JP4224265B2

JP4224265B2 - Electron tube device and cathode for electron tube

Info

Publication number: JP4224265B2
Application number: JP2002215395A
Authority: JP
Inventors: 未果山岸
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP2003115254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子管装置及び電子管用陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばテレビ用ブラウン管等の電子管装置に用いられている電子管用陰極は、図１２に示されるように、ヒータコイル９４０を内蔵した筒状のスリーブ９１０と、スリーブ９１０の一端側に設けられた陰極基体９２０を有している。陰極基体９２０はニッケルを主成分とし、マグネシウム等の還元性元素を含有している。そして、陰極基体９２０上には、酸化バリウム等のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする電子放射物質層９３０が形成されている。
【０００３】
電子放射物質層９３０は、陰極基体９２０上に、酸化バリウム等の前駆体としての炭酸バリウム等を主成分とする電子放射物質の懸濁液を塗布した後、組み立てられた陰極線管の真空排気工程中にヒータによって加熱してアルカリ土類金属の酸化物を形成し、かつ当該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うことにより形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子管装置の長寿命化のためには、電子管用陰極からの電子エミッションが長期にわたって安定してなされることが必要である。しかしながら、陰極基体９２０がマグネシウムを含有し、電子放射物質９３０が酸化バリウム等を主成分とする場合、陰極からの電子放射に伴い、電子放射物質層９３０と陰極基体９２０との界面部分に酸化マグネシウム等からなる複合酸化物層（以下、「中間層」という。）が形成される。この中間層は高抵抗層となって電流の流れを妨げる作用を有するほか、陰極基体９２０に含有されるマグネシウムが電子放射物質層９３０に拡散するのを妨げ、電子放射物質層９３０で十分なバリウムが生成されなくなるため、長期にわたって安定したエミッション特性を得ることができないという問題があった。
【０００５】
上記のような問題を解決するため、電子放射物質層９３０にどのような物質を用いるかについては、従来より種々検討がなされてきている。例えばＵＳＰ５，１４６，１３１号公報には、電子放射物質層に、０．２〜２５重量％の酸化ユーロピウム、酸化イッテルビウム、若しくは酸化ルテチウムを添加する技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、電子管装置の長寿命化のために、さらに長期にわたって安定したエミッション特性が得られる電子管用陰極を開発することは、いわば永遠の課題ともいえるものである。本発明は、従来にもまして長寿命の電子管装置、長期にわたって安定したエミッション特性が得られる電子管用陰極、および電子管装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電子管装置は、電子を放射する陰極を備える電子銃を含む電子管装置において、前記陰極は、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る電子管装置によれば、従来の電子管装置と比較して、約２０％程度の長寿命化が測れることが本願発明者の検討により明らかとなった。なお、「電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数」とは、酸化バリウムのモル数と、酸化バリウムの前駆体として用いられる炭酸バリウム等のバリウム化合物のモル数（もし残留していれば）との合計の意味である。
【０００９】
なお、前記ドープ剤は、前記所定の金属及び／又は金属酸化物として、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウムから選択される少なくとも一種を含有しているとすることができるし、前記電子放射物質層の主成分として酸化カルシウムを含まない場合において、前記ドープ剤として酸化カルシウムが添加されているとすることもできる。いずれの場合も上記に規定した範囲内であれば効果が得られる。もっともドープ剤の種類がこれらに限定される趣旨ではない。
【００１０】
ここで、ドープ剤として酸化カルシウムを用いた場合には、特に、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての酸化カルシウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（１．５，２０）、（１．７，６０）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましい。
【００１１】
また、ドープ剤としてユーロピウム及び／又は酸化ユーロピウムを用いた場合には、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのユーロピウム及び／又は酸化ユーロピウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．５，０．１）、（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（１．５，９０）、（２，１１５）、（２．５，１３０）、（３，１４０）、（３，２０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２，０．１）、（１，０．１）、（０．８，１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましく、Ｘ及びＹの値が（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（２，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，６０）、（１．３，４０）、（１，２２）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内又は（０．６，２０）、（０．８，１）、（０．５，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすればさらに好ましい。
【００１２】
また、ドープ剤としてジルコニウム及び／又は酸化ジルコニウムを用いた場合には、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのジルコニウム及び／又は酸化ジルコニウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．６，１０）、（０．８，２５）、（１．２５，６０）、（１．５，７５）、（２，１１５）、（２．５，１４０）、（３，１６０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（０．７，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましく、Ｘ及びＹの値が（１．５，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（２，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすればさらに好ましい。
【００１３】
なお、前記電子放射物質層は、その嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ³以上０．７５ｇ／ｃｍ³以下の範囲にあり、かつその厚みが５０μｍ以上７５μｍ以下の範囲にあるとすることが好ましい。
また、本発明に係る電子管用陰極は、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴としている。前記ドープ剤は、前記所定の金属及び／又は金属酸化物として、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウムから選択される少なくとも一種を含有しているとすることができるし、前記電子放射物質層の主成分として酸化カルシウムを含まない場合において、前記ドープ剤として酸化カルシウムが添加されているとすることもできる。
【００１４】
また、本発明に係る電子管装置の製造方法は、炭酸バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する懸濁液を準備する懸濁液準備ステップと、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体を４０±１０℃に保ち、当該陰極基体上に前記懸濁液を塗布する懸濁液塗布ステップと、前記懸濁液が塗布された陰極基体を含む陰極を用いて電子管を組み立てる電子管組立ステップと、前記陰極基体に塗布された懸濁液から電子放射物質層を形成する電子放射物質層形成ステップとを含むことを特徴としている。
【００１５】
ここで、前記電子放射物質層は、その嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ³以上０．７５ｇ／ｃｍ³以下の範囲にあり、かつその厚みが５０μｍ以上７５μｍ以下の範囲にあることが好ましく、また、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記陰極基体に塗布された懸濁液に含まれる炭酸バリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましい。
【００１６】
また、前記電子放射物質層形成ステップでは、前記電子管組立ステップにて組み立てられた電子管内部を排気して真空とする過程において、陰極を加熱することにより、前記懸濁液から電子放射物質層を形成するとすることができ、より具体的には、前記懸濁液から電子放射物質層を形成する際に、前記懸濁液中の炭酸バリウムが酸化バリウムに変換されるとすることができる。
【００１７】
