JPH02186524A - 電子管用陰極 - Google Patents
電子管用陰極Info
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- JPH02186524A JPH02186524A JP1002895A JP289589A JPH02186524A JP H02186524 A JPH02186524 A JP H02186524A JP 1002895 A JP1002895 A JP 1002895A JP 289589 A JP289589 A JP 289589A JP H02186524 A JPH02186524 A JP H02186524A
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- Japan
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- cathode
- electron
- oxide
- bao
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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。
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〕
本発明はテレビジョン用ブラウン管、表示管、撮像管、
進行波管等の電子管に用いられる電子管用陰極に係り、
特に、低温で高電流密度動作の可能な電子管用陰極に関
する。
進行波管等の電子管に用いられる電子管用陰極に係り、
特に、低温で高電流密度動作の可能な電子管用陰極に関
する。
電子管の高性能化、特に表示装置として用いられる電子
管の高精細度化、高輝度化をはかるために、従来のいわ
ゆる酸化物塗布形陰極に代る高電流密度陰極が要求され
ている。
管の高精細度化、高輝度化をはかるために、従来のいわ
ゆる酸化物塗布形陰極に代る高電流密度陰極が要求され
ている。
高電流密度陰極としては、これまでに、いわゆる含浸形
陰極が知られており、例えば特公昭第５８２６７６８号
公報記載のように、タングステン（Ｗ）またはモリブデ
ン（ＭＯ）等からなる耐熱多孔質基体を作り、該基体細
孔部内にバリウム（Ｂａ）化合物等の電子放出物質を加
熱溶融含浸させたもの、さらに、電子放出特性向上のた
めに、その表面にオスミウム（Ｏｓ）、ルテニウｌ＼（
Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）あるいはこれらの合金など
からなる薄膜被覆を設けたものが知られている。これら
は、一般には、円板状（ベレン１−）であり、これを耐
熱金属（例えば、タンタル（Ｔａ）あるいはＭｏ）から
なるカップ状の障壁層内に挿入し、さらに、耐熱性金属
（例えば、ＴａあるいはＭ ｏ ）からなるスリーブに
挿入した形の陰極とし、アルミナ（Ａｍ２０３）等で表
面を被覆したＷヒータで加熱して使用する。
陰極が知られており、例えば特公昭第５８２６７６８号
公報記載のように、タングステン（Ｗ）またはモリブデ
ン（ＭＯ）等からなる耐熱多孔質基体を作り、該基体細
孔部内にバリウム（Ｂａ）化合物等の電子放出物質を加
熱溶融含浸させたもの、さらに、電子放出特性向上のた
めに、その表面にオスミウム（Ｏｓ）、ルテニウｌ＼（
Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）あるいはこれらの合金など
からなる薄膜被覆を設けたものが知られている。これら
は、一般には、円板状（ベレン１−）であり、これを耐
熱金属（例えば、タンタル（Ｔａ）あるいはＭｏ）から
なるカップ状の障壁層内に挿入し、さらに、耐熱性金属
（例えば、ＴａあるいはＭ ｏ ）からなるスリーブに
挿入した形の陰極とし、アルミナ（Ａｍ２０３）等で表
面を被覆したＷヒータで加熱して使用する。
しかしながら、上ｎ己含浸形陰極は、高い電子放出能を
示すか、動作温度が高いという欠点を有している。すな
わち、その動作温度は約１０００℃で、現在広く用いら
れている塗布形酸化物陰極の動作温度（約７００℃）に
比較し約３００°Ｃ高い。このため、他電極とともに管
