JPH0426032A - 含浸形陰極 - Google Patents
含浸形陰極Info
- Publication number
- JPH0426032A JPH0426032A JP2129066A JP12906690A JPH0426032A JP H0426032 A JPH0426032 A JP H0426032A JP 2129066 A JP2129066 A JP 2129066A JP 12906690 A JP12906690 A JP 12906690A JP H0426032 A JPH0426032 A JP H0426032A
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- JP
- Japan
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- cathode
- thin film
- impregnated
- mixed thin
- electron
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- Pending
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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−」二の利用分野]
本発明はブラウン管、撮像管、進行肢管なとの電子管に
用いられる含浸形陰極に係り、特に、低温動作型であり
かつ高電流密度・長寿命を得ることのできる含浸形陰極
に関する。
用いられる含浸形陰極に係り、特に、低温動作型であり
かつ高電流密度・長寿命を得ることのできる含浸形陰極
に関する。
[従来の技術]
含浸形陰極はタングステン(W)あるいはモリブデン(
へ知)などからなる耐熱性多孔質基体の細孔部にバリウ
ム(Ba)を主成分とする電子放出物質を含浸させた構
成を基本とするものであるが、この基本+M成のままで
は動作温度か高く、実用的ではない。
へ知)などからなる耐熱性多孔質基体の細孔部にバリウ
ム(Ba)を主成分とする電子放出物質を含浸させた構
成を基本とするものであるが、この基本+M成のままで
は動作温度か高く、実用的ではない。
動作温度を下げる方法としては、例えば特公昭第47−
2]343号公報記載のように、陰極表面にオスミウム
(Os)−ルテニウム(Ru)台金などを被覆する方法
か一般的に行われているが、この方法によっても動作温
度は約1000℃と高く、実用化促進に大きな障害とな
っていた。
2]343号公報記載のように、陰極表面にオスミウム
(Os)−ルテニウム(Ru)台金などを被覆する方法
か一般的に行われているが、この方法によっても動作温
度は約1000℃と高く、実用化促進に大きな障害とな
っていた。
動作温度をさらに下げる方法として、特開昭第6]−1
3526号公報記載のように、0s−Ru合金の代りに
Wおよびスカンジウム(Sc)酸化物の混合薄膜を陰極
表面に被覆する方法かある。この方法によれば高い電子
放出能(エミッション特性)か得られ、[);1者より
も動作温度を10(1”150℃下げることかできる。
3526号公報記載のように、0s−Ru合金の代りに
Wおよびスカンジウム(Sc)酸化物の混合薄膜を陰極
表面に被覆する方法かある。この方法によれば高い電子
放出能(エミッション特性)か得られ、[);1者より
も動作温度を10(1”150℃下げることかできる。
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上記讐およびSc酸化物の混合薄膜を被
覆した含浸形陰極は、動作温度は低くなるが、エミッシ
ョン寿命が従来型陰極に比べて若干短く、実用化する上
で難点があった。
覆した含浸形陰極は、動作温度は低くなるが、エミッシ
ョン寿命が従来型陰極に比べて若干短く、実用化する上
で難点があった。
