JP2004288390A

JP2004288390A - 陰極線管

Info

Publication number: JP2004288390A
Application number: JP2003076028A
Authority: JP
Inventors: Yukio Suzuki; 行男鈴木; Yukio Koizumi; 幸生小泉; Hisafumi Komiya; 寿文小宮
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14
Also published as: US7078851B2; CN1532877A; US20040183423A1; CN1275279C

Abstract

【課題】傍熱型カソード構体を構成する各電極の温度上昇を低減させてヒータの消費電力を低減させた傍熱型カソード構体を電子銃に具備した陰極線管を提供する。
【解決手段】熱電子放出物質層を有するベースメタル４１と、一端部にベースメタル４１を保持し、内部に加熱ヒータ４５を収容する筒状のスリーブ４２と、加熱ヒータ４５のヒータ主部側に径大部を有し、加熱ヒータ４５の脚部側に径小部を有し、かつスリーブ４２を支持する異形サポート４３と、加熱ヒータ４５の脚部側に径大部を有し、加熱ヒータ４５の主部側に径小部を有するカソードディスク４４とを備え、スリーブ４２の他端部外面とサポート４３の径小部内面とを固着させ、サポート４３の径大部外面とカソードディスク４４の径小部内面とを固着させて構成することにより、スリーブ４２の外壁面からサポート４３を経てカソードディスク４４の径大部端部までの熱伝導距離を長くする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傍熱型カソード構体を有する電子銃を具備した陰極線管に係わり、特に傍熱型カソード構体の電極構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ受像管やディスプレイ管などに用いられる陰極線管は、その精細な画像再現性を有していることから、各種の情報処理機器の表示手段として広く用いられている。
【０００３】
この種の陰極線管は、内面に蛍光体を塗布してなる蛍光面を形成したパネル部と、傍熱型カソード構体と制御電極と加速電極とからなる電子ビーム発生部で発生した電子ビームを集束加速して蛍光面に向けて出射する複数の電極を有する電子銃を収容したネック部と、パネル部とネック部とを連接し、電子銃から発射される電子ビームを蛍光面上で走査させる偏向ヨークを外装したファンネル部とで構成した真空外囲器とを有して構成されている。
【０００４】
図５は、傍熱型カソード構体の構成を説明する断面図である。同図において、傍熱型カソード構体２１は、ビードサポート２２，アイレット２３，ヒータサポート２４，ヒータ２５，電子放出物質層２６を保持する基体金属２７，カソードサポートスリーブ２８及びカソードディスク２９により構成される。
【０００５】
傍熱型カソード構体２１は、アイレット２３とビードサポート２２とによりマルチフォームガラス２０に固定される。また、カソードサポートスリーブ２８の内部に収納されたヒータ２５は、その端部（脚部）をヒータサポート２４に溶接により固定されている。
【０００６】
図６は、図５に示すヒータ２５の構成を示す説明図であり、図６（ａ）は側面図を、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ部の拡大断面図をそれぞれ示している。同図において、このヒータ２５は、螺旋状にコイル巻線したタングステン芯線３１にアルミナ絶縁膜３２を塗布し、このアルミナ絶縁膜３２の表面にタングステン微粉末３３を塗布して黒化処理を行って形成されている。この黒化処理に目的は、ヒータ２５からの輻射熱の放射を効率化させてヒータ２５の温度を下げ、信頼性を向上させることにある。
【０００７】
