JPS60170137A - 熱陰極 - Google Patents

熱陰極

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Publication number
JPS60170137A
JPS60170137A JP59025027A JP2502784A JPS60170137A JP S60170137 A JPS60170137 A JP S60170137A JP 59025027 A JP59025027 A JP 59025027A JP 2502784 A JP2502784 A JP 2502784A JP S60170137 A JPS60170137 A JP S60170137A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
coating layer
impregnated
electron
metal
Prior art date
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Pending
Application number
JP59025027A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadanori Taguchi
田口 貞憲
Toshiyuki Aida
会田 敏之
Yoshihiko Yamamoto
山本 恵彦
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59025027A priority Critical patent/JPS60170137A/ja
Publication of JPS60170137A publication Critical patent/JPS60170137A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01J1/20Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/28Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode

Landscapes

  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ブラウン管、撮像管等の電子管に用いる熱陰
極に関するものである。
〔発明の背景〕
含浸形陰極あるいはマトリックス形陰極は高電流密度陰
極で、電子管の高性能化を計るための陰極として有望視
されている。
含浸形陰極及びマトリックス形陰極は、いずれも耐熱金
属基体と電子放出物質が共存した構造を採っている。含
浸形陰極は多孔質耐熱基体の細孔部に電子放出物質を溶
融含浸して製造している。
マトリックス形陰極は耐熱金属粉と電子放出物質とを混
合・焼結して製造している。両陰極とも基体はほとんど
の場合、W、Moから成るが、Ta。
Os、Ru、I r、Reなどの金属を含む場合もある
。電子放出物質としては、BaOとAQ20゜Ca○+
 M g Or Sc、 03v YQOs v Z 
rO2Sr○などのうち少なくとも】種を含む化合物あ
るいは混合物を原料として用いているのが一般的である
上記両陰極は、動作状態において、基体と電子放出物質
が反応して、Baを生成し、生成されたBaが基体表面
すなわち電子放出面に到達し、表面拡散して、電子放出
に適したBa単原子層を形成する。このような熱陰極は
、長時間に亘って。
高い電子放出能を維持することから、ブラウン管、撮像
管などの陰極として開発が進められている。
しかし、高い電子放出能を有する反面、動作温度が11
. O0℃以上と高い。動作温度を下げるために、陰極
表面にOs、Trなどの金属膜を被覆する方法が採られ
ているが、それでも動作温度は1000℃と高い。動作
温度が高いために、電子放出に寄与しないBaやB a
 Oの蒸発が多くなり、他の電極へ付着し、管球特性に
悪影響を及ぼすために実用化の障害になっている。また
、金属と酸化物が混在している表面に異種金属膜を被覆
しても、陰極との馴染みが悪く、剥離し易くまた不均質
になるなど、特性のばらつき原因となっている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、余分なりa及びBaOの蒸発を抑え、
かつ、特性のばらつきを少なくシ、信頼性の高い熱陰極
を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的に従って、本発明の詳細な説明する。
本発明の熱陰極は含浸形陰極及びマトリックス形陰極表
面上に第1の金属被覆層及び電子放出特性を向上させ得
る第2の金属被覆層を設けたごとを特徴とする熱陰極で
ある。上記、面陰極は製造法が異なる以外は、断面構造
、動作機構はほぼ同じである。以下、本発明の熱陰極に
ついての説明は、代表として含浸形陰極について述べる
含浸形陰極3は、多孔質耐熱基体1内に電子放出物質2
を含浸した構造を採っている(第1図)。
多孔質耐熱基体としてはWが一般的であるが、Mo2そ
の他に高融点金属が単体、合金あるいは2種類以上の混
合状態で用いられる。電子放出物質としては、一般にB
a3AQ206化合物を基本として、Cab、Sc、、
03* Ysa O3t Mg0tZrO2,SrOな
ど酸化物が添加され用いられる。含浸形陰極3の場合は
、電子放出物質2は多孔質基体1の細孔部の加熱溶融含
浸される。マトリックス形陰極の場合は、基体となる金
属粉と電子放出物質粉を混合、加圧成型後、高温で焼結
して製造される。含浸形陰極断面模式図を第1図に示す
。図中、1は多孔質W基体、2は電子放出物質のBa3
AQ206合物、3は含浸形陰極である。
第1図でも分るように、陰極表面は基体金属と電子放出
物質の酸化物が共存した状態である。動作機構は次の如
くである。陰極内部でWとBa3AQ206とが反応し
てBaを生成する。生成されたBaは細孔部を通って表
面に到達して、一部は表面拡散しBa単原子層を作り電
子放出に適した表面を構成し、他の一部のB11とBa
3AQ206の熱分解によって生じたBaOが電子放出
に寄与しないまま、真空中に放出され、管球特性に悪影
響を及ぼす。
含浸形陰極など高電流密度熱陰極は、高い電流密度が得
られる反面、動作温度が、塗布形酸化物陰極に比べて3
00℃以上も高い。動作温度が高いために電子放出に寄
与しない余分なりa。
BaOの蒸発が多い。動作温度を下げるための研究開発
が盛んである。その中で最も有望な方法は、仕事関数の
高い金属(O8,I r、Ruあるいはこれらの合金)
を陰極表面に被覆する方法である。
仕事関数の高い金属上に吸着することによって仕事関数
