WO2000025338A1 - Structure de cathode pour tube cathodique - Google Patents

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WO2000025338A1
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Mika Yamagishi
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Matsushita Electronics Corporation
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    • H01J2201/19—Thermionic cathodes
    • H01J2201/193—Thin film cathodes

Definitions

  • the present invention relates to a cathode structure provided in an electron gun of a cathode ray tube used for a television / computer monitor or the like.
  • the cathode ray tube 1 has a face plate portion 3 having a fluorescent screen 2 on the inner surface, a funnel portion 4 adhered behind the face plate portion 3, and a neck portion 7 of the funnel portion 4. And an electron gun 6 for emitting an electron beam 5 disposed therein.
  • cathode structure 1 0 8 indirectly heated are provided, the cathode structure 1 0 8, the cap on one end of the tubular sleeve 1 0 9
  • the substrate 110 is covered with an electron-emitting material layer 111 composed of an electron-emitting emitter that emits thermoelectrons on the surface of the substrate 110.
  • a coil-shaped heating heater 115 having an alumina insulating layer 113 on the metal wire coil 112 and a dark layer 114 on the upper layer is provided. Have been.
  • the electron-emitting material layer 111 is formed on the entire substrate surface 120 facing the electron-emitting side.
  • the reducing element for example, magnesium, silicon, etc.
  • the reducing element contained in the substrate is converted into an interface between the electron-emitting substance and the substrate. It diffuses heat to the surface, reduces electron-emitting materials (mainly alkaline earth oxides such as barium oxide), and generates free barium to enable electron emission.
  • This reduction reaction is represented by the following equation.
  • the above-mentioned conventional cathode assembly has a problem that sufficient electron emission cannot be obtained in the initial activation step, and a problem that electron emission during operation greatly decreases with time.
  • the shrinkage of the electron-emitting material layer during operation due to the progress of the reduction reaction becomes excessive, and the fluctuation of the cut-off voltage (electron beam erasing voltage), which is inversely proportional to the distance between the counter electrode and the electron-emitting material, increases.
  • the amount of the electron-emitting substance and the size of the substrate are set so as to satisfy a predetermined relationship. It has been found that if adjusted, the above-described reduction reaction proceeds appropriately and the above-mentioned problem can be solved.
  • An object of the present invention is to provide a cathode assembly having improved characteristics by optimizing the relationship between the size of the substrate and the size of the electron-emitting material layer.
  • One embodiment of the cathode assembly of the present invention is a cathode assembly for a cathode ray tube in which an electron emitting material layer is formed on a substrate containing a reducing element, wherein the area of the layer forming surface of the substrate is A, and When the contact area with the electron emitting material layer is B, 0.24 ⁇ BZA ⁇ 0.93.
  • the layer forming surface of the substrate refers to the surface facing the electron emission side of the substrate, and does not correspond to the side surface of the substrate.
  • the area of this surface can be obtained by ⁇ (d / 2) 2 based on its diameter d if the layer forming surface is circular.
  • cathode structure of the present invention is a cathode in which an electron-emitting material layer is formed on a substrate containing a reducing element, wherein the thickness of the substrate is C, and the thickness of the electron-emitting material layer is C. It is characterized by satisfying the relationship of 0.4 ⁇ DZC ⁇ 0.7 when D is D.
  • the cathode structure satisfies both of the above relationships (0.24 ⁇ B / A ⁇ 0.93, 0.4 ⁇ D / C ⁇ 0.7), it has a long life and small fluctuations in cutoff voltage. it can.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of the cathode structure of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view showing an example of a cathode ray tube.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the G1 voltage and the cathode current during the accelerated life test.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ratio BZ A and the zero field saturation current density.
  • FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of the cathode structure for explaining a chemical reaction occurring between the substrate and the electron-emitting material layer.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ratio DZC and zero field saturation current density.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ratio D / C and the cut-off voltage reduction rate.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of one embodiment of a conventional cathode structure.
  • a cap-shaped base 10 is welded to the sleeve 9 so as to cover one end of the cylindrical sleeve 9.