【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参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る電子管用陰極（以下、単に「陰極」という。）の構造を説明するための概略断面図である。同図に示す陰極は、ヒータコイル４０を内蔵した筒状のスリーブ１０と、このスリーブ１０の一端側に設けられた陰極基体２０とを有している。陰極基体２０は、ニッケルを主成分とし、所定のモル濃度（％）だけ、還元性元素としてのマグネシウムを含有している。なお、本実施の形態では、所定のモル濃度のマグネシウムを含有した厚さ１００μｍのニッケル板から、所定の大きさで打ち抜いたものを陰極基体２０として用いている。陰極基体２０上には、酸化バリウム及び酸化ストロンチウムを主成分とし、長期にわたって安定したエミッション特性を実現するためのドープ剤として所定の金属及び／又は当該金属の酸化物を含有する電子放射物質層３０が形成されている。この電子放射物質層３０は、前記した酸化バリウムや酸化ストロンチウム等の前駆体としての、炭酸バリウムや炭酸ストロンチウム等のアルカリ土類金属炭酸塩を主成分とする懸濁液を陰極基体２０上に塗布し、当該炭酸塩から酸化物を形成する工程を経て形成される。本実施の形態における電子放射物質層３０の形成方法の詳細については後述する。
【００１８】
本願発明者は、陰極基体２０に含まれるマグネシウム等の還元性元素と、電子放射物質層３０に含まれるアルカリ土類金属の酸化物との間の還元反応の最適化について検討した結果、陰極基体２０中の還元性元素のモル数と、電子放射物質層３０中に含まれる酸化バリウム（及びあるいは残存する炭酸バリウム）のモル数の合計（以下、「バリウムのモル数」という。）、及び前記ドープ剤のモル数の比を適切な関係に規定することにより、上記還元反応が最適化され、長時間にわたって安定したエミッション特性が得られることを見出した。
【００１９】
より具体的には、陰極基体２０に含まれるマグネシウムのモル数と、電子放射物質層３０に含まれるバリウムのモル数、及び電子放射物質層３０に含まれるドープ剤のモル数との間のモル比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内にあるように規定することで、長時間にわたって安定したエミッション特性が得られることを見出した。なお、陰極基体２０に用いるニッケル板の厚みによってマグネシウムのモル数が変わってくる場合があるが、通常陰極基体２０に用いる厚さ（およそ８０〜１５０μｍ）の範囲内においては、上記のモル比の範囲で規定すれば、ほぼ特性に差がないことが確認されている。
【００２０】
なお、図２は、陰極基体２０中の還元性元素の有無、及び電子放射物質層３０中のドープ剤の有無との組合せごとの、ライフ時間と飽和エミッション電流（Ａ／ｃｍ²）との関係を示す図である。同図の例における飽和エミッション電流の測定方法としては、初期、およびそれ以降１０００時間の経過毎に以下のような方法で行った。即ち図３に一例を示すような陰極線管装置１００における電子銃３０内の陰極の温度を、例えば８２０℃の動作温度とし、十分高い電圧のパルス（パルス幅３μｓを１ショット）を陽極（一般にＧ１及びＧ２）に印加する。そのときの陰極電流を飽和エミッションとし、その値をオシロスコープで測定した。
【００２１】
図２において、曲線Ｅは陰極基体２０中に還元性元素を含み、かつ電子放射物質層３０中に金属（又は金属酸化物）のドープ剤を含む陰極の特性を示す。曲線Ｆは陰極基体２０中に還元性元素を含むが、電子放射物質層３０中にドープ剤を含まない陰極の特性を示す。曲線Ｇは陰極基体２０中に還元性元素を含まず、電子放射物質層３０中にドープ剤を含む陰極の特性を示す。曲線Ｈは陰極基体２０中に還元性元素を含まず、かつ電子放射物質層３０中にドープ剤も含まない陰極の特性を示している。
【００２２】
曲線Ｅの場合は、曲線Ｆ、Ｇ、Ｈの場合に比べ、飽和エミッション電流が大きく、かつ長期間にわたって安定したエミッション特性を得ることを示している。これは、陰極基体２０中に還元性元素を含む場合に、金属（又は金属酸化物）のドープ剤が還元性元素の一部と反応し、電子放射物質層３０の電気抵抗を下げることができ、かつ、ドナー準位を形成することで、エミッションの増加を促進するためであると考えられる。
【００２３】
次に本発明の陰極の製造方法について説明する。
まず、上記した陰極の構成材料である、陰極基体２０に含まれるマグネシウムと、電子放射物質層３０に含まれるバリウムと、電子放射物質層３０に含まれるドープ剤とのモル比をＹ：１０００：Ｘとし、かつ、このＹの値をＹ座標に、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表したとき、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内にあるように規定する。この範囲とする理由については後述する。ドープ剤としては、例えばＣａＯ、Ｚｒ若しくはＺｒＯ、Ｅｕ若しくはＥｕ₂Ｏ₃を用いることができるが、これに限定されず、種々の金属及び／又は金属酸化物を用いることが可能である。
【００２４】
次に、炭酸ジエチル８５％と硝酸１５％（体積比）とで生成した有機溶剤の中に、アルカリ土類金属炭酸塩としての、炭酸バリウムと炭酸ストロンチウムのモル比が１：１、より好ましくは１：１．０２で、それぞれの平均粒子径が３μｍのアルカリ土類金属炭酸塩、及び平均粒子径が３μｍの前記ドープ剤（本実施の形態では酸化カルシウム）を入れて混合し、電子放射物質層３０のための懸濁液を作製する。なお、塗布特性の安定化の最大要因である粘度を一定に保つために、懸濁液の液温を約２０℃に保つのが好ましい。
【００２５】
一方、ヒータなどを用いて、ニッケルを主成分とし前記マグネシウム等の還元性元素を含む陰極基体２０を４０±１０℃に温める。次に、４０±１０℃に温められた陰極基体２０上に、約２０℃の懸濁液をスプレーガンにより吹き付け塗装する。ここで、スプレーの吹き付け圧力、吹き付け時間、吹き付け回数等をコントロールすることにより、乾燥させた後の電子放射物質層３０の嵩密度が０．６０〜０．７５ｇ／ｃｍ³、電子放射物質層３０の厚さが５０〜７５μｍとなるようにする。この段階で、陰極基体２０と電子放射物質層３０との固着力を目視により確認（外周の角部が欠けていなければ問題なしとする）する。
【００２６】
この目視確認では、前記した温度にまで温められていない陰極基体２０上に懸濁液を吹き付け塗装することにより、電子放射物質層３０の嵩密度が０．６０〜０．７５ｇ／ｃｍ³、電子放射物質層３０の厚さが５０〜７５μｍとなるようにしたもの（以下、「比較品」という）では、陰極基体２０から電子放射物質層３０の表面角部の剥離が多く見られていた。それに対し、上記したように４０±１０℃に温められた陰極基体２０を用いた場合は電子放射物質層３０の表面角部の剥離がほとんど無い程度に固着力が増加していた。
【００２７】
その後、上記に説明したように、組み立てられた陰極線管の真空排気工程中にヒータ４０によって加熱して、炭酸バリウムから酸化バリウムを形成し、かつ酸化バリウム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うことにより本実施の形態の陰極が製造される。
このような本発明に係る陰極の製造方法によれば、実用上、４万時間以上使用しても問題がないエミッション特性、すなわち、加速ライフ試験においてライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」で５０％以上、或いは加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」で４０％以上の特性を有する陰極を製造することができる。なお加速ライフ試験とは、定格陰極温度が７６０℃の陰極に対し陰極温度を８２０℃とする試験である。
【００２８】
また、４０±１０℃に温めた陰極基体２０上に電子放射物質層３０の懸濁液を塗布することで、陰極基体２０と電子放射物質層３０との間の固着力も増加することができる。その結果、好適なエミッション電流密度分布が得られる陰極を製造することができ、製品の歩留まりを向上することもできる。
さらに、電子放射物質層３０の嵩密度が０．６０〜０．７５ｇ／ｃｍ³、電子放射物質層３０の厚さが５０〜７５μｍとなるように形成することにより、電子放射物質層３０の表面における最大高さで表す表面粗さ（ＪＩＳ規格：ＪＩＳＢ０６０１−１９８２）が約１０〜１５μｍ程度に平坦化される。その結果、より好適な電子放出の電流密度分布が得られる陰極を製造することができ、製品の歩留まりを向上することができる。
【００２９】
次に、本発明の効果を確認した実験例について説明する。
図１に示す構成において、電子放射物質層３０の厚みを約６５μｍ、嵩密度を約０．６ｇ／ｃｍ³とし、陰極の構成材料である、電子放射物質層３０に含まれるバリウムのモル数を１０００としたときに、ドープ剤としての金属酸化物である酸化カルシウムのモル数をＸとし、陰極基体２０に含まれるマグネシウムのモル数をＹとして、前記Ｘ、Ｙを変化させた複数種類の陰極を作製した。その陰極を４６ｃｍコンピュータモニタ用陰極線管に組み込み、陰極の寿命試験を行ったところ、図４、図５、図６、図８、図９に示す通りの結果が得られた。
【００３０】
陰極の寿命試験の評価は、陰極性能の良否を判別しやすい「飽和エミッションの残存率」や実際の動作時における陰極寿命の良否を判別しやすい「エミッションスランプの残存率」で表し、前記作製された各陰極の良否を判断した。図４、図５、図６は「飽和エミッションの残存率」を示し、図８及び図９は「エミッションスランプの残存率」を示す。
【００３１】
なお、陰極の寿命試験は、前記したように定格陰極温度が７６０℃の陰極に対し陰極温度を８２０℃とする加速ライフ試験であり、陰極からの取り出し電流をＤＣ３００μＡとして行った。加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」で５０％以上、或いは加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」で４０％以上であれば通常動作で４万時間まで実用上問題がないことが確認されており（長時間にわたって安定したエミッション特性を有することを意味する）、これを評価の基準とした。
【００３２】
ここで、「飽和エミッションの残存率」とは、初期の飽和エミッションを１００％とし、それに対するライフ時間経過毎の飽和エミッションの残存率である。「エミッションスランプの残存率」とは、初期のエミッションスランプを１００％とし、それに対するライフ時間経過毎のエミッションスランプの残存率である。なお、「エミッションスランプの残存率」の評価方法は、初期、及び１０００時間の経過毎に、陰極線管内の電子銃の三極部の中の、陰極に対向するグリッド電極Ｇ１及び電極Ｇ２に電圧をかけ、ライフ初期の陰極電流α、１０００時間のライフ時間経過毎の陰極電流βをそれぞれ測定し、１００β／αを求めた。求められた「エミッションスランプの残存率」について、上記評価の基準（４０％以上）から各陰極の良否について判断するのであるが、初期に関しては、初期の陰極電流αと５分後の陰極電流γとにより１００γ／αを求め、これを初期の残存率として、各陰極の良否について判断する。
【００３３】
図４、図５、図６から明らかなように、ライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」について、従来の陰極（Ｘが３．２、Ｙが５８）である曲線Ａのものでは残存率が４１％であり実用上問題があるのに対し、本発明の陰極を示す曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８の１８種類のものでは残存率が５０％以上あり実用上問題がないことがわかる。しかし、曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５のものでは残存率が４０％以下であり実用上問題がある。
