JP2001508930A - 半導体陰極を具えた陰極線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 陰極の電子放射性材料（３０）の近くのガス圧力がその陰極線管の他の部分におけるよりも低くなるような方法で構成された電子銃を具えている陰極線管である。これは第１グリッドＧ１（３３）と第２グリッドＧ２（４２）との間の開口部を、前記第２グリッドＧ２（４２）にスカート（４３）を設けることにより低減することによって達成され得る。そのスカート、第１グリッドＧ１及び第２グリッドＧ２の壁は、ゲツター（４１）により少なくとも部分的に覆われ得る。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体陰極を具えた陰極線管 本発明は、少なくとも第１及び第２グリッド、及び動作中に、半導体動作によ り電子を放射する少なくとも１個の陰極を具えている電子銃を設けられた陰極線 管に関するものである。 陰極線管は撮像管あるいは表示管として適しているが、代りにオージェ分光学 、電子顕微鏡法及び電子リソグラフィー用の装置に用いられてもよい。 白黒表示装置、例えばテレビジョン又はモニター用の陰極線管は、スクリーン とコーンとから成るガラスエンベロープを有している。そのコーンの最も広い端 部はスクリーンへ固定されている。コーンの最も狭い端部は実質的に丸い断面を 有する管状端部において終結し、その管状端部は頚部と呼ばれる。燐光体層から 成る燐光体スクリーンがそのスクリーン上に存在する。その管状端部が動作中に 電子ビームを放射する電子銃を収容している。このビームが所定の磁界を発生す る偏向コイルによって、表示スクリーン上の所定のスポットへ送られ得る。 表示スクリーンはスクリーンに沿って電子ビームを走査することにより付勢さ れ、そのビームはビデオ信号により変調されている。このビデオ信号が、燐光体 がそれらのルミネセンスが映像を作り出すパターンに従って励起されることを確 実にする。画素の励起時間中に多くの電子が画素上に到達する場合に、この画素 が一層明るく発光する。ビデオ信号は電流導体を介して陰極へ加えられる。 表面範囲のユニット毎に多くの画素がある。その上、それらの画素は非常に短 い時間内に次から次へと励起される。かくして視聴者は正常な観察距離から動く 映像を経験する。 カラー表示装置、例えばカラーテレビジョン又はカラーモニターにおいては、 各画素が各々が異なる原色で発光する３個の燐光体素子を有している。いわば、 表示スクリーン上に３個の一様な正規パターンがあり、各パターンが異なるルミ メセンスカラーを有している。一つの電子ビームの代りに、カラー電子銃内の３ 個の異なる陰極により放射され３本の電子ビームが動作中にスクリーンに沿って 走査される。これらの３本のビームの各々が所定のルミネセンスカラーにより画 素を励起する。画素の燐光体素子は近くに一緒に置かれているので、視聴者はそ れらを別々の素子としてではなく、単一素子として経験する。経験されるカラー は３個の素子の混合されたカラーである。所定の強さで各素子を励起することに より、視聴者は所定のカラーを経験する。例えば、赤い素子と青い素子とが大き い程度まで励起され、且つ緑の素子が小さい程度まで励起された場合に、視聴者 は混合されたカラー紫を経験するだろう。更にその上、白黒陰極線管に対するの と類似して、視聴者が正常な観察距離から別々の画素としてそれらを見ないほど 一緒に近くに画素が置かれることが有効である。これがカラー映像を作り出す。 製造中に、陰極線管のエンベロープは、それが密封される前に真空排気されね ばならない。電子ビームが真空を通ってのみ実質的に妨害されずに伝播できるの で、これは陰極線管の動作に対して本質的である。 電子ビームは電子銃内で発生され且つ電子銃により放射される。この電子銃は 頚部への増大する距離の順番で、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３などと呼ばれる複数の静電グ リッドを具えている。異なる静電グリッドは動作中に異なる電位を有し、且つそ れ故に互いに接触してはならない。これを達成するために、静電グリッドがブラ ケットにより固定されるガラス棒によって、静電グリッドは互いに対して固定さ れる。