  • an electron emitting material layer 11 composed of an electron emitting emitter emitting thermoelectrons is formed.
  • a coil-shaped heating heater 15 having an alumina insulating layer 13 on a metal wire coil 12 and a dark layer 14 on the alumina insulating layer 13 is provided.
  • the base 10 is mainly composed of nickel and contains reducing elements such as magnesium and silicon. Tungsten, aluminum, or the like may be used as the reducing element.
  • the ratio BZA is in the range of 0.24 to 0.93.
  • the thickness of the substrate 10 is (:, and the thickness of the electron-emitting material layer 11 is D
  • the ratio D / C is in the range of 0.4 or more and 0.7 or less. Is the area of the upper surface 20 facing the electron emission side, excluding the side surface 21 of the base 10.
  • the zero field saturation current density becomes 6.4 (A / cm 2) after 500 hours of the accelerated life test. )
  • the cutoff voltage is within 85% of the initial value, which is a sufficiently good performance in normal operation.
  • a powder mainly composed of alkaline earth metal carbonate is dissolved in an organic solvent consisting of 85% [%] of diethyl carbonate and 15% [%] of nitric acid to prepare a mixed coating solution (resin solution).
  • the powder contains at least barium carbonate, strontium and It shall contain at least one of calcium.
  • the content ratio of barium carbonate to strontium carbonate is preferably 1: 1 by weight.
  • this mixed coating solution is sprayed and applied to the surface 20 of the substrate 10.
  • a frame (not shown) having an opening corresponding to a predetermined electron-emitting material coating portion on the base 10 and spraying, the electron-emitting material layer 11 can be formed only on a predetermined portion.
  • the thickness of the electron emitting material layer 11 can be controlled by adjusting the spray time.
  • the thickness of the electron-emitting material layer 11 is measured, for example, by pressing a metal plate from above the electron-emitting material layer 11 and measuring the total thickness of the substrate 10 and the electron-emitting material layer 11. It can be measured by subtracting the thickness of the substrate 10 from the value.
  • An appropriate weight of the metal plate is about 20 [g].
  • decomposition of carbonate to oxide and activation to reduce a part of oxide are performed according to a conventional method in a conventional cathode structure.
  • the cathode shown in Fig. 1 was fabricated by changing the size of the base (circular top surface) and the area or thickness of the electron emitting material layer (also circular) sprayed thereon.
  • the cathode In order to confirm the relationship between the surface area A of the substrate and the area B of the electron-emitting substance layer as the cathode, three types of substrates with a layer forming surface diameter of 0.1, 0.2, and 0.3 (mm) were used. For each, a cathode having five types of electron emitting material layers formed so that the ratio BZA was 1.0, 0.88, 0.62, 0.24, and 0.1 was prepared. The thickness of the substrate was constant at 100 [m], and the thickness of the electron emitting material layer was constant at 65 iiim).
  • the thickness of the three types of substrates with a thickness of 0.1, 0.15, and 0.2 mm was confirmed.
  • three types of electron emitting material layers having ratios D / C of 0.32, 0.65, and 0.937, that is, a total of nine types of cathodes were prepared.
  • the diameter of the layer forming surface of the substrate was constant at 0.2 [mm]
  • the diameter of the electron emitting material layer was constant at 1.6 [mm].
  • a life test was performed using the dummy tube thus manufactured.
  • the conditions of the life test were as follows: the cathode temperature was 820 [° C] and the cathode extraction current was DC 300 [A]. The test performed under these conditions is equivalent to the accelerated life test for normal operation (760 C ° C).
  • the effect of the ratio BZA between the substrate surface area A and the electron emitting material layer area B on the electron emission characteristics was investigated.
  • the electron emission capability was evaluated by using the electric field saturation current density of the cell and the power source cutoff voltage. These values are described below.
  • Figure 3 shows the relationship between the pulse voltage applied to the G1 electrode and the cathode current (electron emission), and shows the measurement results at a life of 5000 hours during the life test as an example.
  • the G1 electrode is an electrode facing the cathode of the pole portion, and in this case, is an extraction electrode for extracting electrons from the cathode.
