JPH0782804B2 - 電子管用陰極 - Google Patents

電子管用陰極

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JPH0782804B2
JPH0782804B2 JP23190485A JP23190485A JPH0782804B2 JP H0782804 B2 JPH0782804 B2 JP H0782804B2 JP 23190485 A JP23190485 A JP 23190485A JP 23190485 A JP23190485 A JP 23190485A JP H0782804 B2 JPH0782804 B2 JP H0782804B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はTV用ブラウン管などに用いられる電子管用陰
極に関し、特に電子放射性物質層の改良に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
第2図は従来のTV用ブラウン管や撮像管に用いられてい
る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(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
この基体の底部上面に被着され、少なくともバリウム
(Ba)を含み、他にストロンチウム(Sr)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から
なる電子放射物質層、(3)は上記基体(1)内に配設
されたヒータ(3)で、加熱により上記電子放射物質層
(2)から熱電子を放出させるためのものである。
この様に構成された電子管用陰極において、基体(1)
への電子放射物質層(2)の被着は次の様にして行なわ
れるものである。まずアルカリ土類金属(Ba,Sr,Ca)の
炭酸塩からなる懸濁液を基体(1)に塗布し、真空排気
工程中にヒータ(3)によって加熱する。この時、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行なうことに
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)を被着せしめているものであ
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の酸化物と基体
(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。
BaO+1/2Si=Ba+1/2SiO2 …(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/cm
2の電子放射が得られることになる。しかるに、この様
にして形成された電子管用陰極にあっては電子放射が0.
5〜0.8A/cm2以上の電流密度は取り出せないものであ
る。その理由としては次の様なものである。つまり、ア
ルカリ土類金属酸化物の一部を還元反応させた場合、上
記(1)、(2)式からも明らかな如く基体(1)とア
ルカリ土類金属酸化物層との界面にSiO2,MgOあるいはBa
O・SaO2なる複合酸化物層(中間層)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、ま
た上記中間層が基体(1)中の還元元素が電子放射物質
層(2)の表面側へ拡散するのを妨げ十分なバリウム
(Ba)が生成されないことが考えられている。
また、従来の電子管用陰極としては特開昭59−20941号
公報に、上記した第2図のものと同様の構成をしてお
り、陰極の速動性を得るために基体(1)の板厚を薄く
し、寿命中の還元剤の涸濁を防止しかつ基体(1)の強
度低下を防止する目的で、基体(1)にランタンがLaNi
5及びLa2O3の形で分散含有させたものが示されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この様に構成された電子管用陰極においては、動作中に
基体(1)と電子放射物質層(2)の界面近傍、特に基
体(1)と表面近傍のニッケル結晶粒界と上記界面より
10μm程度電子放射物質層(2)内側の位置に前述の中
間層が偏析するため、電流の流れ及び電子放射物質層
(2)表面側への還元性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。
また、後者に示したものにおいては、ニッケルを主成分
とする基体(1)の製作時にLaNi5及びLa2O3を含有させ
るため、基体(1)内のLaNi5及びLa2O3の含有状態のば
らつきなどが生じ易かった。
この発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高
電流密度下において基体と電子放射物質層との界面近傍
に複合酸化物からなる中間層が集中して形成されること
を防止し、長時間にわたって安定したエミッション特性
を有し、かつ生産性・信頼性の高い電子管用陰極を得る
ことを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る電子管用陰極は、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、0.05〜15重
量%の希土類金属を含んだ電子放射物質層をニッケルを
主成分としシリコンおよびマグネシウムの少なくとも一
方を含む還元性元素を含有する基体上に被着形成せたも
のである。
〔作 用〕
この発明においては、電子放射物質層中に含有された0.
