(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極金属の陰極基部及び酸化物粒子を含む電子放出材料の陰極被膜を有する陰極支持体を具える少なくとも１つの酸化物陰極が設けられた陰極線管であって、前記酸化物粒子がカルシウム、ストロンチウム及びバリウムの酸化物からなる群から選ばれるアルカリ土類酸化物を含み、該アルカリ土類酸化物にはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムの酸化物からなる群から選ばれる酸化物が１２０ppmから最大５００ppmの範囲の量でドープされ、且つ前記電子放出材料が３＊１０-3Ω-1ｃｍ-1〜１２．５＊１０-3Ω-1ｃｍ-1のコンダクタンスを有することを特徴とする陰極線管。
【請求項２】
前記ドープ酸化物の量は２４０ppmであることを特徴とする請求項１記載の陰極線管。
【請求項３】
前記ドーピング酸化物はＹ2Ｏ3からなることを特徴とする請求項1記載の陰極線管。
【請求項４】
前記ドーピング酸化物はランタン、ネオジム、サマリウム、セリウム、プラセオジム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム及びホルミウムの三二酸化物からなる群から選ばれる三二酸化物を含むことを特徴とする請求項1記載の陰極線管。
【請求項５】
前記ドーピング酸化物はランタン、セリウム、プラセオジム及びネオジムの三二酸化物からなる群から選ばれる三二酸化物を含むことを特徴とする請求項1記載の陰極線管。
【請求項６】
陰極金属の陰極基部と酸化物粒子を含む電子放出材料の陰極被膜とを有する陰極支持体を具える酸化物陰極であって、前記酸化物粒子が、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムの酸化物からなる群から選ばれるアルカリ土類酸化物を含み、該アルカリ土類酸化物にはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムの酸化物からなる群から選ばれる酸化物が１２０ppmから最大５００ppmの範囲のドーピング量でドープされ、且つ前記電子放出材料が３＊１０-3Ω-1ｃｍ-1〜１２．５＊１０-3Ω-1ｃｍ-1のコンダクタンスを有することを特徴とする酸化物陰極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、陰極金属の陰極基部と、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムの酸化物からなる群から選ばれるアルカリ土類酸化物と希土類金属を含む電子放出材料の陰極被膜とを有する陰極支持体を具える少なくとも１つの酸化物陰極が設けられた陰極線管に関するものである。
【従来技術】
【０００２】  陰極線管は次の４つの機能群、即ち
電子銃内における電子ビーム発生、
電気又は磁気レンズを用いるビーム集束、
ビームのラスタ偏向、及び
発光スクリーン又は表示スクリーン、
からなる。
【０００３】  電子ビーム発生に関する機能群は陰極線管内に電子電流を発生する電子放出陰極を具え、該陰極は制御格子、例えば前面に有効絞りを有するウェーネルト円筒により包囲される。
【０００４】  陰極線管用の電子放出陰極は一般に、電子放出酸化物含有陰極被膜を有する点状加熱酸化物陰極である。酸化物陰極を加熱すると、電子が電子放出被膜から周囲真空中に放出される。ウェーネルト円筒を陰極に対しバイアスすれば、陰極の発生電子量、したがってビーム電流を制御することができる。
【０００５】  陰極被膜により放出し得る電子の量は電子放出材料の仕事関数に依存する。陰極基部に慣用されているニッケルは比較的高い仕事関数を有している。この理由のために、通常、陰極基部の金属を、主として陰極基部の電子放出特性を向上するよう作用する他の材料で被覆している。陰極線管内の酸化物陰極の電子放出被膜材料は、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物の形で具えている点に特徴を有する。
