JPH07122177A - 酸化物陰極 - Google Patents

酸化物陰極

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JPH07122177A
JPH07122177A JP26632293A JP26632293A JPH07122177A JP H07122177 A JPH07122177 A JP H07122177A JP 26632293 A JP26632293 A JP 26632293A JP 26632293 A JP26632293 A JP 26632293A JP H07122177 A JPH07122177 A JP H07122177A
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JP
Japan
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carbonate
cathode
ternary
composition
emission
Prior art date
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Pending
Application number
JP26632293A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhisa Koga
康久 古賀
Tatsuo Matsuyama
辰夫 松山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYUSHU NORITAKE KK
Noritake Co Ltd
Original Assignee
KYUSHU NORITAKE KK
Noritake Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物陰極の熱分解工程等での焼結を改善
し、エミッション能力の優れた酸化物陰極を提供する。 【構成】 タングステン等の金属芯線にアルカリ土類金
属の三元炭酸塩をコーティングしこれを加熱分解してな
る蛍光表示管等の酸化物陰極において、前記アルカリ土
類金属炭酸塩の組成比を、三元組成状態図において、B
a:Sr:Ca=A(50:40:10)とC(50:
30:20)とG(45:30:25)とN(35:4
0:25)とL(35:50:15)及びH(40:5
0:10)(モル%)の6点を結んだ線分内とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は蛍光表示管及び蛍光表示
管の原理を応用した大画面表示装置の光源ユニット、プ
リンター用光源、バックライト等発光デバイスに使用す
る酸化物陰極に関し、特にエミッション特性に優れた酸
化物陰極に関する。
【0002】
【従来の技術】蛍光表示管は、図1の全体斜視図及び図
2の断面図に示すように、プレートガラス21とフロン
トガラス31とスペーサガラス32とで構成された真空
容器の中に、導電層22とアノード電極23からなる陽
極と、グリッド27、及び酸化物陰極としてのフィラメ
ントカソード29が配設された3極真空管である。蛍光
体層25はアノード電極23上に形成されており、フィ
ラメントカソードから放出された電子は、グリッド27
で加速され蛍光体層25に衝突する。このとき加速電子
が蛍光体を励起し蛍光体が発光する。また、図中、24
は絶縁層、26は排気管、28は導電ペースト、30は
ゲッター、33はリードピン、34はフィラメントカソ
ード29を配設支持するアンカーをそれぞれ示す。
【0003】酸化物陰極は、直径5〜30μmの極めて
細いタングステン線の表面に、バリウム(Ba),スト
ロンチウム(Sr),カルシウム(Ca)等の仕事関数
の低いアルカリ土類金属の混合炭酸塩の粉末を、数μm
の厚さにコーティングし、これを蛍光表示管の容器内に
配設した後、容器内を真空に排気しながら通電加熱し、
前記炭酸塩を熱分解して酸化物に変化させカソードとし
て利用されている。
【0004】ここで酸化物陰極の電子放射の主体はBa
Oで、化学量論的に過剰なBaに起因するが、BaO単
体よりもSrO,CaOを混合するとエミッションがよ
り増大することが知られている。これら同族のSr,C
aはBa同様2価の陽イオンであるためBaに代わって
位置を占めるが、イオン半径が異なるので多少その周囲
を擾乱して酸素イオンに不安定な高い電位を与え、これ
によって還元や温度により移動しやすい励起状態におか
れ、活性化がより容易に行われる。
【0005】(Ba,Sr,Ca)Oの組成について、
Nature Vol.167 P522 March
1951 by L.E.Greyには、最もエミッ
ションのよい分子量比率として、BaO:SrO:Ca
O=47:43:10が報告されている。蛍光表示管の
酸化物陰極もほとんどこの組成に近いものが利用されて
おり、実用上の炭酸塩の比率は、BaCO3 :SrCO
3 :CaCO3 =48.7:44.55:6.75(モ
ル%)とされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述のように酸化物陰
極は、Ba,Sr,Ca等のアルカリ土類金属の混合炭
酸塩を熱分解して、酸化物に変化させたものが利用され
ており、この熱分解工程で酸化物粒の部分的相互溶融も
同時進行するため、酸化物陰極は焼結して電子放出する
酸化物の表面積が減少し、エミッション量も低下する現
象が起きる。
【0007】特に、蛍光表示管では厚膜印刷法で形成さ
れた絶縁層、陽極のカーボン層、導体層の成分やガラス
容器を組み立てて封着するための封着ガラスの成分が、
約450〜500℃の封着熱処理工程で蒸発し陰極の炭
酸塩に吸着するため、焼結しやすい環境である。
