(57)【要約】前記の陰極の金属支持体は、１００μｍ以下の厚さを有し、ＳｉまたはＡｌとしての複数の還元剤を含有し、上面１１１上で、０．００５％＜Ｍｇ≦０．１％、ＳｉまたはＡｌ≦０．０２５％およびＷ≦３％を含有し、底面１２２上で、Ｍｇ質量濃度は、上面上でのＭｇ質量濃度を下廻り、ＳｉまたはＡｌ質量濃度は、上面上でのＳｉまたはＡｌ質量濃度を上廻り、０．０２％より高い。寿命は、最大化されており、ターンオン時間は、最小化されている。
2005534153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本的にアルカリ土類金属酸化物またはこのような酸化物の混合物から形成された陰極放出層（３）と、
陰極放出層（３）が付着されている上面（１１１）およびこの上面と反対側の底面（１２２）を有し、電子銃の操作の条件下で酸化物を還元させうる複数の還元剤を含有し、この複数の還元剤が第１の還元剤Ｍｇおよび第２の還元剤ＳｉまたはＡｌを含む金属支持体（１）とを備えている、電子銃のための酸化物陰極において、
上面（１１１）上で、Ｍｇの質量濃度が０．００５％より高く、第２の還元剤の質量濃度が０．０２５％以下であり、耐火金属の質量濃度が３％以下であり、この場合所謂耐火金属は、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅからなる群から選択され、
底面（１２２）上で、Ｍｇの質量濃度が上面上のＭｇの質量濃度より低く、第２の還元剤の質量濃度が上面上の第２の還元剤の質量濃度を上廻り、０．０２％より高く、
金属支持体の厚さＥが１００μｍ以下であることを特徴とする、電子銃のための酸化物陰極。
【請求項２】
上面（１１１）から支持体中への上面深さが少なくとも２０μｍになるまで、この上面に関連したＭｇの質量濃度が０．００５％より高く、この上面に関連した第２の還元剤の質量濃度が０．０２５％以下であり、この上面に関連した耐火金属の質量濃度が３％以下であり、
底面（１２２）から支持体中への底面深さが少なくとも１０μｍになるまで、この底面に関連したＭｇの質量濃度が上面に関連したＭｇの質量濃度を下廻り、この底面に関連した第２の還元剤の質量濃度が上面に関連した第２の還元剤の質量濃度を上廻り、０．０２％未満である、請求項１記載の酸化物陰極。
【請求項３】
底面に関連したＭｇの質量濃度が０．００４％以下である、請求項１または２記載の酸化物陰極。
【請求項４】
上面に関連した第２の還元剤の質量濃度が０．０１％より高い、請求項１から３までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項５】
底面に関連した第２の還元剤の質量濃度が０．０５％より高い、請求項１から４までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項６】
底面に関連した第２の還元剤の質量濃度が０．２％未満である、請求項１から５までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項７】
底面（１２２）から支持体への深さが１５μｍになるまで、Ｃｒの質量濃度が１２％以上である、請求項１から６までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項８】
支持体（１）が２つの重ね合わせて結合された金属層：上面層（１１）および底面層（１２）を有する、請求項２から７までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項９】
底面層（１２）がニクロムから形成されている、請求項８記載の酸化物陰極。
【請求項１０】
アルカリ土類金属酸化物がＢａＯ、ＳｒＯおよびＣａＯまたはＢａＯ、ＳｒＯからなる群から選択されている、請求項１から９までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項１１】
さらに、複数の還元剤がＣｒおよびＺｒからなる群から選択された元素を含む、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項１２】
酸化物陰極が”一片”の陰極である、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項１３】
