JP2718389B2 - Cathode for electron tube - Google Patents

Cathode for electron tube

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JP2718389B2
JP2718389B2 JP2940995A JP2940995A JP2718389B2 JP 2718389 B2 JP2718389 B2 JP 2718389B2 JP 2940995 A JP2940995 A JP 2940995A JP 2940995 A JP2940995 A JP 2940995A JP 2718389 B2 JP2718389 B2 JP 2718389B2
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cathode
electron
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earth metal
metal oxide
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正人 斉藤
敬二 福山
勁二 渡部
金治郎 佐野
豊一 鎌田
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、TV用ブラウン管な
どに用いられる電子管用陰極に関し、特に電子放射性物
質層の改良に関するものである。本願は、特願平2−4
08884号(出願日平成2年12月28日)を原出願
とする分割出願であり、特願平2−408884号は特
願昭60−160851号(出願日昭和60年7月19
日)を原出願とする分割出願である。 【0002】 【従来の技術】図2は従来のTV用ブラウン管や撮像管
に用いられている陰極を示すものであり、図において1
はシリコン(Si)、マグネシウム(Mg)などの還元
性元素を微量含む主成分がニッケルからなる有底筒状の
基体、2はこの基体の底部上面に被着され、少なくとも
バリウム(Ba)を含み、他にストロンチウム(Sr)
あるいは/及びカルシウム(Ca)を含むアルカリ土類
金属酸化物からなる電子放射物質層、3は上記基体1内
に配設されたヒータ3で、加熱により上記電子放射物質
層2から熱電子を放出させるためのものである。 【0003】この様に構成された電子管用陰極におい
て、基体1への電子放射物質層2の被着は次の様にして
行なわれるものである。まずアルカリ土類金属(Ba、
Sr、Ca)の炭酸塩からなる懸濁液を基体1に塗布
し、真空排気工程中にヒータ3によって加熱する。この
時、アルカリ土類の炭酸塩はアルカリ土類金属の酸化物
に変わる。その後、アルカリ土類金属の酸化物の一部を
還元して半導体的性質を有するように活性化を行なうこ
とにより、基体1上にアルカリ土類金属の酸化物からな
る電子放射物質層2を被着せしめているものである。 【0004】この活性化工程において、アルカリ土類金
属の酸化物の一部は次の様に反応しているものである。
つまり基体1中に含有されたシリコン、マグネシウム等
の還元性元素は拡散によりアルカリ土類金属の酸化物と
基体1の界面に移動し、アルカリ土類金属酸化物と反応
する。例えばアルカリ土類酸化物として酸化バリウム
(BaO)であれば式(1)、(2)の様に反応するも
のである。 【0005】 BaO+1/2Si=Ba+1/2SiO2 …(1) BaO+Mg=Ba+MgO …(2) 【0006】この反応の結果、基体1上に被着形成され
たアルカリ土類金属酸化物の一部が還元され、酸素欠乏
型の半導体となり、陰極温度700〜800℃の動作温
度で0.5〜0.8A/cm2 の電子放射が得られること
になる。しかるに、この様にして形成された電子管用陰
極にあっては電子放射が0.5〜0.8A/cm2 以上の
電流密度は取り出せないものである。その理由としては
次の様なものである。つまり、アルカリ土類金属酸化物
の一部を還元反応させた場合、上記(1)(2)式から
も明らかな如く基体1とアルカリ土類金属酸化物との界
面にSiO2 、MgOあるいはBaO・SiO2 なる複
合酸化物層(中間層)が形成され、この中間層が高抵抗
層となって電流の流れを妨げること、また上記中間層が
基体1中の還元元素が電子放射物質層2の表面側へ拡散
するのを妨げ十分なバリウム(Ba)が生成されないこ
とが考えられている。 【0007】また、従来の電子管用陰極としては特開昭
59−20941号公報に、上記した図2のものと同様
の構成をしており、陰極の速動性を得るために基体1の
板厚を薄くし、寿命中の還元剤の涸濁を防止しかつ基板
1の強度低下を防止する目的で、基体1にランタンがL
aNi5 及びLa2 3 の形で分散含有させたものが示
されている。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】この様に構成された電
子管用陰極においては、動作中に基体1と電子放射物質
層2の界面近傍、特に基体1表面近傍のニッケル結晶粒
界と上記界面より10μm程度電子放射物質層2内側の
位置に前述の中間層が偏析するため、電流の流れ及び電
子放射物質層2表面側への還元性元素の拡散が妨げら
れ、高電流密度下の十分な電子放出特性が得られないと
いう問題があった。また、後者に示したものにおいて
は、ニッケルを主成分とする基体1の制作時にLaNi
5 及びLa2 3 を含有させるため、基体1内のLaN
5 及びLO2 3 の含有状態のばらつきなどが生じ易
かった。 【0009】この発明は上記した点に鑑みてなされたも
