NL9101402A - Oxide-gecoate kathode voor crt en werkwijze voor de vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

UITTREKSEL

Deze uitvinding betreft een oxide-gecoate kathode voor CRT en een werkwijze voor de vervaardiging daarvan, waarin scandium (Sc) of scandiumoxide (Sc03) wordt gevaporiseerd en geïoniseerd tot een gas in een zuurstof houdende omgeving, en door versnelling wordt aangébracht op het oppervlak van een Ni-basis, die kleine hoeveelheden van een reducerend element zoals Mg of Si omvat, waarbij een implantatielaag met een zekere diepte in de basis is gevormd, waardoor de electron-emitterende karakteristieken van de kathode worden verbeterd en dè lèvensduur wordt verlengd.

Titel: Oxide-gecoate kathode voor CRT en werkwijze voor de vervaardiging daarvan.

Achtergrond van de Uitvinding 1. Gebied van de uitvinding

Deze uitvinding betreft een oxide-gecoate kathode voor -CRT en een werkwijze voor de vervaardiging daarvan, en meer in het bijzonder een oxide-gecoate kathode en een werkwijze voor de vervaardiging daarvan die de electron-emitterende karakteristieken en de levensduur van de kathode kan verhogen door de verdelingseigenschappen van de electron-emitterende stof te verbeteren door middel van een ion-implantatie methode.

2. Beschrijving van de stand van de techniek.

In een conventionele uitvoering van een kathode voor een kathode-straalbuis, zoals te zien is in fig.l, is een kap (1), uitgerust met een electron-emitterende stof, bijvoorbeeld een carbonaat (2), vastgelast op een huls (3). De electron-emitterende stof wordt als volgt bereid.

Een temair carbonaat van BaCC>3, CaC03 en SrCC>3, bereid uit de aardalkali-metalen Ba, Sr en Ca, wordt gemengd met een bindmiddel en een oplosmiddel zodat een suspensie wordt gevormd. Deze suspensie wordt gesproeid op een basis die gemaakt is van Ni als voornaamste element en die kleine hoeveelheden van een reducerend element, zoals Mg of Si, omvat.

De opgebrachte suspensie wordt in een vacuum verhit om deze om te zetten in het temaire samengestelde oxide, dat gebruikt wordt als een electron-emitterende stof.

Deze conversie, waarbij het temaire carbonaat verhit wordt in een vacuum, kan worden beschreven met de volgende reactieformules:

Het C02-gas dat gevormd wordt bij de bovenstaande reactie wordt verwijderd via een vacuumpomp, en het ternaire carbonaat wordt omgezet in het temaire samengestelde oxide van (Ba, Ca, Sr) 0.

Wanneer het genoemde temaire samengestelde oxide bij een temperatuur van 700-800°C wordt verouderd, wordt het op het scheidingsvlak met de Ni-basis door het reducerende element gereduceerd, waarbij vrij Ba wordt geproduceerd. Dit vrije Ba kan een rol spelen als een donor, die bij draagt aan de electron-emitterende werking.

Indien de werking van de electron-emissie gedurende een langere periode wordt voortgezet, reageert in het bovenstaande geval het temaire samengestelde oxide van (Ba, Ca, Sr) O met het reducerende element in de Ni-basis waarbij een oxidelaag wordt gevormd. Een dergelijke oxidelaag wordt een "tussenlaag" genoemd, en deze is een samengestelde oxidelaag bestaande uit MgSi03 of BaSi03, enz. De genoemde tussenlaag remt de diffusie van het reducerende element, waardoor de vorming van vrij Ba beperkt wordt. Dienovereenkomstig vertoont een dergelijke conventionele kathode gebreken in de vorm van slechte electron-emitterende karakteristieken en een korte levensduur.

Om de bovengenoemde problemen op te lossen, worden verschillende methodes volgens de stand der techniek beschreven in de US octrooien nrs. 4 797 593 of 4 864 189, de terinzagegelegde Japanse octrooiaanvragen SHOWA 61-271 732, 63-254 635, 64-77 819 of HEISEI 1 102 829. Deze octrooipublicaties beschrijven tenminste een van de volgende technieken, waarin een of twee elementen uit de groep der zeldzame aardmetaal elementen zoals In, Ga of Sc en dergelijke worden toegevoegd aan het temaire carbonaat, namelijk door middel van het gébruik van een dispersiemethode, een afzetmethode, of een co-precipitatiemethode, met als doel de vorming van vrij Ba te verhogen en daarmee de levensduur van de kathode te verlengen en te voorzien in een hoge stroomdichtheid.

Bijvoorbeeld leidt de toevoeging van Scandium (Sc) aan het temaire carbonaat tot een reductie van de tussenlaag van samengesteld oxide, die de bovengenoemde gebréken veroorzaakt, en heeft daarmee"het effect dat de vorming van de tussenlaag wordt beperkt.