球に実装した場合、近傍電極の材料を高融点金属材料に
変更しなければならない上に、陰極からＢａ、ＢａＯが
多量に蒸発し、近傍他電極に付着してグリフ１−エミッ
ションなどの原因となり、管球特性に悪影響を与える結
果となる。
示すか、動作温度が高いという欠点を有している。すな
わち、その動作温度は約１０００℃で、現在広く用いら
れている塗布形酸化物陰極の動作温度（約７００℃）に
比較し約３００°Ｃ高い。このため、他電極とともに管
球に実装した場合、近傍電極の材料を高融点金属材料に
変更しなければならない上に、陰極からＢａ、ＢａＯが
多量に蒸発し、近傍他電極に付着してグリフ１−エミッ
ションなどの原因となり、管球特性に悪影響を与える結
果となる。
また、該陰極を加熱するために使用するヒータも長時間
高熱に耐える必要があり、その設計に困難性があった。
高熱に耐える必要があり、その設計に困難性があった。
本発明の目的は、上記従来技術の有していた課題を解決
して、動作温度が低く、しかも従来の含浸形陰極と同等
以十の電子放出能を有し、実用化に耐え得る電子管用陰
極を提供することにある。
して、動作温度が低く、しかも従来の含浸形陰極と同等
以十の電子放出能を有し、実用化に耐え得る電子管用陰
極を提供することにある。
−１−記目的は、従来の含浸形陰極における耐熱多孔質
基体相当部分にＷまたはＭＯもしくはこれらを含む合金
を用い、電子放出物質相当部分に１３ ａ Ｏを主成分
とする酸化物にタングステン酸スカンジウムを添加して
なる材料を用いた陰極とすることによって達成すること
かできる。
基体相当部分にＷまたはＭＯもしくはこれらを含む合金
を用い、電子放出物質相当部分に１３ ａ Ｏを主成分
とする酸化物にタングステン酸スカンジウムを添加して
なる材料を用いた陰極とすることによって達成すること
かできる。
さらに詳しく述へれば、」１記電子放出物質相当部分か
、陰極ベレｙＩへ全体の１７〜３５容積％のＨａ Ｏを
−ｉユ成分とする酸化物、０．２５〜１０容積％のタン
グステン酸スカンジウムからなり、しかも両者の合ｉ１
を１７．２５〜４０容積％以下とした場合に顕著な効果
を示すことか、実験的検ホｊの結果、得られている。さ
らに、タングステン酸スカンジウムはＳ Ｃ７Ｗ：１０
１．２およびＳｃ、、ＷＯ，、、の中の少なくともいず
れか一つを用いた場合に効果が顕著である結果が得られ
ている。
、陰極ベレｙＩへ全体の１７〜３５容積％のＨａ Ｏを
−ｉユ成分とする酸化物、０．２５〜１０容積％のタン
グステン酸スカンジウムからなり、しかも両者の合ｉ１
を１７．２５〜４０容積％以下とした場合に顕著な効果
を示すことか、実験的検ホｊの結果、得られている。さ
らに、タングステン酸スカンジウムはＳ Ｃ７Ｗ：１０
１．２およびＳｃ、、ＷＯ，、、の中の少なくともいず
れか一つを用いた場合に効果が顕著である結果が得られ
ている。
上記において、電子放出物質相当部の一成分として用い
たタングステン酸スカンジウムの役割は、陰極表面に電
子放出仕事関数の小さい（Ｂａ、Ｓｃ、Ｏ）単分子層を
形成することにある。
たタングステン酸スカンジウムの役割は、陰極表面に電
子放出仕事関数の小さい（Ｂａ、Ｓｃ、Ｏ）単分子層を
形成することにある。
以下、ＢａＯを主成分とする酸化物として１３ ａ３Ａ
ｎ２０６を、タングステン酸スカンジウムとして５ｃ２
Ｗ３０□２を、耐熱多孔質基体相当部としてＷを選んだ
場合の（Ｂａ、Ｓｃ、Ｏ）単分子層形成の内容について
具体的に説明する。
ｎ２０６を、タングステン酸スカンジウムとして５ｃ２
Ｗ３０□２を、耐熱多孔質基体相当部としてＷを選んだ
場合の（Ｂａ、Ｓｃ、Ｏ）単分子層形成の内容について
具体的に説明する。
まず、ヒータ・オンによる陰極の加熱によって、Ｂａ３
Ａｎ、Ｏ，とＷとが反応して、下式によりＢａを生成す
る。
Ａｎ、Ｏ，とＷとが反応して、下式によりＢａを生成す
る。
２Ｂａ、ＡＤ４０．＋Ｗ−）ＢａＷＯ４＋２ＢａｊＶ、
、０４＋３Ｂａ −（１）ここで生成したＢａの一部
は陰極表面に拡散し、他の一部はＳ ｃ２ Ｗ ３０□
２と反応して、下式によりＳｃを生成する。
、０４＋３Ｂａ −（１）ここで生成したＢａの一部
は陰極表面に拡散し、他の一部はＳ ｃ２ Ｗ ３０□
２と反応して、下式によりＳｃを生成する。
Ｓｒ、、Ｗ３０１□＋３Ｂａ →３ＢａＷＯ４＋２Ｓｃ
