JPH0343932A - 電子放射装置 - 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、ブラウン管用の電子銃等の１０００　’Ｃ
程度の高温で効率良く電子を放射する積層型の電子放射
装置の構造に関する。

［従来の技術］ 従来、カソード材層のようム電子放射装置を平面積層型
で製造する場合、閂えば、特公昭５５−２４８４６号公
報に記載されているように、スクリーン印刷等のいわゆ
る厚膜回路形成技術を用いて製造されていた。第２図は
このようにして製造された従来の電子放射装置を示す断
面構成図である。まず、七うミソクス基板（１０）を横
取する原材料を用意し、ロール間を通す押し出し法、あ
るいはキャスティング法の印刷技術によってンート上に
所望のパタノ形状の発熱体層（１１）を形成し、この発
熱体層（１１）を形成した基板（１０）上に絶縁体〈１
２）を形成し、さらに、この絶縁体り１２〉上に、同様
々印刷手法によって、　カソード材層（１３〉、　カッ
−トリー１・層〈１４）、ヘースメタル層（１５〉を形
成し、電子放射装置を形成する。これらの発熱体層（１
１）をはじめとする各層は各材料に焼成助剤を添加した
ペースＩ・を、基板（１０〉上に次々と重ねてスクリー
ン印刷して形成される。スクリーン印刷１麦、高温（１
０００〜２０００°Ｃ）で焼成され、電子放射装置が形
成される。

この方法では、製造時に高温処理過程が入るのでヒータ
をこの処理７ｍ度以下で使用する場合、抵抗の経時変化
が小さい等のヒータとしての高温長期安定性か期待され
、同時にカソードも高温長期安定性が期待されていた。

しかし、スクリーン印刷によって得られるパターン精度
は低く、しかも発熱体の厚さ制御（薄型化）が困難ムた
め、消費電力が大きく、しかも複数のヒータ間では抵抗
のはらつきが大きいので、カソードの電子放射も大きく
ばらつき、信頼性に欠けるものであった。そのため、精
度良くパターンの形成ができる手法としてＰＶＤやＣＶ
Ｄによる成膜法の開発が進められていた。

第３図に薄膜形成法による従来の電子放射装置を示す。

まず、平滑な七うミンクス基板上〈ｌＯ〉上にヒータ用
の抵抗体く発熱体）膜＜１７）を、そして反対（１１］
にベースメタル用（還元部材）膜（１８〉を−様に形成
し、次にエツチングにより所望のヒータパターン、カソ
ード用パターンを形成し、ベースメタル用膜の上に電子
放射部材（１９）を塗布し、方これにヒータ側にはリー
ド線（２０〉を接合するという手法で電子放射装置を実
現していた。

［発明か解決しようとする課題］ 以上のよう／、ｌ：成膜法による電子放射装置はＩＪ−
ド線に電圧を印加してヒータを加熱し、さらにセラミ・
・ノクス基板〈ｌＯ）を介してカッ−Ｆを加熱して電子
を放射させて使用している間に膜と基板の間で剥離か生
しる１、すムオ）ち、七うミノクス基板（１０〉と抵抗
体膜＜１７）あるいは七うミノクス基板〈１０〉とベー
スメタル用膜（１８）の間で剥離が生じる。これは主と
して膜の基板への付着力が元々弱かったこと、使用時の
熱履歴により内部応力の釣ＣＪ合いに変化が生したこと
、膜と基板との熱膨張係数が違うこと等に起因する。そ
のため剥離により熱容量に変化が生じたり、ヒータとし
ての抵抗値が変動した（）、ヒータ内で断線した０、ま
た熱容量の変化に伴いカソードの電子放槍量の変動等か
起こる。さらにベースメタル（還元部材）用膜＜１８）
とカソード゛材とのなじみが悪く、電子放射特性が劣り
、そのためヒータ、カソードともに不安定でしかも長期
信頼性に欠け、性能も十分とは言い難いものであった。

