JPH01194231A - 陰極線管 - 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〕 本発明は、含浸型陰極を備えた陰極線管に係り、特に電
子ビームのフォーカス性能向上に好適な中空電子ビーム
を形成することのできる含浸型陰極を備えた陰極線管に
関する。

〔従来の技術〕

第４図により従来例を説明する。同図は陰極の中心から
半分の断面を示したもので、含浸型陰極がトライオード
型電子放出部をもつ電子銃に実装された状態を示してい
る。すなわち、１′はタングステン（Ｗ）、モリブデン
（Ｍｏ）等の高融点金属焼結体からなる多孔質金属基体
に電子放射物質を含浸させた陰極ペレットであり、カッ
プ６の中に挿入されている。７は円筒状のスリーブであ
り、その一端に上記カップ６を圧入していると共にその
下部にヒータ５を装着している。陰極ペレット１′の電
子ビーム放出面側には、中心部に電子ビ＝ム通過孔２１
．３１．４１を有する電子銃の第１電極２、第２電極３
．第３電極４がそれぞれ前記陰極ペレットの中心と同軸
上に、しかも所定の間隔をおいて配置されている。８′
は放出電子ビームの拡りを、そして９′は電子ビームの
クロスオーバ部分を、ｒ　／ｃは電子ビームのクロスオ
ーバ半径をそれぞれ模式的に示したものである。この図
に示すトライオード型電子放出部においては、第１電極
２は陰極ペレット１′に較べ低電位か高々同電位に設定
され、一方、第２電極及び第３電極４は数百〜数千ボル
ト高電位に設定されている。この種のものとして例えば
特開昭５９−１８５３９号公報を挙げることができる。

また、含浸型陰極ではないが、マイクロ波管の陰極にて
中空電子ビームを形成した一般文献の例として、マグロ
ヒル・フィジカル・アンド・カンタム・エレクトロニク
スシリーズ［スペース・チャージフローＪ　１９６７年
、第１５７頁（ＭｃＧＲＡＶ　・ＨＩＬＬＰＨＹＳＩＣ
ＡＬ　ＡＮＤ　ＱＵＡＮＴＵＭ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ
５５ＥＲＩＥＳ。

Ｓｐａｃｅ−Ｃｈａｒｇｅ　Ｆｌｏｗ、　１９６７、　
Ｐａｇｅ　１５７）を挙げることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記第４図のような電極電位構成の場合、陰極ペレット
１′の電子放出面から放出された電子ビーム８′は、陰
極ペレット１′及び第１電極２の電位から形成される静
電レンズにより収束され、その結果、第１電極２又は第
２電極３近傍で交差する。これをクロスオーバ９′と称
するが、クロスオーバは、レンズ収差、電子の黙祷速度
のばらつき（黙祷速度分散）、電子同士の反発（空間電
荷効果）などの原因により、有限の大きさ（半径ｒ　／
　ｃ）をもつ。電子ビーム８′はその後再び拡がるが、
第２電極３．第３電極４で形成される電界により加速さ
れつつ、図示されていない主レンズ部に入射する。さら
に例えばブラウン管の場合、電子ビームは主レンズ部で
収束され蛍光面上にスポットを形成する。ところで、一
般にブラウン管の解像度を向上させるためには、電子ビ
ームのスポット径を小さくする必要があるが、このため
には前記クロスオーバ半径ｒ　１０を小さくすることが
有効である。

クロスオーバを小さくシ、ブラウン管の解像度を向上さ
せる方法としては、例えば、第１電極２の電子ビーム通
過孔を従来よりも小さくし黙祷速度分散の効果を抑える
ことが考えられる。しかし、この方法では陰極の電子放
出領域が著しく制限されるため、大電流は得られ難く、
例えば数ｍＡから数１０ｍＡの大電流電子ビームを必要
とする大型ブラウン管や投射用ブラウン管には不向きで
ある。