【０００６】  酸化物陰極を製造するには、適切に成形したニッケル合金のシートを、例えば結合剤と混合したアルカリ土類金属の炭酸塩で被覆する。陰極線管の排気及びべーキング中に、炭酸塩を約１０００℃の温度で酸化物に変換する。陰極のこのバーンオフ後、前記陰極はすでに顕著な放出電流を供給するが、依然として安定である。次に、活性化処理を実施する。この活性化処理によってアルカリ土類酸化物の本来非伝導性のイオン格子をドナー型の不純物が酸化物の結晶格子内に組み込まれた電子半導体に変換せしめる。これらの不純物は本質的にアルカリ土類金属元素、例えばカルシウム、ストロンチウム又はバリウムからなる。酸化物陰極の電子放出は不純物メカニズムに基づいている。前記活性化処理は十分に大きな量の過剰アルカリ土類金属元素を与え、これにより電子放出被膜内の酸化物が規定の加熱容量で最大の放出電流を供給し得るようにする。陰極基部からのニッケルの合金成分（「活性剤」）による酸化バリウムのバリウム元素への還元が活性化処理に大きく貢献する。
【０００７】  酸化物陰極の機能及び寿命のためには、アルカリ土類金属元素が連続的に分け与えられることが重要である。これが、陰極被膜が陰極の寿命中にアルカリ土類金属を連続的に失う理由である。陰極材料は陰極の高い温度の結果としてゆっくりと部分的に蒸発し、陰極線管内でイオン電流により部分的にスパッタ（飛散）される。
【０００８】  しかし、最初はアルカリ土類金属が陰極金属又は活性剤金属でのアルカリ土類酸化物の還元により連続的に分け与えられるが、これは、時間の経過につれて陰極基部と電子放出酸化物との間にアルカリ土類シリケート又はアルカリ土類アルミネートの薄い高インピーダンス界面が発生するとき停止する。寿命は、陰極基部のニッケル合金内の活性剤金属の量が時間の経過につれてなくなることによっても影響される。
【０００９】  ＥＰ０４８２７０４Ａ号に酸化物陰極が開示されている。この陰極の支持体は本質的にニッケルからなり、且つアルカリ土類金属酸化物、バリウム及び希土類金属を具える電子放出材料の層で被覆されている。前記電子放出材料内の希土類金属原子の数対アルカリ土類金属原子の数は１０〜５００ppmであり、前記希土類金属原子は電子放出材料の層の上部にほぼ均一に分布されている。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  本発明の目的は、ビーム電流が均一であり且つ長期間に亘って一定のままである陰極線管でり且つ再現可能に製造し得る陰極線管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、この目的を達成するために、陰極金属の陰極基部と酸化物粒子を含む電子放出材料の陰極被膜を有する陰極支持体を具える少なくとも１つの酸化物陰極が設けられた陰極線管であって、前記酸化物粒子がカルシウム、ストロンチウム及びバリウムの酸化物からなる群から選ばれるアルカリ土類酸化物を含み、該アルカリ土類酸化物にはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムの酸化物からなる群から選ばれる酸化物が１２０ppmから最大５００ppmの範囲の量でドープされ、且つ前記電子放出材料が３＊１０-3Ω-1ｃｍ-1〜１２．５＊１０-3Ω-1ｃｍ-1のコンダクタンスを有することを特徴とする。
【００１２】  本発明は、酸化物陰極を具える陰極線管では、陰極被膜のコンダクタンスを陰極にかかる平均直流負荷の動作点に適応させれば陰極被膜の前記酸化物陰極の寿命が延びるという原理に基づいている。
【００１３】  このような酸化物陰極を具える陰極線管は長期間に亘って均一なビーム電流を有する。その理由は、陰極被膜の前記制御されたコンダクタンスによって陰極線管の動作中における酸化物陰極の過度の加熱及び冷却を防止し得るためである。そのおかげで、酸化物陰極の動作温度が最適になる。その結果として、バリウム元素が形成される反応速度も最適になる。
【００１４】  バリウムが連続的に分け与えられるので、従来の酸化物陰極から既知の電子放出の枯渇が防止される。陰極の寿命に悪影響を与えることなく相当高いビーム電流密度を得ることができる。これは、一層小さな陰極領域から必要な電子ビームを引き出すのに使用することもできる。ホットスポットのスポットサイズが表示スクリーン上のビーム集束品質を決定する。スクリーン全体に亘って画像精細度が向上する。更に、陰極のエージングが一層ゆっくりになるので、画像輝度及び画像精細度を管の寿命に亘って高レベルに維持することができる。ＣＲＴの解像度も輝度も向上し、また輝度と解像度をそのままにするときは、陰極の動作温度を減少させることもできる。
