JPH08236008A - 含浸形陰極及びこれを用いた電子管 - Google Patents
含浸形陰極及びこれを用いた電子管Info
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- JPH08236008A JPH08236008A JP3966895A JP3966895A JPH08236008A JP H08236008 A JPH08236008 A JP H08236008A JP 3966895 A JP3966895 A JP 3966895A JP 3966895 A JP3966895 A JP 3966895A JP H08236008 A JPH08236008 A JP H08236008A
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- Japan
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- impregnated cathode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオン衝撃による性能劣化の少ない電子管お
よびそれに用いるスカンジウムを含む被覆膜を有する含
浸形陰極（Ｓｃ被覆型含浸形陰極）を提供する。 【構成】 被覆膜構成を、タングステンを主構成要素と
する上部被覆膜と、スカンジウムを主構成要素とする下
部被覆膜の２層膜とする。
よびそれに用いるスカンジウムを含む被覆膜を有する含
浸形陰極（Ｓｃ被覆型含浸形陰極）を提供する。 【構成】 被覆膜構成を、タングステンを主構成要素と
する上部被覆膜と、スカンジウムを主構成要素とする下
部被覆膜の２層膜とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はブラウン管、撮像管等の
電子管およびそれに用いる含浸形陰極に関する。
電子管およびそれに用いる含浸形陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】含浸形陰極は高電流密度動作が可能な陰
極であり、電子管の高出力化、特にブラウン管において
は高輝度化、高精細化のために欠くことのできない陰極
である。
極であり、電子管の高出力化、特にブラウン管において
は高輝度化、高精細化のために欠くことのできない陰極
である。
【０００３】含浸形陰極の基本構成は、タングステンか
らなる耐熱多孔質基体に、ＢａＯを主体に、他にＡｌ2
Ｏ3やＣａＯを水素雰囲気中又は真空中で加熱溶融し、
含浸させた陰極である。この溶融含浸した物質を、一般
に含浸剤と称する。含浸形陰極は動作時において、常に
１０００℃程度に加熱されており、耐熱多孔質基体と含
浸剤は反応し、バリウムを遊離する。バリウムは拡散に
より陰極表面に供給され、同様に陰極内部または電子管
内部雰囲気中から供給された酸素と共に、陰極表面つま
りタングステン基体上に吸着する。このように、金属表
面にバリウムと酸素から成る吸着層（単分子層）が形成
されると、金属表面の仕事関数が実質的に引き下げら
れ、電子放出が容易となる。これが、含浸形陰極の動作
原理であり、これに対する詳細な考察は、例えば、ジャ
ーナル・オブ・フィジックス Ｄ：アプライド・フィジ
ックス，第15巻(1982年)第1519頁から第1529頁（J. Phy
s. D:Appl. Phys.,15(1982)1519-1529）に記載されてい
る。含浸形陰極は電子放出部分が基本的に金属であるた
め電気的な抵抗が小さい。そのため含浸形陰極は、アル
カリ土類金属炭酸塩を原材料とする電気的に高抵抗な酸
化物カソードのような、ジュール発熱による陰極材料自
体の分解に起因する陰極劣化は生じない。従って、含浸
形陰極は、酸化物陰極に比較し高電流密度動作が可能で
ある。
らなる耐熱多孔質基体に、ＢａＯを主体に、他にＡｌ2
Ｏ3やＣａＯを水素雰囲気中又は真空中で加熱溶融し、
含浸させた陰極である。この溶融含浸した物質を、一般
に含浸剤と称する。含浸形陰極は動作時において、常に