【００３４】
つまり、図７に示すように、線で囲まれた点は曲線Ｂ１〜Ｂ１８の１８種類のものであり、金属酸化物である酸化カルシウムのドープ剤のモル比ＸをＸ座標とし、マグネシウムのモル比ＹをＹ座標としたＸＹ座標で表したとき、Ｘ、Ｙの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内にあることがわかる。即ち、ドープ剤の量との関係でマグネシウムの量は多すぎても好ましくないし（Ｃ２、Ｃ３）、ドープ剤の量が多すぎる場合も好ましくないこと（Ｃ４、Ｃ５）が明らかとなった。
【００３５】
なお、図７中斜線で示された範囲、即ちＸ、Ｙの値が（１．５，２０）、（１．７，６０）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）で囲まれた範囲内に規定すると、加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率が６０％以上となり、さらに好ましい。
【００３６】
図８は、電子放射物質層３０の嵩密度と「エミッションスランプの残存率」との関係を示す図である。曲線Ｕはライフ開始時の「エミッションスランプの残存率」であり、曲線Ｖはライフ開始から４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」である。曲線Ｕに示すように、「エミッションスランプの残存率」の初期特性には嵩密度はほとんど寄与しない。それに対し、４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」は、嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ³未満の場合及び０．７５ｇ／ｃｍ³を越えた場合に、４０％未満となり実用上問題となりやすい。それは、嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ³未満の場合、電子放射物質層３０中のＢａＯの総重量が少ないため長時間にわたって十分なエミッションを供給することができなくなり、また、嵩密度が０．７５ｇ／ｃｍ³を越えた場合、嵩密度が高くなると電子放射物質層３０の空孔率が小さくなり熱効率が悪くなり十分なエミッションを供給することができなくなるものと考えられる。
【００３７】
なお、嵩密度が０．７５ｇ／ｃｍ³を越えた場合、陰極基体２０上に被着されている電子放射物質層３０の剥離脱落が電子放射物質層３０の総重量の５％以上と多く、実用上問題となりやすい。
図９は、本発明に係る電子放射物質層３０に含まれるドープ剤について、ライフ時間と「エミッションスランプの残存率」との関係を示している。同図に示されるように４０００時間後の「エミッションスランプの残存率」を４０％以上にするためのドープ剤には、上記実験例で説明した酸化カルシウム以外に、ユウロピウム、タンタル及びジルコニウムの金属材料や、酸化ユウロピウム、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムの金属酸化物がある。また、酸化カルシウムより、ユウロピウム、タンタル及びジルコニウムの金属材料や、酸化ユウロピウム、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムの金属酸化物の方が４０００時間後のエミッションスランプの残存率が高い。そして、酸化カルシウムに代えて、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル又は酸化ジルコニウムをドープ剤として用いた陰極を作製し、寿命試験を行った場合においても、マグネシウムと、バリウム、及びドープ剤とのモル比をＹ：１０００：Ｘとして、ＸＹ座標で表したとき、前記Ｘ及び前記Ｙの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内のものであれば、ライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」で５０％以上を得ることができることを確認している。ドープ剤として、ユーロピウム／酸化ユーロピウムやジルコニウム／酸化ジルコニウムを用いた場合の結果については、後に詳細に示す。
【００３８】
なお、電子放射物質層３０の厚みについては、厚みが４５μｍよりも薄くなるとライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」が５０％未満になり実用上問題がある。また、電子放射物質層３０の厚みが８０μｍ以上になると陰極基体２０に対する電子放射物質層３０の固着力が減少してしまい、電子管用陰極３０に何らかの衝撃が加わった際に電子放射物質層３０が剥離脱落しやすい。
【００３９】
以上のことから、電子放射物質層３０の長寿命化及び剥離脱落防止を考慮すると、電子放射物質層３０の厚みは、５０μｍ以上７５μｍ以下とするのが好ましい。
最後に、ドープ剤として、ユーロピウム／酸化ユーロピウム、及びジルコニウム／酸化ジルコニウムを用いた場合の例について説明する。図１０は、ドープ剤として、ユーロピウム若しくは酸化ユーロピウムを用いた場合の例であり、図１１は、ジルコニウム若しくは酸化ジルコニウムを用いた場合の例である。
【００４０】
図１０に示されるように、ドープ剤として、ユーロピウム若しくは酸化ユーロピウムを用いた場合には、（０．５，０．１）、（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（１．５，９０）、（２，１１５）、（２．５，１３０）、（３，１４０）、（３，２０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２，０．１）、（１，０．１）、（０．８，１）で囲まれた範囲内にあることが好ましく（この場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は５０％以上であることが確認された。）、特に斜線の範囲内、即ち、（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（２，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，６０）、（１．３，４０）、（１，２２）で囲まれた範囲内又は（０．６，２０）、（０．８，１）、（０．５，０．１）で囲まれた範囲内にあることが好ましい（斜線の範囲内にある場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は６０％以上であった。）。
【００４１】
また、図１１に示されるように、ドープ剤として、ジルコニウム若しくは酸化ジルコニウムを用いた場合には、（０．６，１０）、（０．８，２５）、（１．２５，６０）、（１．５，７５）、（２，１１５）、（２．５，１４０）、（３，１６０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）、（０．７，０．１）で囲まれた範囲内にあることが好ましく（この場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は５０％以上であった。）、特に斜線の範囲内、即ち（１．５，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（２，０．１）で囲まれた範囲内にあることが好ましい（斜線の範囲内にある場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は６０％以上であった。）。
【００４２】
なお、ドープ剤としての金属、金属酸化物は単一種類でもよいし、複数種類をドープすることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電子管装置等によれば、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比を所定の適切な範囲内の値に規定することにより、従来にもまして長寿命の電子管装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子管用陰極の構造を説明するための断面図である。
【図２】陰極基体中の還元性元素の有無、及び電子放射物質層中のドープ剤の有無との組合せごとの、ライフ時間と飽和エミッションとの関係を示す図である。
【図３】本発明に係る電子管用陰極を用いた電子管装置の一例としての陰極線管装置の構成を示す図である。
【図４】Ｘ及びＹの値の組み合わせごとのライフ時間と飽和エミッションの残存率との関係を示す図である。
【図５】Ｘ及びＹの値の組み合わせごとのライフ時間と飽和エミッションの残存率との関係を示す図である。
【図６】Ｘ及びＹの値の組み合わせごとのライフ時間と飽和エミッションの残存率との関係を示す図である。
【図７】陰極基体中のマグネシウムと、電子放射物質層中のドープ剤（ＣａＯ）とのモル比の適切な範囲を示す図である。
【図８】電子放射物質層の嵩密度とエミッションスランプの残存率との関係を示す図である。
【図９】ドープ剤ごとの、ライフ時間とエミッションスランプの残存率との関係を示す図である。
【図１０】ドープ剤としてユーロピウム若しくは酸化ユーロピウムを用いた場合の好ましい範囲を示す図である。
【図１１】ドープ剤としてジルコニウム若しくは酸化ジルコニウムを用いた場合の好ましい範囲を示す図である。
【図１２】電子管用陰極の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０スリーブ
２０陰極基体
３０電子放射物質層
４０ヒータコイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron tube device. as well as Shade for electron tube Extremely Related.
[0002]
[Prior art]
For example, as shown in FIG. 12, a cathode for an electron tube used in an electron tube device such as a cathode ray tube for a television has a cylindrical sleeve 910 with a built-in heater coil 940, and a cathode base provided on one end of the sleeve 910. 920. The cathode substrate 920 contains nickel as a main component and contains a reducing element such as magnesium. On the cathode substrate 920, an electron emitting material layer 930 mainly composed of an alkaline earth metal oxide such as barium oxide is formed.