第１グリッドＧ１（グリッド１）は１個以上の陰極を収容するスカートを 有している。これらの陰極は動作中に電子を放射する表面を有している。そのよ うな陰極により放射された電子は第１グリッドＧ１内の開口部を通過し、続いて Ｇ２、Ｇ３など内の開口部を通過する。最後に、電子は表示スクリーンに向かっ て動くように電子銃を離れる。 今まで、熱放射線により電子を放射する熱電子陰極が主として陰極線管用の電 子銃に用いられていた。そのような陰極は電子がそこから放射されるフィラメン トとキャップとを収容するエンベロープを有している。そのキャップは焼結され た材料で作られている。このキャップの表面は熱放射に対する仕事関数を減少さ せる効果を有するバリウムを設けられている。しかしながら、このバリウムは残 留ガス、特に酸素により表面上を酸化され、その残留ガスはガスが真空排気され 且つ密封されてしまった後に陰極線管内にまだあり、あるいはエンベロープの壁 又はその陰極線管の他の部分がそれから作られる材料から開放される。拡散によ り、バリウムが焼結された材料から補足される。陰極の付近における酸化ガスの 濃度が所定の値を超える場合には、その実施がバリウム層を維持するためには遅 すぎる。充分な電子放射を確実にするためには、ガスが１０^-10〜１０^-9Ｐａの 最大圧力を有し得ることが見出だされた。この圧力範囲が陰極線管の製造におけ る標準として維持される。 熱電子陰極の代りに、半導体動作（「半導体陰極」と呼ばれる）により動作する 陰極が用いられる場合には問題がある。これらは、例えばフィールドエミッタ、 特に逆バイアスされた接合陰極（アバランシエ冷陰極のような）であり得る。こ の種類の陰極は米国特許明細書第５，２４３，１９７号に記載されている。半導 体陰極の表面もまた仕事関数を低減する材料を持っている。これはなるべくセシ ウムであるとよい。ここで、また、仕事関数を低減する材料は残留ガスにより侵 される。特に酸素含有ガスによる酸化がわずらわしい。しかしながら、この陰極 が、多孔質であるが、代りに滑らかな表面を有する、焼結された材料の厚いキャ ップを有さないので、半導体陰極内からのセシウムの配分は不可能である。その 陰極がセシウムが無視できる拡散速度を有するほど低い温度を有するので、セシ ウムは陰極の大部分からもまた分配され得ない。熱電子陰極に対して許容されて いる陰極線管内の標準ガス圧力は、半導体陰極を迅速に不活性にするだろう。標 準陰極線管においては、半導体陰極はかくして迅速に調子が悪くなるだろう。 半導体陰極が標準圧力において機能できる電子銃を具えている陰極線管を提供 することか本発明の目的である。 この目的のために、本発明による陰極線管は、電子銃が陰極の近くの残留酸化 ガスのガス分圧をその陰極線管の他の部分におけるよりも低くするための手段を 具えていることを特徴としている。 この手段はその電子銃内の、陰極の近くに置かれたゲッターであってもよく、 そのゲッターが酸化ガス分子を除去する。その陰極の近くの関連する空間は、そ の陰極線管の他の部分に対して非常に小さい。この陰極線管が運転中にされた場 合に、ガスが少ない量のゲッターにより陰極空間から除去され得る。その後、ガ スはまだ陰極線管の他の部分から陰極空間へ入るが、これは電子銃の壁上に設け られたゲッターによって制限され得る。陰極空間内の開口部が以下の条件のうち の少なくとも一つに従う場合には、このことは非常に効果的な方法により行われ 得る。すなわち、 - 開口部がその陰極の「見えないところ」にある。これはその開口部と陰極と の間に直線が引かれ得ないことを意味している。かくしてガス分子が陰極へ到 達しなければならない場合にガス分子が最初に壁と衝突する。この壁がゲッタ ーを設けられている場合には、その分子が確かに捕捉されるだろう。 - その手段が第１グリッドと第２グリッドとの間の距離を低減し、開口部の距 離（ｄ）の２倍より少なくとも大きい長さ（ｌ）を有する第１グリッドと第２ グリッドとの間の開口部（４０）を形成するための手段を具えている。壁と衝 突することなくガス分子がそのような開口部を通過する危険は少ししか無い。 その結果として、少量のガスのみが単位時間当りにそれを通って拡散する。壁 がゲッターで覆われた場合には、実際に全部の通ってくるこれらの少ないガス 分子がゲッターにより捕捉される。 