【0008】また、マルチカラー蛍光表示管に使用され
ているZnS系、または(Zn,Cd)S系の蛍光体が
分解し、硫化物ガスが吸着しても、同様に酸化物陰極は
焼結しやすくなり、エミッション量は低下する。
【0009】炭酸塩は熱すると分解し、次式
【化1】 で表される反応式において、CO2 の分圧が1気圧とな
る温度は、BaCO3 が1350℃、SrCO3 が11
55℃、CaCO3 が898℃である。したがって、B
aCO3 の分解温度が最も高く、BaをSrやCaに置
換することによって熱分解温度を下げることができる。
【0010】ところで、熱分解後の酸化物の焼結はその
融点によって影響され、各酸化物の融点は、BaOが1
923℃、SrOが2430℃、CaOが2572℃
で、BaOの融点が最も低く、酸化物陰極の組成におい
て、BaOの比率が高い方が焼結し易いことになる。
【0011】一方酸化物陰極の電子放射の主体は、上記
したようにBaOの過剰Baに起因するので、エミッシ
ョン量を確保するためには、BaOの比率はある程度以
上が必要である。このような観点から、例えば、特公平
2−28218号公報には、蛍光表示管の酸化物陰極の
炭酸塩を合成する時の比率は、CaCO3 :SrC
3 :BaCO3 =50〜60:25〜35:5〜20
が望ましいとされている。しかし本発明者らの追試験に
よれば、この組成範囲では、充分なエミッションを得る
ことができなかった。
【0012】上記の熱分解温度と融点の値は、大気雰囲
気下で測定された一般的なものであり、蛍光表示管のよ
うな真空下での状態図等は未だ明確にされていない。ま
た利用する炭酸塩は、共沈法等によって合成された三元
炭酸塩で固溶体となっているため、BaCO3 ,SrC
3 ,CaCO3 を所定割合に粉体混合した混合炭酸塩
とは熱分解温度や焼結の様子が異なってくる。
【0013】そこで、本発明者は蛍光表示管の製造プロ
セスにおいて、最も高いエミッションを得ることのでき
る三元炭酸塩を探索し、エミッション能力の優れた酸化
物陰極を見出すに至った。
【0014】本発明の目的は、前述したような従来技術
の問題点に鑑み、酸化物陰極の熱分解工程等での焼結を
改善し、エミッション能力の優れた酸化物陰極を提供す
ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、タングステン等の金属芯線にアルカリ土
類金属の三元炭酸塩をコーティングし、これを加熱分解
してなる蛍光表示管等の酸化物陰極において、前記アル
カリ土類金属炭酸塩の組成比を、三元組成状態図におい
て、Ba:Sr:Ca=A(50:40:10)とC
(50:30:20)とG(45:30:25)とN
(35:40:25)とL(35:50:15)及びH
(40:50:10)(モル%)の6点を結んだ線分内
とすることを特徴とする。
【0016】
【作用】本発明では、(Ba,Sr,Ca)CO3 系三
元炭酸塩において、Ba,Sr,Caの組成比を、前記
組成で示される範囲とすることによって、従来より低い
温度での熱分解が可能となり、酸化物の焼結を防止して
エミッション能力の優れた酸化物陰極とすることができ
る。
【0017】また、熱分解温度を下げることができるた
め、タングステン線と酸化物との界面にできる中間生成
物の反応が抑制でき、エミッション能力の向上に有効な
効果が期待できる。
【0018】
【実施例】Ba(NO3 2 とSr(NO3 2 とCa
(NO3 2 ・4H2 Oを表1に示す炭酸塩の組成比と
なるように調合し、アルカリ土類金属の濃度が0.5モ
ル/lとなるように純水に溶解した。この水溶液を高速
で攪拌しながら、1.0モル/lの(NH4 2 CO3
水溶液を加えて、三元炭酸塩(Ba,Sr,Ca)CO
3 を共沈法により沈澱させて合成し、この沈澱物を充分
水洗いした後乾燥させた。
【0019】このように作製した三元炭酸塩と、結合剤
としてアクリル系樹脂(デュポン社製:エルバサイト2
045)を用い、アセトン(試薬特級)を45重量%、
MIBK(試薬特級)を24重量%、IPA(試薬特
級)を24重量%、エルバサイト2045を5重量%、
三元炭酸塩を2重量%を周知の混合方法にて混合して、
電着液を形成した。
【0020】この電着液を用いて、直径15μmのタン
グステン線に電気泳動法により炭酸塩を7μmの厚さに
コーティングし、フィラメント状カソードを作製した。
【0021】電着条件は、定電流電源装置を用い、電流
値は、60±10μA、電圧値は60〜100Vとし、
タングステン線は16m/分で通過させた。
【0022】これを用いて、図1及び図2に示す蛍光表
示管を製作し、フィラメントカソードの特性を評価し
た。フィラメントカソードを評価するため、炭酸塩の熱
分解は1000℃〜1300℃で約60秒間真空排気し
ながら行った。
【0023】ここで炭酸塩の組成により熱分解温度が異
なるため、熱分解の条件は次の通り決定した。
【0024】すなわち真空排気しながら、フィラメント
カソードの両端に電圧を印加すると、フィラメントカソ
ードの抵抗によって温度が上昇し、炭酸塩の熱分解が開
始する。熱分解反応は吸熱反応であるから、反応が進行
している時は、フィラメント温度は低いが反応が完了す
ると赤熱状態となる。この赤熱状態の表面温度を熱分解
温度と定義し、フィラメントカソードの両端に電圧を印
加してからフィラメントカソード全体が赤熱するまでの
時間が30秒となるように、印加電圧を設定する。すな
わち、全体が赤熱状態になるまでの時間を30秒間と
し、赤熱状態で30秒間保持し、合計60秒間を熱分解
条件とした。
【0025】熱分解終了後、排気管を封じ切って排気は
完了となる。この後バリウムゲッターを加熱してBa膜
に残留ガスを吸着し、高真空の蛍光表示管を作製した。
【0026】この蛍光表示管を用いて、フィラメントカ
ソードの特性を評価した。なお、フィラメントカソード