[0003]
The electron emitting material layer 930 is formed by applying a suspension of an electron emitting material mainly composed of barium carbonate or the like as a precursor such as barium oxide on the cathode base 920, and then evacuating the assembled cathode ray tube. It is formed by heating with a heater to form an alkaline earth metal oxide, and reducing a part of the oxide so as to have semiconducting properties.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to extend the life of the electron tube device, it is necessary that the electron emission from the electron tube cathode be stably performed over a long period of time. However, when the cathode substrate 920 contains magnesium and the electron-emitting material 930 is mainly composed of barium oxide or the like, magnesium oxide is present at the interface portion between the electron-emitting material layer 930 and the cathode substrate 920 along with the electron emission from the cathode. A composite oxide layer (hereinafter referred to as “intermediate layer”) is formed. This intermediate layer becomes a high resistance layer and has the effect of preventing the flow of current, and also prevents the magnesium contained in the cathode substrate 920 from diffusing into the electron emissive material layer 930. As a result, no stable emission characteristics can be obtained over a long period of time.
[0005]
In order to solve the above problems, various studies have been made on what kind of material is used for the electron-emitting material layer 930. For example, US Pat. No. 5,146,131 discloses a technique of adding 0.2 to 25% by weight of europium oxide, ytterbium oxide, or lutetium oxide to the electron-emitting material layer.
[0006]
However, it is an eternal problem to develop a cathode for an electron tube that can provide stable emission characteristics over a long period of time in order to extend the life of the electron tube device. An object of the present invention is to provide an electron tube device having a longer life than before, an electron tube cathode capable of obtaining stable emission characteristics over a long period of time, and a method for manufacturing the electron tube device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an electron tube apparatus according to the present invention is an electron tube apparatus including an electron gun including a cathode that emits electrons. The cathode includes nickel as a main component and magnesium as a reducing element. A cathode substrate, an electron emitting material layer formed on the cathode substrate, containing barium oxide as a main component and containing a predetermined metal and / or metal oxide as a dopant, and heating the cathode substrate and the electron emitting material layer The number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron emitting material layer, and the number of moles of a predetermined metal and / or metal oxide as the dopant. When the ratio between them is expressed as Y: 1000: X, the Y value is expressed as the Y coordinate, and the X value is expressed as the X coordinate, the values of X and Y are (0.7,6), ( 0.8 15), (3,130), (3,30), (2.5,10), (2,0.1), a range surrounded by a line connecting the points (1,0.1) It is characterized by being inside.
[0008]
According to the electron tube apparatus according to the present invention, it has been clarified by the inventor of the present application that the lifetime can be increased by about 20% as compared with the conventional electron tube apparatus. “The number of moles of barium contained in the electron emitting material layer” means the number of moles of barium oxide and the number of moles of barium compounds such as barium carbonate used as a precursor of barium oxide (if remaining) And the total meaning.
[0009]
The dopant may contain at least one selected from europium, tantalum, zirconium, europium oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide as the predetermined metal and / or metal oxide. In the case where calcium oxide is not included as a main component of the electron emitting material layer, calcium oxide may be added as the dopant. In either case, the effect can be obtained if it is within the range defined above. However, the type of the dopant is not limited to these.
[0010]
Here, when calcium oxide is used as a dopant, in particular, the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron emitting material layer, and the calcium oxide as the dopant. When the ratio between the number of moles is expressed as Y: 1000: X, the Y value is expressed as the Y coordinate, and the X value is expressed as the X coordinate, the X and Y values are (1.5, 20), (1.7, 60), (2.5, 100), (3, 80), (3, 30), (2.5, 10), (2, 0.1) It is preferable that it exists in the range enclosed by the connected line.