が低くなり電子放出特性が向上し、結果として動作温度
の低下に結びつく。この方法によれば、動作温度は約1
00℃下げることができる。
しかしBa、BaOの蒸発量は、これまで使用されてい
る塗布形酸化物陰極に比べると、まだ1桁以上も大きい
。また、基体金属と被廖金属の材質が異なるトに、陰極
表面には酸化物(電子放出物質)領域が点在する。この
ため、被WI膜と陰極表面との馴染み(mれ性)が悪く
、被覆膜の剥離原因や不均一膜になり易く、特性の大き
なばらつき原因となっている。第2図はO8被覆した従
来型陰極5で含浸形陰極表面にOs4を被覆した直後(
a)と使用中(b)の断面模式図を示す。第2図(a)
のように、O8被覆4は均一に実施されても、使用中に
は、酸化物と被覆膜との馴染みが悪いために、第2図(
b)のように変化してしまう9被覆膜のない領域からの
電子放出特性が悪い。
このようになるには、基体金属と被覆膜との材質が異な
ることも加速している。
本発明の熱陰極8は、下地陰極の基体材料と同材質の金
属からなる第1の被覆層6を設け、さらに電子放出特性
を向上させる第2被覆層7を設け、陰極基体1と第1被
覆層6との濡れ性を良くし、且つ、第1被覆層6と第2
被覆層7の馴染みを良くし、剥離因子の減少と電子放出
特性の安定化とともに、余分なりa、RnOの蒸発量を
も減少させようとするものである。第1被覆層6は下地
陰極の基体材料と同材質あるいは主成分とする合金膜で
あれば濡れ性を大巾に改善でき望ましい。したがって、
含浸形陰極及びマトリックス形陰極では、W、 M o
 、 Reあるいはこれらを含む合金膜が望ましい。ま
た、第2被覆層7は電子放出特性を向上させる金属すな
わちOs、R,u、Tr。
Reあるいはこれらを含む合金膜である。両被覆層の厚
さは0.02μm以上で効果があり、1μm以上では効
果は飽和する。特性に及ぼす効果と被覆に要する時間、
被覆材の値段から0.02〜1μmが本発明の熱陰極に
おける最適厚みと言える。被覆層はスパッター法、電子
線蒸着法などによる方法で形成することができる。この
ようにして作製した熱陰極は、使用中でも第3図に示す
模式図のように第1及び第2被覆層には急激な変化は見
られなく、Ba、BaOの蒸発量は、第1被覆層6の厚
さに依存するが第2図に示した従来型陰極5に比べて約
0.5桁減少さ仕ることができる。また、第2被覆層7
が切れ目なく平滑であることから、各陰極間の電子放出
特性にばらつきが見られなく、本発明の熱陰極特性10
は従来型陰極特性9の上限に位置し、使用中にも変化し
なかった(第4図)以上は含浸形陰極についてであるが
、マトリックス形陰極でも同効果が得られる。
本発明によれば、以上、説明したようにBa。
BaOの蒸発量を従来型陰極よりも約0.5桁減少させ
ることができ、しかも電子放出特性は上限に安定させた
信頼性の高い熱陰極を得ることができると言える。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって説明する。
平均粒径5μmのW粉を用いて、陰極形状にプレス成径
後、真空中で焼結し、含浸形陰極の多孔質基体を作製し
、水素中で電子放出物質として予め用意した4Bao−
AQQO3・ca○組成の化合物を加熱溶融し、基体細
孔部に含浸した。そののち、表面の全面の余分な電子放
出物質を除去して、下地の含浸形陰極を作製した。この
含浸形陰極表面に第1被覆層6としてスパッタによって
Wtto、 0.02.0.1 、0.5.1.0.2
.Ottmノ厚みで被覆した。次に、第2被覆層7とし
て、電子線蒸着によってOsを上記陰極にそれぞれ0.
02.0.1 、0.2.0.5.1.0.2.0 p
rnOQ厚さで被覆した。このように第1被覆層6及び
第2被覆層7を設けた含浸形陰@8を第5図に示すよう
に、障壁層11としてのTaカップの中に挿入し、さら
にTaからなるスリーブ12と朝み合せ、スリーブ12
外側からレーザービーlS#¥接で固定した。さらに、
アルミナ被覆したWヒータ13と組み合せて特性評価に
供した。電子放出特性の評価は] O−’ Torrの
真空装置内で2極管形式で測定した時の零電界時の飽和
電流密度をリチャードソンプロットして評価した。P+
 a及びBaOの蒸発量は別の真空装置内に設けた質量
分析計を用い、陰極表面から飛び出すBa、Bad@イ
オン化し、その時のイオン電流凰で評価した。また、被
N層観察はSEMを用い実施し、さらには斜め研磨後、
m察した。陰臣は1000℃X200h加熱後に観察し
た。電子放出特性及びBa、BaO蒸発量の特性評価に
はいずれも5個の含浸形陰極を用いた。
電子放出特性は、第4図に示したように、第1被覆層の
厚み0、すなわら従来型陰極の特性9はばらつきが多か
った。しかし、本発明の熱陰極特性10、すなわちWに
よって第1被覆層を0.02〜1μm設けることによっ
て、特性は上限に安定し、ばら−っきが少なくなった。
特に第1被覆層の厚さが0.1μin以上ではさらに顕
著であった。
Osによる第2被覆層の厚さが0.02〜2μmの範囲
では、特性に影響を及ぼさなかった。
13a、BaO蒸発量は第1被覆層及び第2被覆層の厚
さに比例してほぼ直線的に減少した。第1被覆層が0.
5μm、第2被覆層が0.5μmの時、従来型含浸形陰
極に比べて約0.5桁減少した。第1被覆層が2μm、
第2被覆層が2μmと厚くなると、表面へのBa供給量
が少なく、電子放出特性が不安定になる傾向を示した。
第1及び第2被覆層を設けた本発明の陰極を1000’
Cx200h加熱後にも、その断面は、第3図に示すよ
うに、被覆膜が連続であることを確認した。
〔発明の効果〕
以上、本発明の熱陰極によれば、従来型陰極に比べて、
BA、BaO蒸発量は約0.5桁減少させることができ
、しかも、電子放出特性をと限に安定させた信頼性の高
い熱陰極を得ることができた。
【図面の簡単な説明】 第1図は含浸形陰極の断面模式図、第2図(a)1(b
)はOs被覆した従来型陰極のOs被覆直後の断面模式
図及び使用中の断面模式図、第3図は本発明による熱陰
極の断面模式図、第4図は従来型陰極と本発明による熱
陰極の電子放出特性を比較した図、第5図は本発明の熱
陰極と障壁層、スリーブ、Wヒータを組み合せた組立図
である。 1・・・多孔質W基体、2・・・電子放出物質(Ra、
、 AQ 20s )、3・・・含浸形陰極、4・・・
O8被覆膜、5・・・Os被覆した従来型陰極、6・・
・本発明の熱陰極における第1被覆層、7・・・本発明
の熱陰極における第2被覆層、8・・・本発明の熱陰極
、9・・・従来型陰極の電子放出特性、10・・・本発
明の熱陰極の電子放出特性、11・・・障壁層、12・
・・スープ、13・・・アルミナ被覆したWヒータ、1
4・・・本発明の熱陰極と障壁層、スリーブ、Wヒータ
を組み合せた組立図。 等1邑 ¥ 2目 (良) (し) 竿4図 雲 1 千′1 噂←