のであり、高電流密度下において基体と電子放射物質層
との界面近傍の複合酸化物からなる中間層が集中して形
成されることを防止し、長時間にわたって安定したエミ
ッション特性を有し、かつ生産性、信頼性の高い電子管
用陰極を得ることを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】この発明に係る電子管用
陰極は、少なくともバリウムを含むアルカリ土類金属酸
化物とを主成分とし、0.3〜20重量%の希土類金属
酸化物を含んだ電子放射物質層をニッケルを主成分と
し、還元性元素を含んだ基体上に被着形成したものであ
る。また、その電子管用陰極としてテレビ用陰極に用い
たものである。 【0011】さらに、この発明に係る電子管用陰極は、
0.3〜20重量%の希土類金属酸化物の成分を含ん
電子放射物質層を、ニッケルを主成分とし、シリコンあ
るいはマグネシウムの少なくとも一方を含む還元性元素
を含んだ基体上に被着形成させたものである。 【0012】 【作用】この発明においては、電子放射物質層中に含有
された0.3〜20重量%の希土類金属酸化物が、電子
放射物質層を基体に被着形成する際の活性化時に、アル
カリ土類金属の炭酸塩が分解する際、あるいは陰極とし
ての動作中に酸化バリウムが解離反応を起こす際に基体
が酸化する反応を防止するとともに、電子放射物質層中
への基体に含有された還元性元素の拡散を適度に制御
し、還元性元素による複合酸化物からなる中間層が基体
と電子放射物質層との界面近傍に集中的に形成されるこ
とを防止し、中間層を電子放射物質層内に分散させるも
のである。 【0013】 【実施例】 実施例1.以下にこの発明の一実施例を図1に基づいて
説明する。図において、2は基体1の底部上面に被着さ
れ、少なくともバリウムを含み、他にストロンチウムあ
るいは/及びカルシウムを含むアルカリ土類金属酸化物
11を主成分とし、0.1〜20重量%酸化スカンジウ
ム、酸化イツトリウム等の希土類金属酸化物12を含ん
だ電子放射物質層である。 【0014】次に、この様に構成された電子管用陰極に
おいて、基板1への電子放射物質層2の被着方法につい
て説明すると、まず、バリウム、ストロンチウム、カル
シウムの三元炭酸塩に酸化スカンジウム粉末あるいは酸
化イツトリウム粉末を所望の重量%(上記三元炭酸塩が
全て酸化物になるとしての重量%)添加混合し、懸濁液
を作成する。この懸濁液をニッケルを主成分とする基体
1上にスプレイにより約80ミクロンの厚みで塗布し、
その後、従来のものと同様に、炭酸塩から酸化物への分
解過程及び酸化物の一部を還元する活性化過程を経て、
電子放射物質層2を基体1に被着せしめるものである。 【0015】この様な方法で被着される電子放射物質層
2に含有される希土類金属酸化物(Sc2 3 、Y2
3 )の含有量を種々変えた電子管用陰極を種々作成し、
この電子管用陰極を用いて2極管真空管を作成し、種々
の電流密度で寿命試験を行ない、エミツシヨン電流の変
化を調べた結果、図3及び図4の結果を得た。図3は従
来のテレビ用陰極としての電流密度0.66A/cm2
3.1倍(2.05A/cm2 )で動作させた時の5重量
%のSc2 3 が含有された電子放射物質層2を有した
電子管用陰極、12重量%のY2 3 が含有された電子
放射物質層2を有した電子管用陰極の寿命特性と希土類
金属酸化物が全く含有されていない電子放射物質層2を
有した従来の寿命特性との関係を示したものである。こ
の図3から明らかなように希土類金属酸化物が含有され
た本実施例のものは従来例のものに対して高電流密度動
作でのエミツシヨン劣化が少ないものである。 【0016】また、図4は希土類金属酸化物であるSc
2 3 及びY2 3 の添加比率を種々変えた電子放射物
質層2を有した電子管用陰極において電流密度0.66
A/cm2 (1とする)に対し、電流密度が2倍、3.1
倍、4倍である条件で寿命テストを行い、電流密度と初
期エミツシヨン電流に対する6000時間でのエミツシ
ヨン電流の比との関係を示したものである。この図4か
ら判るように、希土類金属酸化物であるSc2 3 、Y
2 3 が0.1重量%以上の添加率になると、高電流密
度動作下でのエミツシヨン低下を防止する効果があり、
0.3重量%以上になるとこの効果は顕著になる。図示
していないがSc2 3 、Y2 3 は20wt%の添加
率までこの効果が確認できた。次に希土類金属酸化物で
あるSc2 3 の添加比率を0.1、1、5、10、2
0、25重量%の6種類に変化させた電子放射物質層2
を有した陰極を各々TV用ブラウン管に組込んで所定の
工程を経てTV用ブラウン管を作成した。 【0017】図5は初期電子放射電流特性の測定結果を
示す図で、縦軸は最大陰極電流、横軸は酸化スカンジウ
ムの添加比率を示す。図5から明らかなように、酸化ス
カンジウムの添加比率が20wt%を越えると、初期の
電子放射電流の低下が著しくなる。すなわち、これら希
土類金属酸化物であるSc2 3 及びY2 3 の添加率
が20重量%を越えると、製造工程を経た後新たに長時
間のエージングを行わないとエミツシヨン電流の安定な
取り出しが困難となり、実用的でなかった。従って、電
子放射物質層2における希土類金属酸化物の含有量は
0.1〜20重量%の範囲にする必要があるものであ
る。特に0.3〜15重量%の範囲で上記した効果が顕
著であった。 【0018】このように電子放射物質層2に希土類金属
酸化物を含有した効果を詳細に調査するために、図3の
実験結果において6000時間でのエミツシヨン電流測