−−−（２）（２）式で生成したＳｃもまた陰極表
面に拡散し。
−−−（２）（２）式で生成したＳｃもまた陰極表
面に拡散し。
（１）式によるＢａ、雰囲気中あるいは陰極内部からの
酸素（０）とともに（Ｂａ、 Ｓｃ、○）単分子層を形
成する。この咀分子層は電子放出仕事関数が小さく （
約］、２ｅＶ）、高い電子放出能を有し、結果的に動作
温度を低くすることが可能である。
酸素（０）とともに（Ｂａ、 Ｓｃ、○）単分子層を形
成する。この咀分子層は電子放出仕事関数が小さく （
約］、２ｅＶ）、高い電子放出能を有し、結果的に動作
温度を低くすることが可能である。
（従来の含浸形陰極の場合、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ等の薄膜
を有する陰極および該薄膜を有しない陰極の電子放出仕
事関数の値は、それぞれ、１．６〜１．７ｅＶおよび約
２ｅＶである）。
を有する陰極および該薄膜を有しない陰極の電子放出仕
事関数の値は、それぞれ、１．６〜１．７ｅＶおよび約
２ｅＶである）。
添加する５ｃ２Ｗ３０□２は少量であっても効果がある
が、陰極寿命を考慮した場合、前記のように、０．２５
〜］０容積％の量が望ましい。また、Ｂａ３Ａｎ２０６
の量も、陰極構体の強度を考慮し、また、Ｂａ、ＢａＯ
の蒸発を抑制し、かつ、陰極寿命を考慮した場合、前記
のように、１７〜３５容積％が望ましい値となる。
が、陰極寿命を考慮した場合、前記のように、０．２５
〜］０容積％の量が望ましい。また、Ｂａ３Ａｎ２０６
の量も、陰極構体の強度を考慮し、また、Ｂａ、ＢａＯ
の蒸発を抑制し、かつ、陰極寿命を考慮した場合、前記
のように、１７〜３５容積％が望ましい値となる。
以下、本発明の電子管用陰極について、実施例によって
具体的に説明する。
具体的に説明する。
第１−図は、本発明電子管用陰極の一実施例の構成を示
す一部断面側面図で、まず、Ｗ粉末の焼結により作製し
た空孔率２５％の多孔質Ｗ基体］−に、組成４Ｂａ○・
Ａｌｌ、、０３・ＣａＯからなる利料とＳｃ、Ｗ、０，
２とを容積比４：］で混合した電子放出物質を、水素雰
囲気中で溶融含浸させて陰極ベレン１−４を作製し、次
いで、該ペレッ１〜４をＴａからなるカップ状の障壁層
５に挿入、さらにこれをＴａからなる円筒スリーブ６に
挿入した後、レーザ溶接によって固定して陰極を作製し
た。なお、」１記５ｃ２Ｗ３０，２は５ｃ２０３粉末と
Ｗ○３粉末とをモル比］：３で混合し、大気中１１００
℃］時間の加熱処理によって作製したものを用いた。
す一部断面側面図で、まず、Ｗ粉末の焼結により作製し
た空孔率２５％の多孔質Ｗ基体］−に、組成４Ｂａ○・
Ａｌｌ、、０３・ＣａＯからなる利料とＳｃ、Ｗ、０，
２とを容積比４：］で混合した電子放出物質を、水素雰
囲気中で溶融含浸させて陰極ベレン１−４を作製し、次
いで、該ペレッ１〜４をＴａからなるカップ状の障壁層
５に挿入、さらにこれをＴａからなる円筒スリーブ６に
挿入した後、レーザ溶接によって固定して陰極を作製し
た。なお、」１記５ｃ２Ｗ３０，２は５ｃ２０３粉末と
Ｗ○３粉末とをモル比］：３で混合し、大気中１１００
℃］時間の加熱処理によって作製したものを用いた。
上記によって得られた陰極はアルミナ（ＡＬ○３）を被
覆したＷ線からなる加熱用ヒータ７と組合せて使用され
るが、陰極の電子放出特性は、〜１Ｏ−７Ｐａの高真空
中で、陽極−陰極からなる２極管方式の構成において両
極間にパルス電圧を印加し、その時放出される電流を求
めることによって求め、その評価は、電圧−放出電流の
関係から外挿して得られる零電界における飽和電流密度
と陰極温度との関係を求めることによって行った。第２
図は、本発明の陰極の特性９を、現在実用化されている
Ｏ８被覆含浸形陰極の特性１０とを比較して示した図で
、この結果から、例えばＩＯＡ／ｃｍ２の飽和電流密度
を得るに必要な陰極動作温度は、Ｏ５被覆含浸形陰極の
場合約１０００°Ｃであるのに対して、本発明構成の陰
極の場合約８００〜８５０℃の範囲にあり、動作温度を
１５０〜２００°Ｃ低くできることがわかる。
覆したＷ線からなる加熱用ヒータ７と組合せて使用され
るが、陰極の電子放出特性は、〜１Ｏ−７Ｐａの高真空
中で、陽極−陰極からなる２極管方式の構成において両
