JPH0325824A - 含浸形カソード - Google Patents
含浸形カソードInfo
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- JPH0325824A JPH0325824A JP1156771A JP15677189A JPH0325824A JP H0325824 A JPH0325824 A JP H0325824A JP 1156771 A JP1156771 A JP 1156771A JP 15677189 A JP15677189 A JP 15677189A JP H0325824 A JPH0325824 A JP H0325824A
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Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
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。
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〕
本発明は、高精細ブラウン管等に使用される高電流密度
カソードに関するものである。
カソードに関するものである。
表示管，ブラウン管，撮像管等の高精細化には高電流密
度の含浸形カソード、特にＳｃ系含浸形カソードが有望
視されているａ Ｓ ａ系の含浸形カソードは，特開昭
６３ − ９１９２４号に示されるように，Ｗの焼結体
の内部に電子放出材料を含浸したカソード表面に、Ｗ及
びＷとＳｃを含む酸化物からなる薄膜層を設けている．
上記カソードは，動作時にカソード表面にＢａ，Ｓｃ及
び０からなる低仕事関数の単分子ないし数分子ＰＩ．度
の（Ｈａ：Ｓｃ：０）複合層が形成されていることが特
徴である．Ｓｃ系含浸形カソードでは、ヒータで加熱す
ることにより、下地カソード内で耐熱多孔質体と電子放
出物質が反応し、生成したＢａが細孔内を通り表面に達
する。またＢａは薄膜層を通過する際に薄膜屑と反応し
，Ｓｃをカソード表向に生或させる． 従来のＷ及びＷとＳｃを含む酸化物からなる薄膜層を表
向に形成した含浸形カソードでは、（Ｂａ：Ｓｃ：Ｏ）
複合層の構成分子であるＳｃは、Ｂａが薄膜層を通過す
る際に生或するＳｃのみであり、長時ｒＩＪＪ動作させ
ると＃膜層部の変質とＢａの供給量の減少によってＳｃ
の生成量が減少し、カソード表面の仕事関数が高くなり
、電子放出特性の低下につながった． 〔発明が解決しようとするｉ１Ｉｌ題〕上記従来技術に
よる含浸形カソードは、動作時においてカソード表面に
低仕事関数の（Ｂａ：Ｓｃ：Ｏ）の単分子層を形成する
ことによって電子放出特性を向上させている，しかしな
がら長特間動作させると単分子層構或分子であるＳｃが
減少し、電子放出特性の劣下が生じるため処寿命になる
という問題があった。
度の含浸形カソード、特にＳｃ系含浸形カソードが有望
視されているａ Ｓ ａ系の含浸形カソードは，特開昭
６３ − ９１９２４号に示されるように，Ｗの焼結体
の内部に電子放出材料を含浸したカソード表面に、Ｗ及
びＷとＳｃを含む酸化物からなる薄膜層を設けている．
上記カソードは，動作時にカソード表面にＢａ，Ｓｃ及
び０からなる低仕事関数の単分子ないし数分子ＰＩ．度
の（Ｈａ：Ｓｃ：０）複合層が形成されていることが特
徴である．Ｓｃ系含浸形カソードでは、ヒータで加熱す
ることにより、下地カソード内で耐熱多孔質体と電子放
出物質が反応し、生成したＢａが細孔内を通り表面に達
する。またＢａは薄膜層を通過する際に薄膜屑と反応し
，Ｓｃをカソード表向に生或させる． 従来のＷ及びＷとＳｃを含む酸化物からなる薄膜層を表
向に形成した含浸形カソードでは、（Ｂａ：Ｓｃ：Ｏ）
複合層の構成分子であるＳｃは、Ｂａが薄膜層を通過す
る際に生或するＳｃのみであり、長時ｒＩＪＪ動作させ
ると＃膜層部の変質とＢａの供給量の減少によってＳｃ
の生成量が減少し、カソード表面の仕事関数が高くなり
、電子放出特性の低下につながった． 〔発明が解決しようとするｉ１Ｉｌ題〕上記従来技術に
よる含浸形カソードは、動作時においてカソード表面に
低仕事関数の（Ｂａ：Ｓｃ：Ｏ）の単分子層を形成する