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、低温動作型でありかつ高電流密度、長寿命を得る
ことのできる含浸形陰極を提供することにある。
して、低温動作型でありかつ高電流密度、長寿命を得る
ことのできる含浸形陰極を提供することにある。
[課題を解決するための手段]
上記目的は、耐熱性多孔質基体と、該基体の細孔部に含
浸させたBaを主成分とする電子放出物質と、該基体表
面に設けた少なくともWとWおよびScを含む酸化物の
混合薄膜とからなる含浸形陰極において、上記WとWお
よびScを含む酸化物の混合薄膜を島状に設けた混合薄
膜とすることによって達成することができる。
浸させたBaを主成分とする電子放出物質と、該基体表
面に設けた少なくともWとWおよびScを含む酸化物の
混合薄膜とからなる含浸形陰極において、上記WとWお
よびScを含む酸化物の混合薄膜を島状に設けた混合薄
膜とすることによって達成することができる。
特に、上記混合薄膜は、陰極表面積の50〜90%を占
有させた場合に効果が顕著である。
有させた場合に効果が顕著である。
[作用コ
第2図にWとWおよびScを含む酸化物とからなる混合
薄膜8を設けた従来技術の含浸形陰極の断面模式図を示
す。ここで、ヒータ6に通電して陰極を加熱することに
よって、下地含浸形陰極ペレット3内において耐熱多孔
質基体]と電子放出物質2とが反応して遊離のBaが生
成される。生成した遊離のBaは薄膜8中に拡散し、そ
の一部は玩1およびScを含む酸化物と反応して遊離の
Scを生成する。
薄膜8を設けた従来技術の含浸形陰極の断面模式図を示
す。ここで、ヒータ6に通電して陰極を加熱することに
よって、下地含浸形陰極ペレット3内において耐熱多孔
質基体]と電子放出物質2とが反応して遊離のBaが生
成される。生成した遊離のBaは薄膜8中に拡散し、そ
の一部は玩1およびScを含む酸化物と反応して遊離の
Scを生成する。
WおよびScを含む酸化物がSc、 W、 O,、から
なる場合にはSc、 IJ、 o、 IとBaとが反応
して、下式によってScが生成され、薄膜8内を拡散し
て陰極表面に達する。
なる場合にはSc、 IJ、 o、 IとBaとが反応
して、下式によってScが生成され、薄膜8内を拡散し
て陰極表面に達する。
Sc、W、0.、+3Ba :> 3BaWO4+2
Sc −(1)また、上記反応に与らなかったB
aは薄膜8中を拡散して陰極表面に達する。このように
して陰極表面に到達したBaおよびScは電子放出物質
2の熱分解で生ずる酸素や雰囲気中の酸素と結合して、
陰極表面に単分子層〜数分子層程度の棲めて薄い厚さの
(Ba、 Sc、0)″f5A台層を形成する。この複
合層の形成によって陰極の電子放出仕事関数が1.2e
V(該複合層が存在しない場合の仕事関数は約Q、Qe
V)まで低下して電子放出能が大幅に向上し、これによ
って陰極の動作温度を大幅に下げることが可能になる。
Sc −(1)また、上記反応に与らなかったB
aは薄膜8中を拡散して陰極表面に達する。このように
して陰極表面に到達したBaおよびScは電子放出物質
2の熱分解で生ずる酸素や雰囲気中の酸素と結合して、
陰極表面に単分子層〜数分子層程度の棲めて薄い厚さの
(Ba、 Sc、0)″f5A台層を形成する。この複
合層の形成によって陰極の電子放出仕事関数が1.2e
V(該複合層が存在しない場合の仕事関数は約Q、Qe
V)まで低下して電子放出能が大幅に向上し、これによ
って陰極の動作温度を大幅に下げることが可能になる。
ここで、上記の電子放出能を長期にわたって維持するた
めには低仕事関数の(Ba、 Sc、0)複合層を継続
して形成し続けなければならないが、下地陰極ペレット
3からのBa供給量は動作(加熱)経過時間の平方根に
比例して減少し、また、陰極表面に拡散したBa、 S
cの陰極表面での滞在時間はii′lj者の方が短い。
めには低仕事関数の(Ba、 Sc、0)複合層を継続
して形成し続けなければならないが、下地陰極ペレット
3からのBa供給量は動作(加熱)経過時間の平方根に