本発明のこれらの態様が以下に記載される実施例から明らかになり、本発明の その他の態様が以下に記載される実施例を参照して解明される。 図において、 図１は表示装置の図式的断面図であり、 図２は電子銃の図式的断面図であり、 図３は半導体陰極を設けられた、表示装置の通常の電子銃の一部の図式的断面 図であり、 図４は半導体陰極を設けられた、本発明による表示装置の電子銃の一部の図式 的断面図である。 図１は表示装置の図式的断面図でおる。キャビネット１が陰極線管２を収容し ている。その陰極線管２はスクリーン３とコーン４とから構成されたガラスエン ベロープを有している。参照符号５は頚部を表している。そのガラスエンベロー プが電子銃６と燐光体スクリーン７とを収容している。偏向コイル８がその陰極 線管の周りに配設されている。この装置が動作する場合には、電子銃６が、必要 な場合に偏向コイル８により偏向される電子を放射し、その後それらの電子が燐 光体スクリーン７上の所望のスポット上に到達する。電子銃は１個以上の（図示 されない）陰極を収容している。カラー表示装置を動作させる場合には、３本の 電子ビームが３個の別々の陰極を具えている電子銃によって発生される。参照符 号９はこれらの３本の電子ビームを表している。 図２は電子銃の図式的断面図である。電子銃が表示装置のスクリーンに向かっ て電子ビームを放射する。そのような電子銃は複数の連続的に配設された静電グ リッド１０、１１、１２、１３を具えている。その最初のグリッド、Ｇ１、１０ は１個以上の陰極（図示されない）を収容しているスカート１４を有している。 それらのグリッドはブラケット１５、１５'、１５"、１５"'、１５""を設けられ ている。この静電グリッドのブラケットは、ガラス棒１７内へこれらのガラス棒 がまだ柔らかい間に製造過程中に押し込まれる。そのガラス棒１７を冷却の後に 、静電グリッド１０、１１、１２、１３が位置決めされ、且つ相互に固定される 。 図３は、半導体陰極を設けられた、表示装置内の電子銃の一部の図式的断面図 である。支持物３１が電子放射性材料の層３０を設けられている。支持物３１は 第１グリッド（Ｇ１）３３へストラップ３２によって固定されている。第１グリ ッド（Ｇ１）３３は開口部３４を有し、それを通って動作中に陰極により放射さ れた電子がその電子銃の別のグリッドシステムへたどり着く。第１グリッド３３ はスカート３５とブラケット３６、３６'とを有している。第２グリッド（Ｇ２ ）４２がその第１グリッド３３の近くに存在する。この第２グリッドも開口部３ ７とブラケット３８、３８'とを有している。電子放射性材料の層３０からの電 子放射が、仕事関数を低減し、且つその層３０上に設けられる材料により可能に される。この材料はしばしばセシウムである。しばしば生じる問題はこのセシウ ムを失わないようにすることである。セシウムを失う重要な原因は酸化である。 その酸化はガス粒子、特に酸素含有分子により起こされて、その分子はスカート の開口部３９と、第１グリッド３３と第２グリッド４２との間の開口部４０とを 通って電子放射性材料の層３０へ到達する。 その酸化は、ゲッターを用いて酸化ガス粒子を捕捉することにより相当な程度 に制限され得る。これは電子銃に特別の形状を与えることにより効率的に行われ 得る。両方の手段が本発明の一部を形成している。 図４は、半導体陰極を設けられた、本発明による表示装置の電子銃の一部分の 図式的断面図である。 製造中に、陰極線管が真空排気され且つ密封される。まだ、ガス分子が後に残 されている。完全な真空は実現され得ない。これらの残留分子に加えて、ガスは またガラスエンベロープの壁及びそのガラスエンベロープ内に存在する構成成分 からも放出される。これらの残留ガスが陰極の表面を侵す。これに対する矯正手 段が開発された。熱電子陰極においては、仕事関数を低減する材料の上側層がそ の陰極線管の全寿命を通じて内部補足される。陰極線管の製造においては、使用 される熱電子陰極がこの矯正手段によるそれらの効果をまだ維持し得る最大最終 圧力に維持される。 半導体陰極においてもまた、仕事関数を低減する材料が酸化する残留ガスによ り侵される、しかしながら、半導体陰極内からの分配は不可能である。従って、 半導体陰極を有する電子銃は標準陰極線管内に組み込まれる場合には、これらの 陰極線管は所望の寿命を有しない。 