JPH03257735A - 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］ この発明はテレビ用ブラウン管などに用いられる電子管
用陰極の改良に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は例えば特公昭６４−５４１７号公報に開示され
ているような、テレビ用ブラウン管や撮像管に用いられ
ている電子管用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基体、
（２）はニクロムなどで構成された陰極スリーブ、（５
）はこの基体（１）の上面に被着され、少な（ともバリ
ウムを含み、他にス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（１１）を主成分と
し、０．１〜２０重量％の酸化スカンジウムなどの希土
類金属酸化物（１２）を含んだ電子放射物質層、（３）
は上記基体（１）内に配設されたヒータで、加熱により
上記電子放射物質層（５）から熱電子を放出させるもの
である。

次に、このよう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（５）の被着方法について
説明すると、まずバリウム、ストロンチウム、カルシウ
ムの三　元炭酸塩と所定量の酸化スカンジウムをバイン
ダー及び溶剤とともに混合して、懸濁液　を作成する。

この懸濁液を基体（１）上にスプレィ法により約８００
μｍの厚みで塗布し、その後、ブラウン管の真空排気工
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酸化物に変わる
。その後、アルカリ土類金属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酸化物（１１）と希土
類金属酸化物（１２）との混合物からなる電子放射物質
層（５）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、マグネシウ
ム等の還元性元素は拡散によりアルカリ土類金属酸化物
（１１）と基体（１）の界面に移動して、アルカリ土類
金属酸化物と反応する。例えば、アルカリ土類金属酸化
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。

Ｂ　ａ　Ｏ＋　１　／　２　Ｓ　　１ ＝Ｂａ＋１／２Ｂａｘ　Ｓｉｎ＜　　　−−−（１）Ｂ
ａＯ十Ｍｇ ＝　Ｂ　ａ　＋　Ｍ　ｇ　Ｏ（２） これらの反応の結果、基体（１）上に被着形成されたア
ルカリ土類金属酸化物（１１）の一部が還元されて、酸
素欠乏型の半導体となり、電子放射が容易になる。電子
放射物質層に希土類金属酸化物が含まれない場合で、陰
極温度７００〜８００℃の動作温度で０．５〜０．８Ａ
／ｃゴの電流密度動作が可能であり、電子放射物質層中
に希土類金属酸化物が含まれた場合で、１．３２〜２．
６４Ａ／ｃｒｒ？の電流密度動作が可能になる。

一般に酸化物陰極の電子放射能力は酸化物中の過剰Ｂａ
の存在量に依存するので、希土類金属酸化物が含まれな
い場合には高電流動作に必要な十分の過剰Ｂａの供給が
得られず、動作可能な電流密度が小さい。すなわち、上
記した反応時に生成される副生成物であって中間層と呼
ばれている酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やバリウムシリ
ケイト（ＢａｉＳｉＯ４）が基体（１）のニッケルの結
晶粒界や基体（１）と電子放射物質層（５）との界面に
集中的に形成されるため、上式（］）および（２）の反
応がこれら中間層中のマグネシウムおよびシリコンの拡
散速度に律速され、過剰Ｂａの供給が不足するためであ
る。電子放射物質層中に希土類金属酸化物が含まれる場
合は、酸化スカンジウム（Ｓｅｚ　Ｏｓ　）を例にとり
説明すると、陰極動作時の基体（１）と電子放射物質層
（５）との界面では基体（１）中を拡散移動してきた還
元剤の一部と酸化スカンジウム（ＳｃｚＯａ）が（３）
式の様に反応して少量の金属状のスカンジウムが生成さ
れ、金属状のスカンジウムの一部は基体（１）のニッケ
ル中に固溶し、一部は上記界面に存在する。

ｌ／　２　Ｓ　Ｃ２ｏ　ｓ　　＋　３　／　２　Ｍ　ｇ
＝　Ｓ　ｃ　＋　　　３　／　２　Ｍ　ｇ　Ｏ（３）（
３）式の様に反応して形成された金属状のスカンジウム
は基体（１）上あるいは基体（１）のニッケルの粒界に
形成された上記中間層を（４）式の様に分解する作用を
有するので、過剰Ｂａの供給が改善され、希土類金属酸
化物が含まれない場合よりも高電流密度動作が可能にな
ると考えられている。