酸化物陰極が”二片”の陰極である、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の酸化物陰極。
【請求項１４】
電子源を有する電子銃において、電子源が請求項１から１３までのいずれか１項に記載の陰極であることを特徴とする、電子源を有する電子銃。
【請求項１５】
陰極線管において、請求項１４記載の少なくとも１個の電子銃を含むことを特徴とする、陰極線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陰極線管のための電子銃中で電子源として通常使用されている酸化物陰極に関する。電子は、熱イオン効果のために陰極から放出される。陰極線管は、主にコンピューターまたはテレビジョンのためのディスプレイデバイスとして使用されている。
【０００２】
図１に関連して、従来の酸化物陰極は、
基本的にアルカリ土類金属酸化物またはこのような酸化物の混合物から形成された陰極放出層３と、
陰極放出層３が付着されている支持体１を備えており、この場合この支持体は、一般に１つまたは幾つかの還元剤、例えばＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｒおよび／またはＺｒを含有するニッケル合金から形成されている。支持体１のニッケル合金は、一般にニッケルとタングステンの混合物またはニッケルとモリブデンの混合物を基礎とする。
【０００３】
図１に示された従来の酸化物陰極は、より正確にはカップ状の形状のニッケル合金単独層支持体１と少なくともＮｉおよびＣｒを含有する合金から形成された、金属支持体１が上方に溶接されているチューブ状の形状のスリーブ２とを備えている。２個の金属部材、即ち金属支持体１およびスリーブ２を使用して陰極を構成する場合には、この型の陰極は、”二片の陰極”と呼ばれる。二重炭酸塩または三重炭酸塩、即ち（Ｂａ、Ｓｒ）ＣＯ３または（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ３の陰極放出層３は、支持体１上に付着されている。空気への暴露下に化学的に安定である炭酸塩は、連続する陰極線管の活性化中に陰極を真空下に加熱することによって二重酸化物ＢａＯ、ＳｒＯまたは三重酸化物ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯに分解される。その後に、金属バリウムは、有利に７００℃〜８５０℃の範囲内にある陰極の動作温度で二重または三重の酸化物陰極放出層３中で生成され、この場合金属バリウムの存在は、主に陰極の二重または三重の酸化物陰極放出層３の良好な放出特性にとって重要である。この点に対して、有利に三重酸化物についての言及は、同様に二重酸化物をも含むものと解釈されるであろう。陰極は、スリーブ２の内側に挿入されたヒーター４の熱放射によって動作温度に加熱され；一般に、このヒーター４は、一般に酸化アルミニウムの層によって被覆された、タングステン線材またはＷおよびＲｅの合金から形成されている。
【０００４】
ニッケル単独層を金属支持体１として有する図１に記載された従来の陰極の代替物として、ニッケル合金の二重層も金属支持体として普通に使用される（例えば、米国特許第３９１９７５１号明細書、G.T.E Sylvania Inc.）。この二重層は、通常、バイメタルと呼ばれる。金属支持体１のためにバイメタルを使用している陰極は、図２に示されている。二重層は、ニッケルおよびクロムの合金（典型的には、Ｃｒ２０％を含有し、残部が本質的にＮｉである”ニクロム”と呼ばれる合金）の底面層１２に結合された、ニッケルまたはタングステン１〜５％または選択的にモリブデン１〜５％を含有するニッケル合金の上面層１１を有する（質量％で）。ニッケル上面層１１およびニッケルクロム底面層１２を有する二重層支持体１は、１つのカップに形成されてよく、このカップは、図２に記載されているように、ニッケルクロムスリーブ２上に溶接されている。この場合、カップ形状の支持体１がスリーブ２に溶接されている場合には、この陰極は、図１に記載された他の従来の陰極と同様に”二片の陰極”とも呼ばれる。従来の陰極放出層３は、三重炭酸塩、即ち（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ３の混合物から形成されており、これは、上面層１１上に付着される。付着された層は、図１に示したように、スリーブ２中に挿入されたヒーター４の熱放射によって動作温度に加熱される。