また、このような大電流では、空間電荷効果が、クロス
オーバの増大の大きな原因となる。

さらにまた、主レンズから蛍光面にかけての、この空間
電荷効果もスポット径増大の大きな原因となる。

また、前述の中空電子ビームを形成した前述の文献にお
いては、マイクロ波陰極の例であり、単なる円筒電極に
関するもので含浸型陰極については全く配慮されていな
かった。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題は大電流
電子ビームにおいても、空間電荷効果を抑制し、クロス
オーバ径を小さくすることのできる含浸型陰極を備えた
陰極線キを開発することにある。したがって、本発明の
目的は、上記技術的課題を達成することにあり、改良さ
れた優れた特性を有する陰極線管を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記技術的課題は、以下の解決手段により達成すことが
できる。すなわち、本発明の陰極線管は、耐熱性多孔質
金属基体に電子放射物質を含浸させた陰極ペレットを有
する含浸型陰極を備えた陰極線管において、前記陰極ペ
レットの電子放出面側の中心部に、隣接する第１電極の
電子ビーム通過孔口径よりも小面積の電子ビーム放出量
の極めて少ない領域を設けたことを特徴とする。

上記耐熱性多孔質金属基体としては、周知のタングステ
ン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、
レニウム（Ｒｅ）のごとき高融点金属粉末をプレス成形
して焼結することによって製造される。また、多孔質金
属基体の空孔率は１７〜３０％程度が適当とされている
。そして含浸型陰極は、この空孔内に周知の電子放出物
質、例えばバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）
、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）などのア
ルカリ土類金属の酸化物もしくはホウ化ランタン（Ｌａ
Ｂ、）のごとき希土類元素のホウ化物などを含浸させて
構成される。

、本発明の特徴である上記電子ビーム放出量の極めて少
ない領域として実用上好ましい構成を以下に具体的に例
示する。

（１）まず第１の構成は、上記陰極ペレットの電子放出
面側の中心部に上記第１電極の電子ビーム通過孔口径よ
りも小さな表面積の円を含む多角形状の凹部もしくは貫
通孔を設けることである。

これにより凹部もしくは貫通孔の設けられた部分は、そ
つ周辺の特別な加工を施さなかった領域に比べ著しく電
子ビームの放出量が少なく、陰極ペレット表面から放出
する電子ビームの断面を見るとあたかも中空のビームの
ようである。このような中空の電子ビームを形成するこ
とが本発明の重要なポイントである。したがって、凹部
よりは貫通孔の方がその効果は大となる。また、陰極ペ
レットにこの種の加工を施す方法としては、基体を構成
する金属粉末をプレス成形する際にプレス金型にあらか
じめ凸部を設けておくことにより、成形とともに容易に
施すことができる６さらにまた、偏平な焼結体ペレット
を得てから、その中央部を加工してもよい。しかし、実
用的には前者の成形時の加工の方が容易であり好ましい
。

（２）第２の構成は、上記のような凹部もしくは貫通孔
を設ける代りに、電子放出物質を含浸したペレットのこ
の領域に電子ビーム放出を阻害する物質層を形成し、ペ
レット中央部の電子ビームの放出を遮蔽することである
。物質層の形状は中空電子ビームを形成することから上
記第１の構成と同じく円を含む多角形（三角、四角、三
角・・・・・・など）が好ましい。そして、これを構成
する物質としては、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、炭素（Ｃ）、パラジ
ウム（Ｐｄ）などの少なくとも１種の金属が好ましい。

形成方法としては、通常の蒸着、スパッタリング、印刷
など周知のパターン形成技術で対応することができる。

そして好ましい厚さとしては少なくとも１０ｎｍ、実用
的には０．５〜ｌＯＩ！ｍである。

（３）第３の構成は、上記のような電子ビーム放出を、
阻害する物質層を形成する代りに、この領域の多孔質部
分の空孔をつぶし無孔質化することである。好ましくは
完全に空孔をつぶすことであるが、空孔率を著しく減少
させることでもよい。

形成方法としては、レーザビームもしくは電子ビームを
収束させて上記所定の領域に照射することにより実現で
きる。この構成は、前記第１の構成と組合せることもで
きる。つまり凹部もしくは貫通孔の内壁部の多孔質部分
を無孔質化することで、さらに中空電子ビームの形成を
好ましいものとすることができる。

また、この第３の構成は、前記第２の構成と組合せるこ
とができる。つまり、第３の構成で所定領域を無孔質化
したのち、その上に前記第２の構成により電子ビームの
放出を阻害する物質層を形成することで、より好ましい
中空電子ビームを形成することができる。

