JPH01225032A - 電子管用陰極 - 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、ＴＶ用ジブラウン管どに用いられる電子管
用陰極に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来のＴＶ用ジブラウン管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（１）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（Ｓ
ｒ）および／またはカルシウム（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なわ
れる。まず、アルカリ土類金属（Ｂａ　、　Ｓｒ　。

Ｃａ）の三元炭酸塩からなる懸濁液を基体（１）の底部
上面に塗布し、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
に活性化を行なうこと・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
着形成している。

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する。つまり、基体（１）内に含有
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。たとえば、
アルカリ土類酸化物として酸化バリウム（Ｂａｄ）であ
れば次式（１）　ｊ　（２）の様に反応する。

ＢａＯ＋　１／２Ｓｉ　＝Ｂａ＋１／２ＳｉＯ，−−−
−（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°Ｃの動
作温度で０．５〜０．８　Ａ／ｉの電子放射が得られる
ことになる。

ところが、上記電子管用陰極では、電子放射が０．５〜
０．８楡以上の電流密度は取り出せない。その理由とし
て、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）式からも明らかなように、
基体（１）とアルカリ土類金属酸化物層との界面に５ｉ
ｎ２．　ＭｇＯまたはＢａＯ−Ｓｉｎ、などノ複合酸化
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、および上記中間層が基体
（１）中の還元性元素（Ｓｉ　、　Ｍｇ　）が電子放射
物質層（２）の表面側へ拡散するのを妨げるため十分な
量のバリウム（Ｂａ）が生成されないためであると考え
られている。つまり、電子管動作中に基体（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１０μｍ程度電子放
射物質層（２）内側の位置に上記中間層が偏析するため
、電流の流れおよび電子放射物質層（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。

これに対して特願昭６０−２２９３０３の出願には、基
体に０．０１〜０．５重量％の希土類金属を含有させる
ことによって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
に形成されることを防止し、中間層を電子放射物質層内
に分散させるという技術が示されている。つまり、この
第２の従来例の電子管用陰極においては、中間層が分散
されるために、１〜３Ａ／ｄ程遣の高電流密度動作での
エミッション劣化が少ないという優れた特性を有するも
のである。ところがこのものにおいても、３輪を越える
、たとえば４　Ａ／ｄの高電流密度動作ではエミッショ
ン劣化が大きいという問題がある。更に特願昭６０−１
６０８５１の出願にｉよ、電子放射物質層に０．１〜２
０量量％の希土□類金属酸化物を含有させることにより
、第２の従来例と同様、基体の酸化を防止するとともに
中間層を分散させるという技術が示されている。この場
合においては、４Ａ／７以上の高電流密度動作でも、エ
ミッションの劣化を少くできる。゛この理由は、後に詳
述するように４Ａ７，１１以上の高電流密度動作におい
ては、電子放射物質層を流れる電流によるジュール熱で
バリウムの蒸発が顕著になるが、電子放射物質層に希土
類酸化物が所定量台まれるとバリウムの蒸発が押えられ
るためと考えられる。

〔発明が解□決しようとする課題〕

しカルなが□ら、このような従来の電子管用陰極におい
ては、通常の活性化工程を経た後４Ａ７，１１以上の高
電流密度動作をさせると、バリウムの蒸発を抑える効□
果が十分でないことがあり、このためエミッションの劣
化が大きい場合があり、活性化の時間；を長くしなけれ
ばならないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、通常の活性化工程のままでも４Ａ／７以上の高
電流密度動作において、バリウムの蒸発を抑える効果が
常にあり、長時間にわたって安定したエミッション特性
を有する電子管用陰極を得ることを目的とする。

〔課題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
なる基体上に、第１層として少なくともアルカリ土類金
属酸化物とスカンジウム化合物との混合物を被着形成し
、さらにこの第１層の上に第２層として少なくともバリ
ウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、これ
にスカンジウム以外の希土類元素の化合物を含有させた
ものを被着形成したものである。

〔作用〕

この発明においては、第１層に含有させたスカンジウム
の化合物が、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１ｊ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を防止し、中間層を電子放射物質層
内に分散させるものであり、また上記第２層に含有され
た希土類金属酸化物がバリウムの蒸発を抑制するもので
ある。

〔実施例〕

以下にこの発明の一実施例を第１図にもとづいて説明す
る。図において（１）は主成分がニッケルからなる基体
で、（２）は基体（１）の底部上面に被着された電子放
射物質層で、第１層（２ａ）　、第２層（２ｂ）からな
る。第１層（２ａ）は、バリウム、ストロンチウム、カ
ルシウムの炭酸塩に酸化スカンジウム加重量％（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、
懸濁液を作成してスプレィによって約１０μｍの厚みで
塗布する。さらに第２層（２ｂ）としてバリウム、スト
ロンチウム、カルシウムの炭酸塩に酸化ネオジウムを４
重量％混合し、同様に懸濁液にしてスプレィで第１層と
第２層合わせて約１００μｍになるように塗布する。こ
のようにして作成した電子管用陰極を用いて２極真空管
を作成し、従来と同様に真空排気しながら、分解・活性
化処理を行った。これを４．３Ａ／７　の電流密度で動
作させて寿命試験を行った場合のエミッション電流の変
化を調べた結果を第３図に示した。