【０００５】
また、図３に記載されているように、バイメタルを用いて”一片の陰極”を形成させることは、公知である。この場合、図２に関連して前記されたように、上面層１１および底面層１２を有するバイメタルストリップは、一端が閉鎖されている管に形成され、この場合ニッケルをベースとする上面層１１は、管の外側面に現れる。ニッケルをベースとする上面層１１を選択的に腐蝕除去し、管の閉鎖された端部を保護することによって、管の上面端部または閉鎖端部を除外してニッケルをベースとする上面層１１を全て除去することができ、したがって望ましい高さの二重層キャップ形状支持体１をニクロムスリーブ２上に留める（例えば、米国特許第４８４９０６６号明細書、R.C.A参照）。この陰極は、異なる方法によって得られるけれども、図２に関連して記載された先の陰極と極めて類似している。この一部分だけから構成されている陰極は、”一片の陰極”と呼ばれる。
【０００６】
酸化物陰極において、支持体１が単独層または二重層から形成されている２つの場合には、金属バリウムの生成は、ＢａＯの化学反応によって引き起こされるＢａへのＢａＯの還元による陰極の寿命によって維持され、この場合ニッケル中に含有されている元素は、ＢａＯに関連して還元力を有する。化学反応は、陰極の動作温度（典型的には、７００℃〜８５０℃）で起こるかまたは陰極が加熱される陰極線管の製造の任意の工程、例えば陰極が最適な放出能にもたらされるように設計された活性化工程で起こる。陰極を加熱した場合、支持体１中に含有されている還元元素は、支持体１と陰極放出層３との界面に熱的に拡散し、この界面で支持体１と陰極放出層３は、ＢａＯと反応し、金属Ｂａを遊離し、反応化合物を形成させる。還元元素とＢａＯとの化学反応の例は、Ｍｇ、Ａｌ、ＳｉおよびＷについて下記されている：
Ｍｇ＋ＢａＯ  →  ＭｇＯ＋Ｂａ
２Ａｌ＋４ＢａＯ  →  Ｂａ２ＳｉＯ４＋２Ｂａ
Ｓｉ＋４ＢａＯ  →  Ｂａ２ＳｉＯ４＋２Ｂａ
Ｗ＋６ＢａＯ  →  Ｂａ３ＷＯ６＋３Ｂａ
【０００７】
金属バリウムは、陰極の動作温度で陰極放出層３から絶えず蒸発する。良好な放出特性を維持するために、このバリウムの損失は、上記したような化学反応による金属バリウムの生成によって補償されなければならない。ＢａＯと反応する還元元素の流量は、持続すべき良好な放出特性に必要とされる金属バリウム量の生成に必要とされる最小レベルを下廻ってはならない。還元元素は、支持体の上面層１１からの拡散によって二重層支持体１と陰極放出層３との界面に侵入する。底面層１２中に含有されている還元元素（例えば、クロム、またはこの底面層の”ニクロム”がＳｉドープされている場合には、Ｓｉ）が底面層１２から上面層１１中に移動し、これらの還元元素がさらに上面層１１と陰極放出層３との界面に拡散することができ、陰極にとって肯定的な役を演じる場合には、これらの還元元素は、実際に還元元素の付加的な貯蔵量として作用する。図９には、ＩＣＰ法（Inductively Coupled Plasma）によって、このような種々の陰極の動作温度の関数として測定される、上面層１１中のシリコン濃度の増加が示されている。シリコンの初期濃度は、この金属の精錬時に設定されるように、上面層１１の金属についての濃度である。時間の経過に伴なうシリコンにおける上面層の富化は、底面層１２から上面層１１へのシリコンの拡散に貢献する。この一連のバイメタル試験体において、ニクロム底面層中でのシリコンの平均濃度は、０．１８％である。底面層中での濃度の前記値とニッケル上面層中での値との差は、底面層から上面層へのＳｉの拡散に関する駆動力である。
【０００８】
高速活性化剤がもはや作用しない場合に陰極の寿命を延ばすために、長時間活性化剤としてのＳｉまたはＡｌと組み合わせてＭｇまたはＺｒを陰極寿命の開始時に作用する高速活性化剤として使用することは、一般的なことである。上面層１１と陰極放出層３との界面への還元元素の流量を制限するために、２つの主なファクターが知られている。第１に、還元元素がＢａＯとの反応で消費される場合には、上面層１１中での還元元素の濃度は、寿命と共に減少する傾向にあり、したがって前記界面への還元元素の流量は、減少する。還元元素の完全な消耗は、上面層１１中での初期濃度が低い場合には、十分に起こりうる。