１０００℃程度に加熱されており、耐熱多孔質基体と含
浸剤は反応し、バリウムを遊離する。バリウムは拡散に
より陰極表面に供給され、同様に陰極内部または電子管
内部雰囲気中から供給された酸素と共に、陰極表面つま
りタングステン基体上に吸着する。このように、金属表
面にバリウムと酸素から成る吸着層（単分子層）が形成
されると、金属表面の仕事関数が実質的に引き下げら
れ、電子放出が容易となる。これが、含浸形陰極の動作
原理であり、これに対する詳細な考察は、例えば、ジャ
ーナル・オブ・フィジックス Ｄ：アプライド・フィジ
ックス，第15巻(1982年)第1519頁から第1529頁（J. Phy
s. D:Appl. Phys.,15(1982)1519-1529）に記載されてい
る。含浸形陰極は電子放出部分が基本的に金属であるた
め電気的な抵抗が小さい。そのため含浸形陰極は、アル
カリ土類金属炭酸塩を原材料とする電気的に高抵抗な酸
化物カソードのような、ジュール発熱による陰極材料自
体の分解に起因する陰極劣化は生じない。従って、含浸
形陰極は、酸化物陰極に比較し高電流密度動作が可能で
ある。
【０００４】しかし、含浸形陰極は、高電流密度動作が
可能な反面、動作温度が酸化物陰極のおよそ７５０℃に
比較して、より高温で動作させる必要がある。前述の基
本構成の含浸形陰極の場合、１０A/cm2の電流密度を得
るためにはおよそ１１００℃に加熱する必要がある。
可能な反面、動作温度が酸化物陰極のおよそ７５０℃に
比較して、より高温で動作させる必要がある。前述の基
本構成の含浸形陰極の場合、１０A/cm2の電流密度を得
るためにはおよそ１１００℃に加熱する必要がある。
【０００５】このため、含浸形陰極の改良は、この動作
温度を低下させることを目的に行なわれている。その一
例として、タングステンやモリブデン等の高融点金属に
スカンジウムを含ませた薄膜を被覆した含浸形陰極（以
下、Ｓｃ被覆型含浸形陰極という）が、米国特許4,626,
470、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス，第27巻，ナンバー８（1988年）第1411頁
から第1414頁（Jpn. J. Appl. Phys.27,No.8(1988)1411
-1414）に記載されている。Ｓｃ被覆型含浸形陰極では
９００℃で前述の電流密度動作が可能である。
温度を低下させることを目的に行なわれている。その一
例として、タングステンやモリブデン等の高融点金属に
スカンジウムを含ませた薄膜を被覆した含浸形陰極（以
下、Ｓｃ被覆型含浸形陰極という）が、米国特許4,626,
470、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス，第27巻，ナンバー８（1988年）第1411頁
から第1414頁（Jpn. J. Appl. Phys.27,No.8(1988)1411
-1414）に記載されている。Ｓｃ被覆型含浸形陰極では
９００℃で前述の電流密度動作が可能である。
【０００６】Ｓｃ被覆型含浸形陰極の製法および動作に
ついては、例えばジャパニーズ・ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス，第28巻，ナンバー3（1989
年）第490頁から第494頁（Jpn. J. Appl. Phys.28,No.3
(1989)490-494）に記載されている。Ｓｃ被覆型含浸形
陰極の被覆膜は、被覆膜の高融点金属をタングステンに
選ぶ場合、スパッタ成膜法により、タングステン金属と
スカンジウム金属、またはこれら金属とこれらの酸化物
等で構成されるスパッタターゲットを用いて成膜するこ
とができる。そして、活性化のために１１５０℃程度に
陰極を加熱すると、被覆膜表面に、タングステン多孔質
部よりバリウムが供給され、被覆膜中よりスカンジウム
が供給され、これらと酸素から単分子層が形成される。
その結果として仕事関数が低下し、良好な電子放出を可
能とすると考えられる。つまり、Ｓｃ被覆型含浸形陰極