なお、図６（ａ）において、３４は図６（ｂ）に示すタングステン芯線３１を３重巻きしたヒータ脚部、３５は２重螺旋成形部（ヒータ主部）、３６は図６（ｂ）に示すタングステン微粉末３３による表面黒化処理部、３７はアルミナ塗布部、３８はアルミナ非塗布部、３９はモリブデン線溶解跡（中空部）を示している。なお、この種の傍熱型カソード構体については、例えば下記特許文献２及び特許文献３などに開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１８２９６５号公報
【特許文献２】
特開平１１−３５４０４１号公報
【特許文献３】
特開２００２−９３３３５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成される陰極線管の傍熱型カソード構体において、加熱ヒータは、３重巻きとした部分のヒータ脚部の電気抵抗が低くなることから、発熱量が少なくなり、ヒータパワーは２重螺旋成形部に集中するので、低電力化が図れるが、単にヒータ脚部を多重コイル巻きとした場合には、電気抵抗の低減効果は少なく、ヒータの消費電力の低減には限度があった。
【００１０】
さらに傍熱型カソード構体のカソードスリーブの内壁面を黒化させることによって省電力化を実現する構成については提案されている例があるが、傍熱型カソード構体の電極構造及び加熱ヒータの構造を改善することにより、各種の電気的特性を向上させつつ、消費電力を低減させ、積極的に低消費電力化を図る構成については何ら開示されておらず、また、これらの構成について考慮されている例は見当たらない。
【００１１】
また、近年においては、省エネルギーの観点から、一層の低電力化が要請されており、そのニーズは時代の流れでもあり、今後とも益々強くなる傾向にある。陰極線管に関しては、モニターセットに消費電力は、約１００Ｗ程度であり、このうち傍熱型陰極カソードでは、その消費電力は２〜４％の割合を占めているのが現状である。
【００１２】
また、一般に陰極線管等に用いられている３電子銃タイプの加熱ヒータは、ヒータ定格が６．３Ｖ−３００ｍＡ（１電子銃：１個のヒータ当り０．６３Ｗ）の仕様ものが多く用いられており、十分な省電力化が得られているとは言えなかった。
【００１３】
したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、傍熱型カソード構体を構成する各電極の温度上昇を低減させてヒータの消費電力を低減させた傍熱型カソード構体を電子銃に具備した陰極線管を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明による陰極線管における傍熱型カソード構体は、熱電子放出物質層を有するベースメタルと、一端部にベースメタルを保持し、内部に加熱ヒータを収容する筒状のスリーブと、前記加熱ヒータのヒータ主部側に径大部を有し、加熱ヒータの脚部側に径小部を有し、かつスリーブを支持する異形サポートと、加熱ヒータの脚部側に径大部を有し、加熱ヒータの主部側に径小部を有するカソードディスクとを備え、スリーブの他端部外面とサポートの径小部内面とを固着させ、サポートの径大部外面と前記カソードディスクの径小部内面とを固着させて構成することにより、スリーブの外壁面からサポートを経てカソードディスクの径大部端部までの熱伝導距離が長くなる。
【００１５】
本発明による他の陰極線管における傍熱型カソード構体は、スリーブの板厚を１５μｍ以上２０μｍ以下とすることが望ましい。さらには、加熱ヒータが線径２２μｍ〜２９μｍ以下のタンタングステン線を用い、加熱ヒータの脚部が加熱ヒータのヒータア主部よりも多重巻きされて形成されることが望ましい。
【００１６】
なお、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による陰極線管の一実施例を説明するシャドウマスク型カラー陰極線管の概略構成を説明する模式断面図である。同図において、１はパネル部、２はファンネル部、３はネック部、４はパネル部１の内面に蛍光体を塗布して形成した蛍光面、５は色選択電極としてのシャドウマスク、６は外部磁界（地磁気）を遮蔽する磁気シールド、７は偏向ヨーク、８は外部磁気補正装置、９は３本の電子ビームを出射する傍熱型陰極を備えた電子銃、１０は３本の電子ビームのうちの１本を代表して示す電子ビームである。