定後、従来品及び5重量%のSc2 3 を含有した電子
放射物質層2を有した電子管用陰極の断面を電子ビーム
X線マイクロアナライザー(EPMA)によって分析を
行った結果、図6及び図7の結果を得た。図6は従来の
希土類金属酸化物が全く含有されていない電子放射物質
層2を有した電子管用陰極の実験結果を示すものであ
り、図6から明らかなように、基板1であるニッケルと
電子放射物質層2との界面近傍に、基体1内に含有され
た還元剤である、Si、Mgが偏析しており、この偏析
状態は基体1と電子放射物質層2の界面より基体1側の
約5μの深さの位置及び上記界面より電子放射物質層2
への約3〜5μの位置に還元剤であるSi及びMgのピ
ークが同時に確認され、Siはさらに上記界面より電子
放射物質層2側への約13μの位置に最大のピークが観
察された。 【0019】図示していないが電子放射物質中のこれら
Mg、Siのピークの位置と同一箇所でBaのピークの
存在も確認された。これら、Si、Mg、Baのピーク
は酸素のピークとほぼ一致するので、これらの金属は酸
化物あるいは複合酸化物として存在していると考えられ
る。さらに、基体1中には少量のSiの存在が確認され
た。このように、高電流密度動作の従来品においては、
基体1と電子放射物質層2との界面近傍で、基体1内の
結晶粒界では、SiO2 、MgO及びこれらの複合酸化
物層が形成され、さらに上記界面から電子放射物質層2
の位置にはBaO、MgO、SiO2 の複合酸化物層が
形成されていることがわかるものである。上記したSi
2 ・MgO層及びBaO・SiO2 層は基体1内から
電子放射物質層2内への還元剤であるSi、Mgの拡散
速度を抑制するとともに高絶縁であるために電流の流れ
を阻害し、ついには電子放射物質内での絶縁破壊による
損耗をもたらすことになるものである。 【0020】これに対して、本実施例である希土類金属
酸化物であるSc2 3 を含有した電子放射物質層2を
有する電子管用陰極においては、図7にその実験結果を
示すように基体1内に含有された還元剤であるSi、M
gは平均的に分散されており、上記図6に示した従来例
のもののように基体1と電子放射物質層2との界面近傍
に、これら還元剤のピークが全く存在していないもので
ある。このことは次の理由によるものと判断される。つ
まり活性化時にアルカリ土類金属の炭酸塩が酸化物へと
分解する場合、あるいは電子管用陰極の動作時にBaO
などが解離反応を起こす場合において、希土類金属酸化
物が基体1の酸化を防ぐことに起因しているものと考え
られる。 【0021】例えば、希土類金属酸化物が基体1の酸化
を防ぐことに起因しているものと考えられる。例えば、
希土類金属酸化物が酸化スカンジウム(Sc2 3 )で
ある場合の反応は次式(4)(6)の様になるものであ
る。 【0022】 【化1】 【0023】従って、上式(3)(5)から明らかなよ
うに、希土類金属酸化物を含有していない電子放射物質
層2を有した電子管用陰極においては、寿命初期におい
て既に基体1と電子放射物質層2との界面に形成された
ニッケルの酸化物と基体1中の還元剤であるSi、Mg
とが反応し、SiO2 ・MgO2 が界面の最表層及びそ
の近傍の粒界中に形成されることになる。そのため、還
元剤であるSi、Mgの電子放射物質層2中への拡散は
上記SiO2 ・MgOの酸化物層に律速され、反応1、
2のサイト(場所)は該酸化物層の近傍に形成される。 【0024】そのため、特に高電流密度で動作する場
合、(1)(2)の反応が活発に行われ、還元剤による
酸化物SiO2 ・MgOが上記酸化物層の近傍に集中し
て生成され、(1)(2)の反応が進むとともに還元元
素であるSi、Mgの電子放射物質中への拡散がますま
す抑制され、エミツシヨン低下が著しくなる。 【0025】一方、本発明の実施例である希土類金属酸
化物を含有した電子放射物質層2を有した電子管用陰極
においては、電子放射物質層2中の希土類金属酸化物が
基体1のニッケルの酸化反応を防止するので、還元元素
であるSi、Mgは基体1内の結晶粒界またはその近傍
で酸化物層を形成せず、電子放射物質層中へと容易に拡
散していき、(1)(2)の反応サイトは電子放射物質
層2内の粒界に形成され、従来例よりも分散された場所
に反応サイトがある。 【0026】さらに、電子放射物質層2中の希土類金属
酸化物が上記還元元素の電子放射物質層中への拡散を適
度に律速するので、長時間高電流密度下の動作後におい
ても安定で良好なエミツシヨン特性を維持できる。従っ
て、0.1重量%未満の希土類金属酸化物の添加では基
体1の粒界近傍でSiO2 ・MgOの酸化物層を形成す
るのを抑制する効果が不十分で、エミツシヨン特性の低
下が現れ始める。希土類金属酸化物を0.3重量%以上
添加すると良好なエミツシヨン特性を維持できる効果は
顕著となる。また、20重量%より多い添加では電子放
射物質内での還元元素の拡散を抑制する機能が大にな
り、エミツシヨン電流の安定な取り出しに長時間のエー
ジングが必要となる。 【0027】また、0.1〜20重量%の希土類金属酸
化物の添加範囲であれば、基体1中への希土類金属の固
溶現象が確認され、かつ6000時間動作後(電流密度
2.05A/cm2 )に電子放射物質層2の基体1からの
はくり現象が皆無であった。因みに、従来の希土類金属
酸化物が含有されていない電子放射物質層2を有した電
子管用陰極でのはくり現象の発生ひん度は30%であっ
た。 【0028】なお、上記実施例においては、希土類金属
酸化物としてSc2 3 及びY2 3 を用いたものを説
明したが他の希土類金属酸化物でも同様の効果は得られ
