JPH04280029A

JPH04280029A - 含浸形陰極

Info

Publication number: JPH04280029A
Application number: JP2138181A
Authority: JP
Inventors: Ikumitsu Nonaka; 野中　育光
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1992-10-06

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］本発明はカラーブラウン管などの電子管に用いられる高
電流密度でしかも長寿命を有する信頼性の高い含浸形陰
極に関する。

［従来の技術］高融点金属多孔質基体に電子放出材料を溶融含浸してな
る含浸形陰極は高温動作ながらも１０Ａ／ｃｍ２の高電
流密度が得られることが知られており、その電子放出材
料については、これまで、電気学会技術報告（ＩＩ部）
第１４７号（昭和５８年４月）第５〜第１５頁にその研
究動向が総論的に論じられている。該資料にも示されて
いるように、含浸形陰極の電子放出能力または電子放出
量（つまり、電流密度）の径時変化は電子放出物質の構
成材料の一つであるＢａＯおよび該ＢａＯが基体金属で
還元されてできる金属バリウム（Ｂａ）の蒸発によって
律速され、ＢａＯの消耗によってエミッション寿命終止
も生ずると考えられてきている。また、最近の文献「真
空」３２（３）（１９８９）第３０５〜第３０７頁にお
いても、蒸発量の大きな金属ＢａおよびＢａＯに着目し
て、Ｂａの蒸発速度とエミッション寿命特性との関係に
ついて論じられている。

ところで、多孔質基体に含浸される電子放出物質として
は、通常、ＢａＯを主体とし、ＢａＯの蒸発抑止剤的な
役割を果すＡｌ２Ｏ３とエミッション改善添加剤として
のＣａＯとの三元アルカリ土類金属酸化物をある定めら
れたモル比で混合したものが用いられている。この場合
、ＢａＯ化合物ないしはこれが還元されて生成される金
属Ｂａは他の構成材料に比較して蒸発速度が大きいため
、材料構成としてＢａＯ化合物に多大の配慮が払われ、
その結果、エミッション改善添加剤としてのＣａＯの添
加量が分子量比で前者の１／４から高々３／５と、極め
て少ない量となっている。ここで、含浸形陰極について
これまでに公知となっているデータに基づいて各材料添
加量の関係を調査してみたところ、第１図に示したよう
に、ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ３（モル比）とＢａＯ／ＣａＯ（
モル比）との間に直線関係が成立することが知られた。

この図からも明らかなように、ＢａＯの添加量が他の材
料に比べて１．５倍を超え、２倍以上となっていること
、特にＢａＯ／ＣａＯに限ってみると１．６倍から６倍
となっており、エミッション改善添加剤としてのＣａＯ
の量で考えるとＢａＯとは逆に極端に小さい量となって
いることが知られる。

［発明が解決しようとする課題］上記の結果からわかるように、従来技術においてはＣａ
Ｏの量が極めて小さい値として把握されていたが、発明
者等が基体金属の厚さ方向の断面について波長分散型Ｘ
線マイクロアナライザ（ＥＤＸ）により電子放出物質含
浸直後の初期状態と１８０００時間の強制動作後にエミ
ッション寿命のきた状態とを比較分析した結果、第６図
と第７図との比較かられかるように、Ａｌ２Ｏ３の量に
ついては殆ど変化が認められないのに対して、ＣａＯの
量について表層部から１／３ほどが蒸発、消耗して全く
存在していないことがわかった。一方、ＢａＯについて
は、ＣａＯの分布と多少なりとも対応して部分的に減少
している個所もあるが、どちらかと言えばほぼ均一に分
散して存在していることがわかる。

このように、従来技術においてはエミッション改善添加
剤としてのＣａＯの蒸発消耗に関して配慮がなされてい
なかったが、動作径時においてＣａＯが著しく減少し、
エミッション寿命特性に影響を与えることが明らかにな
った。