【００１８】
このような構成において、電子銃９から出射する３本の電子ビーム１０は、図示しない外部信号処理回路から出力される映像信号により変調され、蛍光面４に向けて出射する。この電子ビーム１０は、ネック部３とファンネル部２との遷移領域に外装された偏向ヨーク７で発生される水平と垂直との偏向磁界を通過させることにより、蛍光面４上を２次元に走査される。シャドウマスク５は、その面内に形成した多数の開孔で通過する３本の電子ビームのそれぞれを色毎に選択して所要の映像を再現する。
【００１９】
図２は、図１に示したカラー陰極線管に用いられる電子銃の構成を説明する側面図である。同図において、この電子銃９は、制御電極（第１グリッド電極：Ｇ１）１１と、加速電極（第２グリッド電極：Ｇ２）１２と、第３グリッド電極（Ｇ３）１３と、第４グリッド電極（Ｇ４）１４と、集束電極（第５グリッド電極：Ｇ５）１５と、陽極（第６グリッド電極：Ｇ６）１６と、シールドカップ１７とを管軸方向に所定の間隔と位置関係をもたせて配列し、それぞれマルチフォームガラス２０により固定支持するとともに、ステム１８に植設されたステムピン１８ａに各電極に設けられたタブまたはリード線を溶接させて構成される。
【００２０】
また、この電子銃９は、制御電極１１のステム１８側に傍熱型カソード構体２１が近接配置されており、当該傍熱型カソード構体２１には電子放出部を加熱するヒータが内蔵されている。なお、１９はバルブスペーサコンタクトであり、このバルブスペーサコンタクト１９はネック部の内壁面に弾接して電子銃の中心軸を管軸に一致させる機能を有するとともに、ファンネル部及びネック部の内壁面に塗布されている内部導電膜から電子銃に陽極電圧を導入する機能を有している。
【００２１】
また、制御電極１１と加速電極１２と傍熱型カソード構体２１とで電子ビーム発生部を構成している。また、電極１３〜１５は電子ビーム発生部から出射する電子ビームを加速集束し、集束電極１５と陽極１６との間に形成される主レンズにより集束されて蛍光面方向に指向される。
【００２２】
また、ステム１８は、真空外囲器のネック部開放端に溶着され、外部駆動回路から供給される信号または電圧をステムピン１８ａを介して各電極に印加する。また、図１の外部磁気補正装置（マグネット組立て体）８は、電子銃９とパネル部１，ファンネル部２，シャドウマスク５との微妙な軸ずれまたは回転ずれによる電子ビーム１０と蛍光面４との不一致を補正する機能を有している。
【００２３】
図３は、図２に示す電子銃に用いられる傍熱型カソード構体の構成を説明する拡大断面図である。図３において、４１は頂部表面に熱電子放出物質層が形成されたベースメタル、４２は一端にベースメタル４１を保持する円筒状のスリーブ、４３はスリーブ４２を支持する異形サポート、４４はサポート４３を固定する円筒状カソードディスク、４５はスリーブ４２の内部に収容される加熱ヒータである。
【００２４】
このような構成において、ベースメタル４１の頂部表面に保持される熱電子放出物質層は、バリウム（Ｂａ）を含むアルカリ土類三元炭酸塩から出発し、分解して得られた化学式（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）Ｏで示されるバリウムを含む複数のアルカリ土類金属酸化物を主成分としている。この熱電子放出物質層を保持するベースメタル４１は、微量のマグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）などの還元剤を含む厚さ約０．１４ｍｍのニッケル板材をプレス加工成形法などにより帽子状に形成されている。
【００２５】
また、このベースメタル４１を蛍光面側端部（図の上側）に取付けるスリーブ４２は、ニッケル−クローム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金材をプレス加工成形法などにより全長が約７．５ｍｍ，直径が約１ｍｍ、板厚が約２０μｍ以下の寸法を有する略円筒状に形成され、そのステム側に位置する他端部（図の下側）は外径が約１ｍｍの上記蛍光面側端部（一端部）よりも大きい鍔状のフレア部４６を有して形成されている。