たものの、特にSc2 3 、Y2 3 、Ce2 3 にお
いてその効果が顕著であった。このように本発明は従来
とほぼ同等の製造条件で陰極を製造することができ、希
土類金属酸化物の分散状態なども比較的容易に制御でき
る。 【0029】 【発明の効果】この発明は以上のように述べたように還
元性元素を含有した基体に被着される少なくともバリウ
ムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とする電子放
射物質層に0.3〜20重量%の希土類金属酸化物を含
有させたものとしたので、希土類金属酸化物が電子放射
物質層に含まれていない従来のものに対して2〜4倍、
つまり1.32A/cm2 (=0.66×2)〜2.64
A/cm2 (=0.66×4)の高電流密度動作下での長
寿命を実現し、安価で製造の制約の少ない信頼性の高い
電子管用陰極が得られるという効果を有するものであ
る。また、テレビ用陰極に用いた場合には、従来の酸化
物陰極と同様な動作温度で使用できるため、TV用ブラ
ウン管内の陰極部品の熱変形に新たな影響を与えない。
従って信頼性の高い陰極が得られる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathode for an electron tube used for a cathode ray tube for a TV, and more particularly to an improvement in an electron emitting material layer. This application is based on Japanese Patent Application No. 2-4.
This is a divisional application whose original application is No. 088884 (filing date: December 28, 1990). Japanese Patent Application No. 2-408888 is a Japanese Patent Application No. 60-160851 (filing date: July 19, 1985).
This is a divisional application whose original application is). 2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a cathode used in a conventional cathode ray tube or image pickup tube for TV.
Is a bottomed cylindrical base composed mainly of nickel containing a trace amount of a reducing element such as silicon (Si) and magnesium (Mg), and 2 is coated on the bottom upper surface of the base and contains at least barium (Ba). , And strontium (Sr)
And / or an electron emitting material layer 3 made of an alkaline earth metal oxide containing calcium (Ca), and a heater 3 disposed in the base 1 to emit thermoelectrons from the electron emitting material layer 2 by heating. It is to make it. In the thus configured cathode for an electron tube, the deposition of the electron emitting material layer 2 on the substrate 1 is performed as follows. First, alkaline earth metals (Ba,
A suspension made of a carbonate of Sr, Ca) is applied to the substrate 1 and heated by the heater 3 during the evacuation step. At this time, the alkaline earth carbonate is converted to an alkaline earth metal oxide. After that, a part of the alkaline earth metal oxide is reduced and activated so as to have semiconducting properties, thereby covering the substrate 1 with the electron emitting material layer 2 composed of the alkaline earth metal oxide. It is something that is dressed. [0004] In this activation step, part of the alkaline earth metal oxide is reacted as follows.