  • the curve a in Fig. 3 is obtained by measuring the cathode current flowing when a positive pulse voltage is applied to the electrode G1, and plotting the logarithm of the cathode current against the square root of the applied voltage (Schottky plot). Curve.
  • the cathode current sharply increases with the increase in the G1 voltage, and in the region where the G1 voltage is sufficiently high, it saturates and becomes a straight line. This linear part is reduced to G1 voltage 0.
  • the current value J at G 1 voltage 0 of the line b extrapolated by Is called the zero field saturation emission.
  • Zero field saturation emission indicates the intrinsic electron emission capability of the cathode excluding the effects of the electric field.
  • This zero field saturation emission J The value obtained by dividing by the surface area of the electron emitting material layer is defined as zero field saturation current density. The higher the zero field saturation current density, the better the cathode has the ability to emit electrons.
  • the power source cutoff voltage is the G1 voltage at which the cathode current becomes zero when a voltage is applied to the power source and driven in triode operation.
  • Curve a in FIG. 4 shows the case where the diameter of the substrate is 0.3 [mm]
  • curve b shows 0.2 [mm]
  • curve c shows the case where the diameter is 0.3 [mm]. From Fig. 4, it is practically sufficient if the ratio BZA is in the range of 0.24 or more and 0.93 or less, regardless of the diameter of any substrate, that is, zero field saturation current density of 6.4 [A / cm 2 ] or more. Can be obtained.
  • FIG. 5 schematically shows a phenomenon occurring inside the substrate 10 and the electron-emitting material layer 11.
  • the reducing elements magnesium, silicon, etc.
  • the reducing element 51 a in the portion in contact with the electron emitting material layer 11 is consumed to reduce the electron emitting material in the electron emitting material layer 11.
  • the reduced electron-emitting material becomes free barium, generating emitted electrons 52.
  • Let 5 lb of the reducing element present in the portion where the electron emitting material layer 11 is not in contact diffuses according to the concentration gradient of the reducing element in the substrate 10, and the portion where the electron emitting material layer 11 is in contact To reach. Then, the action of reducing the electron emitting material layer 11 is increased. This series of processes is considered to proceed properly when the area ratio BZA at the cathode is within the numerical range of 0.24 to 0.93.
  • the ratio BZA is 0.88 or less, the zero field saturation current density is further improved to 6.65 [A / cm 2] . Further, when the ratio BZA is 0.62 or less, the amount of the electron-emitting substance can be significantly reduced, which is more preferable from the viewpoint of cost reduction.
  • the ratio B / A is 0.35 or more, no equipment change is required at the time of production, and peeling of the emitter can be suppressed, thus further improving the quality. It is particularly preferable to set the ratio BZ A to 0.40 or more, since the life up to the end of life (cutoff fluctuation: 10%, emission reduction rate: 30%) can be extended.
  • the ratio D / C of the thickness C of the substrate to the thickness D of the electron emitting material layer is determined by the electron The effects on radiation characteristics were investigated.
  • Figure 6 shows the relationship between the ratio DZC and the zero field saturation current density after 50,000 hours of life test (500 hours of life).
  • Curve a in FIG. 6 shows the case where the thickness of the substrate is 0.1 [mm]
  • curve b shows the case where the thickness is 0.15 [mm]
  • curve c shows the case where the thickness of the substrate is 0.2 [mm].
  • D / C when the D / C is 0.4 or more, a zero field saturation current density of 6.4 (A / cm 2 ] or more can be obtained at a life of 5000 hours. Is proportional to the ratio between the valley of the electron-emitting material layer and the number of reducing elements, so if the ratio DZC is too small, the reduction reaction decreases and the electron emission decreases.
  • FIG. 7 also shows the relationship between the ratio D / C and the rate of decrease in cutoff voltage at a life of 500 hours.
  • Curve a in FIG. 7 shows the case where the thickness of the substrate is 0.1 [mm]
  • curve b shows the case where the thickness is 0.15 [mm]
  • curve c shows the case where the thickness of the substrate is 0.2 [mm].
  • the cut-off voltage can be kept within 115%, that is, a value of 85% or more of the initial value.