Zoals echter beschreven in de Japanse octrooiaanvragen SHOWA 64-77 819 en HEISEI 1 102 829, vertonen zowel de dispersiemethode waarbij Sc gemengd wordt met het temaire carbonaat in een poedervorm van SC2O3, als de afzetmethode waarbij het temaire carbonaat wordt afgezet in de scandiumoplossing, het onderstaande genoemde probleem; de verdelingskarakteristieken van het Sc zijn slecht als gevolg van de verschillen in soortelijk gewicht en cohesie tussen de respectievelijke elementen.

Verder resulteert de co-precipitatiemethode, waarbij Sc en het ternaire carbonaat gelijktijdig afgezet en neergeslagen worden, in soortgelijke problemen als in de conventionele kathode ten gevolge van het criterium van de hoeveelheid Sc voor de afzetting.

Eveneens is met het oog op een oplossing van de bovenstaande problemen een techniek voorgesteld, waarbij Sc door middel van een kathodeverstuivingsmethode of een hitte-evaporatie methode als een laag wordt gecoat op het oppervlak van de Ni-basis. Een dergelijke methode heeft echter als nadeel dat de gecoate Sc-laag op de basis als een barrièrelaag werkt, die het carbonaat isoleert van het reducerende element zodat de vorming van het vrije Ba verhinderd wordt. Een andere methode is voorgesteld, waarbij kleine hoeveelheden Sc direct worden toegevoegd tijdens de vervaardiging van de Ni-basis, maar deze methode leidt tot een verhoging van de productiekosten.

Samenvatting ..van..de uitvinding

Doel van de huidige uitvinding is te voorzien in een oxide-gecoate kathode die in staat is om de electron-emitterende karakteristieken te verhogen en waarin Sc gelijkmatig verdeeld is over het oppervlak en in het inwendige van de Ni-basis, die kleine hoeveelheden van een reducerend element omvat.

Een ander doel van de huidige uitvinding is te voorzien in een werkwijze voor het vervaardigen van een oxide-gecoate kathode die in staat is om de electron-emitterende karakteristieken te verhogen, waarbij geïoniseerd Sc of SC2O3 geïmplanteerd wordt in het oppervlak en het inwendige van de Ni-basis die kleine hoeveelheden van het reducerende element omvat, waarna daarop een carbonaat omvattend suspensie wordt gesproeid.

Om de bovenstaande doelen te bereiken, omvat deze uitvinding het volgende: geïoniseerd Sc wordt door versnelling aangébracht op het oppervlak van een basis, die Ni als voornaamste element bevat, door middel van het gebruik van een ion-implantatie methode, tot een diepte van 20-300 nm vanaf het oppervlak van de basis gerekend, en een suspensie van een ternair samengesteld oxide, bevattend BaCX>3, CaC03 en Sr CO 3 wordt door middel van een sproeimethode op het oppervlak van deze basis gecoat, zodat een kathode wordt verkregen.

De huidige uitvinding kan meer volledig begrepen worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving, met verwijzing naar de tekeningen, waarin:

Korte beschrijving van de tekeningen fig.l een partieel doorsnede-aanzicht van een conventionele oxide-gecoate kathode laat zien; fig. 2(A) een schematische weergave is van een implantatie-procedure volgens de huidige uitvinding, waarbij versnelde ionen op de basis aangebracht worden; fig. 2(B) een schematisch aanzicht in doorsnede is van een kathode-structuur volgens de huidige uitvinding; fig.3 een vergroot aanzicht in doorsnede is van deel A uit fig. 2(B), waarin (schematisch) het bovenste deel van de basis te zien is.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen

In fig. 2(B) wordt een kathode-structuur getoond volgens deze uitvinding, waarbij een kap (10), welke een basis met Ni als voornaamste element omvat, is gelast op een huls (12) met een verhitter (14) daarin. De basis is voorzien van een bekleding daarop van een electron-emitterende stof (16), die een temair carbonaat van BaC03, CaC03, SrC03 omvat.

Zoals in fig. 2(A) te zien is, wordt gevaporiseerd en geïoniseerd Sc of SC2O3 in de gasfase door versnelling aangebracht op kap (10), bijvoorbeeld de Ni-basis, waarbij het geïmplanteerd wordt in de basis onder vorming van een implantatielaag waarin het Sc uniform verdeeld is tot een zekere diepte.

In het geval van het ioniseren van scandiumoxide (SC2O3), is het mogelijk om het SC2O3 in de gasfase te brengen door middel van verhitten, waarbij een hogere temperatuur nodig is om de temperatuur te verhogen. Uit dit oogpunt stelt deze uitvoering van de huidige uitvinding een methode voor waarbij Sc gevaporiseerd wordt in een zuurstof houdende omgeving, en het gevaporiseerde Sc en het zuurstof gescheiden van elkaar versneld worden om te worden geïmplanteerd op de Ni-basis.

Op dat moment hangt de hoeveelheid van Sc of SC2O3 die geïmplanteerd wordt, af van de begin-hoeveelheid van elk carbonaat. In deze uitvoering van de uitvinding wordt Sc of SC2O3 geïmplanteerd in het inwendige van de basis en verdeeld, waarbij een implantatielaag wordt gevormd met een zekere diepte, bijvoorbeeld, 20-300 nm vanaf het oppervlak van de basis gerekend, afhankelijk van de ionisatiegraad, het versnellings-voltage, en de conditie van het oppervlak van de basis. Het verdient de voorkeur dat de dichtheid van de implantatielaag waarin Sc en SC2O3 verdeeld worden, een waarde van 0.3-0.5 heeft als optimale waarde in vergelijking met die van de matrix, d.w.z. de Ni-basis die kleine hoeveelheden van een reducerend element zoals Mg of Si bevat.