【００２６】
また、このスリーブ４２を支持するサポート４３は、熱伝導性の良好なニッケル（Ｎｉ）板材をプレス加工成形法などにより板厚約０．０１５ｍｍの寸法を有して一体成形され、その一端部（蛍光面側）と中央部と他端部（ステム側）とで外径寸法が長さ方向に沿ってそれぞれ順次小さくなる径大部，径中部，径小部を一体的に有する異形状で形成されている。
【００２７】
そして、スリーブ４２は、その他端部に隣接する筒状部の端部外面とサポート４３の径小部内面とが接合され、その接合部が溶接点Ｓ１，Ｓ２で例えばレーザー溶接法によりスポット溶接されて固着され、スリーブ４２がサポート４３に支持固定されている。なお、この溶接点Ｓ１，Ｓ２は２箇所のみを図示した。他の個所は図示されていないが、この溶接点は、各電極を中心軸上に安定させて支持固定させるためには円周方向に少なくとも３箇所が必要となる。
【００２８】
また、これらのスリーブ４２及びサポート４３を支持固定するカソードディスク４４は、熱伝導性の良好なニッケル（Ｎｉ）板材をプレス加工成形法などにより一体成形されており、その一端部（蛍光面側）と他端部（ステム側）とで外径寸法が長さ方向に沿ってそれぞれ異なる径小部と径大部を一体的に有する異形状で形成されている。なお、このカソードディスク４４はサポート４３の肉厚よりも比較的大きな肉厚を有して形成されている。
【００２９】
そして、サポート４３は、その一端部外面とディスク４４の径小部内面とが接合され、その接合部が溶接点Ｓ３，Ｓ４で例えばレーザー溶接法によりスポット溶接されて固着され、スリーブ４２が支持固定されたサポート４３がカソードディスク４４に支持固定されることになる。なお、この溶接点Ｓ３，Ｓ４は２箇所のみを図示した。他の個所は図示されていないが、この溶接点は、各電極を中心軸上に安定させて支持固定させるためには円周方向に少なくとも３箇所が必要となる。
【００３０】
板厚２０μｍ以下で形成されたスリーブ４２の他端部外面とサポート４３の径小部内面との接合部を溶接してスリーブ４２をサポート４３に支持固定させる。サポート４３の一端部外面とカソードディスク４４の径小部内面との接合部を溶接してスリーブ４２を支持固定させたサポート４３をカソードディスク４４に支持固定させる。スリーブ４２とカソードディスク４４とをサポート４３を介して結合させたことにより、スリーブ４２の外壁部からサポート４３を経てカソードディスク４４の下端部までの熱伝導距離を長く取ることができる。よってスリーブ４２からの熱の逃げを減少させることができる。この結果、熱効率が向上することにより、陰極カソード構体２１、特にカソード系の低消費電力化を達成できる。
【００３１】
スリーブ４２の板厚が２０μｍ以下とした場合について説明したが、このスリーブ４２の板厚が２０μｍを超える厚さとすると、加熱ヒータ４５の発熱部から発生する熱の伝導率を向上させ、この結果、熱効率を低下させることになり、低消費電力化を達成できないことになる。また、その板厚が数μｍ程度と極端に薄くすると、低消費電力化をさらに向上させることができる反面、機械的強度及びその製作性などの観点から、その板厚は、約１５μｍ程度の厚さまでが限界である。
【００３２】
図４は、図３に示す傍熱型カソード構体に用いられる加熱ヒータ４５の構成を説明する外観側面図である。この加熱ヒータ４５の基本構造は、螺旋状にコイル巻線したタングステン芯線にアルミナ絶縁膜を塗布し、このアルミナ絶縁膜の表面にタングステン微粉末を塗布して黒化処理を施して形成されている。
【００３３】
図４において、３４はタングステン線を３重巻きしたヒータ脚部、３５はヒータ脚部３４の巻きピッチより粗のピッチで単一コイル巻きした発熱部（ヒータ主部とも言う）、３６はアルミナとタングステン微粉末による表面黒化処理部、３７はアルミナ塗布部、３８はヒータサポートに溶接する図３に示す加熱ヒータ４５の開放端である脚部あり、アルミナ非塗布部を示す。このアルミナ非塗布部３８は図５に示すヒータサポート２４に溶接固定される。なお、表面黒化処理部３６とアルミナ塗布部３７とを総称して絶縁被膜の被覆部と称する。