（４）第４の構成としては、上記陰極ペレットの電子放
出面側の中心部に設けた電子ビーム放出量の極めて少な
い領域を除いて、前記陰極ペレット上に、例えばルテニ
ウム（ＲｕＬイリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）
、スカンジウム（Ｓ　ｃ）、レニウム（Ｒｅ）、白金（
Ｐｔ）及びこれらの合金や酸化物などの少なくとも１種
から成る電子放出促進物質層を被覆形成することである
。これにより、中心部に比較して周辺部の電子放出量を
著しく増大させることができ、上記第１〜第４の具体的
構成と組合せればより好ましい中空電子ビームを形成す
ることができる。なお、この被覆層の厚みとしては、実
用的には１０ｎｍ〜１−程度である。

〔作用〕

陰極ペレットを前述のように構成することにより、電子
ビームの大部分は、中心部を除いた周辺部分から放出さ
れ、電子ビームは中空ビームとなり電子同士の反発によ
るクロスオーバ径の拡がり（つまり空間電荷効果）を抑
えることができる。

（実施例〕 以下、図面を用い七本発明の一実施例を示し、本発明を
更に具体的に詳述する。

第１図は１本発明の陰極を電子銃のトライオード型電子
放出部に実装した中心から片側部分の要部断面図を示し
たものである。この例では、含浸型陰極ペレット１の電
子放出面側中心部に円筒状のくぼみ１ｈが形成されてい
る。この陰極ペレット１の前方には中心に電子ビーム通
過孔２１．３１゜４１の設けられた第１電極２．第２電
極３．第３電極４が、前記陰極ペレットの円筒状くぼみ
１ｈの中心とそれぞれ軸を同じくして装着配置されてい
る。なお、上記陰極ペレットｌは耐熱金属製のカップ６
に装着され、このカップ６は、内部にヒータ５の設けら
れた耐熱金属製のスリーブ７の一端に圧入もしくは溶接
等で固着されている。このような陰極形状の場合、電子
ビーム８のほとんどは、くぼみ１ｈ以外の陰極ペレット
１の平坦部１ａから放出され、空間電荷効果によるクロ
スオーバ９の拡がりを抑えることができる。この図では
電子ビーム８．クロスオーバ９及びクロスオーバｒ’ｃ
を模式的に示している。この結果、本実施例の陰極ペレ
ット１のクロスオーバ半径ｒｃは、くぼみの存在しない
従来の第４図に示す陰極ペレット１′のクロスオーバ半
径ｒ　Ｉｃに較べ小さくなっている。

ブラウン管や撮像管の場合、クロスオーバ半径（物点）
を小さくすることは、蛍光面やターゲツト面のスポット
径（像点）を小さくすることになり、解像度を向上させ
る上で極めて重要な条件となる。

しかし、この実施例の場合、くぼみ１ｈの部分からも少
量ではあるが電子が放出する。この電子ビームの放出方
向及び進行方向位置（軸方向位置）は、他の部分から放
出−される大部分の放出電子と異なるため、両者を同一
のフォーカス条件で例えば蛍光面上に収束照射させるこ
とは難しく、フォーカス特性を若干劣化させることにな
る。この特性劣化を改善するためには、くぼみ１ｈの代
りに貫通孔（図示せず）を設けてもよく、もしくは第２
図に陰極ペレット１の拡大図を示すように、くぼみ１ｈ
以外の平坦部ｌａ上に電子放出を促進するいわゆる電子
放出促進物質層１ｃを被覆し、くぼみ１ｈ以外の平坦部
１ａからの放出能力を向上させれば良い、このような構
造とすることにより、くぼみ１ｈからの放出電子は、他
の部分からの放出量に較べ更に少量となり、フォーカス
特性の劣化は改善される。

上記電子放出促進物質層としては、前述のとおり、例え
ばＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｓｃ、Ｒｅ、Ｐｔ及びこれらの合
金もしくは酸化物の少なくとも１種から成る物質を好ま
しい例として挙げることができる。

そしてこの被覆層ＩＣの厚さは１層の寿命ならびに多孔
質基体中に含浸された電子放出物質の表面への拡散との
かねあいで、１０ｎｍ〜１μｍであることが望ましい。

なお、第２図の１ｂは酸化バリウム等の電子放出物質で
あり、タングステン等の耐熱多孔質基体１ｅにより構成
される空孔部に含浸されている。

第３図は、第１図の構成の陰極を電子銃に実装する際の
組立方法について説明する図で、くぼみ１ｈと電極２，
３，４の電子ビーム通過孔２１．３１゜４１の中心軸位
置合せの方法を示したものである。