[0011]
When europium and / or europium oxide is used as a dopant, the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron-emitting material layer, and europium as the dopant When the ratio between the number of moles of europium oxide is expressed as Y: 1000: X, the Y value is expressed as the Y coordinate, and the X value is expressed as the X coordinate, the values of X and Y are (0.5,0.1), (0.6,20), (0.7,55), (1,70), (1.5,90), (2,115), (2.5 , 130), (3, 140), (3, 20), (2.75, 8), (2.5, 5), (2, 0.1), (1, 0.1), (0 .8,1) is preferably within a range surrounded by a line connecting the points, and the values of X and Y are (0.6 20), (0.7, 55), (1, 70), (2, 75), (2.5, 100), (3, 80), (3, 60), (1.3, 40) , (1,22) Within the range surrounded by the line connecting the points or (0.6,20), (0.8,1), (0.5,0.1) points More preferably, it is within a range surrounded by an oval line.
[0012]
Further, when zirconium and / or zirconium oxide is used as a dopant, the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron emission material layer, and zirconium as the dopant and When the ratio between the number of moles of zirconium oxide is expressed as Y: 1000: X, the Y value is expressed as the Y coordinate, and the X value is expressed as the X coordinate, the values of X and Y are (0.6,10), (0.8,25), (1.25,60), (1.5,75), (2,115), (2.5,140), (3,160 ), (3, 10), (2.75, 8), (2.5, 5), (2.4, 0.1) (0.7, 0.1) It is preferable to be within the enclosed range, and the values of X and Y are (1.5,75), (2.5,10 ), (3,80), (3,10), (2.75,8), (2.5,5), (2.4,0.1) (2,0.1) More preferably, it is within the range surrounded by the connected lines.
[0013]
The electron emitting material layer has a bulk density of 0.60 g / cm. ^Three 0.75 g / cm ^Three It is preferable that the thickness is in the following range and the thickness is in the range of 50 μm to 75 μm.
The cathode for an electron tube according to the present invention includes a cathode base containing nickel as a main component and magnesium as a reducing element, a cathode base formed on the cathode base, the main component being barium oxide, and a predetermined dopant. An electron emitting material layer containing a metal and / or metal oxide, and a heater for heating the cathode substrate and the electron emitting material layer, the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, included in the electron emitting material layer A ratio between the number of moles of barium and the number of moles of the predetermined metal and / or metal oxide as the dopant is expressed as Y: 1000: X, the value of Y is the Y coordinate, and the value of X is X When expressed in XY coordinates, the values of X and Y are (0.7, 6), (0.8, 15), (3, 130), (3, 30), (2.5, 10), (2,0.1), (1,0.1) It is characterized in that in the range surrounded by the line connecting the points. The dopant may contain at least one selected from europium, tantalum, zirconium, europium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide as the predetermined metal and / or metal oxide, In the case where calcium oxide is not included as a main component of the electron emitting material layer, calcium oxide may be added as the dopant.
[0014]
Further, the method of manufacturing an electron tube device according to the present invention includes a suspension preparation step of preparing a suspension containing barium carbonate as a main component and a predetermined metal and / or metal oxide as a dopant, and nickel. The cathode substrate containing magnesium as a main component and magnesium as a reducing element was kept at 40 ± 10 ° C., and the suspension was applied onto the cathode substrate, and the suspension was applied An electron tube assembling step for assembling an electron tube using a cathode including a cathode substrate, and an electron emitting material layer forming step for forming an electron emitting material layer from a suspension applied to the cathode substrate are characterized.
[0015]
Here, the electron emitting material layer has a bulk density of 0.60 g / cm. ^Three 0.75 g / cm ^Three Preferably, the thickness is in the range of 50 μm to 75 μm, and the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, barium carbonate contained in the suspension applied to the cathode substrate. The ratio between the number of moles and the number of moles of the predetermined metal and / or metal oxide as the dopant is expressed as Y: 1000: X, the Y value is the Y coordinate, and the X value is the X coordinate. When expressed in XY coordinates, the values of X and Y are (0.7, 6), (0.8, 15), (3, 130), (3, 30), (2.5, 10) , (2,0.1) and (1,0.1) are preferably within a range surrounded by a line connecting the points.
[0016]
In the electron emitting material layer forming step, the electron emitting material layer is formed from the suspension by heating the cathode in the process of evacuating the inside of the electron tube assembled in the electron tube assembling step. More specifically, when the electron-emitting material layer is formed from the suspension, barium carbonate in the suspension can be converted to barium oxide.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a cathode for an electron tube (hereinafter simply referred to as “cathode”) according to the present embodiment. The cathode shown in the figure has a cylindrical sleeve 10 in which a heater coil 40 is built, and a cathode base 20 provided on one end side of the sleeve 10. The cathode substrate 20 contains nickel as a main component and magnesium as a reducing element in a predetermined molar concentration (%). In the present embodiment, the cathode substrate 20 is punched with a predetermined size from a 100 μm thick nickel plate containing a predetermined molar concentration of magnesium. On the cathode substrate 20, an electron emitting material layer 30 containing barium oxide and strontium oxide as main components and a predetermined metal and / or oxide of the metal as a dopant for realizing stable emission characteristics over a long period of time. Is formed. The electron emitting material layer 30 is formed by applying a suspension mainly composed of an alkaline earth metal carbonate such as barium carbonate or strontium carbonate as a precursor such as barium oxide or strontium oxide on the cathode substrate 20. And it forms through the process of forming an oxide from the said carbonate. Details of the method of forming the electron-emitting material layer 30 in the present embodiment will be described later.
[0018]
The inventor of the present application has examined the optimization of the reduction reaction between the reducing element such as magnesium contained in the cathode substrate 20 and the alkaline earth metal oxide contained in the electron emitting material layer 30, and as a result, 20 and the total number of moles of barium oxide (and / or remaining barium carbonate) contained in the electron-emitting material layer 30 (hereinafter referred to as “the number of moles of barium”), and the above. It has been found that the above reduction reaction is optimized by setting the ratio of the number of moles of the dopant to an appropriate relationship, and stable emission characteristics can be obtained over a long period of time.
[0019]
More specifically, the mole between the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate 20, the number of moles of barium contained in the electron emitting material layer 30, and the number of moles of the dopant contained in the electron emitting material layer 30. When the ratio is expressed as Y: 1000: X, the Y value is expressed as the Y coordinate, and the X value is expressed as the X coordinate, the X and Y values are (0.7,6), (0. 8,15), (3,130), (3,30), (2.5,10), (2,0.1), so that it is within the range surrounded by (1,0.1) It has been found that, by defining, stable emission characteristics can be obtained over a long period of time. Note that the number of moles of magnesium may vary depending on the thickness of the nickel plate used for the cathode substrate 20, but within the range of the thickness normally used for the cathode substrate 20 (approximately 80 to 150 μm), the molar ratio is as described above. It is confirmed that there is almost no difference in characteristics if it is defined by the range.
