JPH04253137A - 電子管用陰極 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、テレビ用ブラウン管
などに用いられる電子管用陰極の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は、例えば特公昭６４−５４１７号
公報に開示されているように、テレビ用ブラウン管や撮
像管に用いられている電子管用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（Ｍ
ｇ）などの還元性元素を微量含む，主成分がニッケル（
Ｎｉ）からなる基体、２はニクロムなどで構成された陰
極スリーブ、５は上記基体１の上面に被着され、少なく
ともバリウム（Ｂａ）を含み、他にストロンチウム（Ｓ
ｒ）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１１を主成分とし、０．１〜２０重量％
の酸化スカンジウム（Ｓｃ２　Ｏ３　）などの希土類金
属酸化物１２を含んだ電子放射物質層、３は上記基体１
と陰極スリーブ２からなる有底筒体内に配設されたヒー
タで、加熱により上記電子放射物質層５から熱電子を放
出させるものである。

【０００３】次に、このように構成される電子管用陰極
において、基体１への電子放射物質層５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と所定量の酸化スカンジウムをバイ
ンダー及び溶剤とともに混合して、懸濁液を作成する。 この懸濁液を基体１上にスプレイ法により約８０μｍの
厚みで塗布し、その後、ブラウン管の真空排気工程中に
ヒータ３によって加熱する。この時、アルカリ土類金属
の炭酸塩はアルカリ土類金属酸化物に変わる。その後、
アルカリ土類金属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
アルカリ土類金属酸化物１１と希土類金属酸化物１２と
の混合物からなる電子放射物質層５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酸化物１
１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、アルカリ土類金属酸化物として酸化
バリウム（ＢａＯ）であれば、次式（１），（２）の様
に反応するものである。

【０００５】 　　ＢａＯ＋　１／２Ｓｉ＝Ｂａ＋　１／２Ｂａ２　Ｓ
ｉＯ４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
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１１の一部が還
元されて、酸素欠乏型の半導体となり電子放射が容易に
なる。電子放射物質層５に希土類金属酸化物１２が含ま
れない場合で、陰極温度７００〜８００℃の動作温度で
０．５〜０．８Ａ／ｃｍ２　の電流密度動作が可能で、
電子放射物質層５に希土類金属酸化物１２が含まれた場
合で、１．３２〜２．６４Ａ／ｃｍ２　の電流密度動作
が可能となる。

【０００７】一般に、酸化物陰極の電子放射能力は酸化
物中の過剰Ｂａの存在量に依存するので、希土類金属酸
化物１２が含まれない場合には高電流動作に必要な十分
な過剰Ｂａの供給が得られず、動作可能な電流密度が小
さい。即ち、上記した反応時に生成される副生成物で中
間層と呼ばれている酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やバリ
ウムシリケイト（Ｂａ２　ＳｉＯ４　）が基体１のニッ
ケルの結晶粒界や基体１と電子放射物質層５との界面に
集中的に形成されるため、上式（１）および（２）の反
応がこれら中間層中のマグネシウムおよびシリコンの拡
散速度に律速され、過剰Ｂａの供給が不足するためであ
る。 電子放射物質層５に希土類金属酸化物１２が含まれてい
る場合は、酸化スカンジウム（Ｓｃ２　Ｏ３　）を例に
とり説明すると、陰極動作時の基体１と電子放射物質層
５との界面では、基体１中を拡散移動してきた還元剤の
一部と酸化スカンジウムが次式の様に反応して少量の金
属状のスカンジウム（Ｓｃ）が生成され、金属状のスカ
ンジウムの一部は基体１のニッケル中に固溶し、一部は
上記界面に存在する。

【０００８】 　　　１／２Ｓｃ２　Ｏ３　＋　３／２Ｍｇ＝Ｓｃ＋　
３／２ＭｇＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（３）

【０００９】この金属状のスカンジウムは、基
体１上あるいは基体１のニッケルの粒界に形成された上
記中間層を次式の様に分解する作用を有するので、過剰
Ｂａの供給が改善され、希土類金属酸化物１２が含まれ
ない場合よりも高電流密度動作が可能になると考えられ
ている。