の良好な電子放出特性を発現させるためには、バリウム
と共に、被覆膜中より表面にスカンジウムを供給する必
要がある。
ついては、例えばジャパニーズ・ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス，第28巻，ナンバー3（1989
年）第490頁から第494頁（Jpn. J. Appl. Phys.28,No.3
(1989)490-494）に記載されている。Ｓｃ被覆型含浸形
陰極の被覆膜は、被覆膜の高融点金属をタングステンに
選ぶ場合、スパッタ成膜法により、タングステン金属と
スカンジウム金属、またはこれら金属とこれらの酸化物
等で構成されるスパッタターゲットを用いて成膜するこ
とができる。そして、活性化のために１１５０℃程度に
陰極を加熱すると、被覆膜表面に、タングステン多孔質
部よりバリウムが供給され、被覆膜中よりスカンジウム
が供給され、これらと酸素から単分子層が形成される。
その結果として仕事関数が低下し、良好な電子放出を可
能とすると考えられる。つまり、Ｓｃ被覆型含浸形陰極
の良好な電子放出特性を発現させるためには、バリウム
と共に、被覆膜中より表面にスカンジウムを供給する必
要がある。
【０００７】しかし、Ｓｃ被覆含浸形陰極を用いたブラ
ウン管の動作中に、しばしばイオン衝撃による電子放出
特性の劣化が起こる。これは、ブラウン管の動作中のイ
オン衝撃により陰極表面に形成された単分子層が失われ
るためである。このとき、動作温度において、失われた
単分子層を再構成できる程のバリウム、酸素、スカンジ
ウムの供給が行れるならば、イオン衝撃による電子放出
特性の劣化はおこらない。したがって、Ｓｃ系含浸形陰
極においては、スカンジウムの表面への供給力が耐イオ
ン衝撃特性を決定する。
ウン管の動作中に、しばしばイオン衝撃による電子放出
特性の劣化が起こる。これは、ブラウン管の動作中のイ
オン衝撃により陰極表面に形成された単分子層が失われ
るためである。このとき、動作温度において、失われた
単分子層を再構成できる程のバリウム、酸素、スカンジ
ウムの供給が行れるならば、イオン衝撃による電子放出
特性の劣化はおこらない。したがって、Ｓｃ系含浸形陰
極においては、スカンジウムの表面への供給力が耐イオ
ン衝撃特性を決定する。
【０００８】陰極表面へのスカンジウムの供給力を高め
るためには、被覆膜中のスカンジウムの量を多くすれば
よいと考えられる。しかし、表面のスカンジウム組成が
高すぎると、電子放出特性が好ましくないことも報告さ
れている。これは、たとえばエス・アイ・ディー９２
ダイジェスト第327頁から第330頁（SID92 DIGEST p327-
330）に記載されている。
るためには、被覆膜中のスカンジウムの量を多くすれば
よいと考えられる。しかし、表面のスカンジウム組成が
高すぎると、電子放出特性が好ましくないことも報告さ
れている。これは、たとえばエス・アイ・ディー９２
ダイジェスト第327頁から第330頁（SID92 DIGEST p327-
330）に記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｓｃ
被覆型含浸形陰極には、表面へのスカンジウムの供給力
が不十分でイオン衝撃による電子放出特性が劣化する問
題があった。
被覆型含浸形陰極には、表面へのスカンジウムの供給力
が不十分でイオン衝撃による電子放出特性が劣化する問
題があった。
【００１０】本発明の目的は、イオン衝撃による性能劣
化の少ない電子管およびそれに用いるＳｃ被覆型含浸形
陰極を提供することにある。
化の少ない電子管およびそれに用いるＳｃ被覆型含浸形
陰極を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、Ｓｃ被覆型
含浸形陰極の被覆膜を、ほとんどがスカンジウムまたは
その酸化物からなる下部被覆膜と、タングステンやモリ
ブデン等の高融点金属を主体とする上部被覆膜の２層被
覆膜とすることにより達成できる。
含浸形陰極の被覆膜を、ほとんどがスカンジウムまたは
その酸化物からなる下部被覆膜と、タングステンやモリ
