JPH02301930A

JPH02301930A - 電子管用陰極

Info

Publication number: JPH02301930A
Application number: JP1123101A
Authority: JP
Inventors: Shigeko Ishida; 石田　誠子; Keiji Watabe; 渡部　勁二; Masato Saito; 正人斉藤; Keiji Fukuyama; 福山　敬二; Ryo Suzuki; 量鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1990-12-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、ＴＶ用陰極線管などに用いられている電子
管用陰極に関する。

［従来Ｃ技術］第２図は従来のＴＶ用陰極線管や、撮像管に用いられて
いる陰極を示す縦断面図で、（１）はシリコン（Ｓｔ）
、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）は電子
放射物質層で、基体（１）の底部上面に被着された少な
くともバリウム（Ｂａ）を含み、他にストロンチウム（
Ｓｒ）もしくはカルシウム（Ｃａ）、またはストロンチ
ウムおよびカルシウムを含むアルカリ土類金属酸化物が
被着形成されている。（３）は基体（１）内に配設され
たヒータで、電子放射物質層（２）を加熱して熱電子を
放出させるためのものである。

このように構成された電子管陰極において、基体（１）
への電子放射物質層（２）の被着は次のようにして行な
われる。

まず、アルカリ土類金属（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）の三元炭
酸塩からなる懸濁液を基体（１）の底部上面に塗布し、
真空排気工程中にヒータ（３）によって加熱する。この
とき、アルカリ土類金属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施
すことにより、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）を被着形成している。

この活性化工程において、アルカリ土類金属の酸化物の
一部は次のように反応する。つまり、基体（１）内に含
有されているシリコン、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）　
との界面に移動し、アルカリ土類金属酸化物と反応する
。例えば、アルカリ土類金属酸化物が酸化バリウム（Ｂ
ａｄ）であれば、次式（１）　　（２）のように反応す
る。

ＢａＯ＋ｌＳ　ｉ　＝Ｂａ＋ｌＳ　ｉ　０２　・＝（１
）ＢａＯ＋Ｍｇ　　＝Ｂａ＋ＭｇＯ−−・（２）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て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電子放射物質層（
２）となる。

ところが、このようにして形成された電子管用陰極では
、電子放射が０，５〜０．８Ａ／ｃｍ２以上の電流密度
では取り出せない。この理由は、アルカリ土類金属酸化
物の一部を還元反応させたとき、（１）　、　　（２）
式からも明らかなように、基体（１）と電子放射物質層
（２）との界面に、ＳｉＯ２，ＭｇＯあるいはＢａＯ・
５ｉｎ２などの複合酸化物層（以下、「中間層」という
）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、および上記中間層が、基体（１）中の
還元性元素（Ｓｔ、Ｍｇ）が電子放射物層（２）の表面
側へ拡散するのを妨げるため、十分な量のバリウムが生
成されないからであると考えられている。つまり、電子
管動作中に、基体（１）と電子放射物層（２）との界面
近傍、特に、基体（１）の表面近傍のニッケル結晶粒界
と、界面より１０μｍ程度電子放射物質層（２）の内側
の位置に、偏析する中間層のため、電流の流れおよび電
子放射物質層（２）の表面側への還元元素の拡散が妨げ
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。

これに対して、特願昭６０−２２９３０３号には、基体
（１）に０．０１〜０．５重量％の希土類金属を含有さ
せることによって、電子放射物層Ｎ（２）を基体（１）
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（１）が酸化する
反応を防止するとともに、電子放射物質層（２）中への
基体（１）に含有されている還元性元素の拡散を適度に
制御し、中間層が基体（１）と電子放射物質層（２）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（２）内に分散させるという技術が示
されている。つまり、この第２の従来例の電子管用陰極
は、中間層が分散されるために、１〜３　Ａ／ｃｍ２程
度の高電流密度動作でのエミッション劣化が少ないとい
う優れた特性を有するものである。

ところが、この第２の従来例においても、３　Ａ／ｃｍ
２を越える、例えば４　Ａ／ｃｍ２の高電流密度動作で
はエミッション劣化が大きいという問題点がある。

さらに、第３の従来例として特願昭６１−０８８７１２
号には、希土類金属をアルカリ土類金属と共沈させて四
元炭酸塩としたものを用いることによって、エミッショ
ンの劣化を改善するという技術が示されている。

［発明が解決しようとする課題］このように第２の従来例の電子管用陰極には、３Ａ／ａ
ｍ２を越える高電流密度で動作させた場合のエミッショ
ンの劣化が大きいという問題点があり、第３の従来例に
は、３種のアルカリ土類金属と希土類金属の共沈化合物
の組成の管理が難しいため、エミッション特性のバラツ
キが大きいという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、４Ａ／ｃｍ２以上の高電流密度で動作され
た場合でもエミッション劣化が少なく、かつエミッショ
ン特性のバラツキの少ない電子管用陰極を得ることを目
的とする。

［課題を解決するのための手段〕この発明に係る電子管用陰極はニッケルを主成分とする
基体上に被着形成されている電子放射物質層を、バリウ
ムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、バリウ
ムと希土類金属との共沈酸化物を０．０３〜７０重量％
含有させた点を特徴とする。

［作用コこの発明における、電子放射物質層中に含有された希土
類金属は、電子放射物質層が基体上に被着形成される際
、また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
、当該電子放射物質層内への基体に含有されている還元
性元素の拡散を適度に制御し、この還元性元素によって
形成される中間層が、基体と電子放射物質層との界面近
傍に集中するのを防止し、中間層を電子放射物質層内に
分散させるように作用する。