05〜15重量%の希土類金属が、電子放射物質層を基体に
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が酸化する反応を防
止するとともに、電子放射物質層中への基体に含有され
た還元性元素の拡散を適度に制御し、還元性元素による
複合酸化物からなる中間層が基体と電子放射物質層との
界面近傍に集中的に形成されることを防止するものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下に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、(2)は基体(1)の底部上面に被着
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、0.05〜15重量%のスカンジウ
ム、イツトリウム等の希土類金属(12)を含んだ電子放
射物質層である。
次にこの様に構成された電子管用陰極において、基体
(1)への電子放射物質層(2)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
ムの三元炭酸塩にスカンジウム粉末あるいはイツトリウ
ム粉末を所望の重量%(上記三元炭酸塩が全て酸化物に
なるとしての重量%)添加混合し、懸濁液を作成する。
この懸濁液をニッケルを主成分とする基体(1)上にス
プレイにより約80ミクロンの厚みで塗布し、その後、従
来のものと同様に、炭酸塩から酸化物への分解過程及び
酸化物の一部を還元する活性化過程を経て、電子放射物
質層(2)を基体(1)に被着せしめるものである。
この様な方法で被着される電子放射物質層(2)に含有
される希土類金属の含有量を種々変えた電子管用陰極を
種々作成し、この電子管用陰極を用いて2極管真空管を
作成し、種々の電流密度で寿命試験を行ない、エミッシ
ョン電流の変化を調べた結果、第3図及び第4図の結果
を得た。第3図は従来のテレビ用陰極としての電流密度
0.66A/cm2の3.1倍(2.05A/cm2)で動作させた時の3重
量%のScが含有された電子放射物質層(2)を有した電
子管用陰極、7重量%のYが含有された電子放射物質層
(2)を有した電子管用陰極の寿命特性と希土類金属が
全く含有されていない電子放射物質層(2)を有した従
来例の寿命特性との関係を示したものである。この第3
図から明らかなように希土類金属が含有された本実施例
のものは従来例のものに対して高電流密度動作でのエミ
ッション劣化が少ないものである。
また、第4図は希土類金属であるScの添加比率を種々変
えた電子放射物質層(2)を有した電子管用陰極におい
て電流密度0.66A/cm2(1とする)に対し、電流密度が
2倍,3.1倍,4倍である条件で寿命テストを行い、電流密
度と初期エミッション電流に対する6000時間でのエミッ
ション電流の比との関係を示したものである。この第4
図から判るように、希土類金属であるScが0.05重量%以
上の添加率になると、高電流密度動作下でのエミッショ
ン低下を防止する効果があり、図示していないがScは15
wt%の添加率までこの効果が確認できた。しかしなが
ら、これら希土類金属であるScの添加率が15重量%を越
えると、製造工程を経た後新たに長時間のエージングを
行わないとエミッション電流の安定な取り出しが困難と
なり、実用的でなかった。従って、電子放射物質層
(2)における希土類金属の含有量は0.05〜15重量%の
範囲にする必要があるものである。特に0.2〜7重量%
の範囲で高電流密度動作下でのエミッション低下を防止
する効果が顕著であった。
このように電子放射物質層(2)に希土類金属を含有し
た効果を詳細に調査するために、第3図の実験結果にお
いて6000時間でのエミッション電流測定後、従来品及び
3重量%のScを含有した電子放射物質層(2)を有した
電子管用陰極の断面を電子ビームX線マイクロアナライ
ザー(EPMA)によって分析を行った結果、従来の希土類
金属が全く含有されていない電子放射物質層(2)を有
した電子管用陰極では基体(1)であるニッケルと電子
放射物質層(2)との界面近傍に、基体(1)内に含有
された還元剤であるSi,Mgが偏析しており、この偏析状
態は基体(1)と電子放射物質層(2)の界面より基体
(1)側の約5μの深さの位置及び上記界面より電子放
射物質層(2)側への約3〜5μの位置に還元剤である
Si及びMgのピークが同時に確認され、Siはさらに上記界
面より電子放射物質層(2)側への約10μの位置に最大
のピークが観察された。これら、Si,Mgのピークは酸素
