JPH0778548A

JPH0778548A - 直熱型酸化物陰極

Info

Publication number: JPH0778548A
Application number: JP22361593A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Koga; 康久古賀; Tatsuo Matsuyama; 辰夫松山
Original assignee: KYUSHU NORITAKE KK; Noritake Co Ltd
Current assignee: KYUSHU NORITAKE KK; Noritake Co Ltd
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】少ない消費電力でエミション能力に優れた直
熱型酸化物陰極を提供する。【構成】タングステン線またはレニウムタングステン
線等の金属芯線の表面に電子放出物質層が被着された蛍
光表示管等の直熱型酸化物陰極において、バリウム，ス
トロンチウムおよびカルシウム等の三元炭酸塩からなる
電子放出物質層の厚みを６．５〜７．５μｍの範囲とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蛍光表示管及び蛍光表
示管の原理を応用した大画面表示装置の光源ユニット、
プリンター用電源、バックライト等発光デバイス等に使
用される直熱型酸化物陰極、特にエミッション特性に優
れた直熱型酸化物陰極に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は蛍光表示管の全体斜視図、図２は
図１に示す蛍光表示管の断面図で、蛍光表示管は、プレ
ートガラス２１とフロントガラス３１とスペーサガラス
３２とで構成された真空容器の中に、導電層２２とアノ
ード電極２３からなる陽極と、グリッド２７、及び直熱
型酸化物陰極としてのフィラメントカソード２９が配設
された３極真空管である。また、図中２４は絶縁層、２
５はアノード電極３上に形成された蛍光体層、２６は排
気管、２８は導電ペースト、３０はゲッター、３３はリ
ードピン、３４は、フィラメントカソード２９を配設支
持するアンカーをそれぞれ示す。

【０００３】フィラメントカソード２９は、直径５〜３
０μｍの極めて細いタングステン線の表面に、バリウム
（Ｂａ），ストロンチウム（Ｓｒ），カルシウム（Ｃ
ａ）等のアルカリ土類金属の混合炭酸塩の粉末を、数μ
ｍの厚さに被着させて蛍光表示管の容器内に配設した
後、容器内を真空に排気しながらフィラメントを通電加
熱し、前記炭酸塩を熱分解して酸化物に変化させカソー
ドとする直熱型酸化物陰極である。

【０００４】このような蛍光表示管において、フィラメ
ントカソード２９から放出された電子は、グリッド２７
で加速されアノード電極３上に形成された蛍光体層２５
に射突し、このとき加速電子が蛍光体を励起し蛍光体が
発光することとなる。

【０００５】蛍光体を効率良く発光させるために、フィ
ラメントカソード２９には、エミッション能力の向上、
及び消費電力の低減などの特性が要求されている。

【０００６】ここで、一般に酸化物陰極を加熱した場
合、単位時間に酸化物陰極表面から放出される熱電子流
（飽和電流）は、以下に示すリチャードソン・ダッシュ
マンの式で表される。

【０００７】

【数１】ここで、Ｉ_s：飽和電流（その物体からその温度で取り
出すことのできる最大電流）（Ａ）Ｓ：陰極の熱電子放出面積（ｃｍ²）Ａ：熱電子放出定数（Ａ／ｃｍ²Ｋ²）Ｔ：陰極の温度（Ｋ）ｅ：電子の電荷 φ：仕事関数（ｅＶ）ｋ：ボルツマン定数をそれぞれ示す。

【０００８】この式から明らかなように、飽和電流Ｉ_s
を大きくするためには、陰極温度Ｔが高いこと、熱
電子放出面Ｓが大きいこと、仕事関数φが小さいこと
の３条件が必要である。

【０００９】ここで、仕事関数φは、電子放出物質の材
料固有の特性で、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｏの三元酸化物
の場合、０．９ｅＶで一定である。したがって、三元酸
化物を用いる酸化物陰極の場合、陰極の熱電子放出面積
Ｓを増加させ、また陰極の温度Ｔを上げることにより、
エミッション能力を向上させることができることがわか
る。

【００１０】熱電子放出面積Ｓは、酸化物の被着量、す
なわち被着厚みを厚くすることにより増加させることが
できる。しかしながら、一方、酸化物の被着量を増大さ
せることにより同時に酸化物陰極表面からの輻射熱が増
大し、その結果、上記したエミッション能力に影響を与
える陰極温度が低下することとなる。したがって、消費
電力を一定にした場合、酸化物の被着厚みを単に増加す
るだけでは、必ずしもエミッション能力が向上するもの
ではない。