比例して減少し、また、陰極表面に拡散したBa、 S
cの陰極表面での滞在時間はii′lj者の方が短い。
従って、動作初期では、薄膜8へのBa供給量が多く、
Scを形成するとともに陰極表面に到達するに十分なり
aが生成されるが、動作時間の経過とともに陰極表面へ
のBa拡散量が少なくなり、(Ba、 Sc、 O)複
合層の組成バランスが崩れ、電子放出能か低下する。(
電子放出能の低下した陰極表面はBa濃度か極端に少な
い)。
Scを形成するとともに陰極表面に到達するに十分なり
aが生成されるが、動作時間の経過とともに陰極表面へ
のBa拡散量が少なくなり、(Ba、 Sc、 O)複
合層の組成バランスが崩れ、電子放出能か低下する。(
電子放出能の低下した陰極表面はBa濃度か極端に少な
い)。
従って、下地隠棲ベレット3から陰極表面へのB r+
の供給を容易にできる構成とすることによって陰極の電
子放出能を長期にわたって維持できることになるが、こ
のためには、下地陰極ペレット3で生成したBaが薄膜
8内のみの拡散によることなく陰極表面に到達できる構
成とすれば良く、第1図に示すように、WとWおよびS
cを含む酸化物とからなる混合薄膜を島状に設けた混合
薄膜7とし、Baの供給を薄膜8を通しての拡散のみに
よる供給でなく、表面拡散による供給も加えることによ
って、下地陰極ペレット3からのBa総供給量か減少し
ても必要かつ十分なりaを陰極表面に供給することがで
き、これによって、(Ba、Sc、O)複合層を長時間
にわたって形成、維持することかできることになる。
の供給を容易にできる構成とすることによって陰極の電
子放出能を長期にわたって維持できることになるが、こ
のためには、下地陰極ペレット3で生成したBaが薄膜
8内のみの拡散によることなく陰極表面に到達できる構
成とすれば良く、第1図に示すように、WとWおよびS
cを含む酸化物とからなる混合薄膜を島状に設けた混合
薄膜7とし、Baの供給を薄膜8を通しての拡散のみに
よる供給でなく、表面拡散による供給も加えることによ
って、下地陰極ペレット3からのBa総供給量か減少し
ても必要かつ十分なりaを陰極表面に供給することがで
き、これによって、(Ba、Sc、O)複合層を長時間
にわたって形成、維持することかできることになる。
なお、上記島状に設ける混合薄膜7の陰極表面積に占め
る比率が50〜90%の範囲の場合効果を示すことが実
験的に知られた。
る比率が50〜90%の範囲の場合効果を示すことが実
験的に知られた。
[実施例]
以下、本発明構成の含浸形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図本発明含浸形陰極の概略構成を示す断面模式図に
よってその作製について説明する。すなわち、まず、平
均粒径5−のW粉末をプレス成形し、水素雰囲気中で仮
焼結、真空中で本焼結を行い、細孔率が28%の耐熱多
孔質基体1を作製し、さらに該基体]に4BaO−Ca
O−AI、 O,の組成からなる電子放出物質2を非酸
化性雰囲気(水素中または真空中)で加熱溶融、含浸さ
せて、下地含浸形陰極ペレット3を作製した。次いで、
該ペレット3をMOからなるカップ状の障壁層4に挿入
し、さらにヒータ6を内包するMO製ススリーブ5挿入
した後固着して陰極本体を作製した。
よってその作製について説明する。すなわち、まず、平
均粒径5−のW粉末をプレス成形し、水素雰囲気中で仮
焼結、真空中で本焼結を行い、細孔率が28%の耐熱多
孔質基体1を作製し、さらに該基体]に4BaO−Ca
O−AI、 O,の組成からなる電子放出物質2を非酸
化性雰囲気(水素中または真空中)で加熱溶融、含浸さ
せて、下地含浸形陰極ペレット3を作製した。次いで、
該ペレット3をMOからなるカップ状の障壁層4に挿入
し、さらにヒータ6を内包するMO製ススリーブ5挿入
した後固着して陰極本体を作製した。
次に、複数物質の同時スパッタリングが可能な装置を使
用して、W、 SC,W、Ollの2種をスパッタター
ゲットとじ、開孔部が数十−角で開孔率それぞれ30.