１／２Ｂａｚ　　Ｓ　　ｉ　０４　　＋４／３３Ｃ＝　
Ｂ　ａ　＋　１　／　２　Ｓ　ｉ　＋　２　／　３　Ｓ
　ｃ　ｚ　　Ｏｓ　　　　（４）また、特開昭５２−９
１３５８号公報には機械的強度を増大するＷ、Ｍｏなど
の高融点金属とＭｇ、Ａ１．Ｓｉ、Ｚｒなとの還元剤と
を含有するＮｉ合金からなる基体上で、電子放射物質層
が被着される面にＮ　ｉ　−Ｗ、　Ｎ　ｉ−Ｍｏなどの
合金層をコーティングする直熱型の陰極技術が開示され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ この様に構成された電子管用陰極においては、希土類金
属酸化物が過剰Ｂａの供給を改善するものの、過剰Ｂａ
の供給速度は基体のニッケル中の還元剤の拡散速度に律
速され、２Ａ／ｃ＆以上の高電流密度動作での寿命特性
は著しく低（なるという課題を有していた。

また、後者に示したものにおいては、基体自身に電流を
流しその発熱を利用して電子放射物質層から熱電子を放
射させる直熱型陰極固有の問題点である基体の熱変形を
、Ｎ　ｉ　−Ｗ、　Ｎ　ｉ−Ｍｏなどの合金層を基体上
にコーティングすることにより、改善するものであり、
高電流密度動作を可能にすることができなかった。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る電子管用陰極は、少な（とも−種の還元
剤を含有してなる基体上にこの還元剤の少なくとも一種
より還元性が同等か、または小さく、かつニッケルより
還元性が大きい金属を主成分とする金属層を形成すると
ともに、この金属層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し、０．０１〜２５重量
％の希土類金属酸化物を含も電子放射物質層を被着形成
させたものである。

［作用］ この発明においては、基体中の還元剤に加え、基体上に
形成された金属層が過剰Ｂａの供給に寄与するとともに
、界面でこの金属層が安定して中間層の分解効果を有す
る希土類金属の生成にも寄与するので、特に２Ａ／Ｃｒ
ｎ″以上の高電流密度動作での寿命特性　が著しく向上
するものである。

［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、（１３）は基体（１）の上面に形成され
た例えばＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｓｉなどの少な（とも
一種の金属層、（５）はこの金属層（１３）上に被着さ
れ、少なくともバリウムを含み、他にストロンチウムあ
るいは／およびカルシウムを含むアルカリ土類金属酸化
物（ｌｌ）を主成分とし、０．０１〜２５重量％の酸化
スカンジウム、酸化イツトリウムなどの希土類金属酸化
物を含む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）への金属層（１３）の形成方法について説明する
と、まず少量のＳｉ、Ｍｇを含有するＮｉ基体（１）を
陰極スリーブ（２）に溶接した後、この陰極基体部を例
えば電子ビーム蒸着装置内に配設し、１０−’　　〜ｌ
　Ｏ−”Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気でＷを電子ビームで
加熱蒸着するものである。その後、この陰極基体部を例
えば水素雰囲気中で８００〜１１００℃で加熱処理をす
るが、これは上記金属層（１３）内部あるいは表面に残
存する酸素などの不純物を除去し、またこの金属層（１
３）を焼結あるいは再結晶化あるいは基体（１）中への
拡散をさせるためである。この様な方法で金属層（１３
）が形成された陰極基体部上に従来と同様に電子放射物
質層（５）を被着形成するものである。第３図はこの様
な方法で作成した本発明を実施してなる電子管用陰極を
通常のテレビジョン装置用ブラウン管に装着し、通常の
排気工程をへて完成したブラウン管を電流密度２　Ａ　
／　ｃ　ｍ”の条件で動作させた時の寿命特性を、従来
例と比較して示したものである。ここで、金属層（１３
）としては膜厚０．２μｍのＷ膜を形成し、水素雰囲気
中で１０００℃で加熱処理を施した。なお、電子放射物
質層（５）としては、比較のため実施例および従来例と
もに、７重量％の酸化スカンジウムを含むアルカリ土類
金属酸化物（１１）を用いた。この第３図から明らかな
ように、本実施例のものは従来例のものに比べ寿命中の
エミッション劣化が著しく少ないものである。

この様に、この発明を実施してなる電子管用陰極の優れ
た特性の原因は以下の様に考えられる。

即ち、この発明の金属層（１３）は膜厚の薄い層として
形成されているので、動作時において金属層（１３）は
基体（１）のＮｉの結晶粒上にのみ分布し、このＮｉの
結晶粒界は基体（１）上面で電子放射物質層（５）側に
露出しているので、基体（１）中の還　死刑は金属層（
１３）の影響を受けず前述の反応式（１）、（２）に基
づき過剰Ｂａを供給する。それに加えて、金属層（１３
）であるＷは次式（５）の様に、電子放射物質層（５）
の還元による過剰Ｂａの供給にも寄与する。