極間にパルス電圧を印加し、その時放出される電流を求
めることによって求め、その評価は、電圧−放出電流の
関係から外挿して得られる零電界における飽和電流密度
と陰極温度との関係を求めることによって行った。第２
図は、本発明の陰極の特性９を、現在実用化されている
Ｏ８被覆含浸形陰極の特性１０とを比較して示した図で
、この結果から、例えばＩＯＡ／ｃｍ２の飽和電流密度
を得るに必要な陰極動作温度は、Ｏ５被覆含浸形陰極の
場合約１０００°Ｃであるのに対して、本発明構成の陰
極の場合約８００〜８５０℃の範囲にあり、動作温度を
１５０〜２００°Ｃ低くできることがわかる。
また、第３図は、本発明陰極表面についてオージェ分析
を行った場合のオージェ・スペクトルを示した図で、こ
の結果から、陰極表面に（＋３ ａ、Ｓｃ、０）単分子
層が形成されていることがわかる。
を行った場合のオージェ・スペクトルを示した図で、こ
の結果から、陰極表面に（＋３ ａ、Ｓｃ、０）単分子
層が形成されていることがわかる。
なお、電子放出相当部のＢａＯを主成分とする酸化物お
よびタングステン酸スカンジウムの量を若Ｆ変動させた
場合にも初期の電子放出特性に影響が認められず、寿命
試験においても、５０００時間程度まで影響は認められ
なかった。しかし、さらに長時間の試験において、寿命
はｉ３ａ○を主成分とする酸化物の址、タングステン酸
スカンジウムの量およびその合計量に依存し、それぞれ
を前出の範囲の量とした場合に、電子放出特性を長時間
にわたって維持できることが知られた。
よびタングステン酸スカンジウムの量を若Ｆ変動させた
場合にも初期の電子放出特性に影響が認められず、寿命
試験においても、５０００時間程度まで影響は認められ
なかった。しかし、さらに長時間の試験において、寿命
はｉ３ａ○を主成分とする酸化物の址、タングステン酸
スカンジウムの量およびその合計量に依存し、それぞれ
を前出の範囲の量とした場合に、電子放出特性を長時間
にわたって維持できることが知られた。
また、本発明の陰極を用いた場合、グリッドエミッショ
ンの発生に起因する管球特性の劣化はみられなかった。
ンの発生に起因する管球特性の劣化はみられなかった。
これは、本発明陰極の場合、従来の含浸形陰極の場合よ
りも、動作温度を１５０〜２００℃下げることができる
ことから、陰極からのＢａおよびＢａＯの蒸発速度を１
．５〜２桁程度低く抑えることができることによるもの
である。また、陰極動作温度を下げ得ることから、陰極
加熱用ヒータとして、従来の塗布形酸化物陰極用のヒー
タをそのまま利用できることとなり、ヒータの信頼度を
保つことができる。
りも、動作温度を１５０〜２００℃下げることができる
ことから、陰極からのＢａおよびＢａＯの蒸発速度を１
．５〜２桁程度低く抑えることができることによるもの
である。また、陰極動作温度を下げ得ることから、陰極
加熱用ヒータとして、従来の塗布形酸化物陰極用のヒー
タをそのまま利用できることとなり、ヒータの信頼度を
保つことができる。
なお、上記例においては、焼結によって作成した多孔質
Ｗ基体に、ＢａＯを主成分とする酸化物とタングステン
酸スカンジウ１１との混合体を溶融含浸して作製したベ
レン１−を用いた陰極の場合について述べてきたが、Ｗ
粉末と、ＢａＯを主成分とする酸化物粉末とタングステ
ン酸スカンジウム粉末とを混合し、プレス成形によって
一体化した後、非酸化性あるいは還元性の雰囲気中で加
熱・固化したペレッ１〜を用いた陰極についても、全く
同様の結果が得られている。
Ｗ基体に、ＢａＯを主成分とする酸化物とタングステン
酸スカンジウ１１との混合体を溶融含浸して作製したベ
レン１−を用いた陰極の場合について述べてきたが、Ｗ
粉末と、ＢａＯを主成分とする酸化物粉末とタングステ
ン酸スカンジウム粉末とを混合し、プレス成形によって
一体化した後、非酸化性あるいは還元性の雰囲気中で加
熱・固化したペレッ１〜を用いた陰極についても、全く
同様の結果が得られている。
以上述へてきたように、高電流密度を要求される電子管
用陰極において、本発明構成の陰極とすることによって
、従来の含浸形陰極の有していた課題を解決して、低動
作温度で、しかも、高電流密度の電子流を安定して得る
ことのできる電子管用陰極を提供することができた。
用陰極において、本発明構成の陰極とすることによって
