JPH0765695A - 酸化物陰極 - Google Patents

酸化物陰極

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JPH0765695A
JPH0765695A JP31516193A JP31516193A JPH0765695A JP H0765695 A JPH0765695 A JP H0765695A JP 31516193 A JP31516193 A JP 31516193A JP 31516193 A JP31516193 A JP 31516193A JP H0765695 A JPH0765695 A JP H0765695A
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JP
Japan
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cathode
metal substrate
heater
reducing agent
oxide
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Pending
Application number
JP31516193A
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English (en)
Inventor
Kwi-Seok Choi
龜錫 崔
Jong-Seo Choi
鍾書 崔
Kyung-Cheon Shon
景千 孫
Kyu-Nam Joo
圭楠 朱
Sang-Won Lee
相▲ウォン▼ 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SANSEI DENKAN KK
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
SANSEI DENKAN KK
Samsung Display Devices Co Ltd
Samsung Electron Devices Co Ltd
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Publication of JPH0765695A publication Critical patent/JPH0765695A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/13Solid thermionic cathodes

Landscapes

  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物陰極を提供する。 【構成】 金属基体、その上部に形成され少なくともバ
リウムを含む電子放出物質層およびこれを加熱する手段
としてヒーターを具備する酸化物陰極として、前記金属
基体のヒーターに向かう内面に還元剤の拡散防止層が形
成されたものである。 【効果】 これにより、陰極の寿命特性が大きく向上さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、陰極線管等の電子管に
用いられる酸化物陰極に係り、詳細にはヒーターに向か
う金属基体の内面に還元剤の拡散を防止するための拡散
防止層を形成させることにより寿命を向上させた酸化物
陰極に関する。
【0002】
【従来技術】従来から電子管の電子銃に一般的に使用さ
れてきた熱電子放出陰極としては、Niを主成分とする
金属基体の上部にアルカリ土類金属の炭酸塩よりなる層
を形成させた酸化物陰極がある。これらアルカリ土類金
属の炭酸塩は、電子管製造工程中の排気工程で酸化物の
形に変わるので酸化物陰極と呼ばれる。
【0003】図1は、従来の酸化物陰極の構造を示す断
面模式図である。一般的な酸化物陰極は、円板上の金属
基体2と前記金属基体2を下部で支持、固定する円管状
のスリーブ3、前記スリーブ3に内蔵される陰極加熱用
のヒーター4、そしてアルカリ土類金属酸化物を主成分
とし金属基体2の上部に被覆、形成される電子放出物質
層1を具備している。すなわち、酸化物陰極は、内側の
空いた円筒形のスリーブ3の一端を金属基体2で防ぎ、
スリーブ3の内側には陰極の加熱のためのヒーター4を
挿入し、金属基体2の上部表面には電子放出物質層とし
てアルカリ土類金属の2元または3元以上の混合酸化物
層を被覆して形成される。
【0004】前記陰極の要素の中で金属基体は、スリー
ブの上部に配置され電子放出物質層を支持する。これは
主に白金やニッケル等のような耐熱性の金属を使用して
製造し、これは上部表面に形成されるアルカリ土類酸化
物層の還元を助けるための還元剤成分を一種以上含んで