[0020]
2 shows the life time and saturation emission current (A / cm) for each combination of the presence / absence of a reducing element in the cathode substrate 20 and the presence / absence of a dopant in the electron-emitting material layer 30. ² FIG. As a method for measuring the saturation emission current in the example of the figure, the following method was used at the initial stage and every 1000 hours thereafter. That is, the cathode temperature in the electron gun 30 in the cathode ray tube apparatus 100 as shown in FIG. 3 is set to an operating temperature of, for example, 820 ° C., and a sufficiently high voltage pulse (pulse width 3 μs is one shot) is set as the anode (generally G1 And G2). The cathode current at that time was defined as saturation emission, and the value was measured with an oscilloscope.
[0021]
In FIG. 2, a curve E shows the characteristics of a cathode containing a reducing element in the cathode substrate 20 and a metal (or metal oxide) dopant in the electron emitting material layer 30. Curve F shows the characteristics of a cathode that contains a reducing element in the cathode substrate 20 but does not contain a dopant in the electron-emitting material layer 30. Curve G shows the characteristics of a cathode that does not contain a reducing element in the cathode substrate 20 and contains a dopant in the electron emitting material layer 30. A curve H indicates the characteristics of a cathode that does not contain a reducing element in the cathode substrate 20 and does not contain a dopant in the electron emitting material layer 30.
[0022]
The curve E indicates that the saturation emission current is larger than that of the curves F, G, and H, and stable emission characteristics can be obtained over a long period of time. This is because when the cathode substrate 20 contains a reducing element, the metal (or metal oxide) dopant reacts with a part of the reducing element, and the electric resistance of the electron emitting material layer 30 can be lowered. In addition, it is thought that this is because the emission level is promoted by forming a donor level.
[0023]
Next, the manufacturing method of the cathode of this invention is demonstrated.
First, the molar ratio of magnesium contained in the cathode base 20, barium contained in the electron emitting material layer 30, and the dopant contained in the electron emitting material layer 30, which is the above-described cathode constituent material, is Y: 1000: When X is represented by XY coordinates with the Y value as the Y coordinate and the X value as the X coordinate, the values of X and Y are (0.7,6), (0.8,15). , (3,130), (3,30), (2.5,10), (2,0.1), and (1,0.1). The reason for this range will be described later. As a dopant, for example, CaO, Zr or ZrO, Eu or Eu ₂ O _Three However, the present invention is not limited to this, and various metals and / or metal oxides can be used.
[0024]
Next, in an organic solvent produced with 85% diethyl carbonate and 15% nitric acid (volume ratio), the molar ratio of barium carbonate to strontium carbonate as alkaline earth metal carbonate is 1: 1, more preferably 1: 1.02, alkaline earth metal carbonates each having an average particle diameter of 3 μm, and the above-mentioned dopant (calcium oxide in this embodiment) having an average particle diameter of 3 μm are mixed and mixed, and an electron emitting material A suspension for layer 30 is made. In order to keep the viscosity, which is the greatest factor for stabilizing the coating properties, constant, it is preferable to keep the liquid temperature of the suspension at about 20 ° C.
[0025]
On the other hand, using a heater or the like, the cathode substrate 20 containing nickel as a main component and the reducing element such as magnesium is heated to 40 ± 10 ° C. Next, a suspension of about 20 ° C. is sprayed onto the cathode substrate 20 heated to 40 ± 10 ° C. with a spray gun. Here, the bulk density of the electron-emitting material layer 30 after drying is controlled to 0.60 to 0.75 g / cm by controlling the spraying pressure, spraying time, number of spraying, and the like. ^Three The thickness of the electron emitting material layer 30 is set to 50 to 75 μm. At this stage, the fixing force between the cathode substrate 20 and the electron-emitting material layer 30 is confirmed by visual observation (assuming that there is no problem if the outer corners are not missing).
[0026]
In this visual confirmation, the bulk density of the electron-emitting material layer 30 is 0.60 to 0.75 g / cm by spraying the suspension onto the cathode substrate 20 that has not been heated to the above-described temperature. ^Three In the case where the thickness of the electron-emitting material layer 30 is 50 to 75 μm (hereinafter referred to as “comparative product”), peeling of the surface corners of the electron-emitting material layer 30 from the cathode substrate 20 is often observed. It was. On the other hand, when the cathode substrate 20 heated to 40 ± 10 ° C. is used as described above, the fixing force increases to such an extent that the surface corners of the electron emitting material layer 30 are hardly peeled off.
[0027]
After that, as explained above, during the evacuation process of the assembled cathode ray tube, it is heated by the heater 40 to form barium oxide from barium carbonate, and a part of the barium oxide is reduced to obtain semiconductor properties. The cathode according to the present embodiment is manufactured by performing activation so as to include the cathode.
According to such a method for producing a cathode according to the present invention, there is no problem in practical use even when used for 40,000 hours or more, that is, “saturated emission remaining after lapse of 4000 hours in the accelerated life test” It is possible to manufacture a cathode having a characteristic of 50% or more in terms of "rate" or 40% or more in terms of "residual rate of emission slump" after a life time of 4000 hours in the accelerated life test. The accelerated life test is a test in which the cathode temperature is 820 ° C. with respect to the cathode having a rated cathode temperature of 760 ° C.
[0028]
Further, by applying the suspension of the electron emitting material layer 30 on the cathode substrate 20 heated to 40 ± 10 ° C., the fixing force between the cathode substrate 20 and the electron emitting material layer 30 can also be increased. . As a result, a cathode capable of obtaining a suitable emission current density distribution can be manufactured, and the yield of products can be improved.
Further, the bulk density of the electron emitting material layer 30 is 0.60 to 0.75 g / cm. ^Three By forming the electron emitting material layer 30 to have a thickness of 50 to 75 μm, the surface roughness (JIS standard: JIS B0601-1982) represented by the maximum height on the surface of the electron emitting material layer 30 is about 10 to 10. It is flattened to about 15 μm. As a result, a cathode capable of obtaining a more preferable current density distribution of electron emission can be manufactured, and the yield of products can be improved.
[0029]
Next, experimental examples in which the effect of the present invention has been confirmed will be described.
In the configuration shown in FIG. 1, the electron emitting material layer 30 has a thickness of about 65 μm and a bulk density of about 0.6 g / cm. ^Three When the number of moles of barium contained in the electron-emitting material layer 30 which is a constituent material of the cathode is 1000, the number of moles of calcium oxide which is a metal oxide as a dopant is X. A plurality of types of cathodes were produced in which the number of moles of magnesium contained was Y and X and Y were changed. When the cathode was incorporated into a 46 cm computer monitor cathode ray tube and a cathode life test was conducted, results as shown in FIGS. 4, 5, 6, 8, and 9 were obtained.
[0030]
Evaluation of the life test of the cathode is expressed by the “saturation emission remaining rate” that makes it easy to determine the quality of the cathode performance and the “remaining rate of emission slump” that makes it easy to determine the quality of the cathode life during actual operation. The quality of each cathode was judged. 4, FIG. 5 and FIG. 6 show the “saturation emission remaining rate”, and FIGS. 8 and 9 show the “emission slump remaining rate”.