ブデン等の高融点金属を主体とする上部被覆膜の２層被
覆膜とすることにより達成できる。
【００１２】
【作用】本発明では、上部被覆膜（表面近傍）を低スカ
ンジウム組成とし、下部被覆膜を高スカンジウム組成と
しているので、表面のスカンジウム組成が高すぎること
はない。また、下部被覆膜を高スカンジウム組成として
いるので、スカンジウムの供給量も確保できる。
ンジウム組成とし、下部被覆膜を高スカンジウム組成と
しているので、表面のスカンジウム組成が高すぎること
はない。また、下部被覆膜を高スカンジウム組成として
いるので、スカンジウムの供給量も確保できる。
【００１３】換言すると、上部被覆膜の厚さで表面スカ
ンジウム組成の最適化を図ることができ、下部被覆膜の
厚さでスカンジウムの総供給量および供給力を調整でき
る。
ンジウム組成の最適化を図ることができ、下部被覆膜の
厚さでスカンジウムの総供給量および供給力を調整でき
る。
【００１４】その結果、電子放出特性を低下させること
なく、スカンジウムの供給力を向上させることができる
ので、電子管動作中の耐イオン衝撃特性の向上が可能と
なる。
なく、スカンジウムの供給力を向上させることができる
ので、電子管動作中の耐イオン衝撃特性の向上が可能と
なる。
【００１５】上部被覆膜の厚さは３００ｎｍ〜２μｍ、
下部被覆膜の厚さは５０ｎｍ〜１μｍの範囲内で選ぶの
が好ましい。
下部被覆膜の厚さは５０ｎｍ〜１μｍの範囲内で選ぶの
が好ましい。
【００１６】
【実施例】以下、図１により本発明の実施例を説明す
る。まず、タングステン粉末をプレス、焼結して作製し
たタングステン多孔質体３１に、ＢａＯを主体とする酸
化物つまり含浸剤３２を含浸して多孔質タングステン基
体３を作製した。含浸剤３２としては、ＢａＯ，Ｃａ
Ｏ，Ａｌ2Ｏ3を４：１：１に混合したものを用いた。そ
して、この含浸剤３２を、水素雰囲気中で１９００℃に
加熱溶融し、タングステン多孔質体３１に含浸した。多
孔質タングステン基体３の大きさ及び形状は、直径1.2
ｍｍ、厚さ0.4ｍｍの円筒状のペレットである。
る。まず、タングステン粉末をプレス、焼結して作製し
たタングステン多孔質体３１に、ＢａＯを主体とする酸
化物つまり含浸剤３２を含浸して多孔質タングステン基
体３を作製した。含浸剤３２としては、ＢａＯ，Ｃａ
Ｏ，Ａｌ2Ｏ3を４：１：１に混合したものを用いた。そ
して、この含浸剤３２を、水素雰囲気中で１９００℃に
加熱溶融し、タングステン多孔質体３１に含浸した。多
孔質タングステン基体３の大きさ及び形状は、直径1.2
ｍｍ、厚さ0.4ｍｍの円筒状のペレットである。
【００１７】次に、多孔質タングステン基体３の上面
に、スカンジウムまたはその酸化物を主体とする下部被
覆膜１を、金属スカンジウムを蒸着源として電子ビーム
蒸着法により１００ｎｍの厚さ形成した。
に、スカンジウムまたはその酸化物を主体とする下部被
覆膜１を、金属スカンジウムを蒸着源として電子ビーム
蒸着法により１００ｎｍの厚さ形成した。
【００１８】次に、その上面にタングステンやモリブデ
ン等の高融点金属を主体とする上部被覆膜２を、タング
ステンのスパッタターゲットを用いてスパッタ成膜法に
より、５００ｎｍの厚さ形成しＳｃ被覆型含浸形陰極を
完成させた。
ン等の高融点金属を主体とする上部被覆膜２を、タング
ステンのスパッタターゲットを用いてスパッタ成膜法に
より、５００ｎｍの厚さ形成しＳｃ被覆型含浸形陰極を
完成させた。
【００１９】また、比較例として、図２に示す従来のＳ
ｃ被覆型含浸形陰極を作製した。多孔質タングステン基
体３の上面に、タングステンとスカンジウムを構成元素
とする被覆膜１０を、タングステンとスカンジウムまた
はそれらの酸化物をスパッタターゲットとして用い、ア
ルゴンスを放電ガスとして用いてパッタ成膜法により６
００ｎｍの厚さ形成し従来のＳｃ被覆型含浸形陰極を完
成させた。被覆膜１０は、組成が３at％Ｓｃ（組成は、
含まれるであろう酸素の含有を考慮していない）の均一
組成で、被覆膜上面から下面にわたりほぼ均一なスカン
ジウム組成であった。
ｃ被覆型含浸形陰極を作製した。多孔質タングステン基