還元元素の流量を制限する別のファクターは、上面層１１と陰極放出層３との前記界面に反応性化合物を形成させ、こうして拡散種のために遮断層を形成させることである（例えば：E.S. Rittner, Philips Res. Rep., T.8, p184, 1953参照）。まず第１に、この遮断層は、陰極放出層３の付着より先に支持体１上で実施される焼きなまし工程で生成を開始する。この焼きなまし工程中、還元元素は、微量の酸素によって酸化され、ＭｇＯ、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３が生成される。酸素は、過剰の水素から通常構成された、焼きなましに使用される炉の雰囲気中に添加される水蒸気の分解に由来する。次に、この遮断層は、さらに陰極の動作中に形成される。寿命中に主に形成される界面化合物は、Ｗをベースとする化合物およびＳｉをベースとする化合物である。
【０００９】
還元剤の消耗を克服するために、上面層１１中での還元剤の濃度を増加させることを考えることができるが、しかし、これは、遮断層を形成させる損傷を与える化合物の形成速度を増加させるという欠点を有する。還元元素の流量を制限するという欠点以外に、この遮断層の界面化合物は、上面層１１上での陰極放出層３の付着を悪化させる傾向にある。これは、このこと自体、できるだけ濃度の低い化合物の開発を維持するのに十分な理由である。還元剤の消耗および陰極寿命の早期の段階での遮断層の急速な形成の双方を回避させるに可能な解決法として、上面層１１中での還元元素の濃度は適度に低くするが、しかし、還元元素の良好な貯蔵量を提供するのに十分であるように支持体の厚さは厚くすることを提案することもできた（例えば、H.E. Kern, Bell Laboratories Record, T. 38, No.12, P451, December 1960）。例えば、第１の近似法において、Ｓｉ  ０．０１質量％でドープされた、厚さ４００μｍのニッケルは、Ｓｉ貯蔵量の点でＳｉ  ０．０４質量％でドープされた厚さ１０００μｍのニッケルと等価であるような上面層１１のおおよその組成を考慮することができ、この場合質量濃度と厚さの積も同様である。事実、別の重要な特性、即ち支持体１の厚さＥは、陰極線管、例えばコンピューターまたはテレビジョンのためのディスプレー管のための陰極の設計を考慮に入れることができる。電子ビームターンオン時間は、動作温度を達成させるのに陰極に必要とされる時間に直接に関連している。この時間は、陰極質量と共に増加し、即ち可能な最も低い質量を有する支持体１を備えさせることは、重要である。陰極金属支持体１に通常使用される最も薄い厚さは、約７０〜１００μｍであるが、しかし、このような薄い厚さの場合には、前記支持体中での還元元素の低い濃度の使用が禁止されている。それというのも、第１に、支持体に使用されるニッケル中でのＷおよび／またはＭｏ少なくとも１質量％は、支持体の良好な機械的強さを維持するのに必要とされ、第２に、ＭｇまたはＳｉのような活性の還元元素の濃度は、還元元素の貯蔵量が低すぎるために約０．０１質量％の低いレベルに設定することができないからである。支持体の厚さを１５０〜２００μｍの範囲内で増やす場合には、Ｗおよび／またはＭｏの低い濃度は、ニッケルをベースとする支持体に使用することができるが、しかし、ターンオン時間は、７０μｍの支持体の厚さと比較して減少される。従って、損傷を与える化合物および遮断層の形成の低速を導く還元元素の低い濃度と僅かなターンオン時間を導く僅かな支持体の厚さの双方を組み合わせる方法は、存在しない。これは、受け容れることができない場合には、陰極の寿命の費用でのみ行なわれうる。本発明は、最短化されたターンオン時間および長い寿命の双方の可能性を提供する。
【００１０】
支持体化学の最適化の別の重要な観点は、陰極を加熱した際に、還元元素の幾つかが陰極線管の真空中への重要な蒸発を導く比較的高い蒸気圧を有するという事実にある。この系列で高い蒸気圧を構成している元素は、Ｍｇである。Ｍｇ金属蒸気は、陰極線管の電子銃の異なる部分上に凝縮する傾向にある。全ての型のカップ状の形状の金属支持体には、図３に示されているように、陰極放出層３が付着されている表面としての上面１１１および上面１１１と反対側の支持体の表面としての底面１２２を定義することができる。底面１２２は、ヒーター４と図示されていない電子銃の幾つかの電気的金属コネクターに面している。陰極から前記の電気的金属コネクター上へ進行する還元元素の金属蒸気の付着により、陰極線管中での電子銃の良好な動作に対して損傷を与える銃の電極間での電気的漏れまたは短絡が発生する。
