JPS6288239A - 電子管用陰極 - Google Patents

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〕 この発明はＴＶ用ズブラウン管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用ズブラウン管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、マグネシラ
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（Ｂａｄ）であれば次式（１）　（２）の様に反
応するものである。

ＢａＯ＋１／２８ｉ　＝　Ｂａ＋１／２ＳｉＯ，＋＋＋
＋＋＋＋＋＋　（１）ＢａＯ，＋　Ｍｇ　　＝　Ｂａ＋
ＭｇＯ＋＋＋＋・１＋ｌｌＨ（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〜ｓｏｏ”ａの動作温度で０．５〜ｏ、ｇＡ／ｃ
ｔ、１の′１セ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〜ｏ、ｓ　Ａ　／ｃｒｄ以上の″ｌＥｌ密
流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）　（２１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８４０．　、ＭｇＯあるいはＢａＯ，８ｉ０□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５９−２０９
４１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
薄くシ、寿命中の還元剤の個濁を防止しかつ基本（１）
の強度低下を防止する目的で、基体（１）にランタンが
ＬａＮｉ、及びＬａ２０．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）表面近傍のニッケル結晶粒界と上記界面より１
０μｍ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Ｌ２Ｎｉ、及びＬａ、０゜
を含有させるため、基体（１）内のＬａＮ　ｉ　、及び
Ｌａ２０゜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潜る
ことを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

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とを主成分とする電子放射
物質層をその上部に予め希土類金属酸化物層を形成した
ニッケルを主成分とする基体上に被着形成させたもので
ある。

〔作用〕

この発明においては、基体上に形成された１０μ以下の
希土類金属酸化・フ層が、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が防止し、中間層を電
子放射物質層内に分散させるものである。

〔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、（転）は基体（１）の底部上面に形成さ
れた希土類金属酸化物層、（２）は該希土類金属酸化物
層上に被着され、少なくともバリウムを含み、他にヌト
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ａυを主成分とした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）への希土類金属酸化物層（２）及び電子放射物質
層（２）の被着方法について説明すると、まず、バリウ
ム、ヌトロンチウム、カルシウムの三元炭酸塩を所望の
重ｆｔ％とバインダー及び溶剤を添加混合し、懸濁液を
作成する。この懸濁液を予め電子ビーム蒸着装置あるい
はスパッタリング装置などを用いて、その上面に１０μ
ｍ以下の希土類金属酸化物層（２）を形成したニッケル
を主成分とする基体（１）上にスプレィにより約８０ミ
クロンの厚みで塗布し１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。

この様な方法で形成される希土類金属酸化物（Ｓｃρ＄
　１　Ｙ２Ｏ３などの厚み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８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ｏ、ｅ　６　
Ａ／７の３．１倍（２，０５Ａ／ｃ！ｄ）で動作させた
時の基体（１）上に種々の厚みで５Ｃ２０８層が形成さ
れた電子管用陰極、及び種々の厚みで基体（１）上にＹ
、Ｏ，が形成された電子管用陰極の寿命特性と希土類金
属酸化物層が全く形成されていない従来例の寿命特性と
の関係を示したものである。この第８図から明らかなよ
うに基体（１）上に希土類金属層が形成された本実施例
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。

このように基体（１）上に希土類金属酸化物層を形成し
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４μｍの厚みのＳｃ、Ｏ，層を形成した電子放射物
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。その結果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、基
体（１）内の結晶粒界ではＳｉｎ、。

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）測的ｌθμの位置には
ＢａＯ・８ｉ０．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。上記し九８１０ｔ−ＭｇＯ層及び
ＢａＯ−Ｓｉｎ２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８　ｉ　、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酸化物である
５Ｃ２０，を基体（１）に形成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Ｓ　ｉ　、Ｍｇは平均的に分散さ
れており、上記第５図に示した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。つまり活性
化時にアルカリ土類金属の炭酸塩が酸化物へと分解する
場合、あるいは電子管用陰極の動作時にＢａＯなどが解
離反応を起こす場合において、希土類金属酸化物が基体
（１）の酸化を防ぐことに起因しているものと考えられ
る。