体３の上面に、タングステンとスカンジウムを構成元素
とする被覆膜１０を、タングステンとスカンジウムまた
はそれらの酸化物をスパッタターゲットとして用い、ア
ルゴンスを放電ガスとして用いてパッタ成膜法により６
００ｎｍの厚さ形成し従来のＳｃ被覆型含浸形陰極を完
成させた。被覆膜１０は、組成が３at％Ｓｃ（組成は、
含まれるであろう酸素の含有を考慮していない）の均一
組成で、被覆膜上面から下面にわたりほぼ均一なスカン
ジウム組成であった。
【００２０】本実施例および比較例のＳｃ被覆型含浸形
陰極を、１１５０℃で５時間の活性化加熱した結果、同
等の電子放出特性を得た。
陰極を、１１５０℃で５時間の活性化加熱した結果、同
等の電子放出特性を得た。
【００２１】次に、本実施例および比較例のＳｃ被覆型
含浸形陰極の耐イオン衝撃特性を、１７インチディスプ
レイ管において評価した。ここで、図３により、ブラウ
ン管１００を例として、陰極の電子管での使用形態を説
明する。陰極１０１は電子銃１０２の端に位置し、陰極
より放出した電子ビ−ム１０４は電子銃で蛍光面１０３
上にフォ−カスされる。電子ビ−ム１０４により陽イオ
ン化された残留ガスは陰極表面に戻り、放出電流を低下
させる。
含浸形陰極の耐イオン衝撃特性を、１７インチディスプ
レイ管において評価した。ここで、図３により、ブラウ
ン管１００を例として、陰極の電子管での使用形態を説
明する。陰極１０１は電子銃１０２の端に位置し、陰極
より放出した電子ビ−ム１０４は電子銃で蛍光面１０３
上にフォ−カスされる。電子ビ−ム１０４により陽イオ
ン化された残留ガスは陰極表面に戻り、放出電流を低下
させる。
【００２２】耐イオン衝撃特性の評価の結果、比較例の
Ｓｃ被覆型含浸形陰極は、１時間の動作で放出電流が初
期の８０％に劣化した。これは、イオン衝撃により単分
子層が失われたためである。これに対し、本実施例のＳ
ｃ被覆型含浸形陰極では、放出電流の低下は９０％以上
に向上した。なお、それ以後の５００時間まで動作試験
でもこれ以上の劣化は現われなかった。
Ｓｃ被覆型含浸形陰極は、１時間の動作で放出電流が初
期の８０％に劣化した。これは、イオン衝撃により単分
子層が失われたためである。これに対し、本実施例のＳ
ｃ被覆型含浸形陰極では、放出電流の低下は９０％以上
に向上した。なお、それ以後の５００時間まで動作試験
でもこれ以上の劣化は現われなかった。
【００２３】本実施例では、含浸剤として、ＢａＯ，Ｃ
ａＯ，Ａｌ2Ｏ3を４：１：１に混合したものを用いた。
しかし、含浸剤組成は本発明の効果とは本質的に無関係
である。これは５：３：２や他の組成のものにおいても
同様の効果を示すことは明らかである。さらに、本実施
例の被覆膜の構成要素としてスカンジウム以外には、タ
ングステンを用いて説明した。しかし、モリブデンもタ
ングステンと同様に用いることができ、モリブデンとタ
ングステンの両方を含んでいても、さらに他の高融点金
属を含んでいても問題ない。スカンジウムの下部被覆膜
１は、蒸着法により成膜したが、これはＣＶＤ法など他
の成膜手段を用いても良い。また、上部被覆膜２成膜に
はスパッタ成膜法を用いたが、同様に他の成膜手段を用
いても良い。
ａＯ，Ａｌ2Ｏ3を４：１：１に混合したものを用いた。
しかし、含浸剤組成は本発明の効果とは本質的に無関係
である。これは５：３：２や他の組成のものにおいても
同様の効果を示すことは明らかである。さらに、本実施
例の被覆膜の構成要素としてスカンジウム以外には、タ
ングステンを用いて説明した。しかし、モリブデンもタ
ングステンと同様に用いることができ、モリブデンとタ
ングステンの両方を含んでいても、さらに他の高融点金
属を含んでいても問題ない。スカンジウムの下部被覆膜
１は、蒸着法により成膜したが、これはＣＶＤ法など他
の成膜手段を用いても良い。また、上部被覆膜２成膜に
はスパッタ成膜法を用いたが、同様に他の成膜手段を用
いても良い。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、耐イオン衝撃に強い電