いる。還元剤成分としてはSi、Mg、WまたはZr等
の還元性を有する金属が主に用いられ、これらの含有量
は還元力等により異なるが、二種以上を同時に使用する
のが望ましいことと考えられる。
【0005】スリーブは金属基体を支持し、内部にヒー
ターを内蔵する部品である。スリーブの材料には熱導電
性等の熱的な特性を考慮して選択するが、通常モリブデ
ン、タンタル、タングステン、ステンレススチールのよ
うな耐熱性の金属が使用される。
【0006】ヒーターは前記スリーブの内側に設けられ
るが金属基体を通じてその表面に被覆された電子放出物
質を加熱し、ここから熱電子が放出されるようにする。
ヒーターは主にタングステン金属線にアルミナ等を皮膜
状態で覆い電気絶縁層を形成させ使用する。
【0007】熱電子を放出する電子放出物質層は金属基
体の表面に設けられるが、主にアルカリ土類金属(B
a、Sr、Ca)の酸化物層よりなる。前記酸化物層
は、まず、アルカリ土類の金属炭酸塩の懸濁液を金属基
体の上部に塗布し、これを真空中でヒーターで加熱しア
ルカリ土類金属の酸化物に変換させる工程により製造す
る。後で、前記アルカリ土類金属の酸化物を900ない
し1000℃の高温で部分的に還元させれば活性化され
半導体特性を帯びる。
【0008】前記アルカリ土類金属の酸化物にはBaO
単独酸化物よりはSrOまたはCaOを混入して使用す
る時、電子放出量がさらに増加するが、これは次のよう
な理由に基づく。すなわち、SrまたはCaは周期率表
上でBaと同族であり2価の正イオンとして、Baの位
置に代わって占める。ところが、これらの間には互いに
原子半径が異なるので微少でありながら周辺が騒がしく
なり、酸素イオンに不安定化した高い電位が与えられ
る。これにより還元と高い温度により励起状態となるの
で容易に活性化される。
【0009】活性化段階では金属基体中に含まれたSi
またはMgのような還元剤が拡散しアルカリ土類金属の
酸化物の電子放出物質層と金属基体の間の境界面に移動
する。ここで、前記還元剤は下記式(1)および式
(2)に示した通りアルカリ土類金属の酸化物と反応す
る。電子放出物質層内のバリウム酸化物は金属基体中に
含まれたSiまたはMg等の還元剤金属により還元され
遊離バリウムを生成する。この遊離バリウムが電子放出
の根源となり陰極から熱電子を放出させる。
【0010】 BaO+Mg→MgO+Ba↑ (1) 4BaO+Si→Ba2 SiO4 +2Ba↑ (2) 前記のように、BaOに基づく遊離バリウム原子が酸素
欠乏形半導体の役割をし、結果的に700ないし800
℃の動作温度で0.5ないし0.8A/cm2の放出電
流が得られる。
【0011】前記のような構造を有して動作する酸化物
陰極は仕事関数が低くて比較的に低い温度(約700〜
800℃)で使用できるという長所がある。反面、材料
が半導体であり電気抵抗が大きいので電子放出密度を高
めればジュール熱による磁気加熱によって材料が蒸発さ
れたり溶融され陰極が劣化するという短所がある。そし
て、長期間の使用により金属基体と電子放出物質層の間
に中間抵抗層が形成され寿命が短縮するという問題点も
ある。
【0012】また、従来の酸化物陰極においては金属基
体内部に含まれたSi、Mg等の還元剤の成分が電子放
出物質層の側に拡散されるだけでなく、その反対方向の
ヒーターの側にも拡散、流出されることによる問題があ
る。すなわち、金属基体に含まれた還元剤の流出による
還元剤の浪費が多くなり寿命の低下を加速させる。
【0013】最近陰極線管等の電子管の大型化、高画質
化による電子管の高輝度化および高精細化が要望されて
おり、このために電子銃の陰極も長寿命に高電流密度の
電子放出能力を必要とするが、既存の酸化物陰極は前記
のような問題でこのような要求に応えられなかった。
【0014】高電流密度、長寿命の陰極としは含浸形の
陰極が知られているが、製造方法が複雑であり動作温度
が高いので、実用上に多くの問題を有している。これに
より実用性の優れた既存の酸化物陰極を長寿命化しよう
とする研究が活発に進行されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
したような従来の酸化物陰極が有している様々な問題点
の中で金属基体中の還元剤の損失による寿命低下問題を
解決し、金属基体中の還元剤流出を抑制することにより
寿命特性を改善させた長寿命の酸化物陰極を提供するこ
とである。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明では、ニッケルを主成分とする金属基体、その
上部に形成され少なくともバリウムを含む電子放出物質
層およびこれを加熱する手段としてヒーターを具備する
酸化物陰極において、ヒーターに向かう前記金属基体の
内面にアルミニウムまたはアルミニウム化合物を含む還