In other words, reducing elements such as silicon and magnesium contained in the base 1 move to the interface between the alkaline earth metal oxide and the base 1 by diffusion and react with the alkaline earth metal oxide. For example, if barium oxide (BaO) is used as an alkaline earth oxide, it reacts as in the formulas (1) and (2). BaO + 1 / 2Si = Ba + 1 / 2SiO 2 (1) BaO + Mg = Ba + MgO (2) As a result of this reaction, a part of the alkaline earth metal oxide formed on the substrate 1 is reduced. As a result, the semiconductor becomes an oxygen-deficient semiconductor, and electron emission of 0.5 to 0.8 A / cm 2 can be obtained at an operating temperature of 700 to 800 ° C. at the cathode temperature. However, in the electron tube cathode formed in this manner, a current density of 0.5 to 0.8 A / cm 2 or more in electron emission cannot be taken out. The reasons are as follows. That is, when a part of the alkaline earth metal oxide is subjected to a reduction reaction, SiO 2 , MgO or BaO is formed at the interface between the substrate 1 and the alkaline earth metal oxide as is clear from the above formulas (1) and (2). A composite oxide layer (intermediate layer) of SiO 2 is formed, and this intermediate layer acts as a high-resistance layer to obstruct the flow of electric current. It has been considered that the diffusion to the surface side of the substrate is prevented and sufficient barium (Ba) is not generated. A conventional cathode for an electron tube has the same structure as that shown in FIG. 2 described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-20941. In order to reduce the thickness, prevent the reducing agent from becoming turbid during its life, and prevent the strength of the substrate 1 from decreasing, lanthanum is added to the base 1.
In the figure, the components dispersed and contained in the form of aNi 5 and La 2 O 3 are shown. In the cathode for an electron tube constructed as described above, the nickel crystal grain boundary near the interface between the substrate 1 and the electron-emitting material layer 2, particularly the surface near the surface of the substrate 1, is in operation. Since the above-mentioned intermediate layer segregates at a position about 10 μm inside the electron emitting material layer 2 from the above interface, current flow and diffusion of the reducing element to the surface side of the electron emitting material layer 2 are hindered. There is a problem that sufficient electron emission characteristics cannot be obtained. In the case of the latter, LaNi is used when producing the base 1 mainly composed of nickel.
5 and La 2 O 3 , LaN
variations in the content status of i 5 and LO 2 O 3 is was easy to occur. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned point, and it is an object of the present invention to concentrate an intermediate layer made of a complex oxide near an interface between a substrate and an electron emitting material layer under a high current density. It is an object of the present invention to obtain a cathode for an electron tube which prevents emission, has stable emission characteristics for a long time, and has high productivity and reliability. A cathode for an electron tube according to the present invention comprises, as a main component, an alkaline earth metal oxide containing at least barium, and contains 0.3 to 20% by weight of a rare earth metal oxide. The electron emitting material layer containing nickel is a main component and is formed on a substrate containing a reducing element. The cathode used for a television is used as the cathode for an electron tube. Furthermore, the cathode for an electron tube according to the present invention,
An electron emitting material layer containing 0.3 to 20% by weight of a rare earth metal oxide is formed on a substrate containing nickel as a main component and a reducing element containing at least one of silicon and magnesium. It is a thing. In the present invention, 0.3 to 20% by weight of the rare earth metal oxide contained in the electron emitting material layer is activated during the formation of the electron emitting material layer on the substrate. When the alkaline earth metal carbonate is decomposed, or when barium oxide undergoes a dissociation reaction during operation as a cathode, it prevents the base from oxidizing and is contained in the base in the electron emitting material layer. The diffusion of the reduced element is appropriately controlled to prevent the intermediate layer composed of the composite oxide of the reducing element from being formed intensively near the interface between the substrate and the electron emitting material layer, and It is to be dispersed in the emitting material layer. Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the drawing, reference numeral 2 denotes an alkaline earth metal oxide 11 which is adhered to the bottom upper surface of the base 1 and contains at least barium, and additionally contains strontium and / or calcium, and is 0.1 to 20% by weight scandium oxide. , An electron emitting material layer containing a rare earth metal oxide 12 such as yttrium oxide. Next, a method of applying the electron emitting material layer 2 to the substrate 1 in the thus configured cathode for an electron tube will be described. First, barium, strontium and calcium ternary carbonate are mixed with scandium oxide powder. Alternatively, a desired weight% (weight% assuming that all of the ternary carbonate becomes an oxide) is added and mixed with the yttrium oxide powder to prepare a suspension. This suspension is applied by spraying to a thickness of about 80 microns on a substrate 1 mainly containing nickel,
Then, like the conventional one, through the decomposition process of carbonate to oxide and the activation process of reducing part of the oxide,
The electron-emitting material layer 2 is applied to the substrate 1. The rare earth metal oxide contained in the electron emissive material layer 2 to be deposited in such a way (Sc 2 0 3, Y 2 O
3 ) Various cathodes for electron tubes with various contents were prepared.