子管の作製が可能となる。
子管の作製が可能となる。
【図１】本発明のＳｃ被覆型含浸形陰極の断面模式図で
ある。
ある。
【図２】従来のＳｃ被覆型含浸形陰極の断面模式図であ
る。
る。
【図３】本発明の陰極の使用形態を説明するブラウン管
構成図である。
構成図である。
１…スカンジウムを主体とする下部被覆膜、２…タング
ステンを主体とする上部被覆膜、３…多孔質タングステ
ン基体、１０…タングステンを主体にスカンジウムを含
む被覆膜で、スカンジウムが均一に存在する被覆膜、３
１…タングステン多孔質体、３２…含浸剤、１００…ブ
ラウン管、１０１…陰極、１０２…電子銃、１０３…蛍
光面、１０４…電子ビ−ム。
ステンを主体とする上部被覆膜、３…多孔質タングステ
ン基体、１０…タングステンを主体にスカンジウムを含
む被覆膜で、スカンジウムが均一に存在する被覆膜、３
１…タングステン多孔質体、３２…含浸剤、１００…ブ
ラウン管、１０１…陰極、１０２…電子銃、１０３…蛍
光面、１０４…電子ビ−ム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成清 正 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山田 絵実子 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 松▲崎▼ 尚子 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】バリウムを含む酸化物を含浸させた多孔質
タングステン基体と、該多孔質タングステン基体表面上
に形成されたスカンジウムを主体とする下部被覆膜と、
該下部被覆膜表面上に形成された高融点金属を主体とす
る上部被覆膜を有することを特徴とする含浸形陰極。 - 【請求項２】上記上部被覆膜の高融点金属はタングステ
ンおよびモリブデンの少なくとも１種である請求項１記
載の含浸形陰極。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の含浸形陰極を電
子ビームを放出する陰極として有することを特徴とする
電子管。 - 【請求項４】上記電子管はブラウン管であり、上記含浸
形陰極から放出された電子ビームは電子銃を通過して蛍
光面に達する請求項３記載の電子管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3966895A JPH08236008A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 含浸形陰極及びこれを用いた電子管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3966895A JPH08236008A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 含浸形陰極及びこれを用いた電子管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236008A true JPH08236008A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12559474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3966895A Pending JPH08236008A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 含浸形陰極及びこれを用いた電子管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236008A (ja) |
-
1995
- 1995-02-28 JP JP3966895A patent/JPH08236008A/ja active Pending
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