【００１０】 　　　１／２Ｂａ２　ＳｉＯ４　＋　４／３Ｓｃ＝Ｂａ
＋　１／２Ｓｉ＋　２／３Ｓｃ２　Ｏ３　　　（４）

【
００１１】また、特開昭５２−９１３５８号公報には、
機械的強度を増大するＷ，Ｍｏなどの高融点金属とＭｇ
，Ａｌ，Ｓｉ，Ｚｒなどの還元剤とを含有するＮｉ合金
からなる基体上で、電子放射物質層が被着される面にＮ
ｉ−Ｗ，Ｎｉ−Ｍｏなどの合金層をコーティングする直
熱型の陰極技術が開示されている。

【００１２】

【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、希土類金属酸化物が過剰Ｂａの
供給を改善するものの、過剰Ｂａの供給速度は基体のニ
ッケル中の還元剤の拡散速度に律速され、２Ａ／ｃｍ２
　以上の高電流密度動作での寿命特性は著しく低くなる
という問題点を有していた。

【００１３】また、後者に示したものにおいては、基体
自身に電流を流し、その発熱を利用して電子放射物質層
から熱電子を放射させる直熱型陰極固有の問題点である
基体の熱変形を、Ｎｉ−Ｗ，Ｎｉ−Ｍｏなどの合金層を
基体上にコーティングすることにより改善するものであ
り、高電流密度動作を可能にすることができなかった。

【００１４】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、高電流密度動作での寿命特性が
改善された電子管用陰極を得ることを目的としている。

【００１５】

【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、主成分がニッケルからなり、少なくとも一種の
還元剤を含有してなる基体上に、この還元剤の少なくと
も一種より還元性が同等，または小さく、かつニッケル
より還元性が大きい金属を主成分とする厚さが２．０μ
ｍ以下の金属層を形成し、この金属層の上に少なくとも
バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を含有してなる
電子放射物質層を被着形成するとともに、この電子放射
物質層として、上記金属層の上に形成され０．０１〜２
５重量％の希土類金属酸化物を含む第一層と、この第一
層の上に形成され希土類金属酸化物を含まない第二層と
を設けたものである。

【００１６】また、金属層の厚さを０．６μｍ以下にし
たり、金属層が形成された基体を真空中または還元雰囲
気中で最高温度が８００〜１１００℃で加熱処理を施す
と特に効果的である。

【００１７】

【作用】この発明においては、基体中の還元剤に加え、
基体上に形成された金属層が過剰Ｂａの供給に寄与し、
界面でこの金属層が安定して中間層の分解効果を有する
希土類金属の生成にも寄与するとともに、主要な電子放
射面である陰極表面は、電子放射に直接寄与しない希土
類金属酸化物が存在しないため、エミッション特性が向
上し、かつ、２Ａ／ｃｍ２　以上の高電流密度動作での
寿命特性が著しく向上するものである。

【００１８】さらに、金属層の厚さを０．６μｍ以下に
すると、高電流密度動作での寿命特性の向上が著しく、
また、金属層を形成した基体の上記条件での加熱処理に
より、金属層を主に基体のＮｉ粒子上に分布するように
制御することが可能となり、基体中の還元元素の電子放
射物質層への拡散が適性に維持できる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。図において、１３は基体１の上面に形成された
，例えばタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），タ
ルタン（Ｔａ），クロム（Ｃｒ），シリコン（Ｓｉ），
マグネシウム（Ｍｇ）などの少なくとも一種の金属層、
５はこの金属層１３上に被着され、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を主成分としてなる
電子放射物質層であり、０．０１〜２５重量％の酸化ス
カンジウム，酸化イットリウムなどの希土類金属酸化物
１２を含む電子放射物質第一層５ａと、希土類金属酸化
物１２を含まない電子放射物質第二層５ｂとからなる。

【００２０】次に、この様に構成される電子管用陰極に
おいて、基体１への金属層１３の形成方法について説明
すると、まず少量のＳｉ，Ｍｇを含有するＮｉ基体１を
陰極スリーブ２に溶接した後、この陰極基体部を例えば
電子ビーム蒸着装置内に配設し、１０−５〜１０−６Ｔ
ｏｒｒ程度の真空雰囲気で例えばＷを電子ビームで加熱
蒸着するものである。その後、この陰極基体部を例えば
水素雰囲気中で８００〜１１００℃で加熱処理するが、
これは上記金属層１３内部あるいは表面に残存する酸素
などの不純物を除去し、また、この金属層１３を燒結あ
るいは再結晶化あるいは基体１中の拡散をさせるためで
ある。この様な方法で金属層１３が形成された陰極基体
部上に、第一層として希土類金属酸化物１２を含む電子
放射物質層５ａを、さらにその上に第二層として希土類
金属酸化物１２を含まない電子放射物質層５ｂを被着形
成するものである。