２　Ｂ　ａ　Ｏ＋　１　／　３　Ｗ ＝　Ｂ　ａ　＋　１　／　３　Ｂ　ａ　３Ｗ　Ｏ６（５
）さらに、Ｗは基体（１）中の還元剤であるＳｉ、Ｍｇ
よりも還元性が小さいが、基体（１）のＮｉ粒子上に分
布しているので、電子放射物質層（５）内の酸化スカン
ジウムとの反応が比較的容易に起こり、中間層分解の効
果を有するＳｃの生成にも寄与する。

金属層（１３）がＷである場合を例にとり説明したが、
金属層（１３）は基体（１）中の還元剤の少なくとも一
つの還元剤よりも還元性が同等または小さく、Ｎｉより
還元性が大きいことが望ましい。その理由は、金属層（
１３）の還元性がＮｉより小さいと過剰Ｂａの供給効果
が少なく、基体（１）中の還元剤の還元性より大きいと
過剰Ｂａの主たる供給反応は金属層（１３）と電子放射
物質層（５）との界面で起こり、基体（１）中の還元剤
の過剰Ｂａ供給効果が小さくなり、上述した酸化スカン
ジウムの中間層分解効果の特性への寄与が小さくなるか
らである。

上記金属層（１３）としては基体（１）中の還元剤の構
成に依存するが、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、　　Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍ
ｇなどの少なくとも一種の金属を選択すれば良い。　ま
た、上記金属層　（１３）は基体（１）中の還元剤の少
なくとも一つの還元剤よりも還元性が同等または小さ（
Ｎｉより還元性が大きい金属に、Ｎｉの還元性以下の金
属、例えばＮｉを加えた合金層で構成しても良い。

また、上記金属層（１３）の厚みが２．０μｍ以下であ
ることが望ましく、特に０．８μｍ以下であると高電流
密度動作での寿命特性向上が著しい。これは、金属層（
１３）の厚みが２．０μｍ以上では基体（１）中の還元
元素の電子放射物質層（５）への拡散がこの金属層（１
３）によって律速され、還元元素によるＢａ供給が不足
するためである。

金属層の形成した基体は真空中または還元雰囲気中で最
高温度が８００〜１１００℃で加熱処理を施すことが望
ましい。この加熱処理により、金属層（１３）を主に基
体（１）のＮｉ粒子上に分布するように制御することが
可能になり、基体（１）中の還元元素の電子放射物質層
（５）への拡散が適正に維持できる。

この発明を実施してなる電子管用陰極はテレビ用ブラウ
ン管や撮像管に適用可能であるが、投射型テレビあるい
は大型テレビなどのブラウン管に適用して高電流で動作
することにより、高輝度化が実現できる。特にハイビジ
ョンテレビ用ブラウン管の高輝度化に有効である。また
、デイスプレィモニタ用ブラウン管に高電流密度で適用
すること、即ち電流取出し面積を従来より小さくして適
用することにより、従来よりも高精細のブラウン管が実
現できる。

［発明の効果］ この発明は以上述べた様に少なくとも一種の還元剤を含
有してなる基体上にこの還元剤の少なくとも一種より還
元性が同等、または小さく、かつニッケルより還元性が
大きい金属を主成分とする金属層を形成し、この金属層
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
を主成分として、０．０１〜２５重量％の希土類金属酸
化物を含む電子放射物質層を被着形成させたので、従来
の酸化物陰極では適用回能であった２　Ａ　／　ｃ　ｍ
”以上の高電流密度動作を可能にし、従来では困難であ
ρた高輝度、高精細のブラウン管を実現するという効果
を有する。

【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図はこ
の発明を実施してなる電子管用陰極を装着したブラウン
管の寿命試験時間とエミッション電流比を示す特性図、
第３図は従来の電子管用陰極の構造を示す断面図である
。 図において、（１）は基体、（５）は電子放射物質層、
（１３）は金属層である。 なお、各図中同一符合は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主成分がニッケルからなり、少なくとも一種の還
   元剤を含有してなる基体上に少なくともバリウムを含む
   アルカリ土類金属の酸化物を含有してなる電子放射物質
   層を被着形成した電子管用陰極において、この還元剤の
   少なくとも一種より還元性が同等、または小さく、かつ
   ニッケルより還元性が大きい金属を主成分とする金属層
   を基体と電子放射物質層との間に形成するとともに、電
   子放射物質層が０．０１〜２５重量％の希土類金属酸化
   物を含むことを特徴とする電子管用陰極。
2. （２）金属層の厚みが２．０μｍ以下であることを特徴
   とする請求項１記載の電子管用陰極。
3. （３）金属層を形成した基体は真空中または還元雰囲気
   中で最高温度が８００〜１１００℃で加熱処理を施すこ
   とを特徴とする請求項１記載の電子管用陰極。