このように、電子放射装置は厚膜回路形成技術で両面に
高温で安定なポーラスな膜を設けるか、薄膜形成法によ
り付着力が小さく緻密でパターン精度の良い膜を設ける
か、の二者択一の方法で形成され、性能が十分発揮され
ていなか一つな。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、使用時に膜と基板の剥離が生じにくく、ま
た電子放射効率の高い、信頼性の高い電子放射装置を提
供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る電子放射装置は、良熱電導性の絶縁部材
、この絶縁部材の一方の面に高融点良電気電導性材料を
用いて所定形状に形成された膜密度の高い緻密な抵抗体
膜、この抵抗体膜を覆うように形成された絶縁性保護膜
、上記絶縁部材の他方の面に良熱電導性還元材料を用い
て所定形状に形成され、上記抵抗体膜よζノ膜密度の低
い多孔質な還元部材、およびこの還元部材上で一部が還
元部材の孔に侵入して形成された電子放射部材な備えた
ものである。

［作用］ この発明においては、抵抗体膜を覆うように形成された
保護膜は外部雰囲気から抵抗体膜を保護するとともに使
用中に抵抗体膜が絶縁部材から剥離することを抑制する
ように作用する。また、還元部材を多孔質体で形成する
ことにより、還元部材の上に設けられた電子放射部材と
のなじみを良くし、また電子放射部材が一部還元部材へ
侵入するため、電子放射の高効率化に作用する。

［実施例］ 以下この発明の一実施例について図に基づいて説明する
。第１図はこの発明の一実施例による電子放射装置を示
す断面構成図である。図において、〈１）は電子放射部
材、（２〉は電子放射部材（１）を還元する膜密度の低
い多孔質体からなる還元部材（ベースメタル）であり、
電子放射部材（１）の−部が還元部材（２〉の孔に侵入
している。、（３）は電子数割部ｉ’４’　（１）と還
元部材＜２）からなるカソードを加熱するためのヒータ
用の膜密度の高い緻密ム抵抗体膜であり、高融点良電気
伝導性材料を用いて所定形状に形成されている。（４）
は還元部材（２〉とヒータ用抵抗体膜〈３〉の間に介在
し、両者を電気的に絶縁するとともにヒータ用抵抗体膜
（３）から発生された熱を還元部拐〈２〉へ効率良く伝
導−１−るための良熱伝導１生電気絶縁利料からなる絶
縁部材、〈５〉はヒータ用抵抗体膜〈３〉を葭うように
形成され抵抗体膜＜３〉を外部雰囲気から保護するため
の保護膜である。

ｋお、それぞれの材料に対しては、例えは、次のよう々
性質が要求される。電子放射装置の構造体である基板に
相当する絶縁部材（４）に対しては、熱伝導性か良く、
熱膨張率かヒータ用抵抗体膜〈３）および還元部材〈２
〉のそれに近いこと、長地縁体であること、高温で絶縁
破壊し々いこと、平滑なこと。そのため、入手性から考
えて八ＩＮ、　Ａ１．２０３等が考えられる。ヒータ用
抵抗体膜〈３）に対しては、高温域での蒸気圧が低いこ
と、高温域での電気特性が安定なこと。そのため、Ｍｏ
、　Ｗ、　Ｐｔ、　ＴａＴｉＮ、　ＴｉＣ，Ｔ１ＣＮ等
が考えられる。特に、再結晶温度が高く、高温で安定性
の良好に七ラミ・ノクス系のＴｉＮ、　ＴｉＣ，Ｔ１Ｃ
Ｎは適している。保護膜り５〉に対しては、高温での拡
散が小さいこと、使用温度以上の軟化点あるいは融点で
あること、長地縁体であること。そのため、５ｉ０２．
　Ａｌ２Ｏ３等の高軟化点、高融点で安定々カラス質や
八ＩＮ、　１３Ｎ等のセラミソクスが考えられる。例え
ば、５１０２であれば軟化点１７１０°Ｃく水晶）、融
点１４７０℃〈結晶）、Ａ　］−２０３であれば融点２
０３０°Ｃである。また、Ｃａｂ、　Ｙ２Ｏ３等のよう
に焼成時に外部へ飛散するものを含んだものでもよい。