【００１５】  本発明の範囲内において、ドープ酸化物の両は２４０ppmとするのが好ましい。
ドーピング酸化物はＹ2Ｏ3からなる場合に従来と比較して特に有利な効果が得られる。その結果として、バリウム放出が極部的にも時間的にも一層均一になる。一層高い直流負荷能力及び一層長い寿命を有する酸化物陰極が得られる。
【００１６】  ドーピング酸化物はランタン、ネオジム、サマリウム、セリウム、プラセオジム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム及びホルミウムの三二酸化物からなる群から選ばれる三二酸化物を含むのが好ましい。
【００１７】  ドーピング酸化物はランタン、セリウム、プラセオジム及びネオジムの三二酸化物から選ばれる三二酸化物を含むのが特に好ましい。このタイプの陰極では、毒性、特に酸素毒性に対する低感度が重視されている。このタイプの陰極は均一な放出を示すとともに再現可能に製造することができる。
【００１８】  本発明は、陰極金属の陰極基部と酸化物粒子を含む電子放出材料の陰極被膜を有する陰極支持体を具える酸化物陰極にも関するものであり、本発明の酸化物陰極は、前記酸化物粒子が、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムの酸化物からなる群から選ばれるアルカリ土類酸化物を含み、該アルカリ土類酸化物にはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムの酸化物からなる群から選ばれる酸化物が１２０ppmから最大５００ppmの範囲のドーピング量でドープされ、且つ前記電子放出材料が３＊１０-3Ω-1ｃｍ-1〜１２．５＊１０-3Ω-1ｃｍ-1のコンダクタンスを有することを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例の説明から明らかになる。
図１は本発明による陰極の一実施例の概略断面図である。
陰極線管は電子ビーム発生システムを具え、該システムは通常１以上の酸化物陰極の配列を含む。
本発明の酸化物陰極は陰極基部と陰極被膜を有する陰極支持体を具える。陰極支持体はヒータと陰極本体のための基部を含む。陰極支持体には従来から既知の構成及び材料を使用することができる。
【００２０】  図１に示す本発明の実施例では、酸化物陰極は陰極支持体４、すなわちヒータ線２が挿入された円筒管１と、陰極基部を構成するキャップ３と、実際の陰極本体を表わす陰極被膜５とを具える。
【００２１】  通例、陰極基部に使用する材料はニッケル合金である。ニッケル合金はニッケルと、例えばシリコン、マグネシウム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、マンガン及び炭素からなる群から選ばれる還元効果を有する活性剤元素の合金成分を具える。
【００２２】  陰極被膜はドープ酸化物粒子を含む。電子放出材料の主成分はアルカリ土類酸化物であり、好ましくは酸化バリウムと酸化カルシウム及び/又は酸化ストロンチウムである。これらはアルカリ土類酸化物の物理的混合物として又はアルカリ土類金属酸化物の二元又は三元混晶として使用することができる。酸化バリウム、酸化ストロンチウム及び酸化カルシウムの３元アルカリ土類混晶酸化物又は酸化バリウム及び酸化カルシウムの２元混合物を使用するのが好ましい。
【００２３】  アルカリ土類酸化物には、更に、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムの酸化物からなる群から選ばれる酸化物を１２０ppmから最大５００ppmの範囲の量でドープする。前記希土類金属のイオンはアルカリ土類金属酸化物の結晶格子内の格子点位置又は格子間位置を占める。