[0031]
The life test of the cathode was an accelerated life test in which the cathode temperature was 820 ° C. with respect to the cathode having a rated cathode temperature of 760 ° C., and the extraction current from the cathode was DC 300 μA. If the “saturated emission remaining rate” after the life time of 4000 hours in the accelerated life test is 50% or more, or the “remaining rate of emission slump” after the life time of 4000 hours in the accelerated life test is usually 40% or more. It has been confirmed that there is no practical problem in operation up to 40,000 hours (meaning having stable emission characteristics over a long period of time), and this was used as a criterion for evaluation.
[0032]
Here, the “saturated emission remaining rate” is the remaining rate of the saturated emission for each life time with respect to 100% of the initial saturated emission. The “emission slump remaining rate” is an emission slump remaining rate for each lapse of the life time with respect to the initial emission slump as 100%. The evaluation method of “emission slump remaining rate” is based on the initial and every 1000 hours, the voltage is applied to the grid electrode G1 and the electrode G2 facing the cathode in the triode of the electron gun in the cathode ray tube. In addition, the cathode current α at the initial stage of life and the cathode current β at every 1000 hours of life time were measured to obtain 100β / α. Regarding the obtained “emission slump remaining ratio”, the quality of each cathode is judged based on the above evaluation criteria (40% or more). In the initial stage, the initial cathode current α and the cathode current γ after 5 minutes are determined. Then, 100 γ / α is obtained, and this is used as an initial remaining rate to judge the quality of each cathode.
[0033]
As is clear from FIGS. 4, 5, and 6, the “saturated emission remaining ratio” after the life time of 4000 hours is the curve A of the conventional cathode (X is 3.2 and Y is 58). In this case, the remaining rate is 41% and there is a problem in practical use, whereas the curves B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11, B12, B13, which show the cathode of the present invention, It can be seen that 18 types of B14, B15, B16, B17, and B18 have a residual rate of 50% or more and no problem in practical use. However, the curves C1, C2, C3, C4, and C5 have a residual rate of 40% or less, which is problematic in practice.
[0034]
That is, as shown in FIG. 7, the points surrounded by the line are 18 types of curves B1 to B18, and the molar ratio X of the calcium oxide dopant, which is a metal oxide, is the X coordinate, and the mole of magnesium. When expressed in XY coordinates with the ratio Y as the Y coordinate, the values of X and Y are (0.7,6), (0.8,15), (3,130), (3,30), (2 .5, 10), (2, 0.1), and (1, 0.1). That is, it has become clear that it is not preferable that the amount of magnesium is too large in relation to the amount of the dopant (C2, C3), and that the amount of magnesium is not preferable (C4, C5).
[0035]
In addition, the range shown by the oblique lines in FIG. 7, that is, the values of X and Y are (1.5, 20), (1.7, 60), (2.5, 100), (3, 80), ( 3, 30), (2.5, 10) and (2, 0.1), the residual ratio of saturated emission after a life time of 4000 hours in the accelerated life test is 60% or more. It is more preferable.
[0036]
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the bulk density of the electron-emitting material layer 30 and the “emission slump remaining rate”. Curve U is the “emission slump remaining rate” at the start of life, and curve V is the “emission slump remaining rate” after 4000 hours have elapsed since the start of life. As shown by the curve U, the bulk density hardly contributes to the initial characteristic of the “emission slump remaining ratio”. On the other hand, the "remaining rate of emission slump" after lapse of 4000 hours has a bulk density of 0.6 g / cm. ^Three Less than and 0.75 g / cm ^Three When the value exceeds this value, it is less than 40%, which is likely to be a practical problem. It has a bulk density of 0.6 g / cm ^Three If it is less, the total weight of BaO in the electron emissive material layer 30 is small, so that sufficient emission cannot be supplied for a long time, and the bulk density is 0.75 g / cm. ^Three If the bulk density is higher, the porosity of the electron emissive material layer 30 becomes smaller, the thermal efficiency becomes worse, and sufficient emission cannot be supplied.
[0037]
The bulk density is 0.75 g / cm. ^Three In the case of exceeding the above, the peeling off of the electron emitting material layer 30 deposited on the cathode substrate 20 is as much as 5% or more of the total weight of the electron emitting material layer 30 and is likely to be a practical problem.
FIG. 9 shows the relationship between the life time and the “remaining rate of emission slump” for the dopant contained in the electron emitting material layer 30 according to the present invention. As shown in the figure, the dopant for increasing the “remaining ratio of emission slump” after 4000 hours to 40% or more includes metal materials of europium, tantalum and zirconium in addition to the calcium oxide described in the above experimental example. And metal oxides of europium oxide, tantalum oxide and zirconium oxide. In addition, the residual rate of emission slump after 4000 hours is higher in the metal materials of europium, tantalum and zirconium, and in the metal oxides of europium oxide, tantalum oxide and zirconium oxide than calcium oxide. Then, in place of calcium oxide, even when a cathode using europium, tantalum, zirconium, europium oxide, tantalum oxide or zirconium oxide as a dopant is prepared and subjected to a life test, magnesium, barium, and a dopant are used. When the molar ratio is Y: 1000: X and expressed in XY coordinates, the values of X and Y are (0.7,6), (0.8,15), (3,130), ( 3,30), (2.5,10), (2,0.1), and (1,0.1) within the range surrounded by “saturated emission after life time of 4000 hours” It has been confirmed that 50% or more can be obtained in the “remaining ratio”. The results of using europium / europium oxide or zirconium / zirconium oxide as the dopant will be described in detail later.
[0038]
Regarding the thickness of the electron emitting material layer 30, when the thickness is less than 45 μm, the “residual rate of saturated emission” after the lapse of 4000 hours is less than 50%, which causes a practical problem. Further, when the thickness of the electron emitting material layer 30 is 80 μm or more, the adhering force of the electron emitting material layer 30 to the cathode base 20 is reduced, and the electron emitting material layer 30 is formed when some impact is applied to the cathode 30 for the electron tube. Easy to peel off.
[0039]
From the above, considering the extension of the lifetime of the electron-emitting material layer 30 and prevention of peeling off, the thickness of the electron-emitting material layer 30 is preferably set to 50 μm or more and 75 μm or less.
Finally, examples in which europium / europium oxide and zirconium / zirconium oxide are used as the dopant will be described. FIG. 10 shows an example when europium or europium oxide is used as a dopant, and FIG. 11 shows an example when zirconium or zirconium oxide is used.
[0040]
As shown in FIG. 10, when europium or europium oxide is used as a dopant, (0.5, 0.1), (0.6, 20), (0.7, 55), ( 1, 70), (1.5, 90), (2, 115), (2.5, 130), (3, 140), (3, 20), (2.75, 8), (2. 5,5), (2,0.1), (1,0.1), and (0.8,1) are preferably within the range (after life time of 4000 hours in this case) It was confirmed that the residual rate of saturated emission was 50% or more.) Especially, within the range of the hatched area, that is, (0.6, 20), (0.7, 55), (1, 70), ( 2,75), (2.5,100), (3,80), (3,60), (1.3,40), (1,22), or (0.6, 0), (0.8, 1), preferably within the range enclosed by (0.5, 0.1) (saturated emission after the lapse of 4000 hours of life when within the hatched range) The residual rate was 60% or more.)