還元部材（２）としては、高温域での蒸気圧が低いこと
、高温域での電気特性が安定なこと、電子放射部材＜１
）の還元性が高いこと、電子放射部材＜１）とのたじみ
の良い多孔質体の膜であること。

ここては、上記条件を鑑み、絶縁部拐り４）としては単
結晶サファイヤ基板〈八１．２０３）を用い、還元部組
〈２〉としては粉末Ｗをサファイヤ基板上に焼結させ、
ヒータ用抵抗体膜〈３〉としてＴｉＮをスバ・ツタ法て
形威し、絶縁性の保護膜〈５）として八ＩＮをスパッタ
法で形威し、還元部材（２）のＷの上に電子放射部材（
１）（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ３を塗布した電子放射装
置の製造方法について述べる。なお、参考写真に実施例
に還元部組（２）として用いた多孔質なＷ膜の表面写真
を示す。写真中、００６７はフィルム番号、　＋５．Ｏ
ＫＶは走査電子顕微鏡の加速電圧、Ｘ２．０００は倍率
２０００倍、１０μｍはその直上の線の長さが１０μｍ
に相当することを表す。

まず、片面のみ鏡面研磨仕上げを行ったサファイヤ基板
り４〉を用意し、鏡面仕上げではない方の面に所望のカ
ソード用パターンを有機溶媒や焼成助剤を含んだＷペー
ストによりスクリーン印刷し、高温（１０００〜１８０
０　　°Ｃ）で焼成する。カソード側のパターンは比較
的単純であるので鏡面仕上げの面でなくても精度的には
満足できる。次に鏡面仕上げを行った面に所望のヒータ
パターンのマスクを設定し、スパッタ法により所望の厚
さ（数μｍ〜１０μｍ）のＴｉＮ膜（３）を形成する。

次にヒータパターンの形成された面にスパッタ法により
ＡＩＮ膜（５〉を形成し、ヒータ用抵抗体膜（３）を似
う。

方、還元部材であるＷ〈２〉表面には電子放射部材〈］
〉、例えば（Ｂｎ、　Ｓｒ、　Ｃａ）ＣＯ３を塗布する
。これにより電子放射装置が完成する。　　次に動作に
ついて簡単に説明する。ヒータ用抵抗体膜〈３）に定電
圧を印加し、ヒータ用抵抗体膜〈３〉を所定の温度まで
加熱する。絶縁部拐〈４〉を介して還元部組（２）およ
び電子放射部材（１）を加熱し、グリッド・カソード間
に電圧を印加して、電子放射部材（１）より電子を放射
させる。

こういった電子放射装置の長時間の使用に対して、ヒー
タ用抵抗体膜〈３）は再結晶温度が高く、高温安定性が
良好であるので、抵抗値の変化は小さく、ヒータとして
安定で、また保護膜り５）で覆われているので、例えば
雰囲気中の残留ガスによる腐食の促進等の外部雰囲気に
より損傷を受けることもなく、しかも基板＜４〉からの
剥離も防止できる。また、還元部材〈２）は鏡面仕上げ
でない面に焼結して形成したので、付着力が強く高温で
安定であり、しかも多孔質体であるため、一部電子放射
部材＜１〉が侵入してくるなど電子放射部材（１）との
なじみが良く、安定して高電流密度が得られる。

また、大面積の絶縁部材（４）にヒータ、カソードを一
括して形成した後、最小チップに分割して電子放射装置
を、製品間のばらつきが少なく、しかも多量に生産する
ことも可能である。

