JPH0743995B2 - 電子管用陰極 - Google Patents

電子管用陰極

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JPH0743995B2
JPH0743995B2 JP23190585A JP23190585A JPH0743995B2 JP H0743995 B2 JPH0743995 B2 JP H0743995B2 JP 23190585 A JP23190585 A JP 23190585A JP 23190585 A JP23190585 A JP 23190585A JP H0743995 B2 JPH0743995 B2 JP H0743995B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はTV用ブラウン管などに用いられる電子管用陰
極に関し、特に電子放射性物質層の改良に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
第2図は従来のTV用ブラウン管や撮像管に用いられてい
る陰極を示すものであり、図において(1)はシリコン
(Si)、マグネシウム(Mg)などの還元性元素を微量含
む主成分がニッケルからなる有底筒状の基体、(2)は
この基体の底部上面に被着され、少なくともバリウム
(Ba)を含み、他にストロンチウム(Sr)あるいは/及
びカルシウム(Ca)を含むアルカリ土類金属酸化物から
なる電子放射物質層、(3)は上記基体(1)内に配設
されたヒータ(3)で、加熱により上記電子放射物質層
(2)から熱電子を放出させるためのものである。
この様に構成された電子管用陰極において,基体(1)
への電子放射物質層(2)の被着は次の様にして行われ
るものである。まずアルカリ土類金属(Ba,Sr,Ca)の炭
酸塩からなる懸濁液を基体(1)に塗布し、真空排気工
程中にヒータ(3)によって加熱する。この時、アルカ
リ土類金属の炭酸塩はアルカリ土類金属の酸化物に変わ
る。その後、アルカリ土類金属の酸化物の一部を還元し
て半導体的性質を有するように活性化を行うことによ
り、基体(1)上にアルカリ土類金属の酸化物からなる
電子放射物質層(2)を被着せしめているものである。
この活性化工程において、アルカリ土類金属の酸化物の
一部は次の様に反応しているものである。つまり、基体
(1)中に含有されたシリコン,マグネシウム等の還元
性元素は拡散によりアルカリ土類金属の酸化物と基体
(1)の界面に移動し、アルカリ土類金属酸化物と反応
する。例えばアルカリ土類酸化物として酸化バリウム
(BaO)であれば次式(1)(2)の様に反応するもの
である。
BaO+1/2Si=1/2SiO2 ……(1) BaO+Mg=Ba+MgO ……(2) この反応の結果、基体(1)上に被着形成されたアルカ
リ土類金属酸化物の一部が還元され、酸素欠乏型の半導
体となり、陰極温度700〜800℃の動作温度で0.5〜0.8A/
cm2の電子放射が得られることになる。しかるに、この
様にして形成された電子管用陰極にあっては電子放射が
0.5〜0.8A/cm2以上の電流密度は取り出せないものであ
る。その理由としては次の様なものである。つまりアル
カリ土類金属酸化物の一部を還元反応させた場合、上記
(1)(2)式からも明らかな如く基体とアルカリ土類
金属酸化物との界面にSiO2,MgOあるいはBaO,SiO2なる複
合酸化物層(中間層)が形成され、この中間層が高抵抗
層となって電流の流れを妨げること、また上記中間層が
基体(1)の還元元素が電子放射物質層(2)の表面側
へ拡散するのを妨げ十分なバリウム(Ba)が生成されな
いことが考えられている。
また、従来の電子管用陰極としては特開昭59−20941号
公報に、上記した第2図のものと同様の構成をしてお
り、陰極の速動性を得るために基体(1)の板厚を薄く
し、寿命中の還元剤の涸濁を防止しかつ基体(1)の強
度低下を防止する目的で、基体(1)にランタンがLaNi
5およびLa2O3の形で分散含有させたものが示されてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この様に構成された電子管用陰極においては、動作中に
基体(1)と電子放射物質層(2)の界面近傍、特に基
体(1)表面近傍のニッケル結晶粒界と上記界面より10
μm程度電子放射物質層(2)内側の位置に前述の中間
層が偏析するため、電流の流れ及び電子放射物質層
(2)表面側への還元性元素の拡散が妨げられ、高電流
密度下の十分な電子放出特性が得られないという問題が
あった。
また、後者に示したものにおいては、ニッケルを主成分
とする基体(1)の製作時にLaNi5及びLa2O3を含有させ
るため、基体(1)内のLaNi5及びLa2O3の含有状態のば
らつきなどが生じ易かった。
この発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高
電流密度下において基体と電子放射物質層との界面近傍
に複合酸化物からなる中間層が集中して形成されること
を防止し、長時間にわたって安定したエミッション特性
を有し、かつ生産性・信頼性の高い電子管用陰極を得る
ことを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る電子管用陰極は、主成分がニッケルから
なりシリコン及びマグネシウムのうち少なくとも一方を
含む還元性元素を含有した基体上に、少なくともバリウ
ムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、スカン
ジウム及びイットリウムのうち少なくとも一方の酸化物
とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物を0.3〜20重
量%含んだ電子放射物質層を被着形成したものである。
〔作用〕
この発明においては、電子放射物質層中に含有された0.