Diode vacuum tubes were prepared using this cathode for electron tubes, life tests were performed at various current densities, and changes in the emission current were examined. The results shown in FIGS. 3 and 4 were obtained. FIG. 3 shows electrons containing 5% by weight of Sc 2 O 3 when operated at 3.1 times (2.05 A / cm 2 ) the current density of 0.66 A / cm 2 as a conventional cathode for television. Lifetime characteristics of an electron tube cathode having an emissive material layer 2 and an electron tube cathode having an electron emissive material layer 2 containing 12% by weight of Y 2 O 3 and electron emission containing no rare earth metal oxide 7 shows a relationship with a conventional life characteristic having a material layer 2. As is clear from FIG. 3, the embodiment of the present invention containing a rare earth metal oxide has less emission degradation at high current density operation than the conventional one. FIG. 4 shows a rare earth metal oxide Sc
2 0 3 and Y 2 O 3 electron emitting substance layer 2 current density 0.66 in the electron tube cathode for having the addition ratio variously changed were the
A / cm 2 (1), current density doubled, 3.1
The relationship between the current density and the ratio of the emission current at 6000 hours to the initial emission current was shown by performing a life test under the conditions of 2 times and 4 times. As can be seen from FIG. 4, the rare earth metal oxides Sc 2 O 3 , Y
When the addition ratio of 2 O 3 is 0.1% by weight or more, there is an effect of preventing the emission from lowering under high current density operation.
This effect becomes significant when the content is 0.3% by weight or more. Although not shown, this effect was confirmed up to an addition rate of Sc 2 O 3 and Y 2 O 3 of 20 wt%. Next, the addition ratio of Sc 2 O 3 , a rare earth metal oxide, was set to 0.1, 1, 5 , 10, 2
Electron emitting material layer 2 changed to six kinds of 0 and 25% by weight
Were assembled into TV cathode-ray tubes, and after a predetermined process, TV cathode-ray tubes were prepared. FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the initial electron emission current characteristics. The vertical axis represents the maximum cathode current, and the horizontal axis represents the addition ratio of scandium oxide. As is apparent from FIG. 5, when the addition ratio of scandium oxide exceeds 20 wt%, the initial electron emission current decreases significantly. That is, when the addition ratio of Sc 2 0 3 and Y 2 O 3 is these rare earth metal oxides exceeds 20 wt%, stable removal of not performed newly extended aging when Emitsushiyon current after a manufacturing process Was difficult and not practical. Therefore, the content of the rare earth metal oxide in the electron emitting material layer 2 needs to be in the range of 0.1 to 20% by weight. In particular, the above effect was remarkable in the range of 0.3 to 15% by weight. In order to investigate the effect of the rare earth metal oxide contained in the electron emitting material layer 2 in detail, after measuring the emission current for 6000 hours in the experimental results of FIG. The cross section of the cathode for an electron tube having the electron emitting material layer 2 containing Sc 2 O 3 was analyzed by an electron beam X-ray microanalyzer (EPMA), and as a result, the results shown in FIGS. 6 and 7 were obtained. FIG. 6 shows the experimental results of a conventional cathode for an electron tube having the electron emitting material layer 2 containing no rare earth metal oxide. As is clear from FIG. Si and Mg, which are reducing agents contained in the substrate 1, are segregated near the interface with the emissive material layer 2, and this segregation state is closer to the substrate 1 than the interface between the substrate 1 and the electron emissive material layer 2. An electron emissive material layer 2 at a depth of about 5 μm and from the interface
The peaks of the reducing agents Si and Mg were simultaneously observed at a position of about 3 to 5 μm from Si, and the maximum peak of Si was observed at a position of about 13 μm from the above interface to the electron emitting material layer 2 side. Although not shown, the presence of a Ba peak was also confirmed at the same position as the Mg and Si peaks in the electron emitting material. Since the peaks of Si, Mg and Ba almost coincide with the peaks of oxygen, it is considered that these metals exist as oxides or composite oxides. Further, the presence of a small amount of Si in the substrate 1 was confirmed. Thus, in the conventional product operated at a high current density,
In the vicinity of the interface between the substrate 1 and the electron-emitting material layer 2, SiO 2 , MgO and their composite oxide layers are formed at the crystal grain boundaries in the substrate 1.