のピークとほぼ一致するので、これらの金属は酸化物あ
るいは複合酸化物として存在していると考えられる。こ
のように、高電流密度動作下の従来品においては、基体
(1)と電子放射物質層(2)との界面近傍で、で基体
(1)内の結晶粒界ではSiO2,MgO及びこれらの複合酸化
物層が形成され、さらに上記界面から電子放射物質層
(2)の位置にはBaO,MgO,SiO2の複合酸化物層が形成さ
れていることがわかるものである。上記したSiO2・MgO
層及びBaO・SiO2層は基体(1)内から電子放射物質層
(2)内への還元剤であるSi,Mgの拡散速度を抑制する
とともに高絶縁であるために電流の流れを阻害し、つい
には電子放射物質内での絶縁破壊による損耗をもたらす
ことになるものである。
これに対して、本実施例である希土類金属であるScを含
有した電子放射物質層(2)を有する電子管用陰極にお
いては、基体(1)内に含有された還元剤であるSi,Mg
は平均的に分散されており、従来例のもののように基体
(1)と電子放射物質層(2)との界面近傍に、これら
還元剤のピークが全く存在していないものである。この
ことは次の理由によるものと判断される。還元元素であ
るSi,Mgが基体(1)界面で電子放射物質層(2)と反
応し、界面近傍にSiO2,MgOあるいはこれらとBaOとの複
合酸化物を形成しても、電子放射物質層(2)に含有し
たScとこれら酸化物とが反応し、再度SiあるいはMgを生
成し、還元元素の電子放射物質層(2)内の移動を容器
にするものである。
つまり、電子放射物質層(2)中の希土類金属が上記還
元元素の電子放射物質中への拡散を適度に律速するの
で、長時間高電流密度下の動作後においても安定で良好
なエミッション特性を維持できる。従って、0.05重量%
未満の希土類金属の添加では基体(1)の界面近傍でSi
O,MgOの酸化物層を形成するのを抑制する効果が不十分
で、エミッション特性の低下が現われ始める。また、15
重量%より多い添加では、電子放射物質内の酸化バリウ
ムなどと希土類金属との反応が発生し、エミッション特
性の低下が現われる。
なお、上記実施例においては、希土類金属物としてSc及
びYを用いたものを説明したが他の希土類金属でも同様
の効果は得られたものの、特にSc,Y,Ceにおいてその効
果が顕著であった。
このように本発明は従来とほぼ同等の製造条件で陰極を
製造することができ、希土類金属の分散状態なども比較
的容易に制御できる。
〔発明の効果〕
この発明は以上のように伸べたように主成分がニッケル
からなりシリコンおよびマグネシウムの少なくとも一方
を含む還元性元素を含有する基体に被着される少なくと
もバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とす
る電子放射物質層に0.05〜15重量%の希土類金属を含有
させたものとしたので、希土類金属が電子放射物質層に
含まれていない従来のものに対して2〜4倍の高電流密
度動作下での長寿命を実現し、安価で製造の制約の少な
い信頼性の高い電子管用陰極が得られるという効果を有
するものである。
【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図は寿命試験時間
をエミッション電流との関係を示す図、第4図は電流密
度とエミッション電流比との関係を示す図。 図において、(1)は基体、(2)は電子放射物質層で
ある。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 石田 誠子 神奈川県鎌倉市大船2丁目14番40号 三菱 電機株式会社商品研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−12758(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主成分がニッケルからなりシリコンおよび
    マグネシウムの少なくとも一方を含む還元性元素を含有
    する基体に、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、0.05〜15重量%の希土類金属を
    含んだ電子放射物質層を被着形成したことを特徴とする
    電子管用陰極。
  2. 【請求項2】希土類金属はSc、Y、およびCeのうちの少
    なくとも一方であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の電子管用陰極。
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