【００１１】
本発明の目的は、
陰極のためのできるだけ長い寿命、
動作中の電子管の内側での他の電気的部分上への任意の陰極材料の最小化された付着物を伴って、陰極が動作する電子管のための最短化されたターンオン時間を同時に達成させることである。
【００１２】
この目的のためには、本発明の対象は、
基本的にアルカリ土類金属酸化物またはこのような酸化物の混合物から形成された陰極放出層（３）と、
陰極放出層（３）が付着されている上面（１１１）およびこの上面と反対側の底面（１２２）を有し、電子銃の操作の条件下で酸化物を還元させうる複数の還元剤を含有し、この複数の還元剤が第１の還元剤Ｍｇおよび第２の還元剤ＳｉまたはＡｌを含む金属支持体（１）とを備えている、電子銃のための酸化物陰極であり、この酸化物陰極は、
上面（１１１）上で、Ｍｇの質量濃度が０．００５％より高く、第２の還元剤の質量濃度が０．０２５％以下であり、耐火金属の質量濃度が３％以下であり、この場合所謂耐火金属は、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅからなる群から選択され、
底面（１２２）上で、Ｍｇの質量濃度が上面上のＭｇの質量濃度より低く、第２の還元剤の質量濃度が上面上の第２の還元剤の質量濃度を上廻り、０．０２％より高く、
金属支持体の厚さＥが１００μｍ以下であることによって特徴付けられる。
【００１３】
本発明は、同時に次の利点を有する：
全体的に酸化物陰極の全支持体に亘って、最大で１００μｍの前記支持体の最小の厚さＥで長い寿命を提供するための還元剤としてのＭｇおよびＳｉの大きな貯蔵量；最少のＭｇ濃度によって、支持体の上面での十分なＭｇは、早期の寿命において良好な陰極放出を維持することを提供する。
【００１４】
界面化合物および遮断層の形成の低速、ＳｉまたはＡｌの極めて低い濃度およびこの支持体の上面上でのＷ（３％以下）の低い濃度のために、近似的に、それでもなお、酸化物陰極の長時間の放出を維持するために、還元剤としての底面上のＳｉまたはＡｌの全体的に大きな貯蔵量。
【００１５】
１００μｍ以下の支持体のために最適化されたターンオン時間。
【００１６】
支持体上での陰極放出層の付着の問題を回避させるために、ＳｉおよびＡｌを一緒に所謂第２の還元剤として備えさせることができるけれども、Ｓｉを単独でかまたはＡｌを単独で備えさせる方が好ましい。
【００１７】
好ましくは、Ｍｇおよび第２の還元剤の十分な貯蔵量を得るために、
上面から支持体中への上面深さが少なくとも２０μｍになるまで、この上面に関連したＭｇの質量濃度が０．００５％より高く、この上面に関連した第２の還元剤の質量濃度が０．０２５％以下であり、この上面に関連した耐火金属の質量濃度が３％以下であり、
底面から支持体中への底面深さが少なくとも１０μｍになるまで、この底面に関連したＭｇの質量濃度が上面に関連したＭｇの質量濃度を下廻り、この底面に関連した第２の還元剤の質量濃度が上面に関連した第２の還元剤の質量濃度を上廻り、０．０２％未満である。
【００１８】
このような質量濃度は、任意の公知の分析方法、好ましくはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）分光分析法によって測定されることができる。
【００１９】
好ましくは、底面に関連したＭｇの質量濃度は、上面に関連したＭｇの質量濃度よりも０．８倍低い。
【００２０】
好ましくは、底面に関連した第２の還元剤の質量濃度は、上面に関連した第２の還元剤の質量濃度よりも２倍高い。
【００２１】
好ましくは、金属支持体の作業可能性の冶金学的問題を回避させるために、上面に関連したＭｇの質量濃度は、電子銃の電気的コネクター上でＭｇの金属蒸気の損傷を与えるより低い蒸発量に対して０．１％以下であり；０．００５〜０．１％の一般的範囲内で、上面に関連したＭｇ濃度の２つの別々の可能な範囲は、有利である。
【００２２】
上面に関連したＭｇの質量濃度は、０．０２％以下であり、さらに良好には、０．０１％を下廻り；この制限は、電子銃の電気的コネクター上でＭｇの金属蒸気の損傷を与える蒸発を最少化する。
【００２３】