It can be seen that a composite oxide layer of BaO, MgO, and SiO 2 is formed at the position. Si mentioned above
The O 2 · MgO layer and the BaO · SiO 2 layer suppress the diffusion speed of Si and Mg, which are reducing agents, from the inside of the substrate 1 into the electron emitting material layer 2 and, because of high insulation, inhibit the flow of current. Eventually, it will cause wear due to dielectric breakdown in the electron emitting material. [0020] In contrast, in the electron tube cathode for having an electron emissive material layer 2 containing the Sc 2 0 3 is a rare earth metal oxide is present embodiment, the substrate as shown the experimental results in FIG. 7 1, the reducing agents contained in Si, M
g are dispersed on average, and the peaks of these reducing agents do not exist at all near the interface between the substrate 1 and the electron emitting material layer 2 as in the conventional example shown in FIG. . This is considered to be due to the following reasons. That is, when the alkaline earth metal carbonate is decomposed into an oxide at the time of activation, or when BaO is used during operation of the electron tube cathode.
It is considered that the rare earth metal oxide prevents oxidation of the base 1 when such a case causes a dissociation reaction. For example, it is considered that the rare earth metal oxide prevents oxidation of the substrate 1. For example,
Reaction when the rare earth metal oxide is scandium oxide (Sc 2 0 3) is made of a manner of the following formula (4) (6). Embedded image Accordingly, as is apparent from the above formulas (3) and (5), in the electron tube cathode having the electron emitting material layer 2 containing no rare earth metal oxide, the base 1 and the electron are already in the early stage of the life. Nickel oxide formed at the interface with the radioactive material layer 2 and Si and Mg as reducing agents in the base 1
Reacts to form SiO 2 .MgO 2 in the outermost layer at the interface and in the grain boundaries in the vicinity thereof. Therefore, the diffusion of the reducing agents Si and Mg into the electron emitting material layer 2 is limited by the SiO 2 .MgO oxide layer, and
The second site (location) is formed near the oxide layer. Therefore, particularly when operating at a high current density, the reactions (1) and (2) are vigorously carried out, and the oxide SiO 2 .MgO due to the reducing agent is generated in a concentrated manner in the vicinity of the oxide layer. As the reactions of (1) and (2) proceed, the diffusion of the reducing elements Si and Mg into the electron-emitting material is further suppressed, and the emission is significantly reduced. On the other hand, in the cathode for an electron tube having the electron emitting material layer 2 containing the rare earth metal oxide according to the embodiment of the present invention, the rare earth metal oxide in the electron emitting material layer 2 is made of nickel of the base 1. Since the oxidation reaction is prevented, the reducing elements Si and Mg do not form an oxide layer at or near the crystal grain boundaries in the base 1, but easily diffuse into the electron emitting material layer, and (1) (2) The reaction site (2) is formed at the grain boundary in the electron emitting material layer 2, and the reaction site is located at a more dispersed place than in the conventional example. Further, since the rare earth metal oxide in the electron emitting material layer 2 moderately controls the diffusion of the reducing element into the electron emitting material layer, it is stable and good even after operation under a high current density for a long time. High emission characteristics can be maintained. Therefore, the addition of less than 0.1% by weight of the rare earth metal oxide is insufficient in the effect of suppressing the formation of the SiO 2 .MgO oxide layer in the vicinity of the grain boundary of the substrate 1, resulting in a decrease in emission characteristics. start. When the rare earth metal oxide is added in an amount of 0.3% by weight or more, the effect of maintaining good emission characteristics becomes remarkable. On the other hand, if it is added in an amount of more than 20% by weight, the function of suppressing the diffusion of the reducing element in the electron-emitting substance becomes large, and long-term aging is required for stable extraction of the emission current. When the rare earth metal oxide is added in the range of 0.1 to 20% by weight, a solid solution phenomenon of the rare earth metal in the substrate 1 is confirmed, and after operating for 6000 hours (current density of 2.05 A). / Cm 2 ), there was no peeling phenomenon of the electron emitting material layer 2 from the substrate 1. Incidentally, the occurrence frequency of the peeling phenomenon in the conventional cathode for an electron tube having the electron emitting material layer 2 containing no rare earth metal oxide was 30%. [0028] In the above embodiment, although there have been described what with Sc 2 0 3 and Y 2 O 3 as the rare earth metal oxides obtained a similar effect in other rare earth metal oxides, in particular the effect was pronounced in sc 2 0 3, Y 2 O 3, Ce 2 0 3. As described above, according to the present invention, the cathode can be manufactured under substantially the same manufacturing conditions as the conventional one, and the dispersion state of the rare earth metal oxide can be relatively easily controlled. As described above, the present invention provides an electron-emitting material layer mainly composed of an alkaline earth metal oxide containing at least barium, which is adhered to a substrate containing a reducing element. Contains 0.3 to 20% by weight of a rare earth metal oxide, so that the rare earth metal oxide is 2 to 4 times as large as the conventional one in which the rare earth metal oxide is not contained in the electron emitting material layer.