Fig.3 toont schematisch de bovenkant van de basis die aan de electron-emitterende substantie (16) grenst, waar een reducerend element (18) zoals Mg of Si en Scandium (Sc) of scandiumoxide (SC2O3) (20) gelijkmatig verdeeld zijn op het oppervlak en binnen in de kap (10) die de Ni-basis bevat. Het is nu gevonden dat de vorming van de tussenlaag, die gevormd wordt op het scheidingsvlak tussen het carbonaat en de Ni-basis, en die verhindert dat het reducerende agens diffundeert, (zoals in de conventionele kathode) beperkt wordt ten gevolge van de uniforme verdeling van Sc aan het grensvlak. Daardoor wordt de vorming van vrij Ba versneld zodat de electron-emitterende karakteristieken van de kathode worden verbeterd en de levensduur wordt verlengd.

In de bovengenoemde uitvoering van deze uitvinding wordt een methode, waarin geïoniseerd Sc geïmplanteerd wordt in de Ni-basis door middel van een implantatiemethode, beschreven. Volgens een andere uitvoeringsvorm van deze uitvinding kan Sc of SC2O3 door middel van een plasma-sproei methode gesproeid worden op het oppervlak van de kap (10) die de Ni-basis omvat, waarna het genoemde Sc diffundeert in de richting van het inwendige van de Ni-basis zodat een implantatielaag wordt gevormd als in de eerstgenoemde uitvoeringsvorm. Een dergelijke implantatielaag werkt als en leidt tot dezelfde effecten als hierboven.

In de huidige uitvinding, zoals hierboven beschreven, wordt bereikt dat de vorming van de tussenlaag gelimiteerd kan worden door een uniforme verdeling van Sc of SC2O3 op het oppervlak en in het inwendige van de Ni-basis, waarbij de electron-emitterende karakteristieken van de kathode verbeterd worden en de levensduur wordt verlengd.

Verschillende modificaties en veranderingen kunnen door een deskundige worden aangebracht, zonder dat het wezen van de uitvinding wordt aangetast of dat er buiten het bereik van de conclusies wordt gewerkt.

Claims (7)

1. Oxide-gecoate kathode voor CRT, omvattend: een kap die een basis met Ni als voornaamste element omvat, waarbij genoemde kap gelast is op een huls; een electron-emitterende stof die een temair carbonaat van BaC03, CaC03 en SrC03 omvat, die gecoat is op genoemde basis; een verwarmer voor het verwarmen van de genoemde kap binnen de huls, waarbij de genoemde Ni-basis is gevormd met een implantatie-laag waarin Sc of SC2O3 gelijkmatig verdeeld zijn in het inwendige en op het oppervlak van de basis.

2. Oxide-gecoate kathode volgens conclusie 1, waarin de implantatie-laag een diepte heeft van 20-300 nm vanaf het oppervlak van de genoemde basis.

3. Oxide-gecoate kathode volgens conclusie 1, waarin de implantatie-laag een dichtheid heeft van 0.3-0.5 ten opzichte van de dichtheid van de genoemde basis.

4. Werkwijze voor de vervaardiging van een oxide-gecoate kathode voor CRT, omvattend: een stap waarin Sc of SC2O3 gevaporiseerd en geïoniseerd wordt door te verhitten in een zuurstofhoudende omgeving; een stap waarin het geïoniseerde Sc of SC2O3 door versnelling aangebracht wordt op het oppervlak van een basis die Ni als voornaamste element en kleine hoeveelheden van een reducerend element bevat, waarbij een implantatie-laag wordt gevormd; een stap waarin een suspensie, die een electron-emitterende stof uit een carbonaat bevat, op het oppervlak van de genoemde basis wordt gesproeid.

5. Werkwijze voor de vervaardiging van een oxide-gecoate kathode volgens conclusie 4, waarin de implantatie-laag een diepte heeft van 20-300 nm, vanaf het oppervlak van de basis gerekend.

6. Werkwijze voor de vervaardiging van een oxide-gecoate kathode voor CRT, omvattend: een stap waarin Sc of SC2O3 aangebracht wordt op het oppervlak van een kap die een basis met Ni als voornaamste element omvat, door middel van een plasma-sproeimethode; een stap waarin een suspensie, die een electron-emitterende stof uit een carbonaat omvat, op het oppervlak van de basis wordt gesproeid; en een stap waarin een implantatie-laag wordt gevormd door diffusie van Sc in de basis.

7. Werkwijze ter vervaardiging van een oxide-gecoate kathode volgens conclusie 6, waarin de genoemde implantatie-laag een diepte heeft van 20-300 nm, vanaf het oppervlak van de genoemde basis gerekend.