ことによって電子放出特性を向上させている，しかしな
がら長特間動作させると単分子層構或分子であるＳｃが
減少し、電子放出特性の劣下が生じるため処寿命になる
という問題があった。
本発明の目的は、Ｓｃが枯渇しない長寿命の含浸形カソ
ードを得ることにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、Ｓｃを含む薄膜層を表画に形成したＳｃ系
の含浸形カソードにおいて、新たに薄膜層中にＳｃの供
給源を設けた新構成の含浸形カソードにより達成される
． Ｓｃの供給源としてはＳｃとＲｅ，Ｎｉ，Ｏｓ，Ｒｕ．
Ｐｔ，Ｗ， Ｔａ，Ｍｏから成る群から選ばれた少なく
とも１極の元素との混合物もしくは化合物がある．また
、混合物もしくは化合物中のＳｃの含有量は、Ｒｅ，Ｏ
ｓ，Ｒｕ，｝’ｔとの混合物もしくは化合物の場合は、
１〜２０重量％のＩ＠囲が好ましく、Ｎｉ，Ｗ，Ｔａ，
Ｍｏとの混合物もしくは化合物の場合は１〜５重量％の
範囲が好ましい． 〔作用〕 カソード動作中の加熱により、Ｓｃの供給源のＳｃが表
面に偏析する。この結果、（Ｂａ：Ｓｃ：Ｏ）複合単分
子荊へのＳｃの供給が長時間安定に行われる。
ードを得ることにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、Ｓｃを含む薄膜層を表画に形成したＳｃ系
の含浸形カソードにおいて、新たに薄膜層中にＳｃの供
給源を設けた新構成の含浸形カソードにより達成される
． Ｓｃの供給源としてはＳｃとＲｅ，Ｎｉ，Ｏｓ，Ｒｕ．
Ｐｔ，Ｗ， Ｔａ，Ｍｏから成る群から選ばれた少なく
とも１極の元素との混合物もしくは化合物がある．また
、混合物もしくは化合物中のＳｃの含有量は、Ｒｅ，Ｏ
ｓ，Ｒｕ，｝’ｔとの混合物もしくは化合物の場合は、
１〜２０重量％のＩ＠囲が好ましく、Ｎｉ，Ｗ，Ｔａ，
Ｍｏとの混合物もしくは化合物の場合は１〜５重量％の
範囲が好ましい． 〔作用〕 カソード動作中の加熱により、Ｓｃの供給源のＳｃが表
面に偏析する。この結果、（Ｂａ：Ｓｃ：Ｏ）複合単分
子荊へのＳｃの供給が長時間安定に行われる。
つぎに本発明の実施例を図面をもとに説明する。
第１図は本発明による含浸形カソードの断面図、第２図
はカソードの電子放出特性の経時変化を示す図である，
第１図において，カソードを形成する下地含浸形カソー
ド１は、粒径５μｍのＷ粉をプレス成形し水素中で仮焼
結したのち真空中で焼結して作製した空孔率２８％の多
孔質基体に、４ＢａＯ・ＡＲｚＯｓ・ＣａＯの組成を有
する電子放出物質を水素雰囲気中で溶融含浸したもので
ある．上記ド地含浸形カソード１を、カツプ２に入れた
のちスリーブ３に挿入する。上記カツプ２のド部にはス
リーブ３内に加熱用ヒータ４を設けている。上記ド地含
浸形カソード１の表面にＷとＳｃ２ＷａＯｔｚ及びＲ
ｅと１５〜４０％Ｓｃ原子比のＳｃの混合物もしくは化
合物からなる＃膜屑５を設けている．この上部薄膜層５
はスパッタリング装置を用いて形成した．また、膜組成
は誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣ：ＰＳ法）及び蛍光
Ｘ線分析（ ＦＬＡ法）によって求めた。スパッタリン
グ用のターゲットは、ＷとＳｃｚＷｓＯｘｘ紛とを種極
の組威比で混合しプレス或形・焼結したものと、Ｒｅと
Ｓｃの混合物もしくは化合物を用い、各種組成及び種々
の厚さの複合薄膜層を形或した．なお．ＲｅとＳｃの混
合物もしくは化合物は真空焼結炉で１ ２００℃〜１３
００℃で約１時間処理を行い合威した． 上記のようにして複合薄膜Ｍ５を形或した含浸形カソー
ドは、アルミナを被覆したＷヒータ４を用いて１ ０−
”Ｔｏｒｒ台の真空容器内で約９００℃（Ｒ度温度）に
加熱し、アノード及びカソードの平行平板からなる２極
形式でパルス電圧を印加し、電子放出能の測定を行った
。第２図は種々の場合におけるカソードの動作温度１’
２００℃での電子放出特性、すなわち含浸形カソード１
の表面にＷ中に１〜２０重量％Ｓｃからなる組成の薄膜
層を形或しただけのカソード特性６，上記薄膜層中にＲ
ｅとＳｃの混合物もしくは化合物を１〜２０重量％混入
させたカソード特性７をそれぞれ示している。また，そ
れぞれのカソードの薄膜層５の膜厚は１００〜３００ｎ
ｍにしたときの特性である。