元剤の拡散防止層が形成されたことを特徴とする酸化物
陰極を提供する。
【0017】
【作用】本発明は、陰極の動作の際、ヒーターの側に拡
散され熱電子放出に寄与もせず損失される還元剤の量を
減らすために金属基体の下部、すなわちヒーター側の面
に還元剤拡散防止層を備えたことであり、陰極寿命の延
長を可能にした。
【0018】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明を詳細に
説明する。
【0019】図2は、本発明による酸化物陰極の構造を
示す模式断面図である。これを従来の酸化物陰極を示す
図1と比較してみれば金属基体2のヒーター4側の面に
新たに拡散防止層5が形成されたことが分かる。
【0020】前述した通りニッケルを主成分とする金属
基体のヒーター側の面に、望ましくはアルミニウムをコ
ーティングし、拡散防止層を形成した後陰極を動作させ
れば、金属基体内のNiと拡散防止層内のアルミニウム
の間に次式(3)および式(4)のような反応が起こ
る。
【0021】 3Ni+Al→Ni3 Al (3) Ni+Al→NiAl (4) 前記のような反応により生成されるNi3 Al、NiA
l等の金属間の化合物は電子間の排気工程または活性化
工程中に主に形成され、一般的な陰極動作中にも形成さ
れる。これらの物質は一旦形成されれば高温で安定して
分解されないので、金属基体中の還元剤がヒーターの側
に拡散してくるのを遮断し還元剤の流出による浪費を防
ぐので陰極寿命が延長される。
【0022】本発明の還元剤拡散抑制層はその厚さが5
00ないし10000Åであるのが望ましい。拡散抑制
層の厚さが500Å未満の場合にはNi3 Al、NiA
l等の物質が形成される前に真空中で劣化されやすく、
10000Åより厚い場合には金属基体の融点を低め金
属基体の変形をもたらす場合があるので望ましくない。
【0023】本発明で還元剤拡散防止層は、金属基体の
下部面に、薄膜製造法中の一つであるRFスパッタリン
グ法で、拡散防止物質、望ましくはアルミニウムを一定
の厚さで被覆して形成する。
【0024】電子放出物質としては、Ba、Sr、Ca
等のアルカリ土類金属の混合炭酸塩である(Ba、S
r、Ca)CO3 のような三元炭酸塩や(Ba、Sr)
CO3のような二元炭酸塩が使用できる。三元炭酸塩は
通常Ba(NO3 2 、Sr(NO3 2 およびCa
(NO3 2 のような硝酸塩を純水に溶解した後、沈殿
剤としてNa2 CO3 、(NH4 2 CO3 等を加え炭
酸塩の形に共沈させて得る。このように製造した共沈三
元炭酸塩の電子放出物質を前記のように拡散防止層の形
成された金属基体の反対側の面に浸漬、スプレー、スパ
ッタリングまたは電着等の方法でコーティングする。
【0025】前記陰極を電子銃に固定しスリーブの内部
に陰極加熱用のヒーターを挿入固定する。これを電子管
用のバルブに封止させた後、排気工程を通じて電磁管内
部を真空にしながら、陰極加熱用のヒーターで電子放出
物質層の炭酸塩を酸化物に分解させる。後で、通常の電
子管製造工程と同一の方法で活性化処理工程を施す。
【0026】以下、具体的な実施例を通じて本発明をさ
らに詳細に説明することにする。下記の実施例は本発明
の一つの例示だけであり、本発明がこれにのみ限られる
ものではない。
【0027】<実施例1>SiおよびMgを含むNi金
属基体の表面を洗浄した後、金属基体の内面にRFスパ
ッタリング法でアルミニウム金属を5000Åの厚さで
コーティングし還元剤拡散防止層を形成した。
【0028】Ba:Sr:Caの比率が50:40:1
0であるBa(NO3 2 、Sr(NO3 2 およびC
a(NO3 2 の混合溶液にNa2 CO3 を加えBa、
SrおよびCaの共沈炭酸塩を製造した。前記炭酸塩を
ニトロセルロースを含む有機溶剤に懸濁させた。
【0029】アルミニウム拡散防止層の形成された金属
基体の反対側の面に、前記共沈炭酸塩の懸濁液をスプレ
ー塗布して乾燥し電子放出物質層を形成した。
【0030】<実施例2>実施例1の場合と同一の方法
で遂行するが、アルミニウム金属を1000Åの厚さで
コーティングし還元剤の拡散防止層を形成した。
【0031】前記のように製造した本発明の酸化物陰極
の寿命特性を評価するために実施例1で製造され電子放
出物質層および拡散防止層を有する金属基体を電子銃に
挿入して固定した後、スリーブの内部に陰極加熱用のヒ
ーターを挿入、固定した。この電子銃を電子管用のバル
ブに封止させた後、排気工程を通じて電子管の内部を真
空にしながら陰極加熱用のヒーターで前記電子放出物質
層を加熱し炭酸塩を酸化物に変換させた。通常の電子管
製造工程と同一に陰極活性化処理工程を経た後、陰極の
電子放出特性を測定した。
【0032】電子放出特性は、一定の条件で陰極が放出