[0041]
Further, as shown in FIG. 11, when zirconium or zirconium oxide is used as a dopant, (0.6, 10), (0.8, 25), (1.25, 60), ( 1.5,75), (2,115), (2.5,140), (3,160), (3,10), (2.75,8), (2.5,5), ( 2.4, 0.1), preferably within the range enclosed by (0.7, 0.1) (in this case, the residual rate of saturated emission after the lapse of 4000 hours of life is 50% or more) ), Particularly within the shaded area, ie (1.5,75), (2.5,100), (3,80), (3,10), (2.75,8), (2 .5, 5), (2.4, 0.1), (2, 0.1), preferably within the range (life time when in the shaded range) Residual rate of saturation emission after 000 hours passed was 60% or more.).
[0042]
In addition, the metal and metal oxide as a dopant may be a single kind, or a plurality of kinds may be doped.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the electron tube apparatus and the like according to the present invention, the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron-emitting material layer, a predetermined metal as the dopant, and By defining the ratio between the metal oxide and the number of moles of the metal oxide to a value within a predetermined appropriate range, there is an effect that it is possible to provide an electron tube device having a longer life than before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of a cathode for an electron tube according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between life time and saturation emission for each combination of the presence or absence of a reducing element in a cathode substrate and the presence or absence of a dopant in an electron-emitting material layer.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a cathode ray tube device as an example of an electron tube device using an electron tube cathode according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a life time and a saturation emission remaining rate for each combination of X and Y values.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a life time and a saturation emission remaining rate for each combination of X and Y values.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a life time and a saturation emission remaining rate for each combination of X and Y values.
FIG. 7 is a diagram showing an appropriate range of the molar ratio between magnesium in the cathode substrate and the dopant (CaO) in the electron-emitting material layer.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the bulk density of an electron-emitting material layer and the residual rate of emission slump.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a life time and an emission slump remaining rate for each dopant.
FIG. 10 is a diagram showing a preferable range when europium or europium oxide is used as a dopant.
FIG. 11 is a diagram showing a preferred range when zirconium or zirconium oxide is used as a dopant.
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an electron tube cathode.
[Explanation of symbols]
10 sleeve
20 Cathode substrate
30 Electron emitting material layer
40 heater coil

Claims

In an electron tube apparatus including an electron gun including a cathode that emits electrons, the cathode is composed of a cathode substrate containing nickel as a main component and magnesium as a reducing element, and formed on the cathode substrate, and mainly composed of barium oxide. And an electron emitting material layer containing a predetermined metal and / or metal oxide as a component, and a heater for heating the cathode substrate and the electron emitting material layer. The dopant includes the predetermined metal and And / or metal oxide containing at least one selected from europium, tantalum, zirconium, europium oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide, the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, and contained in the electron emitting material layer Between the number of moles of barium and the number of moles of a given metal and / or metal oxide as the dopant. Is expressed as Y: 1000: X, the Y value is expressed as the Y coordinate, and the X value is expressed as the X coordinate, the X and Y values are (0.7,6), (0.8 , 15), (3, 130), (3, 30), (2.5, 10), (2, 0.1), and (1, 0.1). An electron tube apparatus characterized by being in a range.

In an electron tube apparatus including an electron gun including a cathode that emits electrons, the cathode is composed of a cathode substrate containing nickel as a main component and magnesium as a reducing element, and formed on the cathode substrate, and mainly composed of barium oxide. And an electron emitting material layer containing a predetermined metal and / or metal oxide as a dopant, and a heater for heating the cathode substrate and the electron emitting material layer, the dopant comprising europium and / or oxidation Europium, a ratio between the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron emitting material layer, and the number of moles of europium and / or europium oxide as the dopant. Y: 1000: When represented by X, the value of X and Y is (0) when represented by XY coordinates where the Y value is the Y coordinate and the X value is the X coordinate. 5,0.1), (0.6,20), (0.7,55), (1,70), (1.5,90), (2,115), (2.5,130) , (3,140), (3,20), (2.75,8), (2.5,5), (2,0.1), (1,0.1), (0.8, 1. An electron tube apparatus characterized by being in a range surrounded by a line connecting the points of 1).

The ratio between the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron-emitting material layer, and the number of moles of europium and / or europium oxide as the dopant is expressed as Y: 1000: X. And the values of X and Y are (0.6, 20), (0.7, 55), (1) where the Y value is represented by the Y coordinate and the X value is represented by the X coordinate. , 70), (2,75), (2.5,100), (3,80), (3,60), (1.3,40), (1,22) Or within the range surrounded by the line connecting the points (0.6, 20), (0.8, 1), (0.5, 0.1) The electron tube apparatus according to claim 2 .

In an electron tube apparatus including an electron gun including a cathode that emits electrons, the cathode is composed of a cathode substrate containing nickel as a main component and magnesium as a reducing element, and formed on the cathode substrate, and mainly composed of barium oxide. And an electron emitting material layer containing a predetermined metal and / or metal oxide as a dopant and a heater for heating the cathode substrate and the electron emitting material layer, the dopant comprising zirconium and / or oxidation Zirconium, the ratio between the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron emissive material layer, and the number of moles of zirconium and / or zirconium oxide as the dopant. Y: 1000: When represented by X, the value of X and Y is (0) when represented by XY coordinates where the Y value is the Y coordinate and the X value is the X coordinate. 6,10), (0.8,25), (1.25,60), (1.5,75), (2,115), (2.5,140), (3,160), ( 3,10), (2.75,8), (2.5,5), (2.4,0.1) (0.7,0.1) and surrounded by a line connecting the points An electron tube apparatus characterized by being in a range.

The ratio between the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron emissive material layer, and the number of moles of zirconium and / or zirconium oxide as the dopant is expressed as Y: 1000: X. And the values of X and Y are (1.5, 75), (2.5, 100), (3), where the Y value is represented by the Y coordinate and the X value is represented by the X coordinate. , 80), (3, 10), (2.75, 8), (2.5, 5), (2.4, 0.1) (2, 0.1) The electron tube apparatus according to claim 4 , wherein the electron tube apparatus is within an enclosed range.

The electron emitting material layer has a bulk density in a range of 0.60 g / cm ^{3 to} 0.75 g / cm ³ and a thickness in a range of 50 μm to 75 μm. To 5. The electron tube device according to any one of 5 to 5 .

A cathode substrate containing nickel as a main component and containing magnesium as a reducing element, and an electron formed on the cathode substrate and containing barium oxide as a main component and a predetermined metal and / or metal oxide as a dopant. A radiation material layer, and a heater for heating the cathode substrate and the electron radiation material layer, and the dopant includes, as the predetermined metal and / or metal oxide, europium, tantalum, zirconium, europium oxide, tantalum oxide, Containing at least one selected from zirconium oxide, the number of moles of magnesium contained in the cathode substrate, the number of moles of barium contained in the electron-emitting material layer, and a predetermined metal and / or metal oxidation as the dopant The ratio between the number of moles of the product is expressed as Y: 1000: X, the Y value is the Y coordinate, and the X value is the X coordinate. When expressed in coordinates, the values of X and Y are (0.7,6), (0.8,15), (3,130), (3,30), (2.5,10), ( 2, 0.1) and (1, 0.1) are in the range surrounded by the line connecting the points (1, 0.1).