TW200305177A - Cathode for cathode ray tube with improved lifetime - Google Patents

Description

200305177 ⑴ 珑、發嗎說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於一陰極射線管之一浸潰陰極，具體而言， 係關於具有一改進使用期限之一浸潰陰極。 一浸潰陰極由一多孔金屬體組成，也可稱為一小粒，其 係藉由一種被稱作浸潰劑的可發射電子的材料浸製，該種 材料主要由_一種金屬氧化物組成，如氧化鋇。該多孔金屬 體一般係用一種耐高溫金屬製成，如鎢或鉬。該多孔金屬 體放置於一金屬托盤内，該托盤由一種耐高溫金屬製成。 一多孔金屬箔放置於該小粒之上，該金屬箔可藉由將一固 體箔穿孔製成，或藉由壓制、燒結及可能的浸潰製成。浸 潰材料與小粒發生化學反應而產生放射性材料，如一種以 鋇或氧化鋇為主的材料，該放射性材料可在小粒内移動並 穿過金屬笛上的小孔塗佈其表δ ’隨㈣表面形成陰極的 發射面。 先前技術 在陰極射線管的領域t，為了將該類射線管用於高解^ 度的應用(如電視），目前越來越多地是使陰極電流密度 大增加。現在’已知陰極的使用期限相當大地依賴 需的電流密度。 、 已乂出了各種各樣的方 為了延長浸潰陰極的使用期限， 法，如： 其係藉由降低浸漬 -使放射性材料（如鋇）的蒸發減慢， 粒的孔隙率，或降低操作溫度， 200305177

•增加浸潰材料的積蓄並因此增加放射性物質，其係藉 由增加小粒的體積，或在該小粒下方添加一貯存器。 然而’儘管這些解決方案可在低電流密度下延長陰極的 使用期限，但在高電流密度下陰極的使用期限並未發生實 質的改變，原因如下： -如果降低孔隙率，會導致浸潰材料的積蓄量變小 -如果降低操作溫度，會減少電子的發射 •放射性材料的流動隨著其與發射面之間距離的增加而 減慢’因為在遠離發射面的過程中，放射性材料的蒸 發與其暴露於真空區的表面積按比例變化 -在小粒下添加一貯存器係一個相當昂貴的解決方案， 其無法用於大眾化產品的製造，並且使陰極活化延長。 發明内容 本發明係關於一特別的陰極結構，其使得陰極無需根據 放射性材料的積蓄量來發揮作用，而係根據放射性材料的 流動，具體而言係根據積蓄材料的耗盡速率來發揮作用。 為此’依照本發明的一浸漬陰極包括一用鹼土金屬化合 物浸製的多孔放射性小粒，該小粒放置於由耐火材料製成 的一托盤中，且其上覆蓋一多孔金屬箔，其形成該陰極的 發射面’該陰極的特徵為該小粒在一重浸潰區及一無浸潰 或輕浸潰s之間有一分離面，該分離面包括至少一凹形部 分面對該發射面。 實施方式 依照先前技術說明一浸潰陰極，如美國專利申請US 4 101 800 (3) (3)200305177

。如圖1所述，該種陰極包括一均勻浸製的多孔小粒1 ,其 由放射性材料製成，如鹼土金屬化合物（如鋇或鈣該小 粒嵌入由耐高溫金屬（如鉬或鉅）製成的一托盤2中。該小粒 上覆蓋一多孔金屬落3，其係藉由雷射焊接或硬焊附於該托 盤之上。該金屬箔3係藉由壓制或燒結一金屬（如鎢）製成。 托盤2固定於一空心圓柱套筒6，該陰極的發熱絲4置於該套 筒中。 當陰極運_作時，放射性材料（例如）鋇及氧化鋇在小粒的微 孔中產生，並向發射面移動，且經由金屬箔3上的小孔5而 穿過該金屬.治。4發的鋇藉由小粒擴散，並繼續穿過金屬 箔3，部分鋇在其上沈積，而其餘部分以蒸氣的形式穿過該 金屬羯。金屬落上的小孔越少，沈積在金屬羯上的鋇就越 多。沈積的鋇迅速鋪開，並由於金屬箔的高溫而在該表面 上均勻塗佈’該溫度與小粒的操作溫度幾乎完全相同。鋇 塗佈於該多孔箔的上表面，使後者成為電子發射面。 鎖的流動藉由浸潰劑及組成小粒的材料（如鎢）之間的化 學反應產生，且其流動方向係朝發射面3形成的自由徑上β 因而形成一損耗鋒面7,其表面與該小粒的發射面實質上平 行《該損耗鋒面成為一區域8與一較深區域9之間的界線， 區域8内的放射性材料嚴重損耗，且其直接位於金屬箔3的 下方；而較深區域9内放射性材料的密度還未改變。在該陰 極的使用期限中，當該損耗鋒面的一表面與發射面實質上 平行時，該損耗鋒面將移動，發射面下方的鋇的深度隨著 該陰極的使用而逐步增加。 200305177