That is, 1.32 A / cm 2 (= 0.66 × 2) to 2.64
It has a long life under an operation of a high current density of A / cm 2 (= 0.66 × 4), and has the effect of obtaining an inexpensive and highly reliable electron tube cathode with few restrictions on production. . Further, when used as a cathode for a television, since it can be used at the same operating temperature as a conventional oxide cathode, there is no new influence on thermal deformation of a cathode component in a cathode ray tube for a TV.
Therefore, a highly reliable cathode can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】 この発明の一実施例を示す断面図である。 【図2】 従来の電子管用陰極を示す断面図である。 【図3】 寿命試験時間とエミツシヨン電流との関係を
示す特性図である。 【図4】 電流密度とエミツシヨン電流比との関係を示
す特性図である。 【図5】 酸化スカンジム含有率と最大陰極電流との
関係を示す特性図である。 【図6】 図2のものの6000時間でのエミツシヨン
電流測定後の断面をEPMAによって測定した結果を示
す特性図である。 【図7】 図1のものを図6と同様に測定した結果を示
す特性図である。 【符号の説明】 1 基体 2 電子放射物質層
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional cathode for an electron tube. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a life test time and an emission current. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a current density and an emission current ratio. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the oxide scandium c arm content and maximum cathode current. FIG. 6 is a characteristic diagram showing a result obtained by measuring a cross section of the semiconductor laser shown in FIG. 2 after an emission current measurement for 6000 hours by EPMA. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the result of measurement of FIG. 1 in the same manner as in FIG. [Description of Signs] 1 Base 2 Electron emitting material layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 金治郎 京都府長岡京市馬場図所1番地 三菱電 機株式会社 京都製作所内 (72)発明者 鎌田 豊一 京都府長岡京市馬場図所1番地 三菱電 機株式会社 京都製作所内 (56)参考文献 特開 昭56−45542(JP,A) 特開 昭49−12758(JP,A) 特公 昭64−5417(JP,B2) 特公 平7−75140(JP,B2) 米国特許1794298(US,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Kinjiro Sano               1 Baba Zujo, Nagaokakyo-shi, Kyoto Mitsubishi Electric               Kiki Co., Ltd. in Kyoto Works (72) Inventor Tomoichi Kamada               1 Baba Zujo, Nagaokakyo-shi, Kyoto Mitsubishi Electric               Kiki Co., Ltd. in Kyoto Works                (56) References JP-A-56-45542 (JP, A)                 JP-A-49-12758 (JP, A)                 JP-B 64-5417 (JP, B2)                 Tokiko Hei 7-75140 (JP, B2)                 US Patent 1794298 (US, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.主成分がニッケルからなり、還元性元素を含む基体
上に、少なくともバリウムを含むアルカリ土類金属酸化
物を主成分とし、0.3〜20重量%の希土類金属酸化
物の成分を含んだ電子放射物質層を、被着形成したこと
を特徴とする電子管用陰極。 2.電子放射物質層が、1.32A/cm2〜2.64A
/cm2の範囲内の電流密度下で動作されるテレビ用陰極
に用いられることを特徴とする請求項1に記載の電子管
用陰極。 3.還元性元素がシリコンあるいはマグネシウムの少な
くとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載の電
子管用陰極。
(57) [Claims] Electron emission containing, as a main component, an alkaline earth metal oxide containing at least barium on a substrate containing a reducing element and containing 0.3 to 20% by weight of a rare earth metal oxide. A cathode for an electron tube, wherein a material layer is formed by deposition. 2. The electron emitting material layer is 1.32 A / cm 2 to 2.64 A
The cathode for an electron tube according to claim 1, wherein the cathode is used for a television cathode operated under a current density in the range of / cm 2 . 3. If the reducing element is low in silicon or magnesium
The cathode for an electron tube according to claim 1, wherein at least one of the cathodes is included.
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