上面に関連したＭｇの質量濃度は、０．０５％以上であり；このよりいっそう高いＭｇ濃度は、なお画像を表示しなければならないＣＲＴに関連して、高いＤＣの給電に耐えなければならない陰極にとって有利である。
【００２４】
好ましくは、
上面に関連した第２の還元剤の質量濃度は、０．０１％より高い。
【００２５】
上面に関連した耐火金属の質量濃度は、０．００８％以下である。
【００２６】
底面に関連したＭｇの質量濃度は、０．００４％以下である。
【００２７】
底面に関連した第２の還元剤の質量濃度は、０．０５％より高く、好ましくは０．０６％より高い。
【００２８】
底面に関連した第２の還元剤の質量濃度は、０．２％未満であり；よりいっそう高い濃度については、幾つかの付着の問題に遭遇するであろう。
【００２９】
底面から支持体への深さが１５μｍになるまで、Ｃｒの質量濃度が１２％以上である。
【００３０】
Ｃｒ質量濃度が１２％以上である、支持体の前記の底面部分は、有利に支持体に十分な機械的強さを与える底面層を構成し、上面上でかまたはこの上面から支持体中への上面深さに到るまで耐火金属の低い濃度、即ち０．００８％以下を可能にする。
【００３１】
好ましい実施態様によれば、支持体は、２つの重ね合わせて結合された金属層：上面層および底面層を有する。
【００３２】
このような２つの重ね合わせて結合された金属層は、所謂バイメタルを形成する。本発明は、有利に陰極金属支持体としてのバイメタルの最適化された使用をもたらす。記載されたドーピング元素がバイメタル、例えばニッケルをベースとする上面層およびニクロムをベースとする底面層を構成する２つの層で２つの異なる濃度で添加されうるという機会を捉えた場合、本発明においては、第１の還元剤Ｍｇおよび第２の還元剤Ｓｉおよび／またはＡｌが関連する限り、２つの層を異なるようにドープすることが提案される。本発明によれば、底面に面する電気的コネクターに向かってのＭｇ蒸発を制限し、電子銃の電極間での電気的漏れを引き起こす金属膜を生じるために底面層中にＭｇを殆んど備えさせないけれども、上面層中には、低いＭｇドーピングレベルを備えさせ、好ましくは最初のうちに上面で十分なＭｇを極めて十分な程度に備えさせ、早期の寿命で良好な陰極放出特性を保証することが提案されている。本発明によれば、上面と陰極放出層との間で損傷を与える界面化合物および遮断層の初期の形成を制限する程度に上面層中に低いＳｉドーピングレベルおよび／またはＡｌドーピングレベルを備えさせることが提案されており、本発明によれば、上面層中での中位のＳｉ濃度および／またはＡｌ濃度にも拘わらず長時間の陰極寿命を保証するＳｉの高い貯蔵量を得るような程度に、底面層中で高いＳｉドーピングレベルおよび／またはＡｌドーピングレベルを備えさせることが提案されている。
【００３３】
本発明による陰極のための支持体として使用されるバイメタルの２つの層のドーピングにおける前記の差は、上記の利点を提供する”差分ドーピング”としてまとめることができる。この二重層支持体は、
還元元素中に低いドーピングレベルを有する１つの上面層（陰極放出層の三重炭酸塩が付着されている上面層）および
還元元素の貯蔵量として役立つ高いドーピングレベルを有する１つの底面層を有する。ニクロムが底面層のための好ましい場合には、Ｓｉ以外にＣｒの貯蔵量が上面層中に侵入し、陰極放出層との界面での上面に侵入することは、好ましい。前記界面での損傷を与えるＷをベースとする化合物および遮断層の形成は、バイメタルの上面層中で０．００８％以下のＷ質量濃度を備えさせること、即ち実際には、タングステンを備えさせないことによって回避させることができる。
【００３４】
好ましくは、底面層は、ニクロムから形成されている。このようなＮｉ−Ｃｒ合金は、電子銃の分野ではよく知られており；Ｃｒ質量濃度は、一般に１２％〜４０％であり；このような底面層の最小厚さは、約１５μｍであろう。このようなニクロム底面層が支持体の剛性を保証し、陰極に良好なサーモメカニカル挙動をもたらす場合には、”タングステンなし”の上面層を備えさせることが可能である。
【００３５】
アルカリ土類金属酸化物は、有利にＢａＯ、ＳｒＯおよびＣａＯまたはＢａＯ、ＳｒＯからなる群から選択されている。アルカリ土類金属酸化物の混合物は、他の酸化物、例えばＳｃ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３でドープされていてよい。