50.70.90%のメツシュ状マスクを用い、ペレッ
ト3表面に面積占有率それぞれ30.50.70.90
%の島状混合薄膜を作製した。なお、マスクを用いない
場合(面積占有率100%に相当する)の試料も同時に
作製した。ここで、スパッタリングは、まず装置内を約
3XIO−’Paまで排気し、アルゴンガスをフロー(
30secm、この時の雰囲気4 X 10−’ Pa
)した後、装置排気系の主バルブにより1OPaの圧ツ
ノに調節した状態で、上記陰極本体を水冷しながら、W
はDC(直流)スパッタ、Sc、 W、 0. 、はR
F(高周波)スパッタにより、混合薄膜7の厚さが50
〜looonmの範囲でしかも該薄膜中のSc、W、0
.、が18〜33重量%となるようにスパッタパワーお
よび時間を調節して行った。なお、Sc、 W、 0.
、が18〜33重量%の混合薄膜7について溶液発光
分光分析(ICPS)によりScとWとの重量比を求め
たところSc/Wは0.02〜0.04の範囲であった
。
用して、W、 SC,W、Ollの2種をスパッタター
ゲットとじ、開孔部が数十−角で開孔率それぞれ30.
50.70.90%のメツシュ状マスクを用い、ペレッ
ト3表面に面積占有率それぞれ30.50.70.90
%の島状混合薄膜を作製した。なお、マスクを用いない
場合(面積占有率100%に相当する)の試料も同時に
作製した。ここで、スパッタリングは、まず装置内を約
3XIO−’Paまで排気し、アルゴンガスをフロー(
30secm、この時の雰囲気4 X 10−’ Pa
)した後、装置排気系の主バルブにより1OPaの圧ツ
ノに調節した状態で、上記陰極本体を水冷しながら、W
はDC(直流)スパッタ、Sc、 W、 0. 、はR
F(高周波)スパッタにより、混合薄膜7の厚さが50
〜looonmの範囲でしかも該薄膜中のSc、W、0
.、が18〜33重量%となるようにスパッタパワーお
よび時間を調節して行った。なお、Sc、 W、 0.
、が18〜33重量%の混合薄膜7について溶液発光
分光分析(ICPS)によりScとWとの重量比を求め
たところSc/Wは0.02〜0.04の範囲であった
。
以下、混合薄膜の厚さを200nm、組成をW−25%
Sc、 W、 Ol、とした場合の陰極について得られ
た特性について説明する。
Sc、 W、 Ol、とした場合の陰極について得られ
た特性について説明する。
第3図は、上記のようにして作成した陰極試料について
10−“Paオーダーの高真空容器内に設けた陽極と陰
極とからなる2極管配置において、1150℃4時間の
活性化後に陽極に正のパルス電圧を印加して求めた9
00 ’Cにおける飽和電流密度と、島状混合薄膜占有
面積比率との関係を示した図である。この結果から、占
有面積比率70%以上では電子放出能は低下せず、また
、50%でも1割程度低下するに止まるが、30%では
半分程度まで低下することがわかる。従って、混合薄膜
の占有面積比率か50%以上であれば900℃動作が可
能であり、低温動作型陰極ということができる。
10−“Paオーダーの高真空容器内に設けた陽極と陰
極とからなる2極管配置において、1150℃4時間の
活性化後に陽極に正のパルス電圧を印加して求めた9
00 ’Cにおける飽和電流密度と、島状混合薄膜占有
面積比率との関係を示した図である。この結果から、占
有面積比率70%以上では電子放出能は低下せず、また
、50%でも1割程度低下するに止まるが、30%では
半分程度まで低下することがわかる。従って、混合薄膜
の占有面積比率か50%以上であれば900℃動作が可
能であり、低温動作型陰極ということができる。
また、第4図は電子放出(エミッション電流)の動作時
の経時変化を示した図で、縦軸は初期におけるエミッシ
ョン電流を100とした場合のエミッション電流値、横
軸は1000時間単時間表した動作経過時間であり、混
合薄膜の占有面積比率をパラメータとして示したもので
ある。この結果から、混合薄膜を島状に設けることによ
ってエミッション電流を長時間にわたって維持すること
ができ、格段に長寿命化が図られることがわかる。
の経時変化を示した図で、縦軸は初期におけるエミッシ
ョン電流を100とした場合のエミッション電流値、横
軸は1000時間単時間表した動作経過時間であり、混