はカソードの電子放出特性の経時変化を示す図である，
第１図において，カソードを形成する下地含浸形カソー
ド１は、粒径５μｍのＷ粉をプレス成形し水素中で仮焼
結したのち真空中で焼結して作製した空孔率２８％の多
孔質基体に、４ＢａＯ・ＡＲｚＯｓ・ＣａＯの組成を有
する電子放出物質を水素雰囲気中で溶融含浸したもので
ある．上記ド地含浸形カソード１を、カツプ２に入れた
のちスリーブ３に挿入する。上記カツプ２のド部にはス
リーブ３内に加熱用ヒータ４を設けている。上記ド地含
浸形カソード１の表面にＷとＳｃ２ＷａＯｔｚ及びＲ
ｅと１５〜４０％Ｓｃ原子比のＳｃの混合物もしくは化
合物からなる＃膜屑５を設けている．この上部薄膜層５
はスパッタリング装置を用いて形成した．また、膜組成
は誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣ：ＰＳ法）及び蛍光
Ｘ線分析（ ＦＬＡ法）によって求めた。スパッタリン
グ用のターゲットは、ＷとＳｃｚＷｓＯｘｘ紛とを種極
の組威比で混合しプレス或形・焼結したものと、Ｒｅと
Ｓｃの混合物もしくは化合物を用い、各種組成及び種々
の厚さの複合薄膜層を形或した．なお．ＲｅとＳｃの混
合物もしくは化合物は真空焼結炉で１ ２００℃〜１３
００℃で約１時間処理を行い合威した． 上記のようにして複合薄膜Ｍ５を形或した含浸形カソー
ドは、アルミナを被覆したＷヒータ４を用いて１ ０−
”Ｔｏｒｒ台の真空容器内で約９００℃（Ｒ度温度）に
加熱し、アノード及びカソードの平行平板からなる２極
形式でパルス電圧を印加し、電子放出能の測定を行った
。第２図は種々の場合におけるカソードの動作温度１’
２００℃での電子放出特性、すなわち含浸形カソード１
の表面にＷ中に１〜２０重量％Ｓｃからなる組成の薄膜
層を形或しただけのカソード特性６，上記薄膜層中にＲ
ｅとＳｃの混合物もしくは化合物を１〜２０重量％混入
させたカソード特性７をそれぞれ示している。また，そ
れぞれのカソードの薄膜層５の膜厚は１００〜３００ｎ
ｍにしたときの特性である。
本発明の代表的なカソードは、添加物を除く薄膜の組成
が５重量％Ｓｃであり，添加物は５〜１０重量％Ｒｅと
Ｓｃの混合物，化合物であった。
が５重量％Ｓｃであり，添加物は５〜１０重量％Ｒｅと
Ｓｃの混合物，化合物であった。
本発明によって得られた含浸形カソードは、電流が飽和
する時間が早く、特性的には従来カソードと同等もしく
は１．１ 倍程度高い特性を示し、加熱処理に伴う電子
放出特性の変化では従来カソードより約１０倍程度良い
特性を維持することができた．また表ｌはＳｃとＯｓ，
Ｒｕ，Ｎｉ，Ｐｔ．ｓＴａ，Ｍｏとの混合物を供給源と
して用いた場合の初期放出電流密度と１００ｈ加熱後の
値を比較を示しており、上記元素も同等の効果を示すこ
とが確認された． 表ｌ また同実施例のカソード表面のＳｃａ度の変化を，オー
ジエ分析法を用いて調べた。その結果，表面Ｓｃ濃度は
，１１５０℃で約３０分加熱するとほぼ一定値に達し、
しかも１００ｈの加熱後においても，加熱初期（１１５
０℃，３０分）の値の８０％の濃度を示した。これに対
し、Ｒｅ−Ｓｃ化合物を薄膜層５に添加しない従来のカ
ソードにおいては１００ｈ加熱後においては３０％以下
となった。
する時間が早く、特性的には従来カソードと同等もしく
は１．１ 倍程度高い特性を示し、加熱処理に伴う電子
放出特性の変化では従来カソードより約１０倍程度良い
特性を維持することができた．また表ｌはＳｃとＯｓ，
Ｒｕ，Ｎｉ，Ｐｔ．ｓＴａ，Ｍｏとの混合物を供給源と
して用いた場合の初期放出電流密度と１００ｈ加熱後の
値を比較を示しており、上記元素も同等の効果を示すこ
とが確認された． 表ｌ また同実施例のカソード表面のＳｃａ度の変化を，オー
ジエ分析法を用いて調べた。その結果，表面Ｓｃ濃度は
，１１５０℃で約３０分加熱するとほぼ一定値に達し、
しかも１００ｈの加熱後においても，加熱初期（１１５
０℃，３０分）の値の８０％の濃度を示した。これに対
し、Ｒｅ−Ｓｃ化合物を薄膜層５に添加しない従来のカ
ソードにおいては１００ｈ加熱後においては３０％以下
となった。
上記のとおり本発明のカソードにおいては、Ｓｃ濃度の
減少は従来例に比較し少なく、カソード寿命は著しく改
善されることは明らかである。