本発明の目的は、上記従来技術の有していた課題を解決
して、含浸形陰極のエミッション寿命について信頼度の
高い長寿命化を図ることにある。

［課題を解決するための手段］上記目的は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）
、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（
Ｉｒ）等の高融点金属の中から選ばれるいずれか１種の
金属、もしくは上記金属群の中から選ばれる２種以上の
金属からなる合金を主成分とする多孔質基体に少なくと
もＢａＯとＣａＯとを含有するアルカリ土類金属酸化物
からなる電子放出物質を溶融含浸させてなる含浸形陰極
において、上記電子放出物質中のＣａＯに対するＢａＯ
の組成比（ＢａＯ／ＣａＯ）を分子量比で０．５〜１．
５の範囲となるように設定すること、また、上記溶融含
浸させる電子放出物質が少なくともＢａＯ、ＣａＯ、Ａ
ｌ２Ｏ３の三元酸化物を有する場合、Ａｌ２Ｏ３に対す
るＢａＯの組成比（ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を分子量比で
３以上となるように設定すること、さらに、電子放出物
質を含浸させた上記多孔質基体の電子放出面にオスミウ
ム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）
、イリジウム（Ｉｒ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３
）の中から選ばれるいずれか１種の金属または化合物、
もしくは上記群の中から選ばれる２種以上の金属、合金
ないしは化合物を主成分とする被覆膜を設けること、に
よって達成することができる。

［作用］含浸形陰極における電子放出物質の構成材料としては、
当初、ＢａＯを主たる材料として陰極動作時のＢａＯの
蒸発消耗を抑制する目的でＡｌ２Ｏ３を混合したものが
用いられ、さらにエミッション改善添加剤としてＣａＯ
が有効であることが見出され、基本的には、ＢａＯ、Ｃ
ａＯ、Ａｌ２Ｏ３の三元酸化物が用いられることになっ
た。ここで、ＣａＯの蒸気圧は、第１表に示すように、
三元酸化物の中で最も大きな蒸気圧を示すＢａＯに比べ
て３桁も小さく、消耗も小さいと考えられ、添加量もＢ
ａＯに対して１／４から１／６と大幅に小さいことが特
徴であった。

ところが、発明者等によって実験的に確認された事実は
、前述したように、長期の動作経過後において、三元酸
化物の中でＣａＯの蒸発消耗が最も大きいということで
ある。このため、輝度温度１０００℃ｂの動作温度で動
作させた場合、初期に零電界で１３Ａ／ｃｍ２あった電
子放出電流密度が第７図の状態では３．６Ａ／ｃｍ２と
大幅に低下してしまう結果となる。この原因としては、
溶融含浸した三元酸化物が多孔質基体中ではＢａ３Ａｌ
３Ｏ６のようなバリウム．アルミネートとＣａＯの混合
物としてより強く存在し、そのために、結果的にＣａＯ
の蒸気圧が三元構成材料の中で最も大きくなり、基体金
属表面から逐次蒸発消耗し、エミッション改善添加剤と
しての作用が低下することによるものと考えられる。

このような理由から、前項において述べたようにＢａＯ
／ＣａＯ（７）組成比（分子量比）を０．５￣１．５の
範囲とすること、すなわちＣａＯの添加量を大幅に増加
することによって、動作中のＣａＯの蒸発消耗に起因す
る電子放出効率の低下を防止し、エミッション改善添加
物としての作用を長期にわたって保持することができる
ことになる。

［実施例］以下、本発明の含浸形陰極の構成について実施例によっ
て具体的に説明する。

実施例　１第２図は含浸形陰極構体の概略構成を示す断面図で、電
子放出物質を含浸させた高融点金属多孔質基体（Ｗ製）
１、該基体１を内包する有底カップ（Ｍｏ製）２、スリ
ーブ（Ｍｏ製）３、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ製アイレット４、
結晶化ガラス５、支持体６および陰極加熱用ヒータ７か
らなることを示す。

