JPH11102636A - 陰極、陰極の製造方法、受像管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化物陰極のエミッタ表面を平坦化すること
により、解像度を劣化することなくモアレを低減する。 【解決手段】 金属基体２上に酸化物からなる電子放出
物質層３を形成した陰極であって、電子放出物質層３
は、金属基体２上に電子放出物質を吹き付けた後にその
表面を機械的に平坦化処理したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受像管用の陰極お
よびその製造方法、ならびにこの陰極を用いた受像管に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラー受像管の陰極（カソード）
には、金属基体（ベースメタル）上に電子放出物質とな
るバリウム、ストロンチウム、カルシウム等のアルカリ
土類金属酸化物が被覆された酸化物陰極が多く用いられ
ている。金属基体に電子放出物質を被覆する方法として
は、ニトロセルロース、エチルセルロース等のバインダ
ーに上記電子放出物質を懸濁させたものを金属基体に吹
き付ける方法がよく用いられている。

【０００３】図１１は、従来の酸化物陰極の模式図を示
す。図１１（ａ）に示すように、陰極構体は円筒状のス
リーブ１、金属基体２、電子放出物質層４で構成されて
いる。通常、電子放出物質層４は、全体にわたって均一
な多孔質構造となっており、電子放出に適当な密度を有
している。電子放出物質層を適当かつ均一な多孔質構造
とするためには、電子放出物質層の結晶粒子の平均粒径
が５〔μｍ〕以上であることが望ましい。ここで、電子
放出物質層の結晶粒子の平均粒径とは、バインダー懸濁
時に電子放出物質が凝集した結晶の平均粒径を指す。し
かしながら、結晶粒子の平均粒径が５〔μｍ〕以上であ
る場合には、図１１（ｂ）に示すように、電子放出物質
層４の表面（電子放出面）の平面度が低くなる。

【０００４】図１２は、電子放出面の平面度が低いとき
の電子放出面近傍の等電位分布５および電子放出の電流
密度分布６を示す。７は制御電極、８は加速電極を示
す。図１２に示すように、電子放出面の平面度が低く凹
凸部がある場合には、電子放出面の前方に形成される電
子を取り出すための等電位分布５にひずみを生じ、電子
放出面から放出される電子の電流密度分布６もひずむ。

【０００５】放出電子の電流密度分布６にひずみを生じ
た場合、蛍光体スクリーン面に形成される電子ビームス
ポットの輝度分布にひずみを引き起こすことがある。こ
の電子ビームスポットの輝度分布のひずみは、蛍光体ド
ットの孔配列と電子ビームの走査線との干渉によって生
じるモアレの原因となることが知られている。

【０００６】電子放出面の平面度を改善する手段として
特開平５−７４３２４号公報に記載されている電子管陰
極について、図１３を用いて説明する。図１３（ａ）お
よび（ｂ）に示すように、金属基体２に密着する側の下
層１０と、下層１０の上に形成される上層１１との２層
に分けて電子放出物質層９を構成し、上層１１側の電子
放出物質の平均粒子径を下層１０の電子放出物質の平均
粒子径より小さくする。下層１０の電子放出物質の平均
粒子径を５〜２０〔μｍ〕（例えば１０〔μｍ〕）とす
ることにより、下層１０の電子放出層を多孔質構造と
し、適切な密度を実現するとともに、上層１１の電子放
出物質の平均粒子径を５〔μｍ〕以下（例えば３〔μ
ｍ〕）とすることにより、上層１１の電子放出物質層の
表面の平面度を改善することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術により電
子放出物質層を形成する場合、粒子径の異なる２種類の
電子放出物質が必要となる。さらに、電子放出物質層の
上層を形成する電子放出物質として、その平均粒子径が
５〔μｍ〕以下の電子放出物質を使用する場合には、上
層表面の多孔質構造が失われ、所定の電子放出が得られ
難くなるという問題がある。

【０００８】本発明は、電子放出特性を劣化することな
く、電子放出物質層表面の平面度を改善し、陰極表面の
電子放出電流密度分布を滑らかにすることを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の陰極は、金属基
体上に電子放出物質層を形成した陰極であって、前記電
子放出物質層は、金属基体上に電子放出物質を吹き付け
た後にその表面を機械的に平坦化処理したものである
（請求項１）。

【００１０】このような構成によれば、電子放出物質層
の全域にわたり多孔質構造が形成されて所定の電子放出
を得ることができるとともに、電子放出面の平面度を向
上し、陰極表面の電子放出電流密度分布を滑らかにする
ことができる。