【００３４】
具体的な数値で説明すると、加熱ヒータ４５は、直径約２５．７μｍ（２００ｍｍ当りのタングステン線重量で２ｍｇ（ＭＧ））のタングステン線を用いる。発熱部３５は、先端（図４の最上部）から約３ｍｍまでの領域に形成され、そのコイル巻きのピッチが０．８ターン／ｍｍのコイル巻き層数が１（すなわち単一層）で形成されている。さらに、この発熱部３５のコイル巻き層上には、直径約０．０７μｍのモリブデン線が１７ターン／ｍｍのピッチで約３００ターンコイル巻きされている。また、脚部３４は、発熱部３５のタングステン線に連続して残りの７ｍｍまでの領域にコイル巻きピッチが１５ターン／ｍｍの３重コイル巻き構造で形成されている。すなわち、脚部３４のコイル巻きピッチは発熱部３５のそれよりも粗でコイル巻き層数は３の多重コイル巻き構造となっている。
【００３５】
この加熱ヒータ４５の形成方法を説明すると、まず、加熱ヒータ４５の発熱部３５は直径約０．３８ｍｍのマンドレルを用いて２次整形し、２重螺旋構造とする。次にヒータ脚部３８を除く部分にアルミナを電着し、このアルミナ層の上層にタングステン微粉末を含むアルミナをコートさせてヒータ本体の表面を黒色化する。これを約１６００℃に水素雰囲気中で燒結させ、その後、酸により先に発熱部３５にコイル巻きされたモリブデン線を溶解させることにより、表面黒化処理された加熱ヒータ４５が製作される。
【００３６】
次にこのように構成された加熱ヒータ４５と傍熱型カソード構体２１とを電子銃に組込み、陰極線管に封止及び排気処理を行った後、カソード温度，消費電力及び電気的諸特性を評価した。この陰極線管は、ヒータ定格が６．３Ｖ−７５ｍＡ（消費電力０．４７Ｗ）の動作条件で正規のカソード温度（電子放射面で約１０００Ｋ）が得られた。
【００３７】
なお、タングステン線の線径２５．７μｍ（２ＭＧ）を中心にその線径２９．３μｍ（２．６ＭＧ）とその線径２１．４μｍ（１．４ＭＧ）とを選択し、上記と同様な方法で製作し、電気的諸特性を評価した。この結果、タングステン線径２９．３μｍは、ヒータ定格６．３Ｖ−９３ｍＡと消費電力は０．５９Ｗと大きかった。また、タングステン線径２１．４μｍ（１．４ＭＧ）の場合は、定格６．３Ｖの陰極線管に適するヒータの製作は、加工性が悪く、さらにヒータの断線発生率が高いことが判った。したがって、線径２２μｍ（２００ｍｍ当りの重量が１．５ｍｇ）〜２９μｍ（２００ｍｍ当りの重量が２．５ｍｇ）の範囲のタングステン線を用いることにより、ヒータ定格６．０Ｖ〜６．６Ｖの範囲で加熱ヒータ４５の１個当りのヒータ消費電力が０．５Ｗ以下となることが発明者らの繰返し実験により実証された。
【００３８】
また、上記構成による傍熱型カソード構体２１とタングステン線径２９μｍ以下の加熱ヒータ４５とを採用した結果、熱効率が向上することにより、傍熱型カソード構体２１、特に加熱ヒータ系，カソード系の低消費電力化を達成できた。また、ストレー電子は、図５に示す制御電極１１の開孔に付着した熱電子放出物層中のバリウムが起因となって発生するが、制御電極１１の温度が低いため、ストレー電子は出難いことが確認された。また、ドリフト特性は、傍熱型カソード構体２１及び制御電極１１の形状変形によりカットオフ電圧が変動し、画面の明るさ、特にバックの黒レベルが変動するが、この現象の発生も少なくなっていることも確認された。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明による陰極線管によれば、電子銃の電子ビーム発生部を構成する傍熱型カソード構体は、一端部に熱電子放出物質層を保持するベースメタルを有し、かつ内部に加熱ヒータを収容するスリーブと、加熱ヒータの発熱部と近接する部位に径大部を有し、加熱ヒータの脚部に径小部を有し、かつスリーブを支持する異形サポートを介して取付けられた径大部及び径小部を有するカソードディスクとを具備し、スリーブの他端部外面と前記サポートの径小部内面とを固着させ、サポートの径大部外面と前記カソードディスクの径小部内面とを固着させて構成することにより、スリーブの外壁面からサポートを経てカソードディスクの径大部端部までの熱伝導距離が長くなり、スリーブからの熱の逃げを減少させることができるので、熱効率が向上し、傍熱型カソード構体の低消費電力化が実現可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