【００２４】  ランタン(III)イオン、ネオジム(III)イオン及びサマリウム(III)イオンからなる群から選ばれる三価イオンがドープされた酸化バリウムを使用するのが好ましい。その理由は、９３pm以上のこれらの三価イオンの半径が１３５pmのイオン半径を有する二価のバリウムイオンの半径に匹敵するためである。これらの三価イオンはバリウムの格子点を占めることができ、酸化バリウム格子のドーピングは格子変形を殆ど生ずることなく生起する。
【００２５】  本発明の酸化物陰極の電子放出被膜は、そのコンダクタンスが、陰極線管の通常の状態に対応する温度範囲において、３＊１０-3Ω-1ｃｍ-1から１２．５＊１０-3Ω-1ｃｍ-1の範囲であることを特徴とする。このように制御された陰極のコンダクタンスのおかげで、寿命に悪影響を与える加熱や過小加熱が防止される。
【００２６】  陰極被膜用の原料混合物を作るために、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムのアルカリ土類金属の炭酸塩を粉末にし、適正な重量比で互いに混合するとともに、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムの希土類金属の酸化物のための出発化合物と混合する。希土類金属の酸化物のための出発化合物として、希土類金属の硝酸塩又は希土類金属の水酸化物を使用するのが好ましい。
【００２７】  炭酸カルシウム：炭酸ストロンチウム：炭酸バリウムの重量比は代表的には１：１．２５：６又は１：１２：２２又は１：１．５：２．５又は１：４：６である。
【００２８】  原料混合物は更に結合剤と混合することができる。この結合剤は溶剤として水、エタノール、エチルニトレート、エチルアセテート又はジエチルアセテートを含むことができる。
【００２９】  次に陰極被膜用の前記原料混合物をはけ塗り、侵漬被覆、電気泳動堆積又は噴霧により陰極支持体に塗布する。このように被覆した陰極を陰極線管内に置く。陰極線管を排気している間に陰極を形成する。約６５０〜１１００℃の範囲内の温度に加熱することによって、アルカリ土類炭酸塩をアルカリ土類酸化物に変換し、ＣＯ及びＣＯ2を開放し、この後に前記アルカリ土類酸化物が多孔性焼結体になる。この変換処理の重要な要因は混晶の形成により生ずる結晶学的変化であり、良好な酸化物陰極の必要条件である。この陰極の「バーンオフ」後に、活性化処理を実施して酸化物に含有される過剰アルカリ土類金属元素を供給する。前記過剰アルカリ土類金属はアルカリ土類金属酸化物の還元により形成される。実際の還元活性化処理では、アルカリ土類酸化物が開放されたＣＯ又は陰極基部からの活性剤金属により還元される。更に、電流活性化処理が生じ、そのおかげで上昇温度における電解処理により所要の自由アルカリ土類金属が発生する。
【００３０】実施例１
図1に示すように、本発明の第1の実施例に従う陰極線管の陰極はニッケルと０．００３重量％のＭｇ、０．０２重量％のＡｌ及び１．０重量％のＷとの合金からなるキャップ状陰極基部を具える。陰極基部は内部にヒータが取り付けられた円筒状陰極支持体（ブッシュ）の上端に位置する。
【００３１】  陰極には陰極基部の上面に陰極被膜を設ける。この陰極被膜を形成するために、陰極基部を最初に清浄にする。次に、酸化物用の種々の出発化合物の粉末をエタノール、ブチルアセテート及びニトロセルロースの溶液中に懸濁する。
酸化物用の出発化合物の粉末は、例えば１：１．２５：６の重量比のバリウム-ストロンチウム-カルシウム炭酸塩と２４０ppmのイットリウム酸化物からなるものとする。
【００３２】  この懸濁液を陰極基部上に噴霧塗布する。１０００℃の温度で陰極基部の陰極金属と金属粒子との間に合金化及び拡散をもたらして酸化物層を形成する。
こうして形成された酸化物陰極は６＊１０-3Ω-1ｃｍ-1のコンダクタンスを有するとともに、２００００時間の寿命及び２＊１０-9barの陽極内部圧力で３．５Ａ/ｃｍ2の直流負荷能力を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による陰極の一実施例の概略断面図である。
【符号の説明】１  酸化物陰極
２  ヒータ線
３  円筒管
４  上部キャップ
５  陰極被膜
【図１】
0005226921.tif 000002