第３図によって本発明含浸形陰極の製造の手順について
説明すると次の通りである。まず、平均粒径５μｍのＷ
粉末をプレス成形し、高真空中１５００℃以上の高温で
焼結して多孔質基体８を作成した。この時、多孔質基体
８の空孔率は約２０％であった。次いで、アルカリ土類
炭酸塩であるＢａＣＯ３とＣａＣＯ３とを等モル比で秤
量調合し、さらにＡｌ２Ｏ３をＢａＣＯ３に対してモル
比で１／４となるように秤量混合し、三者を十分に撹拌
混合した後水素還元雰囲気中で加熱分解させ、得られた
ＣａＯとバリウム・アルミネート化合物からなる三元酸
化物をさらに水素雰囲気中１９００℃の高温で溶融させ
、該溶融物を多孔質基体８の空孔部に極短時間の内に含
浸させ、室温において固化して電子放出物質９とし、さ
らに、該多孔質基体の電子放出表面にスパッタリングに
よりオスミウム−ルテニウム（Ｏｓ−Ｒｕ）合金薄膜を
約５０００Åの厚さで形成した。

以上のようにして得られた陰極を、第２図に示すように
、スリーブ３に取り付けた有底カップ２内に納めレーザ
照射等により固着した後、支持体６を有する結晶化ガラ
ス５に保持されたアイレット４に溶接により取り付け、
スリーブ３内にヒータ７を挿入して陰極構体を完成した
。

ヒータ７に通電し、陰極が１０００゜Ｃｂ（輝度温度）
となるように加熱して電子電流を取り出し動作させたと
ころ、２００００時間以上の強制動作をさせても特性の
劣化が全く認められないという結果が得られた。これに
対して従来技術の陰極について同様の動作をさせた場合
、約１８０００時間で電子放出特性の減衰が始まるとい
う結果を示した。

なお、上記多孔質基体の電子放出面に設ける薄膜につい
ては、上記Ｏｓ−Ｒｕ合金の代りに、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｗ、
Ｉｒ、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の中から選ばれ
るいずれか１種の金属または化合物、もしくは上記群の
中から選ばれる２種以上の金属、合金ないしは化合物を
主成分とする薄膜とした場合にも同様の結果が得られた
。

実施例　２円板状のＷ粉末プレス体から切り出した空孔率約２０％
の多孔質基体８を第１図のｍの範囲（すなわちＢａＯ／
ＣａＯが分子量比で０．５〜１．５、ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ
３が分子量比で３以上の範囲）の一点すなわちＢａＣｕ
３：ＣａＣＯ３：Ａｌ２Ｏ３が分子量比で４：５：１と
なるように秤量混合した混合粉末の中に埋め込み、水素
雰囲気中で９００℃、１９００℃の２段階で加熱した後
冷却し、溶塊となったものを室温で純水中で超音波洗浄
して基体８の空孔以外の部分に付着した余剰の電子放出
物質を除去し、さらに、実施例１の場合と同様にして、
多孔質基体表面にＯｓ−Ｒｕ合金の薄膜を形成して陰極
とした。

以上のようにして作成した陰極について、実施例１の場
合と同様にして、動作試験を行った結果、やはり、２０
０００時間以上動作させても特性の劣化が全く認められ
ない結果が得られた。

なお、第１図ｍの範囲の組成の電子放出物質を用いた陰
極について同様の試験を行った場合、全く同様の優れた
結果が得られた。

実施例　３第４図および第５図は本発明の含浸形陰極を用いた陰極
線管（ここでは投射型受像管を例示した）の断面および
該陰極線管のネック部の部分拡大断面を示した図である
。ここで、ガラス器１０は表示部分１１とネック部分１
２とを具えており、ネック部分１２には電子ビーム１３
を発生する電子銃１４を設けてある。電子銃１４は、さ
らに、ヒータ７を内蔵した電子ビーム発生源含浸形陰極
構体１５、電子ビーム１３を制御する電極１６、１７、
および、電子ビーム１３を加速、集束する電極１８、１
９、２０を具えている。