含浸型陰極は、第２図に示すように、Ｗなどの耐熱多孔
質基体１ｅに酸化バリウム等の電子放出物質１ｂを含浸
させたものであるため、機械的にはかなりの強度をもつ
、したがって、陰極の実装に際しては第３図に示すよう
にセンターピン１０を用いて、陰極中心軸位置合せ及び
電子放出面１ａもしくは１ｃと第１電極２との間隔ｄｉ
ｌその他の電極間間隔ｄ２．ｄ、の設定を容易に行うこ
とができる。つまりセンターピンの先端を陰極ペレット
１に設けた円筒形のくぼみ１ｈに挿入することにより正
確な位置合せを可能とするものである。

ところで、中空電子ビームを形成するその他の構成とし
て、上記第１図のくぼみ１ｈを設ける代りに電極ペレッ
ト表面からの電子放出を遮蔽する物質層をペレット中央
部に形成するもの、また。

ペレット中心部の多孔質体の表面の微細孔をレーザビー
ムもしくは電子ビームで局部的に加熱してつぶし無孔質
化するものなど、さらにまた、これらと上記した他の構
成との組合せなどのものもあるが、陰極ペレットの中心
軸と電子銃の電極中心部の電子ビーム通過孔中心軸との
位置合せの容易さの点からは、上記第１図のように陰極
ペレットにくぼみ１ｈもしくは貫通孔（図示せず）を設
けた構造のものの方が精度よく実装でき好ましい。

つまり、このくぼみを位置合せの基準点とすることがで
きるからである。

次に上記第１図及び第２図に示した陰極の製造方法につ
き具体的に説明する。

耐熱性多孔質金属基体１ｅは、粒度調整されたＷ粉末を
用い１円筒状プレス治具を用いて陰極ペレット状にプレ
ス成形、焼結によって製造する。

また、焼結後に切削加工などによって陰極形状に加工し
ても何ら差支えない。なお、くぼみ１ｈはプレス加工時
に金型に凸部を設けておき成形してもよいし、焼結後に
ドリルなどで円筒形のくぼみに加工してもよい、焼結方
法は特開昭５９−１８５３９に記載の方法と同様に行い
、空孔率２８％の焼結体を得た。この多孔質金属基体１
ｅの細孔部に含浸する電子放出物質１ｂとしては、バリ
ウム・アルミネート化合物の他に、炭酸バリウム、酸化
アルミニウム、炭酸カルシウムの混合物を含浸時の出発
原料としても良い、このようにして４ＢａＯ−ＣａＯ−
ＡＩｌｚＯ，からなる電子放出物質１ｂを多孔質金属基
体１ｅに含浸させた。電子放出物質１ｂを多孔質金属基
体１ｅに含浸する方法は、周知の技術によった。つまり
、多孔質金属基体上に上記のバリウム・アルミネート系
化合物原料をのせ、水素中で約１７００℃に加熱溶融し
て空孔に流し込んで含浸型陰極ペレット１を製造する。

以上のようにして製造した直径０　、３ｍｍ　、深さ０
．３１１１ＩＩの円筒状くぼみを有する含浸型陰極ペレ
ット１をモリブデン製のカップ６に挿入し、これを内部
にＷ−Ｒｅ系ヒータ５（アルミナ被覆）が装着された円
筒状のモリブデン製スリーブ７の一端に挿入固着し陰極
を形成した。この陰極の電子放出面側に第１．第２．第
３の各電子銃電極２，３．４を所定の間隔で、中心軸を
陰極ペレットに設けたくぼみ１ｈの中心に一致させ（第
３図に示したセンターピンｌＯを用いて実装した）、第
１図に示した構成のトライオード型電子放出部に実装し
た。

第１図のトライオード型電子銃を用いて、クロスオーバ
半径ｒｃを計算した結果について以下に説明する。

なお、この時の第１電極２の電子ビーム通過孔直径は０
．７ｎｕａ、また第２電極３の電子ビーム通過孔直径は
０．７ｍｍとした。

陰極ペレットに３０〜２００ｖの電圧を印加し、第１の
電極２にアース電位、第２電極３に６００Ｖ。

第３電橿４に約９ｋＶの電圧をそれぞれ印加したところ
、第１電極と第２電極の間に電子ビームのクロスオーバ
９が形成され、その半径ｒＣは第５図の曲線５１に示す
とおりである。