  • the electron-emitting layer shrinks in proportion to its thickness due to a reduction reaction during operation.
  • the ratio DZC increases, the thickness of the electron emitting material layer becomes relatively large, so that the shrinkage during operation increases, and the fluctuation of the cutoff voltage increases. Therefore, in order to suppress a decrease in the electron emission ability, it is preferable that DZC is equal to or less than a predetermined value.
  • the ratio DZC is preferably 0.4 or more and 0.7 or less.
  • the present invention it is possible to provide an electron-emitting material layer having an optimal size corresponding to substrates having various sizes, and to realize a zero electric current for each cathode. It is possible to provide a long-life cathode structure with a small variation in field saturation current density and a small change in cut-off voltage. In addition, if the size of the base is determined, the size of the electron emitting material layer required for practical operation can be easily determined, so that the cathode structure can be designed easily and quickly. As described above, the present invention has great industrial value in the technical field of cathode ray tubes.

Description

明 細 書 陰極線管用陰極構体
技術分野
本発明は、 テレビジョンゃコンピュータモニタ等に用いられる陰極線 管の電子銃が備える陰極構体に関するものである。
背景技術
図 2に示すように、 陰極線管 1は、 内面に蛍光面 2を有するフェース プレート部 3と、 フエ一スプレート部 3の後方に接着されたファンネル 部 4と、 ファンネル部 4のネック部 7の内部に配置された電子ビーム 5 を放射する電子銃 6とを備えている。
電子銃 1 0 6の一端部には傍熱型の陰極構体 1 0 8が設けられている c 図 8に示すように、 陰極構体 1 0 8では、 筒状スリーブ 1 0 9の一端部 にキャップ状の基体 1 1 0が被せられ、 基体 1 1 0の表面に熱電子を放 出する電子放射性エミッ夕からなる電子放射物質層 1 1 1が形成されて いる。 また、 筒状スリーブ 1 0 9の内部には、 金属線コイル 1 1 2上に アルミナ絶縁層 1 1 3およびその上層にダーク層 1 1 4を有するコイル 状の加熱用ヒー夕 1 1 5が備えられている。 通常、 電子放射物質層 1 1 1は、 電子放射側に面する基体表面 1 2 0全面に形成される。
基体の表面の中央部にのみアル力リ土類金属等を含む電子放射物質層 をスプレー等により付着させた陰極構体も提案されている （特開平 5— 3 3 4 9 5 4号公報）。 この陰極構体では、 電子放射にあまり関与しな い周辺部における電子放射物質層を減少させることにより、 ヒータから の熱が電子放射物質層に効率よく吸収される。