【００３６】
更に、複数の還元剤は、ＣｒおよびＺｒからなる群から選択されている元素を含むことができる。アルカリ土類金属酸化物を還元させるために十分な還元力を有する任意の他の元素を使用してもよい。
【００３７】
本発明によるこのような陰極は、”一片”の陰極であってもよいし、”二片”の陰極であってもよい。
【００３８】
また、本発明の対象は、本発明による陰極を電子源として有する電子銃である。また、本発明の対象は、少なくともこのような電子銃を含む陰極線管でもある。
【００３９】
本発明は、制限のない実施例および添付図面に関連して以下の記載を解釈することでよりいっそう明らかに理解されるであろう。
【００４０】
本明細書中の記載を簡易化し、本発明が公知技術水準を上廻る差異および利点を証明するために、同じ機能を備えている要素のために同一の符号が使用される。
【００４１】
ところで、本発明は、図３に示された一片の陰極の支持体１についてバイメタルを用いて記載され、このバイメタルの主要な構成成分については、既に記載された。任意のバイメタルとして、このバイメタルは、２つの重ね合わせて結合された層、陰極−放出層３と接触している上面１１１を有する上面層１１およびスリーブ２内でヒーター４に面している外側底面１２２を有する底面層を有する。
【００４２】
上面層は、主にニッケルから構成されており；その厚さは、約６０μｍである。
【００４３】
底面層は、主にクロム２０％を有するニッケル合金から構成されており、ニクロムと呼ばれ；その厚さは、約３０μｍである。
【００４４】
本発明による支持体１は、厚さ７０〜１００μｍのバイメタルから形成されており；Ｎｉをベースとする上面層中でのＷ濃度が０．００８％以下であったとしても、機械的挙動は、満足なものであることが証明された。比較のために、単独層の無関係のニッケル（例えば、添加されたＷまたはＭｏなし）を使用している従来の支持体は、剛性を保証するために必要に応じて１５０〜２００μｍの最小厚さを有し、厚さ７０〜１００μｍの支持体と比較してターンオン時間に対して損失を生じる。
【００４５】
本発明による支持体中での重要な選択された元素濃度は、従来の支持体と同様に第１表中にまとめられている。第１表には、左から右へ、上面層１１（または単独層の陰極のための上面１１１上で）のＷ、ＭｇおよびＳｉの濃度範囲、底面層１２（または単独層の陰極のための底面１２２上で）のＭｇおよびＳｉの濃度範囲、支持体の厚さの範囲および注釈が記載されている。第１表には、上から下へ、従来の支持体１（４つの行頭）のための前記範囲および本発明によるバイメタル支持体のための前記範囲が示されている。
【００４６】
本発明の第１の実施態様、第２の実施態様および第３の実施態様は、”タングステンなし”の上面を有する支持体に関し；第１の実施態様および第２の実施態様は、Ｍｇ濃度の低い範囲内での上面を有する支持体に関し；反対に、第３の実施態様および第４の実施態様は、特に高いＤＣの給電に耐えなければならない陰極に十分に適合した、Ｍｇ濃度の高い範囲内での上面を有する支持体に関する。
【００４７】
更に、Ｓｉによる支持体のドーピングは、本発明の基礎となる差分ドーピングの原理を説明するために記載されている。図４には、従来の二片の陰極中に使用することができる従来の単独層の支持体のＳｉを用いてのドーピングが示されている。図５には、従来のバイメタルのドーピングが示されている。この後者のバイメタルのドーピングの場合には、上面層は、好ましい範囲内でシリコンでドープされ、ニクロム層は、シリコンでドープされず、これは、このニクロム層の濃度が上面層中でのシリコン濃度より少なく、０．０２％以下であることを意味する。通常の分析法を用いて検出されうる最も少ないＳｉ濃度は、約０．００３％である。図６には、バイメタルをベースとする支持体の差分ドーピングが本発明により説明されている。上面層と底面層の双方は、シリコンでドープされている。上面層中でのＳｉの濃度の好ましい範囲が最大である、即ち底面層中でのＳｉ濃度の範囲の最小を下廻る場合には、上面層中および底面層中でのＳｉドーピングレベルの全ての可能な組合せは、”差分ドーピング”と呼ぶことができる。同じ範囲を有する前記の差分ドーピングは、Ｓｉの代わりに還元元素としてＡｌを用いることが提案されてよい。
【００４８】