【００４０】
また、本発明による陰極線管によれば、傍熱型カソード構体は、内部に加熱ヒータを収容するスリーブの板厚を２０μｍ以下とすることにより、スリーブからの熱の逃げをさらに減少させることができるので、熱効率がさらに向上し、傍熱型カソード構体のさらなる低消費電力化が実現可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
【００４１】
また、本発明による陰極線管によれば、傍熱型カソード構体は、加熱ヒータとして線径２２μｍ〜２９μｍ以下のタンタングステン線を用い、当該加熱ヒータの脚部が当該加熱ヒータの発熱部よりも多重巻きされて形成されることにより、ヒータ発熱部の熱効率を向上させることができるので、傍熱型カソードの低消費電力化が実現可能となるとともに、この低消費電力化に伴ない、電子銃を構成する電極の熱変形によるドリフトの発生がなくなり、さらには電子銃を構成する電極の温度が低下し、ストレー電子の発生を防止できるなどの各種の電気的特性を向上させることができるなどの極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による陰極線管の一実施例を説明するシャドウマスク型カラー陰極線管の概略構成を示す模式断面図である。
【図２】図１に示すカラー陰極線管に用いられる電子銃の構成を示す側面図である。
【図３】図２に示す電子銃に用いられる傍熱型カソード構体の構成を示す拡大断面図である。
【図４】図３に示す傍熱型カソード構体に用いる加熱ヒータの構成を示す一部断面の側面図である。
【図５】傍熱型カソード構体の構成を説明する要部断面図である。
【図６】加熱ヒータの構造を説明する図である。
【符号の説明】
２１傍熱型カソード構体
３１タングステン芯線
３２アルミナ絶縁膜
３３タングステン微粉末
３４ヒータ脚部
３５ヒータ発熱部（ヒータ主部）
３６表面黒化処理部
３７アルミナ塗布部
３８アルミナ非塗布部
３９モリブデン線溶解跡（中空部）
４１ベースメタル
４２スリーブ
４３サポート
４４カソードディスク
４５ヒータ
４６フレア部
Ｓ１溶接点
Ｓ２溶接点
Ｓ３溶接点
Ｓ４溶接点

Claims

内面に蛍光体を塗布した蛍光面を有するパネル部と、
傍熱型カソード構体と制御電極と加速電極とを備えた電子ビーム発生部と、集束電極と陽極電極とから構成され、電子ビームを集束及び加速させる主レンズ部とを有する電子銃を収容したネック部と、
前記パネル部と前記ネック部とを連接し、ファンネル部とで構成した真空外囲器と、
を備え、
前記傍熱型カソード構体は、熱電子放出物質層を有するベースメタルと、一端部にベースメタルを保持し、内部に加熱ヒータを収容する筒状のスリーブと、前記加熱ヒータのヒータ主部側に径大部を有し、前記加熱ヒータの脚部側に径小部を有し、かつ前記スリーブを支持する異形サポートと、前記加熱ヒータの脚部側に径大部を有し、前記加熱ヒータの主部側に径小部を有するカソードディスクとを具備し、前記スリーブの他端部外面と前記サポートの径小部内面とを固着させ、前記サポートの径大部外面と前記カソードディスクの径小部内面とを固着させて構成することを特徴とした陰極線管。
前記スリーブの板厚を１５μｍ以上２０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の陰極線管。
前記加熱ヒータは、線径２２μｍ〜２９μｍの範囲のタングステン線を用い、当該加熱ヒータの脚部が当該加熱ヒータのヒータ主部よりも多重巻きされていることを特徴とする請求項１に記載の陰極線管。