ところで、 陰極の活性化工程において、 基体中に含有された還元性元 素 （例えば、 マグネシウム、 シリコン等） は、 電子放射物質と基体の界 面に熱拡散し、 電子放射物質 （主成分が酸化バリウム等のアルカリ土類 酸化物） を還元し、 自由遊離バリウムを生成して、 電子放射を可能にす る。 この還元反応は、 以下の式により示される。
2 B a 0 + 1/2S i = B a + (1/2) B a 2 S i 04
B aO + Mg-=B a +MgO
しかし、 上記従来の陰極構体では、 初期の活性化工程で十分な電子放 射が得られないという問題、 および動作中の電子放射の経時減少が大き くなるという問題があった。 さらに、 還元反応の進行による動作中電子 放射物質層の収縮が過大となり、 対向電極と電子放射物質との距離に反 比例するカッ トオフ電圧 （電子ビーム消去電圧） の変動が大きくなると いう問題もあった。
発明の開示
発明者の研究によると、 特開平 5 - 3349 54号公報に記載されて いるような熱効率の改善とは全く別の観点から、 電子放射物質量と基体 の大きさとを所定の関係を満たすように調整すれば、 上記の還元反応が 適切に進行して、 上記課題が解決できることが見いだされた。
本発明は、 基体の大きさと電子放射物質層の大きさとの関係を最適化 することにより、 特性が改善された陰極構体を提供することを目的とす る。
本発明の陰極構体の一形態は、 還元性元素を含む基体上に電子放射物 質層が形成された陰極線管用陰極構体であって、 前記基体の層形成用面 の面積を A、 前記基体と前記電子放射物質層との接触面積を Bとしたと き、 0. 24≤BZA≤0. 9 3であることを特徴とする。
ここで、 基体の層形成用面とは、 基体の電子放射側に面する表面をい い、 基体の側面は該当しない。 この面の面積は層形成面が円形であれば、 その直径 dに基づき π (d/2) 2により求められる。 この陰極構体によれば、 長期間使用しても実用上十分な陰極電流が得 られるとともに、初期陰極電流の陰極毎のバラツキも格段に低減できる。 基体の大きさが決まれば、 実用動作に必要な電子放射物質層の大きさは 容易に決定することができる。
また、 本発明の陰極構体の別の一形態は、 還元性元素を含む基体上に 電子放射物質層が形成された陰極であって、 前記基体の厚さを C、 前記 電子放射物質層の厚さを Dとしたとき、 0. 4≤DZC≤0. 7の関係 を満たすことを特徴とする。
この陰極構体によれば、 カツ 卜オフ電圧の変動を少なくすることがで きる。
特に、 上記両関係 （0. 24≤B/A≤ 0. 9 3、 0. 4≤D/C≤ 0. 7) を満たす陰極構体とすると、 長寿命でかつカットオフ電圧の変 動の小さくできる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の陰極構体の一形態の断面図である。
図 2は、 陰極線管の一例を示す断面図である。
図 3は、 加速寿命試験中の G 1電圧と陰極電流との関係を示す図であ る。
図 4は、比率 BZ Aとゼロ電界飽和電流密度との関係を示す図である。 図 5は、 基体と電子放射物質層との間で起こる化学反応の説明するた めの陰極構体の模式的な部分断面図である。
図 6は、比率 DZCとゼロ電界飽和電流密度との関係を示す図である。 図 7は、比率 D/Cとカツ トオフ電圧低下率との関係を示す図である。 図 8は、 従来の陰極構体の一形態の断面図である。
発明の実施の形態
以下、 本発明の好ましい実施形態について、 図面を参照しながら説明 する。
図 1に示すように、 本発明の好ましい一形態である陰極構体 8では、 筒状スリーブ 9の一端部を覆うようにキャップ状の基体 1 0がスリーブ 9に溶接されている。 基体 1 0の上方表面 （層形成用面） 20には、 熱 電子を放出する電子放射性ェミッタからなる電子放射物質層 1 1が形成 されている。 筒状スリーブ 9の内部には、 金属線コイル 1 2上にアルミ ナ絶縁層 1 3およびその上層にダーク層 1 4を有するコイル状の加熱用 ヒータ 1 5が備えられている。