図７および８は、従来のバイメタルを用いる陰極と比較した、本発明のバイメタルを用いての陰極の寿命試験の典型的な性能を示し、この場合双方の型の陰極は、陰極線管中で同じ温度で動作される。陰極のための動作条件は、典型的なＴＶ受像器の動作である。
【００４９】
前記の寿命試験に使用されたバイメタルは、次の特性を有する：
従来のバイメタル：
上面層：厚さ＝６０μｍ；Ｗ＝４％；０．０３％＜Ｓｉ＜０．０５５％；０．０３％＜Ｍｇ＜０．０６％、
底面層：厚さ＝３０μｍ；Ｓｉ＜０．０１％；Ｍｇ＝０．０１％。
本発明によるバイメタル：
上面層：厚さ＝６０μｍ；Ｗ＝０．０００８％；Ｓｉ＝０．０１５％；Ｍｇ＝０．００６％、
底面層：厚さ＝３０μｍ；０．０６％＜Ｓｉ＜０．２％；Ｍｇ＝０．００３％。
【００５０】
図８において、百分率（％）で表わされた陰極放出での初期放出率の急落は、時間での動作時間に対してプロットされた。本発明による陰極（◆）は、従来の陰極（□）より明らかに低い放出率の急落を示し、長時間に亘ってＴＶ画像の最適な明るさを維持するという利点を提供する。
【００５１】
図７は、カットオフ電圧の相対的変化率を示し、これは、陰極と系の熱的挙動に結合した第１の電極との間の距離の変化に依存する。カットオフ電圧の相対的変化率は、本発明の陰極（◆）と従来の陰極（□）で極めて類似している。これは、本発明による陰極の機械的挙動が従来の陰極による機械的挙動と同様に満足なものであることを証明する。
【００５２】
炭酸塩の塗布による付着の前に実施された、典型的な金属焼きなまし工程後に従来のバイメタルの表面で形成された損傷を与える化合物は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で証明され；本発明によるバイメタルの表面は、同じ条件を用いて、典型的な焼きなまし工程後に損傷を与える化合物を含まないことが明らかになった。
【００５３】
第１表中に示された濃度範囲内での本発明による異なるドーピングを有するバイメタルは、二片の陰極または一片の陰極中に同様に使用されることができる。二片の陰極の場合には、陰極の設計は、図２に記載されており、一片の陰極の場合には、陰極の設計は、図３に記載されている。
【００５４】
バイメタルの代わりに、累進的な差分ドーピングを有する単独層の支持体は、本発明から逸脱することなく使用されうる。従って、二片の陰極の場合には、陰極の設計は、図１の記載と同様になるであろう。
【００５５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】公知技術水準による梯子形状の持続電極構造を有する、「二片」の単独層陰極を示す略図。
【図２】公知技術水準による梯子形状の持続電極構造を有する、「二片」の二重層陰極またはバイメタル陰極を示す略図。
【図３】公知技術水準による梯子形状の持続電極構造を有する、「一片」の二重層陰極またはバイメタル陰極を示す略図。
【図４】図１による「二片」の単独層陰極の金属支持体内での上面から底面への公知技術水準による通常のＳｉ濃度間隔（質量％）を示す略図。
【図５】図２または３による「二片」のバイメタル陰極または「一片」のバイメタル陰極内での上面から底面への公知技術水準による通常のＳｉ濃度間隔（質量％）を示す略図。
【図６】「二片」のバイメタル陰極または「一片」のバイメタル陰極の金属支持体内での上面から底面への本発明によるＳｉ濃度間隔（質量％）を示す略図。
【図７】本発明の１つの実施態様によるバイメタルを使用する陰極（◆）および従来のバイメタルを使用する陰極（□）について百分率（％）で表わされたカットオフ電圧の相対的変化を示す線図。
【図８】本発明の１つの実施態様によるバイメタルを使用する陰極および従来のバイメタルを使用する陰極について初期放出率の百分率で表わされた陰極放出率の急落を示す線図。
【図９】前記陰極の動作時間の関数としての種々の酸化物陰極の金属支持体の上面上でのシリコン濃度の増加率を示す線図。
【符号の説明】
【００５７】
１  金属支持体、  ２  スリーブ、  ３  陰極放出層、  ４  ヒーター、  １１  ニッケル上面層、  １２  ニッケルクロム底面層、  １１１  上面、  １２２  底面、  Ｅ  支持体１の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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