(4) 本發明係基於這樣的事實，即已知在操作中，當該損耗 鋒面的一表面與其最初表面實質上平行時，其會發生移動 ，就像一緩慢的燃燒峰面。此外，放射性材料（如鋇）的流 動隨著其與發射面之間距離的增加而減慢。這導致離發射 面遠的鋇係無用的。如Α·Μ· Shroff在「表面科學之應用8」 (North Holland 出版公司（North Holland Publishing Company) 1981年出版）36至49頁中所述，根據流動與陰極使 用時間的|方根成反比之定律，當該損耗鋒面逐漸遠離發 射面，放射性材料的流動減慢。 造成放射性材料流動減慢的兩個原因如下： -由於仡學反應的殘留物逐漸地在微孔中聚集，氧化鋇 (會分解成鋇）向該表面的擴散會越來越困難。 -由於損耗鋒面逐漸遠離發射面，放射性材料的蒸發與 其暴露於真空區的表面積成比例變化，而該真空區隨 著遠離距離的增加成比例增加。 -當損耗鋒面逐漸遠離發射面，放射性材料的擴散距離 增加，且其在擴散路徑中往往會覆蓋一金屬表面，而 該金屬表面隨距離的增加而增加，且距離的增加還會 減少到達該表面的材料數量。 本發明提供一解決方案來解決這些問題，且不會改變小 粒中的化學現象或小粒的孔隙率或操作溫度。 如圖2所示，本發明將放射性材料源的功能與發射面的功 能分開，因此可從表面形態上增加放射性材料在兩者間的 ： 流動。 (5) (5)200305177

為此，該陰極由一玫射性小粒n與一托盤12組成，小粒 嵌亡托盤之中。該小粒上覆蓋一多孔金屬羯13，（例如)其 係藉由壓制或燒結鎢粉末而製成，最好用浸潰材料浸製金 屬箔。 在小粒11的製作中，其特別之處在於其有一重浸潰區19 及輕&潰或元全無浸潰區10。兩區域之間的分離面1 8之 形態特徵為其係下凹形，且在形成該陰極發射面的金屬羯 13與該小粒的重浸潰部分19之間有至少一個凹形。 · 如圖2所示之具體實施例中，分離面18有一半球狀凹形， 其位於該小粒的中心。小粒u的孔隙率最好在15%至35〇/〇 之間，且其直徑16為1·3毫米。其深度14為〇·6毫米，且凹穴 10位於其中心，該凹穴的直徑2〇為〇·7毫米。一金屬羯13放 置於該小粒上’該金屬箔可浸製或不浸潰，其孔隙率為丨5 % 至35 %’厚度為20 μηι至50 μιη;該金屬箔上最好係塗佈以 一層諸如餓/釕之類的合金，或以銀塗佈，以降低電子的功 函數。該小粒嵌入一托盤12，其係藉由（例如）雷射焊接固 定於一圓柱套筒。 · 金屬笛13與該小粒藉由一硬焊接頭21相互固定，該硬焊 接頭有一高熔點金屬基（如鉬及釕），其連接金屬箔與小粒 的週邊表面並包圍區域10。鋼釕基合金可由混有溶媒的粉 末精製而成，隨後應用於厚度為幾μιη的薄層中，最後在壓 制成金屬箔時用雷射將之熔化，並預先將小粒一個一個注 入0 : 以此方式，損耗鋒面最初將形成於半球狀表面1 8，而硬 -10· 200305177

⑹ 焊接頭21形成一障壁使來自於小粒的故射性材料無法滲透 。當該損耗鋒面與一半球狀表面保持平行時，該損耗鋒面 將移動；且當其逐漸進入小粒内時，該損耗鋒面的表面增 加，依據的定律為： d(t)= A.tl/2 此處的d為該損耗鋒面與其最初位置之間的距離，a為係 數，其決定於小粒的孔隙率及操作溫度，而t為時間。 隨後該損耗鋒面的表面積增加，所根據的定律為： S(t)= K( R + d(t))2= K(R + A.t1/2)2 此處的R為該表面18的最初半徑，κ為常係數，其係藉由 表面1 8所代表的球體部分所決定。 因此，放射性材料的流動對小粒使用時間的依賴得以改 進··該損耗鋒面的表面積隨著陰極使用時間的增加而增加 ，這會使該浸潰小粒有一越來越大的可用區域，其包括玫 射性材料的不斷增加；該結果可彌補上述降低放射性材料 流動的自然結果，在本發明的結構中，有用的玫射性材料 的流動比圖i中所示之結構更慢的減少。此外，應注意該項 優點隨著時間的增加而增加。 ' 下表顯示圖1所示之先前技術中與本發明中該損耗鋒面、 鋇流量及陰極發射的變化。 200305177 ⑺