例えば、希土類金属酸化物が酸化スカンジウム（Ｓｃ、
０．）である場合の反応は次式（４）　（６）の様にな
るものである。

（希土類金属酸化物表面）・・・（４）（希土類金属酸
化物表面）・・・（６）従って、上式（３）　（５）か
ら明らかなように、希土類金属酸化物層を形成していな
い電子放射物質層（２）を有した電子管用陰極において
は・寿命初期において既に基体（１）と電子放射物質層
（２）との界面に形成されたニッケルの酸化物と基体（
１）中の還元剤であるＳｉ、Ｍｇとが反応し、８４０．
　、ＭｇＯ層が界面の最表層及びその近傍の粒界中に形
成されることになる。

そのため、還元剤であるＳｉ、Ｍｇの電子放射物質層（
２）中への拡散は上記５ｉｎｔ、　ＭｇＯの酸化物層に
律速され、反応（１）　（２）のサイト（場所）は該酸
化物層の近傍に形成される。

そのため、特に高電流密度で動作する湯合、（１）（２
）の反応が活発に行われ、還元剤による酸化物Ｓｉｎ、
　、　ＭｇＯが上記酸化物層の近傍に集中して生成され
、（１）（２）の反応が進むとともに還元元素である８
ｉ、Ｍｇの電子放射物質中への拡散がますます抑制され
、エミッション低下が著シくする。

一方、本発明の実施例である希土類金属酸化物層を基体
（１）上に形成した電子放射物質層（２）を有した電子
管用陰極においては、基体（１）上に形成された希土類
金属酸化物層が基体（１）のニッケルの酸化反応を防止
するので、還元元素であるＳｉ、Ｍｇは基本（１）内の
結晶粒界またはその近傍で酸化物層を形成せず、電子放
射物質中へと容易に拡散していき、（１）　（２）の反
応サイトは電子放射物質層（２）内の粒界に形成され、
従来例よりも分散された場所に反応サイトがある。さら
に、基体（１）上の希土類金属酸化物が上記還元元素の
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でも安定で良好なエミッシ
ョン特性を維持できる。さらに希土類金属酸化物の一部
は解離して希土類金属がＮｉ基体（１）中へ固溶するの
で、たとえＢａＯの解離などで生じた酸素がＮｉ基体（
１）中へ拡散してきても、ＮＩ基体粒界で固溶８Ｃが酸
素と反応して５ｃ２０．を形成するので、Ｎｉ基体粒界
部でのＳｉ。

Ｍｇの偏析は抑制される。このような希土類金属酸化物
層の効果は１０μｍ以下で顕著である。厚みが１０μｍ
を越えると、Ｎｉ基体（１）からのｓｉ、Ｍｇの電子放
射物質層内への拡散が不十分になり、しかも萱’ｔｉ流
密度動作下での動作によるエミッタは基体（１）と上記
希土類金属酸化物層との剥離現象が生じる。

また、上記希土類金属酸化物層の厚みが１０μｍ以下の
範囲であれば、剥離現象が皆無であった。

因みに、従来の希土類酸化物層が形成されていない電子
放射物質層（２）を有した電子管用陰極でのはくり現象
の発生ひん度は８０％であった。

なお、上記実施例においては、希土類金属酸化物として
ＳＣ！Ｏｓ及びｙ、ｏｓを用いたものを説明したが他の
希土類金属酸化物でも同様の効果は得られタモノ（７）
、特ニ５ｃｔＯｓ　、　Ｙ２Ｏ３、ＣｅｚＯｓ　Ｋ　オ
イ”Ｃソノ効果が顕著であった。

〔発明の効果〕

この発明は以上のように述べたように基体上に予め１０
μｍ以下の厚みの希土類金属酸化物層を形成し、その上
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
主成分とする電子放射物質層を被着させたものとしたの
で、希土類金属酸化物層を形成し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８図は、希土類金属
酸化物層厚みとエミッション電流特性との関係を示す図
である。 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−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主成分がニッケルからなる基体上に、厚さ１０μ以下の
   希土類金属酸化物層を形成し、該希土類酸化物層上に、
   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
   電子放射物質層を被着形成したことを特徴とする電子管
   用陰極。