基体 1 0は、 ニッケルを主成分とし、 マグネシウム、 シリコン等の還 元性元素を含んでいる。 還元性元素としては、 タングステン、 アルミ二 ゥム等を用いてもよい。
基体の上方表面 20の面積 A、 基体 1 0と電子放射物質層 1 1との接 触面積を Bとすると、 比率 BZAは、 0. 24以上 0. 9 3以下の範囲 にある。 また、 基体 1 0の厚さを（：、 電子放射物質層 1 1の厚さを Dと すると、 比率 D/Cは、 0. 4以上 0. 7以下の範囲にある。 なお、 面 積 Aは、 基体 1 0の側面 2 1を除く、 電子放出側に面した上方表面 2 0 の面積である。
比率 BZ Aおよび比率 DZCを上記数値範囲内となるように制御する ことにより、 後述するように、 加速寿命試験 5 0 00時間経過後におい てゼロ電界飽和電流密度が 6. 4 (A/c m2) 以上、 カッ トオフ電圧 が初期値の 8 5 〔％〕 以内という、 通常動作において十分に良好である 性能が実現できる。
電子放射物質層 1 1の形成方法の例について説明する。 まず、 炭酸ジ ェチル 8 5 〔％〕、 硝酸 1 5 〔％〕 からなる有機溶剤に、 アルカリ土類 金属炭酸塩を主成分とする粉末を溶解し、 混合塗布液 （樹脂溶液） を作 製する。 粉末は、 少なくとも、 炭酸バリウムと、 ストロンチウムおよび カルシウムの少なくとも一方とを含むものとする。 例えば、 炭酸バリゥ ムと炭酸ストロンチウムとの含有比率は、 重量比で 1 ： 1 とすることが 好ましい。
次に、この混合塗布液をスプレーして基体 1 0の表面 2 0に塗布する。 所定の電子放射物質塗布部に相当する開口部を有する枠 （図示せず） を 基体 1 0に被せてスプレーすることにより、 所定の部分のみに電子放射 物質層 1 1を形成することができる。 電子放射物質層 1 1の厚さは、 ス プレー時間を調整すれば制御できる。
電子放射物質層 1 1の厚さの測定は、 例えば電子放射物質層 1 1の上 方から金属プレートを押し当てて、 基体 1 0と電子放射物質層 1 1 とを 合計厚さを測定し、 その値から基体 1 0の厚さを減じることにより測定 できる。 金属プレートの重さは、 2 0 [g] 程度が適当である。
最後に、 従来の陰極構体において慣用の方法に従い、 炭酸塩から酸化 物への分解、 および酸化物の一部を還元する活性化を行う。
実施例
以下、 本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、 本発明は、 以 下の実施例により制限されるものではない。
基体 （上面が円形） の大きさと、 その上に吹き付ける電子放射物質層 (同じく円形） の面積または厚さとを、 種々変更しながら、 図 1に示し た形態の陰極を作製した。
陰極としては、 基体表面積 Aと電子放射物質層面積 Bとの関係を確認 するため、 層形成用面の直径が 0. 1、 0. 2、 0. 3 (mm) の 3種 類の基体のそれぞれについて、 比率 BZAが 1. 0、 0. 8 8、 0. 6 2、 0. 24、 0. 1 となるように形成した 5種類の電子放射物質層を 有する陰極を用意した。 基体の厚さは 1 0 0 〔 m〕 で一定、 電子放射 物質層の厚さは 6 5 iiim) で一定とした。 また、 基体の厚さ Cと電子放射物質層の厚さ Dとの関係を確認するた め、 厚さが 0. 1、 0. 1 5、 0. 2 [mm) の 3種類の基体のそれぞ れについて、 比率 D/Cが 0. 3 2、 0. 6 5、 0. 9 3 7となる 3種 類の電子放射物質層、 すなわち全部で 9種類の陰極を準備した。 基体の 層形成用面の直径は 0. 2 〔mm〕 で一定、 電子放射物質層の直径は 1. 6 〔mm〕 で一定とした。
次に、 これらの陰極を用いて、 1 7インチモニタ一管用電子銃の三極 部を組立て、 これを真空管 （真空度 1 0—7 〔mmH g〕） に封止し、 さ らに排気して評価用ダミー管とした。
こうして作製したダミー管を用いて寿命試験を行った。 寿命試験の条 件は、 陰極温度を 82 0 〔°C〕、 陰極取り出し電流を DC 3 00 〔 A〕 とした。 この条件で行う試験は、 通常動作 7 60 C°C) についての加速 寿命試験に相当する。