減少は従来例に比較し少なく、カソード寿命は著しく改
善されることは明らかである。
上記のように本発明による含浸形カソードは、耐熱多孔
質基体内の空孔部にＢａを含む電子放出物質を含浸した
カソード表面に、Ｗ及びＷとＳｃを含む酸化物からなる
薄膜層にＳｃを含むＲｅ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｐｔ＋ Ｗ＋
Ｔａ，Ｍｏなどの混合物もしくは化合物を添加すること
により、電子放出特性向上に必要な（Ｂａ：Ｓｃ二Ｏ）
の単分子層構成分子であるＳｃをカソード表面に，供給
しやすくしたものである．従来カソードは下地カソード
からＢａが表面に供給され薄膜層と反応し、Ｓｃが生或
されるが、長時間動作させると薄膜層部の変質とＢａの
供給量の減少によってＳｃの生成量が減少し、単寿命に
なってしまった。しかし，上記カソードにおいては、従
来の薄膜層にさらにＳｃを表面に析出しやすい混合物も
しくは化合物を添加することにより、Ｂａと薄膜層の反
応ができなくなってからち上記混合物もしくは化合物か
らＳｃを表面に供給することができ寿命特性の向上の効
果がある。
質基体内の空孔部にＢａを含む電子放出物質を含浸した
カソード表面に、Ｗ及びＷとＳｃを含む酸化物からなる
薄膜層にＳｃを含むＲｅ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｐｔ＋ Ｗ＋
Ｔａ，Ｍｏなどの混合物もしくは化合物を添加すること
により、電子放出特性向上に必要な（Ｂａ：Ｓｃ二Ｏ）
の単分子層構成分子であるＳｃをカソード表面に，供給
しやすくしたものである．従来カソードは下地カソード
からＢａが表面に供給され薄膜層と反応し、Ｓｃが生或
されるが、長時間動作させると薄膜層部の変質とＢａの
供給量の減少によってＳｃの生成量が減少し、単寿命に
なってしまった。しかし，上記カソードにおいては、従
来の薄膜層にさらにＳｃを表面に析出しやすい混合物も
しくは化合物を添加することにより、Ｂａと薄膜層の反
応ができなくなってからち上記混合物もしくは化合物か
らＳｃを表面に供給することができ寿命特性の向上の効
果がある。
第１図は、本発明の含浸形カソード断面の模式図，第２
図は、カソードの電子放出特性の経時変化を示す図であ
る。 １・・・Ｗ多孔質基体、２・・・カップ、３・・・スリ
ーブ、４・・・加熱用ヒータ、５・・・ＷとＳ ｃ′Ｊ
Ｗ Ｏ ｇとＲｅＨＳｃ９もしくはＲｅ’Ｓｃの複合薄
膜層、６・・・従来の含浸形カソード特性、７・・・本
発明のカソ一ド特性。 妬 ） 図 熟勉理時閉（ｈ）
図は、カソードの電子放出特性の経時変化を示す図であ
る。 １・・・Ｗ多孔質基体、２・・・カップ、３・・・スリ
ーブ、４・・・加熱用ヒータ、５・・・ＷとＳ ｃ′Ｊ
Ｗ Ｏ ｇとＲｅＨＳｃ９もしくはＲｅ’Ｓｃの複合薄
膜層、６・・・従来の含浸形カソード特性、７・・・本
発明のカソ一ド特性。 妬 ） 図 熟勉理時閉（ｈ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、耐熱多孔質金属基体に電子放出物質を含浸させた含
浸形カソードにおいて、上記カソードの電子放出面に、
ＷとＳｃ＿２Ｏ＿３もしくはＳｃ＿２Ｗ＿３Ｏ＿１＿２
の混合薄膜層を形成し、かつ該薄膜層中にスカンジユウ
ム（Ｓｃ）の供給源を加えたことを特徴とする含浸形カ
ソード。 ２、特許請求の範囲第１項記載の含浸形カソードにおい
て、上記Ｓｃの供給源は、加熱することによつてＳｃが
表面に偏析する材料である含浸形カソード。 ３、特許請求の範囲第２項記載の含浸形カソードにおい
て、上記Ｓｃの供給源は、ＳｃとＲｅ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｒ
ｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏから成る群から選ばれた少な
くとも１極の元素との混合物もしくは化合物である含浸
形カソード。 ４、特許請求の範囲第３項記載の含浸形カソードにおい
て、上記Ｓｃの供給源元素群はＲｅ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐｔ
、上記Ｓｃの含有量は１〜２０重量％である含浸形カソ