【００１１】従来よりかかる直熱型酸化物陰極として、
特開昭５２−１２７１５１号には、直径が７〜９μｍの
レニウムタングステン線に電子放射物質を厚さ１．５〜
６μｍに被着したものが、特開昭６３−３２８３６号公
報には、タングステン線に電子放射物質を１０〜１５μ
ｍの厚さに塗布したものが、また特開平３−１１６６４
１号公報には、炭酸塩厚みを６μｍ，１２μｍ，及び１
８μｍにしたものがそれぞれ提案されている。しかしな
がら、本発明者の実験によると、いずれに記載の直熱型
酸化物陰極も、少ない消費電力で最大のエミッション能
力を持つには至っていない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明におい
て解決すべき課題は、少ない消費電力でエミッション能
力に優れた直熱型酸化物陰極を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、酸化物の被着厚みとエミッション特性
の関係について種々の実験を重ねた結果、電子放出物質
層の厚みが７μｍの場合にピーク値を示すことを知見し
本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発
明の直熱型酸化物陰極は、電子放出物質層の厚みが６．
５〜７．５μｍであることを特徴とする。

【００１４】ここで、金属芯線として、タングステン線
またはレニウムタングステン線を用いることができる。
特にタングステン中に３〜５重量％程度のレニウムを添
加したものは、芯線の抵抗が増し、消費電力を増加させ
ることなく直熱型酸化物陰極の温度を上げることができ
る。レニウムの添加量が３重量％未満ではその効果が発
揮できず、５重量％を越えると金属芯線の加工性が悪く
なる。

【００１５】また、前記電子放出物質層は、従来多く用
いられているバリウム，ストロンチウムおよびカルシウ
ムからなる三元酸化物の厚みが６．５〜７．５μｍの範
囲において、一定の消費電力でエミション能力に優れバ
ランスの良い状態となる。

【００１６】

【作用】前記したように、エミッション能力を向上させ
るためには、酸化物の被着厚を厚くして直熱型酸化物陰
極の熱電子放出面積を増すことが必要であるが、被着厚
を厚くすることは同時に放熱面積が増大して熱放射損失
が増え、その結果直熱型酸化物陰極温度を低下させる原
因となる。本発明の電子放出物質層の厚みが６．５〜
７．５μｍの直熱型酸化物陰極は、熱電子放出面積を増
加させつつ熱放射損失を極力押え、一定の消費電力で最
もエミッション能力に優れたものである。

【００１７】

【実施例】以下本発明の特徴を図１及び図２に示す蛍光
表示管に適用した例に基づいて具体的に説明する。

【００１８】（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣＯ₃の三元炭酸塩
と、結合剤としてアクリル系樹脂（デュポン製：エルバ
サイト２０４５）を用い、アセトン（試薬特級）を４５
重量％、ＭＩＢＫ（試薬特級）を２４重量％、ＩＰＡ
（試薬特級）を２４重量％、エルバサイト２０４５を５
重量％、三元炭酸塩を２重量％として、周知の混合方法
にて混合し電着液を作製した。

【００１９】この電着液を用いて、直径１５μｍのタン
グステン線に、電気泳動法により三元炭酸塩を３〜１２
μｍの厚さに被着し、フィラメント状カソードを作製し
た。さらにこれを蛍光表示管内に配設し、真空排気しな
がら、１０００℃〜１３００℃の温度で５０秒間熱分解
して直熱型酸化物陰極とし、チップオフの後、バリウム
ゲッタを加熱してＢａ膜に残留ガスを吸着させ、高真空
の蛍光表示管を作製した。ここで、フィラメントカソー
ドの長さは１２０ｍｍで、１つの表示管の中に同じ厚み
のフィラメントカソードを３本並列に配設した。蛍光表
示管のフィラメントカソードの特性評価は次のように行
った。

【００２０】まず、それぞれのフィラメントカソードの
表面温度が、通常の動作条件である６２０℃となるよう
にフィラメントカソード電圧をそれぞれ設定し、フィラ
メントカソードから熱電子が出る状態とした。エミッシ
ョンを引き出す条件は、グリッド及びアノード電圧はＤ
Ｃ１００Ｖ，パルス幅１００μｓｅｃ，Ｄｕｔｙ＝１／
１０とした。この条件はエミッション特性が温度制限領
域にあり、各フィラメントカソードの飽和電流が比較で
きる条件である。

【００２１】結果を図３に示す。ここで飽和電流は炭酸
塩の厚みが７μｍの時の値を１００とし、相対値で示し
た。

【００２２】図３に示すように、フィラメントカソード
の表面温度を同一とした場合、前記したリチャードソン
・ダッシュマンの式で示された通り、被着厚が厚い程飽
和電流が大きいことが判る。