損耗(μιη) 鋇流量 (所占比例％) 發射（μΑ) 累積操作時 標準 發明 標準 發明 標準 發明 間（按週計） 陰極 陰極 陰極 0 0 0 100 87 6300 6300 5 24 24 45 44 6300 6300 10 33 33 32 33 6300 6300 15 41 41 26 28 6300 6300 20 47 47 22 25 6300 6300 30 、 58 58 18 22 6100 6300 40 67 67 16 20 5900 6300 50 75 75 14 18 5700 6300 60 82 82 13 17 5500 6300 70 88 88 12 16 5300 6300 80 94 94 11 16 5100 6300 90 100 100 11 15 4900 6300 100 105 105 10 15 4700 6100 110 111 111 10 14 4500 5900 120 115 115 9 14 4300 5700 130 120 120 9 14 4100 5500 140 125 125 8 14 4000 5300 150 129 129 8 13 3900 5100

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⑻ 應注意，將陰極發射的較低界限設定為5100 μΑ時，依照 先前技術之陰極的使用期限為80週；而依照本發明之陰極 的使用期限為150週。 為製作最初的球狀表面1 8，可先製作一均勻浸潰小粒； 將該小粒的部分上表面進行遮罩（例如）該表面的週緣區， 浸潰劑的擴散在空間上受到控制，因此產生一個僅有很少 或完全沒有浸潰劑的半球區。 也可通气一小粒11來製作該分離面丨8，在該小粒上的一 個無任何物質的半球狀區域1〇可藉由機械方法（如壓制）制 得，接著將其均勻浸製。在該具體實施例中，放射性材料 以蒸氣的形式穿過凹穴1 〇，且不會像先前具體實施例中那 樣覆蓋該小粒的表面。當具有該種陰極的陰極射線管置於 真空區下方，特別是當覆蓋該小粒的金屬箔丨3有小孔且經 放射性材料浸潰時會產生一個問題；於是在區域丨〇中的空 孤與該射線管中越來越多的真空區之間會產生一壓力差， 而壓力差會使該金屬箔13破裂。圖3顯示本發明的一項具體 實施例，對該問題提供了 一解決方案；將該凹穴丨〇中的氣 壓設定為外部氣壓，其係藉由製成於該浸潰小粒丨丨内的至 少一個通道30 ,其將該凹穴與該陰極的外部相連。 在所有狀況中，為了顯著地延長陰極的使用期限，則需 要最初分離面18的表面積超過陰極的發射面面積至少2〇%。 上述具體貫施例並非作為限制，也可在該浸潰小粒的表 面提供-些凹R，或用一半圓環狀的表面替代該半球狀凹 穴。 -13· 200305177

(9) 圖式簡單說明 藉由上述說明及圖式可更好地理解本發明及其優點，附 圖中： -圖1係說明依照先前技術的一浸潰陰極之具體實施例 •圖2顯示本發明的第一具體實施例 圖3係說明依照本發明的一陰極之變更的具體實施例 圖式代表符號說明

[ 〜多孔粒 ) '托盤 5 人裔 金屬箔（發射面） I 發無絲 -小孔 r 3 圓柱套筒 損耗鋒面 3 區域 較深區域 10 丄 / Α

凹穴（輕/無浸潰區） II 放射性小粒 12 ^ 托盤 1 1 金屬箔 14 15 16 深度 圓柱套筒 直徑 分離面 -14- 18 200305177 19 20 21 30 (ίο) gmmi 重浸潰區 直徑 硬焊接頭 通道

-15·

Claims (1)

1. 200305177 拾、申讀專利範圍 1 · 一種具有一發射部分的浸潰陰極，該發射部分包括一由 一驗土金屬化合物浸製的多孔粒，該小粒被置於一由对 火材料製成的托盤内，並且被覆蓋一用於形成該陰極之 發射面的多孔金屬羯， 其中該小粒有一分離面，其位於一重浸潰區與一無浸 潰或輕浸潰區之間’該分離面包括至少一凹形部分面向 該發射φ。 2·如申請專利範圍第1項之浸潰陰極，其中該凹形部分及 該發射面之間的該空間有至少部分無任何材料。 3·如申請專利範圍第2項之浸潰陰極，其中該凹形部分及 該發射面之間的真空區藉由至少一通道與該外部空間 相通。 4·如申請專利範圍第1項之浸潰陰極，其中該分離面的該 凹形部分係藉由該小粒的該浸潰劑之選擇性溶解獲得。 5 ·如申凊專利範圍第1項之浸潰陰極，其中該凹形部分係 一球形表面之一部分。 6 ·如申明專利範圍第1項之浸潰陰極，其中該凹形部分的 該表面積比該發射面面積大至少20%。 7 ·如申凊專利紅圍第1項之浸潰陰極，其中該小粒的該表 面包含該凹形部分周圍的一防止放射性材料擴散的密 封金屬障壁。 8·如申請專利範圍第7項之浸潰陰極，其中該金屬障壁由 200305177

   南’溶點的金屬合金所組成。 一種具有一浸潰陰極的陰極射線管，該浸潰陰極包括該 發射部分，該發射部分包括一由一鹼土金屬化合物浸製 的多孔粒，該小粒被置於一由耐火材料製成的托盤内， 並且被覆蓋一用於形成該陰極之發射面的多孔金屬箔， 其中該小粒有一分離面，其位於一重浸潰區與一無浸 潰或輕浸潰區之間，該分離面包括至少一凹形部分面向 該發射面。