【００１１】なお、特開平７−１０５８３５号公報に
は、電子放出物質層の表面をプレスする点で本発明と共
通する陰極の形成方法が記載されている。しかしなが
ら、これは電子放出物質の利用率の向上や生産設備の省
スペース化等を目的として、従来の吹き付け法に代えて
電子放出物質の粉末を基体金属上に充填した後にプレス
するものであり、本発明とは課題、構成、作用・効果の
いずれもが相違するものである。

【００１２】また、金属基体と前記電子放出物質層との
間に接着被覆材を介在させることが好ましい（請求項
２）。電子放出面の機械的な平坦化処理（例えばプレス
加工）に起因する、金属基体と電子放出物質層の界面の
固着力の低下を防止することができる。

【００１３】また、電子放出面のうち、電子放出領域を
含む領域のみが平坦化処理されていることが好ましい
（請求項３）。この構成によっても、電子放出面の機械
的な平坦化処理（例えばプレス加工）による金属基体と
電子放出物質層の界面の固着力の低下を防止することが
できる。

【００１４】また、電子放出面の表面粗さが１５〔μ
ｍ〕以下であることが好ましい（請求項４）。電子放出
面から放出される電子の電流密度分布を滑らかにするこ
とができる。

【００１５】本発明の陰極の製造方法は、金属基体上に
電子放出物質を吹き付けて電子放出物質層を形成した後
に、前記電子放出物質層表面の電子放出面をプレスして
前記電子放出面を平坦化するものである（請求項５）。

【００１６】また、電子放出面をプレスした後に、前記
金属基体と前記電子放出物質層との界面に接着被覆材を
注入することが好ましい（請求項６）。

【００１７】本発明の受像管は、請求項１から４のいず
れかに記載された陰極を備えた電子銃を、外囲器のネッ
ク部に装着したものである（請求項７）。蛍光面に形成
される電子ビームスポットの輝度分布を滑らかにするこ
とができ、これにより、蛍光体の孔配列と電子ビームの
走査線の干渉によって生じるモアレを低減することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。

【００１９】《実施の形態１》図１に、本発明の陰極の
断面図（図１（ａ））および電子放出物質層の拡大断面
図（同（ｂ））を示す。

【００２０】本発明の陰極構体は、両端に開口部を有す
る金属筒状体のスリーブ１と、その一方の開口部にかぶ
せられた、一端に開口部を有する金属基体２と、金属基
体２の外底面の平坦部上に形成された電子放出物質層３
とから構成される。金属基体２は、主成分がニッケルか
らなり、シリコンやマグネシウムなどの還元性元素を含
有したものであり、底部がほぼ平坦なものである。電子
放出物質は、アルカリ土類金属の炭酸塩を成分とするも
のである。また、スリーブ１内にはヒータが挿入される
（図示せず）。

【００２１】この陰極構体の電子放出物質層３は、以下
のように形成される。バリウム、ストロンチウム、カル
シウム等の炭酸塩粉末が、例えばニトロセルロース、エ
チルセルロース等のバインダーに懸濁される。このスプ
レーペーストはスプレーガンによって霧状に飛散され、
金属基体２の平坦部に吹き付け塗布される。

【００２２】好適な電子放出特性が得られるように、吹
き付け時のスプレー吹き付け圧力、吹き付け時間、吹き
付け回数をコントロールすることによって、電子放出物
質層の密度および膜厚が適正化される。一例をあげる
と、電子放出物質である炭酸塩粉末の平均粒径を１０
〔μｍ〕とし、膜厚７０〔μｍ〕、密度０．８〔ｇ／ｃ
ｍ ³〕となるように、電子放出物質層を形成することが
好ましい。

【００２３】スプレー吹き付けの後、バインダーを揮発
させるために、電子放出物質層は雰囲気温度約２００
〔℃〕で約５分間乾燥される。乾燥後、電子放出物質の
粒子間に適度な固着力が生じるとともに、電子放出物質
層３と金属基体２との間にも適度な固着力が生じる。

【００２４】次に、電子放出物質層の表面を機械的に平
坦化処理する方法について説明する。

【００２５】図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、乾燥さ
れた電子放出物質層３の表面は、平滑な面を有するプレ
ス金型１２によって圧粉される。このとき、電子放出物
質層３の表面に適度な平面度を得るために、プレス金型
１２の表面粗さ（ＪＩＳ規格最大高さＲｍａｘ）は２
〔μｍ〕以下とすることが好ましい。

【００２６】また、図２（ｂ）および（ｃ）に示すよう
に、プレス金型１２によって電子放出物質層３の表面を
圧粉する際のプレス金型１２のストローク量Ｓは、電子
放出物質層３の内部密度を変えず、かつ、表面の凹凸部
を平坦化するに留める程度の量とすべきである。例え
ば、ストローク量Ｓは約１０〔μｍ〕程度が好ましい。