できる最大電流を意味するMIK(Maxium Cathode Cur
rent)という電流量で測定され、陰極寿命特性は一定時
間の間のMIK維持率として評価される。本発明による
酸化物陰極の寿命特性は装着された陰極を一定時間の
間、続けて動作させながら電子放出電流の減少量を測定
して評価する。
【0033】図3は、従来の酸化物陰極と本発明の実施
例により製造された酸化物陰極の時間経過によるMIK
値の変化を相対値(%)として示したグラフであり、a
は従来の酸化物陰極に対するMIK値の変化を示し、b
は本発明による酸化物陰極に対するMIK値の変化を示
す。図面から分かるように、本発明による酸化物陰極
は、従来の陰極に比べ(動作時間が約4000時間以降
では)約15%以上の寿命改善効果があることが理解で
きる。
【0034】
【発明の効果】以上のように、金属基体のヒーター側の
面に拡散防止物質、望ましくはアルミニウムを使用し還
元剤の拡散防止層を形成させた本発明の酸化物陰極は、
従来の酸化物陰極に比べ寿命が改善されたものであり、
非常に実用的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の酸化物陰極の構造を示す模式断面図で
ある。
【図2】 本発明による酸化物陰極の構造を示す模式断
面図である。
【図3】 従来の酸化物陰極と本発明による酸化物陰極
の時間経過によるMIK値の変化を示すグラフであり、
aは従来の陰極に対するMIK値の変化を示し、bは本
発明による酸化物陰極に対するMIK値の変化を示す。
【符号の説明】
1…電子放出物質層、 2…金属基体、 3…スリーブ、 4…ヒーター、 5…拡散防止層。
フロントページの続き (72)発明者 孫 景千 大韓民国京畿道水原市八達區遠川洞3−1 番地 韓國アパート104棟308號 (72)発明者 朱 圭楠 大韓民国ソウル特別市瑞草區瑞草4洞1682 番地 三▲盆▼アパート1棟111號 (72)発明者 李 相▲ウォン▼ 大韓民国京畿道軍浦市衿井洞 ムグンファ アパート126棟1301號

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケルを主成分とする金属基体、前記
    金属基体の上部に形成され少なくともバリウムを含む電
    子放出物質層およびこれを加熱する手段であるヒーター
    を具備する酸化物陰極において、 ヒーターに向かう前記金属基体の内面にアルミニウムま
    たはアルミニウム化合物を含む還元剤の拡散防止層が形
    成されたことを特徴とする酸化物陰極。
  2. 【請求項2】 前記拡散防止層の厚さが500ないし1
    0000Åであることを特徴とする請求項1記載の酸化
    物陰極。
JP31516193A 1993-08-21 1993-12-15 酸化物陰極 Pending JPH0765695A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR93P16313 1993-08-21
KR1019930016313A KR950006899A (ko) 1993-08-21 1993-08-21 전자관용 산화물 음극

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0765695A true JPH0765695A (ja) 1995-03-10

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ID=19361729

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31516193A Pending JPH0765695A (ja) 1993-08-21 1993-12-15 酸化物陰極

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KR (1) KR950006899A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6398509B1 (en) 1999-06-21 2002-06-04 Nsk Ltd. Lubricating device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6398509B1 (en) 1999-06-21 2002-06-04 Nsk Ltd. Lubricating device

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KR950006899A (ko) 1995-03-21

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