まず、 基体表面積 Aと電子放射物質層面積 Bとの比率 BZAが電子放 射特性に及ぼす影響を調査した。 ここで、 電子放射能力の評価には、 ゼ 口電界飽和電流密度と、 力ソードカットオフ電圧とを用いた。 これらの 値について以下に説明する。
図 3は、 G 1電極に印加するパルス電圧と陰極電流 （電子放射） との 関係を示し、 寿命試験中のライフ 5000時間における測定結果を一例 として示す。 なお、 G 1電極とは、 極部の陰極に対向する電極であり、 この場合はカソ一ドから電子を引き出すための引き出し電極である。 図 3中の曲線 aは、 電極 G 1に正のパルス電圧を印加したときに流れ る陰極電流を測定し、 印加電圧の平方根に対し陰極電流の対数をプロッ ト （ショットキープロット） して得た曲線である。 印加電圧の低い領域 では、 G 1電圧の増加とともに陰極電流が急激に増加し、 G 1電圧が十 分に高い領域では飽和して直線となる。 この直線部分を G 1電圧 0にま で外挿して得た直線 bの G 1電圧 0における電流値 J。は、 ゼロ電界飽 和ェミッションと呼ばれる。 ゼロ電界飽和ェミッションは、 電界の影響 を取り除いた陰極本来の電子放射能力を表す。 このゼロ電界飽和エミッ シヨン J。を電子放射物質層の表面積で割った値を、 ゼロ電界飽和電流 密度と定義する。 ゼロ電界飽和電流密度が高いほど、 陰極は、 良好な電 子放射能力を有する。
また、 力ソードカットオフ電圧とは、 三極管動作において、 力ソード に電圧を加えてドライブさせた時に、 陰極電流が 0になる時の G 1電圧 をいう。
加速寿命試験 50 0 0時間経過後において、 ゼロ電界飽和電流密度が 6. 4 [A/ c m2〕 以上、 カソ一ドカツトオフ電圧が初期値の 8 5 〔％〕 以内の値であれば 通常動作においても十分に良好な性能を有する。 図 4に、 寿命試験中のライフ 5000時間における、 比率 B/Aとゼ 口電界飽和電流密度との関係を示す。
図 4中の曲線 aは基体直径が 0. 3 [mm], 曲線 bは 0. 2 〔mm〕、 曲線 cは 0. 3 〔mm〕 の場合をそれぞれ示す。 図 4より、 どの基体直 径においても、 比率 BZAが 0. 24以上 0. 9 3以下の範囲にあれば 実用上十分な、 すなわち 6. 4 [A/cm2] 以上のゼロ電界飽和電流 密度を得ることができる。
この理由は以下のように説明することができる。
図 5は、 基体 1 0および電子放射物質層 1 1の内部で起こる現象を模 式的に示す。 ヒー夕 （図示せず） により基体 1 0が加熱されると、 基体 1 0中の還元性元素 （マグネシウム、 シリコン等） が熱によって拡散す る。 電子放射物質層 1 1が接触している部分の還元性元素 5 1 aは、 電 子放射物質層 1 1中の電子放射物質を還元するために消費される。 還元 された電子放射物質は遊離自由バリウムとなり、 放射電子 52を発生さ せる。 電子放射物質層 1 1が接触していない部分に存在する還元性元素 5 l bは、 基体 10中の還元性元素の濃度勾配にしたがって拡散し、 電 子放射物質層 1 1の接触している部分に到達する。 そして、 電子放射物 質層 1 1を還元する作用を増す。 この一連の過程は、 陰極における面積 の比率 BZAが 0. 24から0. 93の数値範囲内にある場合に適切に 進行すると考えられる。
また、 陰極毎の寿命試験初期のゼロ電界飽和電流密度のバラツキは、 上記数値範囲外では σ= 5. 9であるのに対して、 上記数値範囲内にお いて σ = 2. 4と約 1ノ 2に減少することがわかった。 これは、 基体上 面の面積 Αに対する電子放射物質層の接触面積 Βの比率が大きすぎると、 還元性元素の還元反応にバラツキが生じて、 初期ゼロ電界飽和電流密度 のバラツキが大きくなるからである。一方、 比率 B/ Aが小さすぎると、 面積のバラツキが顕著に初期ゼロ電界飽和電流密度に反映されることに なる。 比率 BZAを所定の範囲内とすると、 電子放射物質層のバリウム の数と還元性元素の数とのバランスがとれた状態で化学反応が進行する ことになり、 電子放射のバラツキも抑制できる。