【００２１】また、比較のため、上記金属層１３が形成
された陰極基体部上の電子放射物質層全層に７重量％の
酸化スカンジウムを含む電子管用陰極も作成した。

【００２２】図２は、この様な方法で作成した本発明を
実施してなる電子管用陰極を通常のテレビジョン装置用
ＣＲＴに装着し、通常の排気工程を経て完成したＣＲＴ
を電流密度２Ａ／ｃｍ２　の条件で動作させた時の寿命
特性を、従来例と比較して示したものである。

【００２３】ここで、金属層１３としては膜厚０．２μ
ｍのＷ膜を形成し、水素雰囲気中で１０００℃で加熱処
理を施した。なお、電子放射物質層５としては、電子放
射物質第一層５ａに、比較のため実施例および従来例と
もに、７重量％の酸化スカンジウムを含む希土類金属酸
化物１２を用い、電子放射物質第二層５ｂには酸化スカ
ンジウムを含まないものを用いた。この図２から明らか
な様に、本実施例のものは従来例のものに比べ、寿命中
のエミッション劣化が著しく少ないとともに、その変動
が少ないものとなる。

【００２４】この様に、この発明を実施してなる電子管
用陰極の優れた特性の原因は以下の様に考えられる。即
ち、この発明の金属層１３は膜厚の薄い層として形成さ
れているので、動作時，金属層１３は基体１のＮｉの結
晶粒上にのみ分布して、このＮｉの結晶粒界は基体１上
面で電子放射物質層５側に露出しているので、基体１中
の還元剤は金属層１３の影響を受けず、前述の反応式（
１），（２）に基づき過剰Ｂａを供給する。それに加え
て、金属層１３であるＷは、次式の様に電子放射物質層
５の還元による過剰Ｂａの供給にも寄与する。

【００２５】 　　２ＢａＯ＋　１／３Ｗ＝Ｂａ＋　１／３Ｂａ３　Ｗ
Ｏ６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（５）

【００２６】ここで、Ｗは基体１中の還元剤であ
るＳｉ，Ｍｇよりも還元性が小さいが、基体１のＮｉ粒
子上に分布しているので、電子放射物質層５内の酸化ス
カンジウムとの反応が比較的容易に起こり、中間層分解
の効果を有するＳｃの生成にも寄与する。

【００２７】また、金属層１３上の電子放射物質層全層
に希土類金属酸化物を含んだ陰極では、上述の理由によ
ってエミッション特性が著しく向上したが、エミッショ
ン量にかなりの変動があった。ここでは、動作時間４０
００時間での最大取り出し電流で±１０％の変動があっ
た。この理由としては、金属層１３と電子放射物質層５
の界面で、例えばＷとＳｃ２　Ｏ３　が反応してＷの酸
化膜が生成し、電子放射物質層５の表面のＳｃと反応し
てＷとＳｃの化合物となり、エミッション量の変動を引
き起こしたと思われる。陰極表面でのオージェ分光分析
ではＷの存在が確認された。しかし、本発明では、電子
放射物質第二層５ｂに希土類金属酸化物が含まれないた
め、電子放射面にＷとＳｃの化合物が存在することがな
いので、動作時間４０００時間での変動は最大取り出し
電流で±３％というかなり安定したエミッションが得ら
れ、より実用的な電子管用陰極が実現できるものと思わ
れる。

【００２８】以上、金属層１３がＷである場合を例にと
り説明したが、金属層１３は基体１中の還元剤の少なく
とも一つの還元剤よりも還元性が同等，または小さく、
かつＮｉより還元性が大きいことが望ましい。

【００２９】その理由は、金属層１３の還元性がＮｉよ
り小さいと過剰Ｂａの供給効果が少なく、基体１中の還
元剤の還元性より大きいと過剰Ｂａの主たる供給反応は
金属層１３と電子放射物質層５との界面で起こり、基体
１中の還元剤の過剰Ｂａ供給効果が小さくなり、上述し
た酸化スカンジウムの中間層分解効果の特性への寄与が
小さくなるからである。