また、電子放射物質層内に含有されている希土類金属は
、バリウムとの共沈酸化物で組成されているので、仕事
関数が低下し、ジュール熱によるバリウムの蒸発を抑制
する。

さらに、この共沈酸化物の組成は、バリウムと希土類元
素の二元酸化物であるので、合成し易く、組成の管理も
容易となるので、組成の変動にともなうエミッション特
性のバラツキを少なくすることかできる。

［発明の実施例］以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。図において、（１）は主成分がニッケルからなる基体
、（２ａ）は基体（１）の底部上面に被着された電子放
射物質層で、少なくともバリウムの他にストロンチウム
もしくはカルシウム、またはストロンチウムおよびカル
シウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、バ
リウムと希土類金属元素との共沈酸化物（２０）を５．
０％含んだ重子放射物質を被着して形成されている。

つぎに、この実施例のバリウムと希土類金属との共沈塩
の合成方法について説明する。

まず、硝酸バリウムと硝酸スカンジウムを混合してイオ
ン交換水に溶解させ、炭酸ナトリウム溶液を加える。こ
のとき、硝酸バリウムと硝酸スカンジウムとは、それぞ
れ炭酸塩にした場合のモル比（炭酸バリウム：炭酸スカ
ンジウム）が１＝１になるようにする。生成物を濾過、
洗浄、乾燥させてバリウムとスカンジウムの共沈炭酸塩
が得られる。

つぎに、電子放射物質層（２ａ）の形成被着方法につい
て説明する。

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、バリウムとスカンジウムの二元炭酸塩をスカン
ジウム全体の５重量％添加混合し、ニトロセルローズラ
ッカーと酢酸ブチルとを添加し、混合して電子放射物質
懸濁液作成する。

この電子放射物質懸濁液を基体（１）上にスプレー法に
より約８０ミクロンの厚みで塗布し、その後電子管製造
工程において、炭酸塩から酸化物への分解過程、および
酸化物の一部を還元する活性過程を経て、電子放射物層
（２ａ）を基体（１）上に被着形成させる。

第３図はエミッション特性図で、希土類が全く含有され
ていない電子放射物質層（２）を備えた第１の従来例の
電子管用陰極の特性（ａ）と、５重量％の酸化スカンジ
ウムをアルカリ土類金属酸化物に単に混合した電子放射
物層（２）を備えた第２の従来例の電子管用陰極の特性
（ｂ）と、アルカリ土類金属とスカンジウムを共沈させ
た（Ｓｃとして全体の５重量％含有）共沈酸化物の電子
放射物質層（２）を備えた第３の従来例の電子管用陰極
の特性（Ｃ）と、本実施例のアルカリ土類酸化物に、バ
リウムとスカンジウムの共沈酸化物を混合（Ｓｃとして
全体の５重量％）した電子放射物質層（２ａ）とを備え
た電子管用陰極（２ａ）の特性（ｄ）の４種類の電子管
用陰極を、４．３Ａ／ｃｍ２の電流密度で動作させて寿
命試験を行った時の相対エミッション電流を示したもの
である。第３図からもわかるように本実施例の特性ｄで
は、４．３Ａ／ｃｍ２の高電流密度下でもエミッション
の劣化が少ない。

本実施例が従来例に比較して優れているのは以下の理由
によると考えられる。

■電子放射物質層（２ａ）を形成しているアルカリ土類
金属酸化物と、アルカリ土類金属と希土類金属の共沈酸
化物は容易にＢａ５ｃ２０４を形成する。このＢａ５ｃ
２０４は、ニッケル基体（１）中の還元性元素シリコン
、マグネシウムと電子放射物質層（２ａ）との反応で生
成された中間層を分解させる働きを持っている。

■またバリウムとスカンジウム共沈酸化物（２０）は、
バリウムを吸着する作用を持っているので、高電流密度
で動作した場合のジュール熱によるバリウムの蒸発を抑
える効果がある。したがって、高電流密度で動作させた
場合でも、安定し、優れたエミッション特性を得ること
ができる。

なお、上記実施例では、バリウムとスカンジウムの共沈
酸化物を、５重量％のスカンジウムを含有させた例を示
したが、０．０３〜７０重量％の範囲で効果が認められ
た。また、上記実施例では、共沈方法として炭酸塩法を
用いたが、他の方法、例えば、シュウ酸塩法でも同様の
効果が確認できた。

［発明の効果コ以上のように、この発明によれば、バリウムとスカンジ
ウムの共沈酸化物を電子放射物質層内に含有させたので
、基体との界面近傍に形成される高絶縁性の複合酸化物
質を分解できる。このため、従来よりも高電流密度動作
下での長寿命を実現し、安価で製造上の制約か少ない信
頼性の高い電子管用陰極が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は従
来の電子管用陰極を示す断面図、第３図はこの実施例と
従来の陰極の寿命試験期間とエミッション電流比の関係
を示すグラフである。（１）・・・基体、（２ａ）・・・電子放射物質層、（
２０）・・・バリウムとスカンジウムの共沈酸化物。なお、各図中、同一符号は、同一、または相当部を示す
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ニッケルを主成分とする基体上に、バリウムを含
むアルカリ土類金属酸化物を被着形成してなる電子放射
物質層を備えた電子管用陰極であつて、上記電子放射物
質層が、０．００３〜７０重量％のバリウムと希土類金
属との共沈酸化物を含有してなることを特徴とする電子
管用陰極。