なお、 比率 BZAを 0. 88以下とすると、 ゼロ電界飽和電流密度が 6. 65 [A/cm2) とさらに改善される。 また、 比率 BZAを 0. 62以下とすると、 電子放射物質の使用量を大幅に削減できるため、 コ スト低減の観点からさらに好ましい。
比率 B/Aを 0. 35以上とすると、 製造時に設備変更を必要とせず、 またェミッタの剥離を抑制できて品質がより向上する。 また、 比率 BZ Aを 0. 40以上とすると、 ライフエンド規定（カッ トオフ変動一 10%、 エミッション低下率 30 % ) に至るまでの寿命を伸ばすことができるた め、 特に好ましい。
次に、 基体の厚さ Cと電子放射物質層の厚さ Dとの比率 D/Cが電子 放射特性に及ぼす影響について調査した。
図 6に、 寿命試験 5 0 0 0時間経過後 （ライフ 5 0 0 0時間） におけ る比率 DZCとゼロ電界飽和電流密度との関係を示す。
図 6中の曲線 aは、 基体の厚さが 0. 1 〔mm〕 の場合、 曲線 bは 0. 1 5 〔mm〕 の場合、 曲線 cは 0. 2 〔mm〕 の場合をそれぞれ示す。 図 6より、 D/Cが 0. 4以上である場合に、 ライフ 5000時間にお いて 6. 4 (A/ cm2] 以上のゼロ電界飽和電流密度が得られる。 還 元反応の起こりやすさは、 電子放射物質層のバリゥムと還元性元素数と の比率に比例する。 したがって、 比率 DZCが小さすぎると還元反応が 少なくなって電子放射が減少する。
図 7は、 同じくライフ 50 0 0時間における、 比率 D/Cとカットォ フ電圧の低下の割合との関係を示す。図 7中の曲線 aは基体の厚さが 0. 1 〔mm〕 の場合、 曲線 bは 0. 1 5 〔mm〕 の場合、 曲線 cは 0. 2 〔mm〕 の場合をそれぞれ示す。 図 7より、 比率 D7Cを 0. 7以下と すると、カツトオフ電圧が一 1 5 〔％〕以内、すなわち初期値の 8 5 [%) 以上の値を確保することができる。
発明者の研究によると、 電子放射物質層は、 動作中の還元反応により その厚さに比例して収縮する。 比率 DZCが大きくなると電子放射物質 層の厚さが相対的に大きくなつて動作中の収縮が増大し、 カットオフ電 圧の変動が大きくなる。 そこで、 電子放射能力の低下を抑制するために は、 DZCが所定の値以下であることが好ましい。
図 6および図 7に示した結果より、 比率 DZCは 0. 4以上 0. 7以 下が好ましいことが確認された。
産業上の利用可能性
以上のように、 本発明によれば、 様々な大きさの基体に対応して最適 な大きさの電子放射物質層を与えることができ、 かつ、 陰極毎のゼロ電 界飽和電流密度のバラツキが小さく、 カツ トオフ電圧の変動が少なく、 長寿命の陰極構体を提供できる。 また、 基体の大きさが決まれば、 実用 動作に必要な電子放射物質層の大きさを容易に決定できるため、 陰極構 体の設計を容にかつ速やかに行うことができる。 このように、 本発明は、 陰極線管の技術分野において、 産業上の利用価値が大なるものである。

Claims

請求の範囲
1. 還元性元素を含む基体上に電子放射物質層が形成された陰極線管用 陰極構体であって、 前記基体の層形成用面の面積を A、 前記基体と前記 電子放射物質層との接触面積を Bとしたとき、 0. 24≤BZA≤0. 9 3であることを特徴とする陰極線管用陰極構体。
2. B/A≤0. 88である請求の範囲第 1項に記載の陰極線管用陰極 構体。
3. BZA≥0. 3 5である請求の範囲第 1項に記載の陰極線管用陰極 構体。
4. 基体の厚さを C、 電子放射物質層の厚さを Dとしたとき、 0. 4≤ D/C≤0. 7である請求の範囲第 1項に記載の陰極線管用陰極構体。
5. 還元性元素を含む基体の表面上に電子放射物質層が形成された陰極 線管用陰極構体であって、 前記基体の厚さを C、 前記電子放射物質層の 厚さを Dとしたとき、 0. 4≤DZC≤0. 7であることを特徴とする 陰極線管用陰極構体。
6. 基体の層形成用面の面積を A、 前記基体と電子放射物質層との接触 面積を Bとしたとき、 0. 24≤BZA≤0. 9 3である請求の範囲第 5項に記載の陰極線管用陰極構体。
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