【００２７】上記方法で形成された電子放出物質層３
は、図１（ｂ）に示すように、電子放出物質の平均粒径
を５〔μｍ〕以上とすることにより、電子放出物質層３
の全層にわたり好適な空隙を有する多孔質構造となる。
さらに、電子放出物質層３の表面付近のみをわずかにプ
レスすることによって、電子放出物質層３の表面におい
ても好適な空隙を有するとともに、その表面が平坦化さ
れる。

【００２８】好適な電子放出の電流密度分布を得るため
には、電子放出物質層３の平面度の度合として、表面粗
さ（ＪＩＳ規格最大高さＲｍａｘ）を１５〔μｍ〕以下
とすることが望ましい。さらに、１０〔μｍ〕以下とす
れば、より好適な電流密度分布を得ることができる。

【００２９】《実施の形態２》上記実施の形態１のよう
に電子放出物質層の乾燥後にプレスを施した場合、電子
放出物質層と金属基体の間の固着力が低下し、電子放出
物質層が金属基体から剥離しやすくなる。

【００３０】その対策として、図３に示すように、電子
放出物質層３の表面をプレスした後、電子放出物質層３
と金属基体２との界面に、ニトロセルロース、エチルセ
ルロース等のバインダーを注入器１３によって注入して
再乾燥すれば、固着力を確保することができる。

【００３１】《実施の形態３》本実施形態は、上記実施
の形態２と同様に電子放出物質層と金属基体との固着力
の低下を防止するために、図４（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うに、電子放出面のうち、電子放出領域の近傍のみを平
坦化処理するものである。

【００３２】ここで「電子放出領域」とは、電子銃の制
御電極７の電子ビーム通過孔の下部近傍をいい、図６に
示すように、電子が放出される領域（電流密度分布２０
の凸部）をいう。

【００３３】本実施形態の場合、電子放出物質層３表面
のプレスされる面積が小さくなるので、電子放出物質層
３と金属基体２との間に加わる力を低減することがで
き、電子放出物質層３と金属基体２との間の固着力の低
下を低減できる。

【００３４】なお、プレスストローク量Ｓ、プレス後の
電子放出物質層の表面粗さ等は、上記実施の形態１で示
したものと同等とすることが好ましい。

【００３５】《実施の形態４》図５に示すように、本発
明の受像管は、外囲器１４、外囲器１４のネック部に装
着された電子銃１５、偏向ヨーク１６、シャドウマスク
１７によって基本構成を成し、上記の本発明の陰極が電
子銃１５の最端部に配置されたものである。

【００３６】図６に、金属基体２、制御電極７、加速電
極８、陰極近傍の等電位分布１９および放出される電子
の電流密度分布２０を示す。金属基体２、制御電極７、
加速電極８からなるいわゆる三極部によって形成される
電界１９によって、電子放出物質層３表面の電子放出面
から電子が取り出される。

【００３７】本発明にかかる陰極構体を用いた場合、電
子放出物質層３表面から放出される電子は、図６に示す
ような滑らかな電流密度分布２０となる。

【００３８】このような電子放出物質表面から放出され
る電子の電流密度分布は、カソード像の輝度分布として
観察される。図７は、本発明にかかる陰極構体を用いた
カラー受像管のカソード像を示し、図８は、従来の陰極
構体を用いたカラー受像管のカソード像を示す。ここで
「カソード像」とは、電子銃の主レンズ作用を機能させ
ない状態において、陰極および制御電極間に形成される
カソード・レンズによってカソード表面での電子放出の
電流密度分布を蛍光面上に結像させたものをいう。図７
および８から明らかなように、従来のカラー受像管にお
けるカソード像は、輝度分布内に斑点状の明るい部位が
あるのに対し、本発明の陰極を用いたカラー受像管にお
けるカソード像の輝度分布は滑らかであることがわか
る。

【００３９】さらに、陰極から放出される電子の電流密
度分布は、蛍光面に形成される電子ビームスポットに反
映される場合がある。図９は、本発明にかかる陰極構体
を用いたカラー受像管の電子ビームスポットの輝度分布
を示し（実線で示す）、図１０は、従来の陰極構体を用
いたカラー受像管の電子ビームスポットの輝度分布を示
す（実線で示す）。図中の破線は、電子ビームスポット
の輝度分布の相対輝度５％でガウス分布近似したもので
ある。