この問題は、陰極線管内へのそれの組み込みの後に、その半導体陰極の付近に おける酸化残留ガスのガス分圧がその陰極線管の他の部分におけるよりも低く維 持され得る特殊電子銃を用いることにより解決され得る。陰極空間がその陰極線 管の他の部分と比較して小さいので、これが可能である。その陰極線管が動作さ せられてしまった後に、ゲッターにより酸化残留ガスがその陰極空間から除去さ れてしまった場合には、その時これらのガスに対して得られたより低いガス分圧 が維持され得る。これはゲツターを用いて入ってくる酸化ガス分子を捕捉するこ とにより達成される。これは、酸素含有ガス用ゲッター、例えばバリウムであり 得る。ゲッター粒子がガス粒子を捕捉する場合に、ゲッター粒子はこの粒子へそ れ自身を結合し且つその他の粒子を捕捉できない。ゲッターがより長い寿命を有 するように、入ってくるガスの速度を制限することがかくして重要である。ガス 粒子が陰極へ直接容易には到達できないが、なるべく最初に壁と衝突しなくては ならないこともまた重要である。それでガス粒子はこの壁上にゲッターを設ける ことにより除去され得る。 特に、次の二つのステップが陰極から離れてガス粒子を保つために行われる。 すなわち、 - 製造中に、ゲッター（好適にはバリウム）が電子銃内へスパッタリングされ て、そのゲツターがスカート３５及び第１グリッド３３の壁上と、第２グリッ ド４２の下側縁上とへ与えられる。ゲッター堆積は参照符号４１により示され ている。陰極線管のベースの方向からスカート３５の開口部３９を通って入っ てくるガス分子は、それらが陰極表面へ到達システム得る前に、壁と少なくと も一回衝突する。そのような通路の一例が破線によって示されている。この衝 突に際して、ガス分子がゲッターにより捕捉される。 - 第２グリッド４２は内側へ畳み込まれたスカート４３を設けられている。第 １グリッドＧ１と第２グリッドＧ２との間の開口部４０を通って入ってくるガ ス分子は、それで長く狭い収縮部を最初に通過しなくてはならない。この収縮 部の軸線とほぼ平行に移動する分子のみが、その収縮部の壁と衝突することな く通り得る。しかしながら、ほとんどのガス分子がその収縮部の壁と衝突し、 且つこの収縮部上に存在するゲッターにより捕捉される。 かくして、本発明は、陰極の電子放射性層３０の近くのガス圧力が、その陰極 線管の残りの部分におけるよりも低いような方法で構成されている、電子銃を具 えている陰極線管に関係している。これは、例えばスカート４３を第２グリッド ４２に設けることにより、第１グリッド３３と第２グリッド４２との間の距離ｄ を低減することにより達成され得る。スカート、第１グリッド及び第２グリッド の壁は、ゲッター４１により部分的に覆われてもよい。開口部４０の距離ｄはな るべく開口部４０の長さｌの半分より小さくする(ｌ≧２ｄ)。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも第１及び第２グリッド、及び動作中に、半導体動作により電子を 放射する少なくとも１個の陰極を具えている電子銃を設けられた陰極線管にお いて、前記の電子銃が陰極の近くの酸化ガスのガス分圧をその陰極線管の他の 部分におけるよりも低くするための手段を具えていることを特徴ととする陰極 線管。 ２．請求項１記載の陰極線管において、陰極空間における開口部と陰極との間に 真っ直ぐな開放接続が無く、それで酸化ガスの分子が直線で陰極へ到達できな いことを特徴ととする陰極線管。 ３．請求項１記載の陰極線管において、前記の手段が第１グリッドと第２グリッ ドとの間の距離を低減し、その距離（ｄ）の少なくとも２倍より大きい長さを 有する第１グリッドと第２グリッドとの間の開口部を形成するための手段を具 えていることを特徴とする陰極線管。 ４．請求項３記載の陰極線管において、前記の手段が第２グリッドへ接続された スカートを具え、該スカートは第２静電グリッドと前記カカートとの間の相互 距離の長さの少なくとも２倍である幅を有する内側へ折り畳まれた部分を有し ていることを特徴とする陰極線管。 ５．請求項１〜４のいずれか１項記載の陰極線管において、前記の手段が電子銃 の壁の少なくとも一部上にゲツターを具えていることを特徴とする陰極線管。 ６．請求項５記載の陰極線管において、前記のゲツターが主としてバリウムから 成ることを特徴とする陰極線管。