の表面温度は通常の動作条件である600℃となるよう
にフィラメントカソード電圧を設定した。この時、フィ
ラメントカソード1cmあたりの消費電力は7.5mW
であった。条件を一定にするために、表1の比較例1に
示したフィラメントカソードで電圧を決定し、他もすべ
て比較例1と同じフィラメントカソード電圧で測定し
た。
【0027】またエミッションを引き出すためのグリッ
ド及びアノード電圧は、DC100V、パルス幅100
μsec、Duty=1/10とした。エミッション特
性は温度制限領域にあり、各フィラメントカソードのエ
ミッション能力が比較できる条件である。
【0028】結果を表1に示す。比較例1として、従来
最も良く使用されているBaCO3:SrCO3 :Ca
CO3 =48.7:44.55:6.75の組成のエミ
ッション量を100として、各フィラメントカソードの
エミッション量を相対値で示した。また、フィラメント
カソードの表面観察を電子顕微鏡によるSEM像にて行
い、その焼結状態を比較した。本発明においては、焼結
がみられずエミッション量が比較例1よりも大きいもの
を特許請求の範囲とした。
【0029】
【表1】 表1から明らかなように、比較例1及び比較例2,3は
焼結が観られ、エミッションは不充分であった。実施例
1はやや焼結の傾向であったものの、従来例よりエミッ
ション能力は優れていた。
【0030】また、本発明の特許請求の範囲に含まれな
い組成である、比較例5,6,7のように、Caのモル
%が25%以上になるとエミッション能力は急激に低下
した。またBaのモル%が35%以下になると、電子放
射の主体であるBaOの過剰Baが不足し、充分なエミ
ッションは得られなかった。さらにBaのモル%が50
%以上になると、焼結する傾向があり、やはり充分なエ
ミッションは得られなかった。
【0031】これに対し、Ba:Sr:Caの組成比を
A(50:40:10),C(50:30:20),G
(45:30:25),N(35:40:25),L
(35:50:15)及びH(40:50:10)の6
点を結んだ線分内とした実施例1〜14は、焼結も無
く、エミッション量も全て比較例1以上であった。特に
Ba:Sr:Caの組成比を、45:35:20とした
実施例6の組成は、エミッション量は相対値で302を
示し、本発明の最大値を示した。
【0032】次に、これら三元炭酸塩に第4成分とし
て、SiO2 ,Al2 3 、ZrO2、ScO3 を0.
01〜5%添加して、エミッション量及び焼結の状況を
観察したところ、上記と同様の結果が得られた。
【0033】
【発明の効果】本発明の酸化物陰極は、アルカリ土類金
属炭酸塩の組成比を、三元組成状態図において、Ba:
Sr:Ca=A(50:40:10)とC(50:3
0:20)とG(45:30:25)とN(35:4
0:25)とL(35:50:15)及びH(40:5
0:10)(モル%)の6点を結んだ線分内とすること
によって、酸化物陰極の熱分解工程等での焼結が改善さ
れ、エミッション能力の優れた酸化物陰極となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】蛍光表示管の全体斜視図である。
【図2】図1に示す蛍光表示管の断面図である。
【図3】三元炭酸塩の組成を示す図である。
【符号の説明】
22 導電層 23 アノード電極 25 蛍光体層 27 グリッド 29 フィラメントカソード(酸化物陰極)
フロントページの続き (72)発明者 松山 辰夫 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目1番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タングステン等の金属芯線にアルカリ土
    類金属の三元炭酸塩をコーティングし、これを加熱分解
    してなる蛍光表示管等の酸化物陰極において、前記アル
    カリ土類金属炭酸塩の組成比を、三元組成状態図におい
    て、Ba:Sr:Ca=A(50:40:10)とC
    (50:30:20)とG(45:30:25)とN
    (35:40:25)とL(35:50:15)及びH
    (40:50:10)(モル%)の6点を結んだ線分内
    とすることを特徴とする酸化物陰極。
JP26632293A 1993-10-25 1993-10-25 酸化物陰極 Pending JPH07122177A (ja)

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JP26632293A JPH07122177A (ja) 1993-10-25 1993-10-25 酸化物陰極

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JP26632293A JPH07122177A (ja) 1993-10-25 1993-10-25 酸化物陰極

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000039734A (ko) * 1998-12-15 2000-07-05 구자홍 칼라음극선관용 음극 및 그 제조 방법
KR20030013294A (ko) * 2001-08-01 2003-02-14 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 장수명의 전자관장치, 전자관용 음극 및 전자관장치의제조방법
US6803128B2 (en) * 2002-04-04 2004-10-12 Samsung Oled Co., Ltd. Organic electroluminescent device

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