及びその製造方法 |
| EP1001445A1 (fr) * | 1998-05-14 | 2000-05-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Tube cathodique ayant une cathode a couches d'oxyde et procede de fabrication dudit tube |
| KR20010010957A (ko) * | 1999-07-23 | 2001-02-15 | 김영남 | 균일한 전자방출특성을 향상시킨 음극선관의 캐소드와 그 제조방법 |
| US20010015605A1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-08-23 | Masayuki Yoshiki | Carbon film, field emission cathode comprising the carbon film, and method of manufacturing the carbon film |
| US20020041140A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-11 | Hwan-Chul Rho | Cathode for electron tube and method of preparing the same |
-
2002
- 2002-06-21 FR FR0207737A patent/FR2826505B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980603A (en) * | 1987-06-12 | 1990-12-25 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Cathode for an electron tube |
| US6020677A (en) * | 1996-11-13 | 2000-02-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Carbon cone and carbon whisker field emitters |
| US5990608A (en) * | 1997-02-07 | 1999-11-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electron gun having a cathode with limited electron discharge region |
| JPH11102636A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Matsushita Electron Corp | 陰極、陰極の製造方法、受像管 |
| US6351061B1 (en) * | 1997-09-26 | 2002-02-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Cathode, method for manufacturing the cathode, and picture tube |
| EP1001445A1 (fr) * | 1998-05-14 | 2000-05-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Tube cathodique ayant une cathode a couches d'oxyde et procede de fabrication dudit tube |
| JP2000123725A (ja) * | 1998-10-14 | 2000-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | 酸化物カソード及びその製造方法 |
| KR20010010957A (ko) * | 1999-07-23 | 2001-02-15 | 김영남 | 균일한 전자방출특성을 향상시킨 음극선관의 캐소드와 그 제조방법 |
| US20010015605A1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-08-23 | Masayuki Yoshiki | Carbon film, field emission cathode comprising the carbon film, and method of manufacturing the carbon film |
| US20020041140A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-11 | Hwan-Chul Rho | Cathode for electron tube and method of preparing the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DATABASE WPI Derwent World Patents Index; AN 2001-555432, XP002273629 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2826505B1 (fr) | 2005-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7648406B2 (en) | Carbon nanotube array element and method for producing the same | |
| KR100437982B1 (ko) | 나노구조방출기를갖는전계방출장치 | |
| KR100696458B1 (ko) | 전자관용 음극 및 그 제조방법 | |
| Xu et al. | All carbon nanotube based flexible field emission devices prepared through a film transfer method | |
| EP0013201A1 (fr) | Cathode à chauffage direct et tube électronique haute fréquence comportant une telle cathode | |
| GB2170950A (en) | Impregnated cathode | |
| KR0132010B1 (ko) | 음극구체 및 그 제조방법 | |
| FR2616586A1 (fr) | Cathode pour un tube electronique | |
| KR100355389B1 (ko) | 표면처리를 이용한 카본 나노튜브 필드 에미션 어레이의제조 방법 | |
| FR2826505A1 (fr) | Cathode pour tube electronique et procede de preparation de la cathode | |
| US7507135B2 (en) | Method of manufacturing field emitter | |
| US8072126B2 (en) | Field electron emission source having carbon nanotubes and method for manufacturing the same | |
| FR2742578A1 (fr) | Cathode a emission de champ et son procede de fabrication | |
| WO1999059178A1 (fr) | Tube cathodique ayant une cathode a couches d'oxyde et procede de fabrication dudit tube | |
| KR100520337B1 (ko) | 금속-산소-탄소 전계 방출 전자 이미터 조성물, 이를 포함하는 전계 방출 음극 및 전계 방출 음극의 제조 방법 | |
| KR100449759B1 (ko) | 전자관용 음극 및 그 제조방법 | |
| CN1248781A (zh) | 电子枪用阴极 | |
| US20020195919A1 (en) | Cathode for electron tube and method of preparing the cathode | |
| Musa et al. | Characteristics of boron thin films obtained by TVA technology | |
| EP1200973B1 (fr) | Cathode a oxydes amelioree et son procede de fabrication | |
| KR100669407B1 (ko) | 전계방출디스플레이용 에미터의 제조방법 및 그를 이용한전계방출디스플레이 | |
| Balbag et al. | Boron evaporation and related difficulties | |
| Wang et al. | Effect of sputtered Cu film’s diffusion barrier on the growth and field emission properties of carbon nanotubes by chemical vapor deposition | |
| FR2683090A1 (fr) | Cathode a reserve et procede de fabrication d'une telle cathode. | |
| JPH06267400A (ja) | 陰極構体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20080229 |