合薄膜の占有面積比率をパラメータとして示したもので
ある。この結果から、混合薄膜を島状に設けることによ
ってエミッション電流を長時間にわたって維持すること
ができ、格段に長寿命化が図られることがわかる。
また、第5図は、混合薄膜占有面積比率70%の陰極と
100%の陰極(従来型陰極)とについて、動作初期の
陰極表面と10000時間動作後の陰極表面のオージェ
分析を行った結果を示した図である。
100%の陰極(従来型陰極)とについて、動作初期の
陰極表面と10000時間動作後の陰極表面のオージェ
分析を行った結果を示した図である。
この結果から、動作初期の低仕事関数(Ba、Sc、0
)複合層表面(a)と比較して、10000時間動作後
の従来構成1(3極の表面(c)は明らかにBaが不足
しており(l(a、Sc、0)複合層の組成バランスが
崩れているか、本発明の混合薄膜占有面積比率70%の
1!2極表面は10000時間動作後(b)でも初期の
状態(a)と殆と同じ状態に保たれていることがわかる
。また、このことから、従来構成陰極の動作時間経過に
伴うエミッション電流の低下は下地陰極ペレットから陰
極表面へのBa供給不足によるものであることかわかる
。
)複合層表面(a)と比較して、10000時間動作後
の従来構成1(3極の表面(c)は明らかにBaが不足
しており(l(a、Sc、0)複合層の組成バランスが
崩れているか、本発明の混合薄膜占有面積比率70%の
1!2極表面は10000時間動作後(b)でも初期の
状態(a)と殆と同じ状態に保たれていることがわかる
。また、このことから、従来構成陰極の動作時間経過に
伴うエミッション電流の低下は下地陰極ペレットから陰
極表面へのBa供給不足によるものであることかわかる
。
[発明の効果]
以上述べてきたように、含浸形陰極を本発明構成の含浸
形陰極とすることすなわち陰極表面にWおよびWとSc
とを含む酸化物からなる混合薄膜を島状に設けた含浸形
陰極とすることによって、従来技術の有していた課題を
解決して、陰極表面に低仕事関数の(Ba、 5C10
)複合層を長時間にわたって形成、維持することができ
、従来陰極に比べてエミッション電流を格段に長く維持
することのできる長寿命の含浸形陰極を提供することが
てきた。また、低仕事関数の(Ba、 Sc、0)複合
層を容易に形成できることにより、従来の含浸形陰極よ
りも動作温度を100〜150℃下げることができ、従
って陰樹表面からのBaおよびBaOの蒸発速度を1〜
1.5桁小さくすることかできるため、グリッドエミッ
ションなどによる管球特性劣化の発生を格段に改善する
ことのできる含浸形陰榛を得ることかできた。さらに、
動作温度を下げることにより、陰極加熱用ヒータの信頼
性も向上するとともに、低消費電力化が可能になった。
形陰極とすることすなわち陰極表面にWおよびWとSc
とを含む酸化物からなる混合薄膜を島状に設けた含浸形
陰極とすることによって、従来技術の有していた課題を
解決して、陰極表面に低仕事関数の(Ba、 5C10
)複合層を長時間にわたって形成、維持することができ
、従来陰極に比べてエミッション電流を格段に長く維持
することのできる長寿命の含浸形陰極を提供することが
てきた。また、低仕事関数の(Ba、 Sc、0)複合
層を容易に形成できることにより、従来の含浸形陰極よ
りも動作温度を100〜150℃下げることができ、従
って陰樹表面からのBaおよびBaOの蒸発速度を1〜
1.5桁小さくすることかできるため、グリッドエミッ
ションなどによる管球特性劣化の発生を格段に改善する
ことのできる含浸形陰榛を得ることかできた。さらに、
動作温度を下げることにより、陰極加熱用ヒータの信頼
性も向上するとともに、低消費電力化が可能になった。
第1図は本発明含浸形陰極の概略構成を示す断面模式図
、第2図は従来技術の含浸形陰極の概略構成を示す断面
模式図、第3図は混合薄膜占有面積比率と900℃にお
ける飽和電流密度との関係を示す図、第4図は本発明構
成の含浸形陰極と従来構成の含浸形陰極との動作時のエ
ミッション電流の経時変化の比較を示した図、第5図は
本発明構成の含浸形陰極と従来構成の含浸形陰極とにつ
いて、動作初期と動作10000時間経過後の陰極表面