【００２３】次いで、それぞれの炭酸塩の厚みにおける
消費電力を一定にした時のフィラメントカソード表面の
温度及び飽和電流を比較した。

【００２４】炭酸塩の厚みが７μｍを基準として、この
フィラメントカソードが通常の動作条件である表面温度
６２０℃になるようにフィラメントカソード印加電圧を
４．６Ｖとした。これと同じ電圧をすべてのフィラメン
トカソードに印加した。グリッドおよびアノード電圧は
ＤＣ１００Ｖ，パルス幅１００μｓｅｃ，Ｄｕｔｙ＝１
／１０の駆動条件とした。図４はフィラメントカソード
電圧を一定とした場合の三元炭酸塩の厚みとフィラメン
トカソード表面温度の関係、また図５は同じ条件での三
元炭酸塩の厚みと飽和電流の関係をそれぞれ示してい
る。ここでは、炭酸塩の厚みが７μｍの時の飽和電流の
値を１００として、それぞれのフィラメントカソードの
特性を比較評価した。

【００２５】図４に示す通り、同じ印加電圧とした場
合、放射面積が増加することによって、フィラメントカ
ソードの表面温度は減少する。しかしながら、三元炭酸
塩の厚みが７μｍまでは、上記リチャードソン・ダッシ
ュマンの式で示す、陰極の熱電子放出面積Ｓの増加に起
因する飽和電流の増加分が、表面温度の低下に起因する
飽和電流の減少分を凌駕する。その結果、図５に明瞭に
示す通り、三元炭酸塩の厚みが７μｍで飽和電流がピー
ク値を示し、特にこの前後±０．５μｍの範囲で高い値
を示すことが確認された。ここで、プロットは実測値で
あり、曲線は最小二乗法に基づく２次回帰曲線を示す。
ピーク近傍はなめらかで安定しているが、６μｍ以下及
び８μｍ以上では、この飽和電流の値が低下し始める。
また、４μｍ以下ではフィラメントカソードの温度が上
がりすぎ、電子放出層の劣化が著しく、寿命が短くな
り、１０μｍ以上では、表面温度が下がり、充分なエミ
ッションが得られない。

【００２６】次いで、通常のタングステン線と、タング
ステン中に不純物として１〜５重量％のレニウムを添加
したレニウムタングステン線を用い、上記と同様の試験
を行った。

【００２７】結果は、同様に三元炭酸塩の厚みが７±
０．５μｍの範囲で高いエミッション特性が得られ、ま
た、レニウムを３重量％添加したレニウムタングステン
線が、タングステン線よりも約５％程度飽和電流値が増
加した。

【００２８】さらに、三元炭酸塩に、第４成分として、
Ｍｇ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｓｃの酸化物または熱分解等により
酸化物となりうる金属酸化物の微粉末を添加した場合に
ついても、炭酸塩の厚みが７μｍの場合にエミッション
ピークを示すことが確認できた。

【００２９】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。

【００３０】（１）電子放出物質層の厚みを６．５〜
７．５μｍとすることにより、少ない消費電力でエミシ
ョン能力の優れた直熱型酸化物陰極となった。

【００３１】（２）とくにレニウムタングステン線を用
いることにより、制御された被着厚みにおいては、さら
に少ない消費電力でエミッション能力の優れた直熱型酸
化物陰極となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】蛍光表示管の全体斜視図である。

【図２】図１に示す蛍光表示管の断面図である。

【図３】フィラメントカソード温度を６２０℃にした場
合の、三元炭酸塩の厚みと飽和電流の関係を示すグラフ
である。

【図４】フィラメントカソード電圧を一定とした場合の
三元炭酸塩の厚みとフィラメントカソード表面温度の関
係を示すグラフである。

【図５】フィラメントカソード電圧を一定とした場合の
三元炭酸塩の厚みと飽和電流の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

２２導電層２３アノード電極２５蛍光体層２７グリッド２９フィラメントカソード（直熱型酸化物陰極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松山辰夫愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属芯線の表面に電子放出物質層が被着
された蛍光表示管等の直熱型酸化物陰極において、前記
電子放出物質層の厚みが６．５〜７．５μｍであること
を特徴とする直熱型酸化物陰極。
【請求項２】前記金属芯線が、タングステン線または
レニウムタングステン線であることを特徴とする請求項
１記載の直熱型酸化物陰極。
【請求項３】前記電子放出物質層が、バリウム，スト
ロンチウムおよびカルシウムからなる三元酸化物である
ことを特徴とする請求項１記載の直熱型酸化物陰極。