一方、同一電圧印加条件で、第４図の従来例により計算
したクロスオーバ半径ｒ　１０は曲線５２に示すとおり
である。

上記のとおり、本発明による中空電子ビームの形成によ
れば、従来よりもクロスオーバ半径を大幅に改善するこ
とができる。

第６図は、フインチ投射用ブラウン管に本発明陰極を適
用した場合の、蛍光面上における電子ビームスポット径
を従来の陰極を用いたものと対比して示した特性曲線図
で、本発明実施例による曲線６１は、従来の曲線６２に
比較してスポット径が著しく小さくなっており非常に好
ましい結果が得られた。

なお、蛍光面電圧は３０ｋＶとしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、空間電荷効果によるクロスオーバ径の
増大を抑えることができ、ブラウン管や撮像管等の陰極
線管における解像度を著しく向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を、第４図は従来例をそれ
ぞれ説明するための陰極及び電子銃電極配置の断面図、
第２図は本発明の効果をさらに向上させるための他の実
施例の陰極断面図、第３図は本発明の陰極を電子銃に実
装する組立方法を示す陰極及び電極断面図、第５図はク
ロスオーバ半径を、第６図は蛍光面のスポット径をそれ
ぞれ従来例と対比した本発明の実施例を示す曲線図であ
る。 図において、 １・・・陰極ペレット　　　　１ｈ・・・くぼみ部分ｌ
ａ・・・陰極ペレット平坦部 １ｅ・・・耐熱多孔質基体　　１ｂ・・・電子放出物質
１ｃ・・・電子放出を促進させる物質の被覆層８・・・
放出電子ビーム　　　９・・・クロスオーバｒｅ・・・
クロスオーバ半径　１０・・・センターピン代理人弁理
士　　中　村　純之助 第１図 第３図 第５図 ビーム１迭、Ｔｂ（曜Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、耐熱性多孔質金属基体に電子放射物質を含浸させた
   陰極ペレットを有する含浸型陰極を備えた陰極線管にお
   いて、前記陰極ペレットの電子放出面側の中心部に、隣
   接する第１電極の電子ビーム通過孔口径よりも小面積の
   電子ビーム放出量の極めて少ない領域を設けたことを特
   徴とする陰極線管。 ２、上記電子ビーム放出量の極めて少ない領域として、
   上記陰極ペレットの電子放出面側の中心部に上記第１電
   極の電子ビーム通過孔口径よりも小さな表面積の円を含
   む多角形状の凹部もしくは貫通孔を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の陰極線管。３、上記陰
   極ペレットに設けた凹部もしくは貫通孔の内周壁面の微
   細孔をつぶして無孔質としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の陰極線管。 ４、上記電子ビーム放出量の極めて少ない領域として、
   電子ビーム放出を阻害する物質層を上記陰極ペレット中
   心部に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の陰極線管。 ５、上記電子ビーム放出を阻害する物質層が、Ｔｉ、Ｚ
   ｒ、Ｈｆ、Ｃ及びＰｄから成る群から選ばれた少なくと
   も１種の金属元素もしくはその酸化物から成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の陰極線管。 ６、上記電子ビーム放出量の極めて少ない領域として、
   上記陰極ペレットの電子放出面側の中心部に上記第１電
   極の電子ビーム通過孔口径よりも小さな面積の円を含む
   多角形状の無孔質化領域を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の陰極線管。 ７、上記陰極ペレットの電子放出面側の中心部に設けた
   電子ビーム放出量の極めて少ない領域を除いて、前記陰
   極ペレット上に電子放出促進物質層を被覆形成して成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第４
   項もしくは第６項記載の陰極線管。 ８、上記電子放出促進物質層がＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｓｃ
   、Ｒｅ及びｐｔから成る群から選ばれた少なくとも１種
   の金属元素もしくは金属酸化物から成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の陰極線管。 ９、上記電子放出促進物質層の厚みを１０ｎｍ〜１μｍ
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第７項もしくは
   第８項記載の陰極線管。 １０、上記耐熱性多孔質金属基体が、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及
   びＲｅから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属元
   素からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第４項、第６項もしくは第７項記載の陰極線管。