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多孔質耐熱体に電子放出物質を含浸した構造を採る
    含浸形陰極あるいは耐熱金属粉と電子放出物質を焼結し
    て作製したマトリックス形陰極において、陰極表面上に
    、W、Mo、Re及びこれらを含む合金からなる群から
    選ばれた少なくとも1種の金属からなる第1被覆層を設
    け、さらに第1被覆膜上に、Os、Ir、Ru。 Re及びこれらを含む合金からなる群から選ばれた少な
    くとも1種の金属からなる第2被覆層を設けたことを特
    徴とする熱陰極。 2、上記第1被覆層及び第2被覆層の厚さをそれぞれ0
    .02〜1μmとしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の熱陰極。
JP59025027A 1984-02-15 1984-02-15 熱陰極 Pending JPS60170137A (ja)

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JP59025027A JPS60170137A (ja) 1984-02-15 1984-02-15 熱陰極

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JP59025027A JPS60170137A (ja) 1984-02-15 1984-02-15 熱陰極

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JPS60170137A true JPS60170137A (ja) 1985-09-03

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ID=12154426

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JP59025027A Pending JPS60170137A (ja) 1984-02-15 1984-02-15 熱陰極

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JP (1) JPS60170137A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4737679A (en) * 1985-02-08 1988-04-12 Hitachi, Ltd. Impregnated cathode
US5757115A (en) * 1994-05-31 1998-05-26 Nec Corporation Cathode member and electron tube having the cathode member mounted thereon

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4737679A (en) * 1985-02-08 1988-04-12 Hitachi, Ltd. Impregnated cathode
US5757115A (en) * 1994-05-31 1998-05-26 Nec Corporation Cathode member and electron tube having the cathode member mounted thereon

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