【００４０】図９および１０から明らかなように、従来
の電子ビームスポットの輝度分布は、輝度分布の頂上部
にひずみが生じているのに対し、本発明の電子ビームス
ポットの輝度分布は滑らかである。

【００４１】電子ビームスポットにひずみを生じる場
合、電子ビームの走査線と蛍光体ドットの孔配列との干
渉によって生じるモアレのコントラストが増加すること
が知られている。図９および１０に示した本発明および
従来の陰極構体を用いたカラー受像管の電子ビームスポ
ットの輝度分布から算出したモアレコントラストＭｄ
は、本発明の陰極構体を用いた場合にＭｄ＝０．００
８、従来ではＭｄ＝０．０５４である。人が視認できる
限界のコントラストＭｄ＝約０．００９であることか
ら、本発明の陰極構体を用いた場合、実質上モアレは観
察されない。

【００４２】従来、このようなモアレを低減するため
に、電子ビームスポットの大きさ、たとえば、相対輝度
５％でのスポットの幅を大きくすることによりモアレコ
ントラストを低減する方法が採られていたが、この方法
では解像度の低下をともなうという問題があった。本発
明のように、電子ビームスポットの輝度分布を改善する
ことによりモアレコントラストを低減する方法を用いる
ことにより、解像度を低下させることなくモアレの発生
を防止できる。

【００４３】なお、上記の実施の形態では、最適な電子
放出特性を得られる好適な電子放出物質層の膜厚および
密度になるよう、電子放出物質を吹き付け塗布した。こ
の場合、電子放出物質層表面をプレスする際に生じるわ
ずかな膜厚減少による電子放出物質層の密度増加を防止
するため、吹き付け塗布時の膜厚を若干大きめ、すなわ
ち密度を小さめにし、プレス後に、好適な電子放出物質
層の膜厚および密度になるようにしても良い。

【００４４】また、電子放出物質層の表面を機械的に平
坦化する方法としては、プレスの他、ローラーを使用し
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電子放出
特性を劣化することなく、電子放出物質層の平面度を改
善することにより、電子ビームスポットの輝度分布を滑
らかにすることができる。これにより、解像度を低下さ
せずにモアレを大幅に低減できるという有利な効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の陰極の断面図および電子放出物質層の
拡大断面図

【図２】本発明の陰極の製造方法の工程を示す図

【図３】同じく陰極の製造方法の工程を示す図

【図４】同じく陰極の製造方法の工程を示す図

【図５】本発明の受像管の一部切欠側面図

【図６】本発明の陰極の前面における等電位分布および
電流密度分布を示す概念図

【図７】本発明の陰極のカソード像をディスプレー上に
表示した中間調画像を示す写真

【図８】従来の陰極のカソード像をディスプレー上に表
示した中間調画像を示す写真

【図９】本発明の受像管の蛍光面における電子ビームス
ポットの輝度分布を示す図

【図１０】従来の受像管の電子ビームスポットの輝度分
布を示す図

【図１１】従来の陰極の断面図および電子放出物質層の
拡大断面図

【図１２】従来の陰極の前面における等電位分布および
電流密度分布を示す概念図

【図１３】従来の陰極の断面図および電子放出物質層の
拡大断面図

【符号の説明】

２ 金属基体 ３ 電子放出物質層 １２ プレス金型 １４ 外囲器 １５ 電子銃

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基体上に電子放出物質層を形成した
   陰極であって、前記電子放出物質層は、金属基体上に電
   子放出物質を吹き付けた後にその表面を機械的に平坦化
   処理したものであることを特徴とする陰極。
2. 【請求項２】 前記金属基体と前記電子放出物質層との
   間に接着被覆材を介在させたことを特徴とする請求項１
   に記載の陰極。
3. 【請求項３】 前記電子放出面のうち、電子放出領域を
   含む領域のみが平坦化処理されていることを特徴とする
   請求項１または２に記載の陰極。
4. 【請求項４】 前記電子放出面の表面粗さが１５〔μ
   ｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から３のいず
   れかに記載の陰極。
5. 【請求項５】 金属基体上に電子放出物質を吹き付けて
   電子放出物質層を形成した後に、前記電子放出物質層表
   面の電子放出面をプレスして前記電子放出面を平坦化す
   ることを特徴とする陰極の製造方法。
6. 【請求項６】 前記電子放出面をプレスした後に、前記
   金属基体と前記電子放出物質層との界面に接着被覆材を
   注入することを特徴とする請求項５に記載の陰極の製造
   方法。
7. 【請求項７】 請求項１から４のいずれかに記載の陰極
   を備えた電子銃を、外囲器のネック部に装着したことを
   特徴とする受像管。