【００３０】上記金属層１３としては、基体１中の還元
剤の構成に依存するが、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｓｉ，
Ｍｇなどの少なくとも一種の金属を選択すれば良い。ま
た、上記金属層１３は、基体１中の還元剤の少なくとも
一つの還元剤よりも還元性が同等，または小さく、Ｎｉ
より還元性が大きい金属に、Ｎｉの還元性以下の金属，
例えばＮｉを加えた合金層で構成しても良い。

【００３１】また、上記金属層１３の厚みが２．０μｍ
以下であることが望ましく、特に０．６μｍ以下である
と高電流密度動作での寿命特性向上が著しい。これは、
金属層１３の厚みが２．０μｍ以上では基体１中の還元
元素の電子放射物質層５への拡散がこの金属層１３によ
って律速され、還元元素によるＢａ供給が不足するため
である。

【００３２】金属層を形成した基体は、真空中または還
元雰囲気中で最高温度が８００〜１１００℃で加熱処理
を施すことが望ましい。この加熱処理により、金属層１
３を主に基体１のＮｉ粒子上に分布するように制御する
ことが可能になり、基体１中の還元元素の電子放射物質
層５への拡散が適性に維持できる。

【００３３】この発明を実施してなる電子管用陰極は、
テレビ用ブラウン管や撮像管に適用可能であるが、投射
型テレビあるいは大型テレビなどのブラウン管に適用し
て高電流で動作することにより、高輝度化が実現できる
。特に、ハイビジョンテレビ用ブラウン管の高輝度化に
有効である。また、ディスプレイモニタ用ブラウン管に
高電流密度で適用すること，即ち電流取り出し面積を従
来より小さくして適用することにより、従来よりも高精
細のブラウン管が実現できる。

【００３４】

【発明の効果】この発明は以上述べた様に、主成分がニ
ッケルからなり、少なくとも一種の還元剤を含有してな
る基体上に、この還元剤の少なくとも一種より還元性が
同等，または小さく、かつニッケルより還元性が大きい
金属を主成分とする厚さが２．０μｍ以下の金属層を形
成し、この金属層の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、０．０１〜２５重量
％の希土類金属酸化物を含む電子放射物質層を第一層と
し、第二層は希土類金属酸化物を含まない電子放射物質
層として被着形成させたので、従来の酸化物陰極では適
用困難であった２Ａ／ｃｍ２　以上の高電流密度動作で
の寿命特性が改善され、従来では困難であったレベルの
高輝度，高精度のブラウン管を実現する効果を有する。

【００３５】さらに、金属層の厚さを０．６μｍ以下に
すると、高電流密度動作での寿命特性の向上が著しく、
また、金属層を形成した基体を真空中または還元雰囲気
中で最高温度が８００〜１１００℃で加熱処理を施すと
、金属層を主に基体のＮｉ粒子上に分布するように制御
することが可能となり、基体中の還元元素の電子放射物
質層への拡散が適性に維持できる。

【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】この発明を実施してなる電子管用陰極を装着し
たブラウン管の寿命試験時間とエミッション電流比を示
す図である。

【図３】従来の電子管用陰極の構造を示す断面図である
。

【符号の説明】

１　　基体 ２　　陰極スリーブ ３　　ヒータ ５　　電子放射物質層 ５ａ　　電子放射物質第一層 ５ｂ　　電子放射物質第二層 １１　　アルカリ土類金属酸化物 １２　　希土類金属酸化物 １３　　金属層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主成分がニッケルからなり、少なくと
   も一種の還元剤を含有してなる基体上に、この還元剤の
   少なくとも一種より還元性が同等，または小さく、かつ
   ニッケルより還元性が大きい金属を主成分とする厚さが
   ２．０μｍ以下の金属層を形成し、この金属層の上に少
   なくともバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を含有
   してなる電子放射物質層を被着形成するとともに、この
   電子放射物質層として、上記金属層の上に形成され０．
   ０１〜２５重量％の希土類金属酸化物を含む第一層と、
   この第一層の上に形成され希土類金属酸化物を含まない
   第二層とを設けたことを特徴とする電子管用陰極。
2. 【請求項２】　　金属層の厚さを０．６μｍ以下とした
   ことを特徴とする請求項１記載の電子管用陰極。
3. 【請求項３】　　金属層を形成した基体は、真空中また
   は還元雰囲気中で最高温度が８００〜１１００℃で加熱
   処理を施すことを特徴とする請求項１または２記載の電
   子管用陰極。