3〜20重量%のスカンジウム及びイットリウムのうち少
なくとも一方の酸化物とアルカリ土類金属酸化物の複合
酸化物が、電子放射物質層を基体に被着形成する際の活
性化時に、アルカリ土類金属の炭酸塩が分解する際、あ
るいは陰極としての動作中に酸化バリウムが解離反応を
起こす際に基体が酸化する反応を防止するとともに、電
子放射物質層中への基体に含有された還元性元素の拡散
を適度に制御し、還元性元素による複合酸化物からなる
中間層が基体と電子放射物質層との界面近傍に集中的に
形成されることが防止し、中間層を電子放射物質層内に
分散させるものである。
〔発明の実施例〕
以下にこの発明の一実施例を第1図に基づいて説明す
る。図において、(2)は基体(1)の底部上面に被着
され、少なくともバリウムを含み、他にストロンチウム
あるいは/及びカルシウムを含むアルカリ土類金属酸化
物(11)を主成分とし、0.3〜20重量%のバリウムスカ
ンデート(Ba3SC4O9),バリウムイットレート(Ba3Y4O9)
等のアルカリ土類・希土類金属複合酸化物(12)を含ん
だ電子放射物質層である。
次に、この様に構成された電子管用陰極において、基体
(1)への電子放射物質層(2)の被着方法について説
明すると、まず、バリウム,ストロンチウム,カルシウ
ムの三元炭酸塩にBa3SC4O9粉末あるいはBa3Y4O9粉末を
所望の重量%(上記三元炭酸塩が全て酸化物になるとし
ての重量%)添加混合し、懸濁液を作成する。この懸濁
液をニッケルを主成分とする基体(1)上にスプレイに
より約80ミクロンの厚みで塗布し、その後、従来のもの
と同様に、炭酸塩から酸化物への分解過程及び酸化物の
一部を還元する活性化過程を経て、電子放射物質層
(2)を基体(1)に被着せしめるものである。
この様な方法で被着される電子放射物質層(2)に含有
されるBa3SC4O9あるいはBa3Y4O9の含有量を種々変えた
電子管用陰極を種々作成し、この電子管用陰極を用いて
2極管真空管を作成し、種々の電流密度で寿命試験を行
い、エミッション電流の変化を調べた結果、第3図及び
第4図の結果を得た。第3図は従来のテレビ用陰極とし
ての電流密度0.66A/cm2の3.1倍(2.05A/cm2)で動作さ
せた時の5重量%のBa3SC4O9が含有された電子放射物質
層(2)を有した電子管用陰極、10重量%のBa3Y4O9が
含有された電子放射物質層(2)を有した電子管用陰極
の寿命特性とアルカリ土類・希土類金属複合酸化物が全
く含有されていない電子管用陰極放射物質層(2)を有
した従来例の寿命特性との関係を示したものである。こ
の第3図から明らかなようにアルカリ土類・希土類金属
複合酸化物が含有された本実施例のものは従来例のもの
に対して高電流密度動作でのエミッション劣化が少ない
ものである。
また、第4図はBa3SC4O9の添加比率を種々変えた電子放
射物質層(2)を有した電子管用陰極において電流密度
0.66A/cm2(1とする)に対し、電流密度が2倍,3.1倍,
4倍である条件で寿命テストを行い、電流密度と初期エ
ミッション電流に対する6000時間でのエミッション電流
の比との関係を示したものである。この第4図から判る
ように、Ba3SC4O9が0.1重量%上の添加率になると、高
電流密度動作下でのエミッション低下を防止する効果が
あり、図示していないがBa3SC4O9は20wt%の添加率まで
この効果が確認できた。しかしながら、この添加率が20
重量%を越えると、製造工程を経た後新たに長時間のエ
ージングを行わないとエミッション電流の安定な取り出
しが困難となり、実用的でなかった。従って、電子放射
物質層(2)におけるアルカリ土類・希土類金属複合酸
化物の含有量は0.3〜20重量%の範囲にする必要がある
ものである。特に0.8〜15重量%の範囲で上記した効果
が顕著であった。
このように電子放射物質層(2)にアルカリ土類・希土
類金属複合酸化物を含有した効果を詳細に調査するため
に、第3図の実験結果において6000時間でのエミッショ
ン電流測定後、従来品及び7重量%のBa3SC4O9を含有し
た電子放射物質層(2)を有した電子管用陰極の断面を
電子ビームX線マイクロアナライザー(EPMA)によって
分析を行った結果、従来の電子放射物質層(2)を有し
た電子管用陰極では、基体(1)であるニッケルと電子
放射物質層(2)との界面近傍に、基体(1)内に含有
された還元剤であるSi,Mgが偏析していることが確認さ
れ、これらの金属は酸化物あるいは複合酸化物として存
在していると考えられる。すなわち、高電流密度動作下
の従来品においては、基体(1)と電子放射物質層