ード。 ５、特許請求の範囲第３項記載の含浸形カソードにおい
て、上記Ｓｃの供給源元素群はＮｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏで
あり、上記Ｓｃの含有量は１〜５重量％である含浸形カ
ソード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156771A JPH0325824A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | 含浸形カソード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156771A JPH0325824A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | 含浸形カソード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0325824A true JPH0325824A (ja) | 1991-02-04 |
Family
ID=15634957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1156771A Pending JPH0325824A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | 含浸形カソード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0325824A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6034469A (en) * | 1995-06-09 | 2000-03-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Impregnated type cathode assembly, cathode substrate for use in the assembly, electron gun using the assembly, and electron tube using the cathode assembly |
-
1989
- 1989-06-21 JP JP1156771A patent/JPH0325824A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6034469A (en) * | 1995-06-09 | 2000-03-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Impregnated type cathode assembly, cathode substrate for use in the assembly, electron gun using the assembly, and electron tube using the cathode assembly |
| US6304024B1 (en) | 1995-06-09 | 2001-10-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Impregnated-type cathode substrate with large particle diameter low porosity region and small particle diameter high porosity region |
| US6447355B1 (en) | 1995-06-09 | 2002-09-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Impregnated-type cathode substrate with large particle diameter low porosity region and small particle diameter high porosity region |
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