のオーシェスベク)・ルの比較を示した図である。 l・・耐熱性多孔質基体、2・・・電子放出物τ′1、
:3・・・下地含浸形陰極ぺしット、4・障壁層、5・
・・スリーブ、 6・・・ヒータ、7・島状混
合薄膜、 8・・;・昆合薄膜9代理人 芹埋士
小川)扮;ノj、−−(< 第 図 第2図 第3図 第 図 賽クジに社afuご丁ア1丁う2【ζ5治リセ呼M(’
10)11ヒ174’F(4θクタ!シン好−ト1讐1
(kh)第 図 千−ジエ噌鴎:づ:工オルN−(e)
、第2図は従来技術の含浸形陰極の概略構成を示す断面
模式図、第3図は混合薄膜占有面積比率と900℃にお
ける飽和電流密度との関係を示す図、第4図は本発明構
成の含浸形陰極と従来構成の含浸形陰極との動作時のエ
ミッション電流の経時変化の比較を示した図、第5図は
本発明構成の含浸形陰極と従来構成の含浸形陰極とにつ
いて、動作初期と動作10000時間経過後の陰極表面
のオーシェスベク)・ルの比較を示した図である。 l・・耐熱性多孔質基体、2・・・電子放出物τ′1、
:3・・・下地含浸形陰極ぺしット、4・障壁層、5・
・・スリーブ、 6・・・ヒータ、7・島状混
合薄膜、 8・・;・昆合薄膜9代理人 芹埋士
小川)扮;ノj、−−(< 第 図 第2図 第3図 第 図 賽クジに社afuご丁ア1丁う2【ζ5治リセ呼M(’
10)11ヒ174’F(4θクタ!シン好−ト1讐1
(kh)第 図 千−ジエ噌鴎:づ:工オルN−(e)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、耐熱性多孔質基体と、該基体の細孔部に含浸させた
Baを主成分とする電子放出物質と、該基体表面に設け
た少なくともWとWおよびScを含む酸化物の混合薄膜
とからなる含浸形陰極において、上記WとWおよびSc
を含む酸化物の混合薄膜が島状に設けられた混合薄膜で
あることを特徴とする含浸形陰極。 2、上記WとWおよびScを含む酸化物の混合薄膜が陰
極表面積の50〜90%を占有していることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の含浸形陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2129066A JPH0426032A (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | 含浸形陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2129066A JPH0426032A (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | 含浸形陰極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426032A true JPH0426032A (ja) | 1992-01-29 |
Family
ID=15000242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2129066A Pending JPH0426032A (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | 含浸形陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0426032A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1050438C (zh) * | 1993-10-05 | 2000-03-15 | 株式会社金星社 | 阴极射线管的浸渍型阴极 |
-
1990
- 1990-05-21 JP JP2129066A patent/JPH0426032A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1050438C (zh) * | 1993-10-05 | 2000-03-15 | 株式会社金星社 | 阴极射线管的浸渍型阴极 |
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