(2)との界面近傍で、基体(1)内の結晶粒界ではSi
O2,MgO及びこれらの複合酸化物層が形成され、さらに上
記界面から電子放射物質層(2)の位置にはBaO,MgO,Si
O2の複合酸化物層が形成されていることがわかるもので
ある。上記したSiO2・MgO層及びBaO・SiO2層は基体
(1)内から電子放射物質層(2)内への還元剤である
Si,Mgの拡散速度を抑制するとともに高絶縁であるため
に電流の流れを阻害し、ついには電子放射物質内での絶
縁破壊による損耗をもたらすことになるものである。
これに対して、本実施例であるBa3SC4O9を含有した電子
放射物質層(2)を有する電子管用陰極においては、基
体(1)内に含有された還元剤であるSi,Mgは平均的に
分散されており、従来例のもののように基体(1)と電
子放射物質層(2)との界面近傍に、これらの還元剤の
ピークが全く存在していないものである。このことは次
の理由によるものと判断される。基体(1)内の還元元
素Si,Mgは基体界面で電子放射物質層(2)と反応し、
界面近傍にSiO2,MgOあるいはこれらとBaOとの複合酸化
物を形成するが、本実施例のようにBa3SC4O9が含有され
ていると、SiO2,MgOなどとBa3SC4O9が反応し、再度Si,M
gを生成し、電子放射物質層(2)内の移動を容易にす
るものである。つまり、電子放射物質層(2)中のアル
カリ土類・希土類金属複合酸化物が上記還元元素の電子
放射物質中への拡散を適度に律速するので、長時間高電
流密度下の動作後においても安定で良好なエミッション
特性を維持てきる。従って、0.1重量%未満のアルカリ
土類・希土類金属複合酸化物の添加では基体(1)の界
面近傍でSiO2,MgOの酸化物層を形成するのを抑制する効
果が不十分で、エミッション特性の低下が現れ始める。
また、20重量%より多い添加では電子放射物質層内での
相対的な含有量の増加により、エミッション特性の低下
が現れる。
なお、上記実施例においては、アルカリ土類・希土類金
属複合酸化物としてBa3SC4O9及びBa3Y4O9を用いたもの
を説明したが、BaSC2O4,BaY2O4,Sr3SC4O9,Ca3SC
4O9,Ba3Ce4O9などの他の酸化物でも同様の効果が得ら
れるものである。
このように発明は従来とほぼ同等の製造条件で陰極を製
造することができ、アルカリ土類・希土類金属複合物の
分散状態なども比較的容易に制御できる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明は、基体上に少なくともバリウ
ムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、スカン
ジウム及びイットリウムのうち少なくとも一方の酸化物
とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物を0.3〜20重
量%含んだ電子放射物質層を被着形成するように構成し
たので、アルカリ土類・希土類金属複合酸化物が電子放
射物質層に含まれていない従来のものに対して2〜4倍
の高電流密度動作下での長寿命を実現し、安価で製造の
制約の少ない信頼性の高い電子管用陰極が得られるとい
う効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第2図は従
来の電子管用陰極を示す断面図、第3図は寿命試験時間
とエミッション電流との関係を示す図、第4図は電流密
度とエミッション電流比との関係を示す図である。 図において、(1)は基体、(2)は電子放射物質層で
ある。 なお各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 石田 誠子 神奈川県鎌倉市大船2丁目14番40号 三菱 電機株式会社商品研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−12758(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主成分がニッケルからなりシリコン及びマ
    グネシウムのうち少なくとも一方を含む還元性元素を含
    有した基体上に、少なくともバリウムを含むアルカリ土
    類金属化物を主成分とし、スカンジウム及びイットリウ
    ムのうち少なくとも一方の酸化物とアルカリ土類金属酸
    化物との複合酸化物を0.3〜20重量%含んだ電子放射物
    質層を被着形成したことを特徴とする電子管用陰極。
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