図中ニハ、他ノ例トシテ第１層ニＢａＯ−５Ｃ２０３（
５０Ｍ　量％　）　’ｅ　塗布し、第２層ニ（Ｂａ　−
Ｓｒ　−Ｃａ）Ｏ−Ｎｄ２０３（４重量％）を塗布した
もの、また従来例として（Ｂａ−３ｒ　−Ｃａ）Ｏ（７
）　ｈ　（Ｄもの、および（Ｂａ−３ｒ・Ｃａ）０−３
ｃ、０３（４重量％）を約１００７７ｍで塗布したもの
の特性を併記した。このようにこの発明の実施例におい
ては４・３酩ｄの高電流密度下でもエミッションの劣化
が少ない。

第１層について種々検討したところ、少なくともバリウ
ムを含むアルカリ土類金属酸化物と酸化スカンジウムと
から構成されていることが必要であることがわかった。

すなわち、上記実施例のようニＢａ　、　Ｓｒ　、Ｃａ
の三元酸化物（Ｂａ−５ｒ　−Ｃａ）Ｏ，、Ｂａの酸化
物ＢａＯ１さらにＢａとＣａの二元酸化物（Ｂａ・Ｃａ
　）　０でもよく、また添加する５０２０３の量は任意
でよい。また塗布する厚みは関μｍ以下がよい。

望ましくは１０〜２０μｍがよい。

また第２層でアルカリ土類金属酸化物に添加する希土類
酸化物は、上記実施例のＮｄ２Ｏ３以外に、Ｓｍ２Ｏ３
，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｃ
ｅ２Ｏ３，Ｅｕ２Ｏ３゜Ｙｂ２Ｏ３などが適当である。

この発明が従来に比較して優れた特性が得られるのは以
下の理由によると考えられる。第１層に添加した５０２
０３は、電子管用陰極の動作とともに、その一部が解離
して基体（１）の表面から約加μｍの深さまで拡散する
。一方、基体（１）内の還元剤Ｓｉ、ＭｇはＳｃとは逆
に表面へ拡散し、表面でＢａＯと反応し、遊離Ｂａをつ
くるが、またＢａ５ｉｃ３を生成する。このＢａＳ　ｉ
０３は中間層と呼ばれ、還元剤のＢａＯとの反応を阻害
する。しかし、この発明では、基体（１）の表層に存在
するＳｃによって上記中間層を分解するので、還元剤Ｓ
ｉは電子放射物質層内へさらに移動でき、電子放射に寄
与する。また第２層に添加したＮｄ、Ｏ，やＳｍ２Ｏ３
などの希土類酸化物はＢａの蒸発を抑制するものと考え
られる。この電子管用陰極の表面をオージェ分光分析装
置で観察したところ、Ｎｄ。

０３やＳｍ２Ｏ３粒子の上にＢａが十分に存在している
ことがわかった。すなわち、電子放射物質層（２）を高
電流が流れると、ジュール熱によすｔｗ子放射物質層（
２）の温度上昇をひきおこし、その結果Ｂａの蒸発が増
加することになる。Ｂａの蒸発増大は必然的に短寿命に
つながるので避けなければならない。この発明ではＮｄ
２Ｏ３やＳｍ２０．などの希土類酸化物が、Ｂａを吸着
する機能を有するのであろう。

なお、スカンジウム以外の希土類酸化物の量が加重量％
を越えると、初期電子放射量が低く、またこの量が０．
０１％以下であると、Ｂａ蒸発の抑制に効果的でない。

またこの発明において、電子放射物質層（２）内に微量
の金属粉末、例えばＮｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒなどを含む
ことにより導電性を良好にすることは効果がある。

また上記において、第１層の塗布厚みをＷμｍ以下とし
たが、■μｍ以上であると基体（１）内の還元剤マグネ
シウム、シリコンが第２層まで拡散するに要する距離が
長く、好ましくない。

〔発明の効果〕

この発明は以上述べたように、Ｎｉからなる基体上に少
なくともバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物とスカ
ンジウム化合物との混合物を第１層として被着形成し、
この第１層の上に第２層として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、これにスカン
ジウム以外の希土類化合物を含ませたものを被着形成し
たことにより、通常の活性化工程のみで、４Ａ／７以上
の高電流密度による動作下での長寿命を確実に実現でき
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管用陰極を示す
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
図である。 図において（１）は基体、（２）は電子放射物質層。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）主成分がニッケルからなる基体上に、少なくとも
   バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物とスカンジウム
   化合物との混合物を第１層として被着形成し、さらにこ
   の第１層の上に第２層として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、これにスカンジ
   ウム以外の希土類元素の化合物を含ませたものを被着形
   成した電子放射物質層を備えたことを特徴とする電子管
   用陰極。