、従来の含浸形陰極の有していた課題を解決して、低動
作温度で、しかも、高電流密度の電子流を安定して得る
ことのできる電子管用陰極を提供することができた。
第１図は本発明の電子管用陰極の一実施例の構成を示す
一部断面側面図、第２図は本発明電子管用陰極と従来の
含浸形陰極との電子放出特性（陰極温度と零電界におけ
る飽和電流密度との関係）の比較を示す図、第３図は本
発明電子管用陰極表ｍｌについてオージェ分析を行った
場合のオージェ・スペク１〜ル図である。 １ 耐熱多孔性基体（Ｗ） ２− Ｂ ａ○を主成分とする酸化物（Ｂ ａ３Ａ（Ｌ
２０ ｅ ）タングステン酸スカンジウム（ＳＣ７Ｗ、
＋０＋２）ペレッ１〜 ５・・障壁層（Ｔ ａ
）スリーブ（Ｔａ） ７ 加熱用ヒータ（Ｂａ、
Ｓｃ、Ｏ）単分子層 本発明電子管用陰極の特性 Ｏ８被覆含浸形陰極の特性
一部断面側面図、第２図は本発明電子管用陰極と従来の
含浸形陰極との電子放出特性（陰極温度と零電界におけ
る飽和電流密度との関係）の比較を示す図、第３図は本
発明電子管用陰極表ｍｌについてオージェ分析を行った
場合のオージェ・スペク１〜ル図である。 １ 耐熱多孔性基体（Ｗ） ２− Ｂ ａ○を主成分とする酸化物（Ｂ ａ３Ａ（Ｌ
２０ ｅ ）タングステン酸スカンジウム（ＳＣ７Ｗ、
＋０＋２）ペレッ１〜 ５・・障壁層（Ｔ ａ
）スリーブ（Ｔａ） ７ 加熱用ヒータ（Ｂａ、
Ｓｃ、Ｏ）単分子層 本発明電子管用陰極の特性 Ｏ８被覆含浸形陰極の特性
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）もし
くはこれらを含む合金と酸化バリウム（ＢａＯ）を主成
分とする酸化物とタングステン酸スカンジウムとからな
るペレットを電子放出体とすることを特徴とする電子管
用陰極。 ２、上記ペレットが、ＢａＯを主成分とする酸化物１７
〜３５容積％、タングステン酸スカンジウム０．２５〜
１０容積％、残部をＷまたはＭｏもしくはこれらを含む
合金とするペレットであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の電子管用陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1002895A JPH02186524A (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 電子管用陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1002895A JPH02186524A (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 電子管用陰極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02186524A true JPH02186524A (ja) | 1990-07-20 |
Family
ID=11542092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1002895A Pending JPH02186524A (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 電子管用陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02186524A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58154131A (ja) * | 1982-03-10 | 1983-09-13 | Hitachi Ltd | 含浸形陰極 |
-
1989
- 1989-01-11 JP JP1002895A patent/JPH02186524A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58154131A (ja) * | 1982-03-10 | 1983-09-13 | Hitachi Ltd | 含浸形陰極 |
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