なお、ヒータ用抵抗体膜＜３）をＴｉＣ，ＴｉＮ。

Ｔ１ＣＮの単体もしくはその混合物で形成する理由は、
再結晶温度が高く、高温での電気的安定性が高いからで
ある。例えば、還元部材〈２〉と同様にＷやＭＯ等の一
般的なヒータ材で形成することも考えられる。こういっ
た材料系は１０００℃程度の高温で使用している際に基
板であるＡｌ２Ｏ３の酸素を奪って（還元して）蒸気圧
の高い酸化物を形成して飛散していく。即ちヒータがエ
ンチングされ、形状が変化してしまう。そのため、ヒー
タとして安定に使用できる環境、例えば基板（４）材、
雰囲気、温度が限定されてしまう。但し、８００℃程度
以下ではＷやＭｏも使用可と戒りうる。

１ また、上記実施例ではヒータ材であるＴ　ｉ　Ｃ。

ＴｉＮ、Ｔ１ＣＮをスパッタ法で形成する方法について
述べたが、イオンブレーティングや電子ビーム蒸着、レ
ーザＰＶＤ法等のいわゆるＰＶＤ法で形成することがで
きることは言うまでもムい。

また、高温で使用することを考慮すれば、ＴｉＣｌ４、
　　ＣＨ４，Ｎ８３等を用いた熱ＣＶＤ法が熱平衡的に
最良と考えられる。また、成膜手法としては同様なガス
を用いたプラズマＣＶＤ法もある。

また、上記実施例では絶縁部材（４）として単結晶Ａｌ
２Ｏ３基板を用いたが、リーク電流や絶縁耐圧の条件が
厳しくない場合は、ＡＩＮ焼結基板及びこれにさらにＡ
１Ｎ膜を底膜したような基板を用いてもよい。

さらに、上記実施例では還元部材り２〉はＷペース）・
をスクリーン印刷で形成する方法を用いた例について説
明したが、パターン精度によっては溶射やタラディング
等で形成したものをエツチングしてカソード用パターン
を形成しても良い。

［発明の効果］ ２ 以上のように、この発明によれば、良熱電導性の絶縁部
材、この絶縁部材の一方の面に高融点良電気電導性材料
を用いて所定形状に形成された膜密度の高い緻密な抵抗
体膜、この抵抗体膜を覆うように形成された絶縁性保護
膜、上記絶縁部材の他方の面に良熱電導性還元材料を用
いて所定形状に形成され、上記抵抗体膜より膜密度の低
い多孔質な還元部材、およびこの還元部材上で一部が還
元部材の孔に侵入して形成された電子放射部材を備えた
ので、抵抗体膜は保護膜により外部雰囲気から保護され
ると共に、緻密な抵抗体膜の絶縁部材からの剥離を抑制
し、安定した電子放射装置のヒータを提供でき、さらに
、還元部材を多孔質体で形成することにより、還元部材
上に設けられた電子放射部材とのなじみを良くし、また
電子放射部材の一部が還元部材へ侵入するため、電子放
射の高効率化が実現でき、寿命が長く、高性能で信頼性
の高い電子放射装置を提供することができるという効果
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による電子放射装置を示す
断面構成図、第２図は厚膜回路技術を利用して形成した
従来の電子放射装置を示す断面構成図、第３図は薄膜形
成法による従来の電子放射装置を示す断面構成図である
。 図において、り１）は電子放射部材、（２〉は還元部材
、（３〉はヒータ用抵抗体膜、（４）は絶縁部材。 （５）は保護膜である。 なお、図中同一符号は同一部分または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　良熱電導性の絶縁部材、この絶縁部材の一方の面に高
   融点良電気電導性材料を用いて所定形状に形成された膜
   密度の高い緻密な抵抗体膜、この抵抗体膜を覆うように
   形成された絶縁性保護膜、上記絶縁部材の他方の面に良
   熱電導性還元材料を用いて所定形状に形成され、上記抵
   抗体膜より膜密度の低い多孔質な還元部材、およびこの
   還元部材上で一部が還元部材の孔に侵入して形成された
   電子放射部材を備えた電子放射装置。