また、表示部分１１は、その内表面に、赤色発光蛍光体
、緑色発光蛍光体あるいは青色発光蛍光体のいずれか必
要に応じた蛍光体２１を一面に設けてある。

ここで、ヒータ７によって約１０００℃ｂに加熱された
陰極構体１５から放出された電子は陰極構体に対向して
設けられた制御電極１６、１７の孔を経、電極１８およ
び電極１９、２０によって加速、集束されて電子ビーム
となり、偏向ヨーク系２２によって水平方向および垂直
方向に偏向され、表示部分蛍光体２１上に投射されて画
像を形成することになる。投射型受像管の場合には、ガ
ラス器１０を貫通する複数個の導入線２３から電圧が供
給され、例えば、ヒータ７に６．３Ｖ、陰極構体１５に
１９０Ｖ、制御電極Ｇ１１６にアース電位の定常電位、
電極Ｇ２１７に７００〜８００Ｖ、加速電極Ｇ３１８お
よび集束電極５２０に３０ｋＶ、電極Ｇ４１９に８．４
ｋＶを印加して稼動させる。

本発明の含浸形陰極構体を投射型受像管に用いた場合、
明るくてフォーカス性能良く、長時間安定して大電流密
度の電子ビームを得ることができた。

［発明の効果］以上述べてきたように、含浸形陰極を本発明構成の含浸
形陰極とすること、すなわち多孔質基体に溶融含浸させ
る電子放出物質中のＢａＯ／ＣａＯ組成比を分子量比で
０．５〜１．５の範囲とすること、さらには、溶融含浸
させる電子放出物質がＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３の三
元酸化物からなる場合、ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ３組成比を分
子量比で３以上とすること、によって、従来技術の有し
ていた課題を解決して、含浸形陰極のエミッション寿命
について信頼度の高い長寿命化を図ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は多孔質基体に溶融含浸させる電子放出物質の組
成比について本発明陰極の組成比領域と従来の公知資料
に見られる組成比との関係を示す図、第２図、第３図は
本発明含浸形陰極を用いた陰極構体および陰極の概略構
成を示す断面図、第４図は投射型受像管の概略構造を示
す断面図、第５図は第４図のネック部の構造を示す部分
拡大断面図、第６図および第７図は従来技術の含浸形陰
極について初期および１８０００時間強制動作後の陰極
断面のＳＥＭ像とＥＤＸによる電子放出物質の分布像と
を示した図である。１…多孔質基体、２…有底カップ、３…スリーブ、４…アイレット、５…結晶化ガラス、６…支持体、７…ヒータ、８…多孔質基体（Ｗ）、９…電子放出物質、１０…ガラス器、１１…表示部分、１２…ネック部分、１３…電子ビーム、１４…電子銃、１５…陰極構体、１６、１７…制御電極、１８、１９、
２０…加速・集束電極、２１…蛍光体、２２…偏向ヨーク系、２３…導入線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）
，タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（
Ｉｒ）等の高融点金属の中から選ばれるいずれか１種の
金属、もしくは上記金属群の中から選ばれる２種以上の
金属からなる合金を主成分とする多孔質基体に少なくと
も酸化バリウム（ＢａＯ）と酸化カルシウム（ＣａＯ）
とを含有するアルカリ土類金属酸化物からなる電子放出
物質を溶融含浸させてなる含浸形陰極において、上記電
子放出物質中のＣａＯに対するＢａＯの組成比（ＢａＯ
／ＣａＯ）を分子量比で０．５〜１．５の範囲となるよ
うに設定したことを特徴とする含浸形陰極。
【請求項２】上記溶融含浸させる電子放出物質が少なく
ともＢａＯ、ＣａＯ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の
三元酸化物を有する場合、Ａｌ２Ｏ３に対するＢａＯの
組成比（ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を分子量比で３以上とな
るように設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の含浸形陰極。
【請求項３】電子放出物質を含浸させた上記多孔質基体
の電子放出面にオスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）
、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、酸化スカ
ンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の中から選ばれるいずれか１種
の金属または化合物、もしくは上記群の中から選ばれる
２種以上の金属、合金ないしは化合物を主成分とする被
覆膜を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載の含浸形陰極。
【請求項４】上記各項記載の含浸形陰極を用いたことを
特徴とする陰極線管。