专利名称：阴极射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有阴极的阴极射线管，所述阴极具有电子发射物质层。具体而言，本发明特别是涉及一种能够在高电流密度状态下长时间工作时维持稳定的电子发射特性，且可以使其制造工艺合理化、降低制造成本、实现高生产率的阴极射线管。
关于具有满足上述要求构造的阴极射线管已经有了许多提案。代表性的例如有特开平8-321250号公报。另外，其他的例子还有特开平11-288658号公报和特开2000-357464号公报。
例如，OA设备终端用监视器上使用的彩色阴极射线管，一般具有由以下部分构成的真空玻壳具有涂布3种颜色的荧光体的荧光面的面板部、收容电子枪的管颈部及连接面板部和管颈部的漏斗状部分。具有这种构造的阴极射线管中使用的电子枪具有发生3条水平方向排列的电子束的阴极和与该阴极相连的多个栅电极。由阴极发射的电子束通过沿其前进方向形成的主电子透镜，经过所需的加速和集束，射向荧光面方向。
另一方面，荧光面是由以点或带的形状组成的3色的荧光体像素按照预定的排列间距配置构成的。在接近荧光面处与电子枪之间，设置例如荫罩之类的颜色选择机构。
构成上述阴极射线管的电子枪的阴极，是在基体金属的顶部表面粘附形成电子发射物质层，用加热器将基体金属加热，从电子发射物质层发射电子的结构。此电子发射物质层是适用于高电流工作特性的结构，为了防止基体金属与电子发射物质层脱离而采用多层结构如2层结构。这时基体金属侧的第1层由碱土金属(钡·锶·钙)共沉淀结晶形成的氧化物粒子构成，上层即第2层使用将稀土金属氧化物按1到3重量％分散于第1层的碱土金属氧化物粒子中形成的物质。
作为上述第2层的稀土金属氧化物，使用作为钡与钪的复合氧化物的钡钪酸盐(Ba2Sc2O5、BaSc2O4、Ba3Sc4O9)。由这些碱土金属氧化物(BaO、SrO、CaO)与分散于其中的稀土金属氧化物构成电子发射物质层时，工作温度为通常的辉度温度即1000K(727℃b)左右。基体金属中的还原剂在此温度的作用下向阴极的基体金属表面扩散，与碱土金属氧化物(BaO)进行还原反应。这样伴随着碱土金属的板厚增加，在长时间内还原剂向表面扩散，结果可以延长使用寿命。详细情况如特开平5-12983号公报中所示。
另一方面，作为阴极的基体金属，已知有以镍为主要成分，其中也含有少量的作为还原性元素的硅(Si)或镁(Mg)等。这些基体金属的性状与从阴极的电子发射机制有关。对于此机制有多种说法，通常认为是基体金属中的还原剂还原氧化钡(BaO)形成游离钡(Ba)，游离钡扩散到电子发射物质层中，在碱土金属氧化物中形成施主能级，由此进行电子发射。
通常，发射寿命由阴极基体金属中还原剂的消耗和电子发射物质层中氧化钡(BaO)的蒸发决定，在阴极基体金属中的还原剂消耗方面，其板厚越厚则扩散所需的时间越长，结果得到长使用寿命。因此，直到现在板厚仍然沿用稀土金属分布阴极以前的模式，采用约0.19mm厚的板厚。另外电子发射物质层中的氧化钡(BaO)的蒸发虽然取决于电子发射物质层的温度，但在基体金属中的还原剂消耗方面，可以通过钡钪酸盐的分散效果而降低消耗。换言之，由于电子发射物质层游离钡的浓度高，抑制了基体金属中还原剂引发的氧化钡的还原反应，从而降低了还原剂的消耗。
上述的现有技术虽然通过将电子发射物质层形成为2层结构、使稀土金属氧化物分散在其中，从而充分顾及到了阴极电子发射能力(高电流工作特性)和电子发射寿命特性，但另一方面，上述现有技术没有考虑如何通过提高使用这种阴极的阴极射线管的制造成品率和使制造工艺合理化等来提高阴极射线管的生产率。
即，在阴极射线管生产中最重要的问题是为了在长时间内维持阴极射线管内的高真空度所需的制造成本，特别是在阴极射线管完成的初期阶段，即使在阴极射线管内使钡吸气剂飞散后，气体的放出量仍然很多，导致暂时性的电子发射特性降低。电子发射特性降低影响制造成品率，使作为不良品的废弃阴极射线管的数量增加。结果使需要进行电子发射特性再生工艺的比例增加、使工程设备数增多等，制造成本的负担增大。
另外，阴极射线管的制造中制造成本最大的是在高真空度的气氛中制造阴极射线管，因此边加热阴极射线管边进行脱气处理。设定这一排气过程的条件时给予充分的注意是必要的。排气过程中最重要的是阴极射线管内的脱气处理。脱气处理需要的温度设定为能维持阴极射线管面板部的温度例如至少在340℃的程度。这样，在将阴极射线管设定在高温度状态以维持阴极射线管内的高真空状态时，有必要注意不要对阴极射线管造成破坏。总之，如果阴极射线管的升温和降温不能适当、充分地进行的话，面板部和漏斗状部分的结合部会在排气炉内因爆缩而发生破坏，因此例如按4℃/分钟的程度进行经时升温·降温处理。
如果排气炉内的温度设定的高，为了适宜地进行升温和降温，就必须延长阴极射线管在排气炉内的放置时间，结果导致生产率降低，制造成本高。如何解决这个问题就成为课题之一。
所以本发明是为了解决上述现有技术的课题而完成的，提供一种能在高电流密度状态下长时间工作时维持稳定的电子发射特性、并且能使其制造工艺合理化、价格便宜、批量生产性好的阴极射线管。
发明内容
本发明的阴极射线管至少具有由在内表面具有荧光面的面板部、收容电子枪的管颈部和连接上述面板部和管颈部的漏斗状部分构成的真空玻壳，是具有阴极的阴极射线管，所说的阴极的电子枪在基体金属的顶部表面上具有电子发射物质层，所说的阴极具有以下构成。
即，作为构成本发明阴极射线管的电子枪的阴极，电子发射物质层是将钪化合物粉末分散在由至少含锶的2种成分组成的碱土金属氧化物中形成的，所述的钪化合物由激光衍射法测定的平均粒径为1.2μm或1.2μm以下，相对于所述锶的原子重量比在0.003到0.3的范围内。上述基体金属以镍为主要成分，其中至少含有还原性金属，且与此电子发射物质层相接合的面的板厚设定为0.17mm或0.17mm以上。另外，上述钪化合物为氧化钪或钡与钪的复合氧化物。
具有这种构成的阴极，通过使上述电子发射物质层中含有粒径小的钪化合物，能抑制碱土金属氧化物层中游离钡的蒸发，可以将其维持在高浓度状态。另外，由于形成电子发射物质层的基体金属顶部表面的板厚增厚，使基体金属中还原剂的扩散距离增大。
由此可以提供一种能在高电流密度状态下长时间工作时维持稳定的电子发射特性、并且能使其制造工艺合理化、价格便宜、批量生产性好的阴极射线管图2是表示本发明阴极射线管中使用的电子枪构成的平面图。
图3是图2所示电子枪的要部放大剖面图。
图4是表示本发明阴极射线管的一个实施例的电子枪构成的要部放大剖面图。
图5是表示本发明阴极射线管的其他实施例电子枪构成的要部放大剖面图。
图6是适用本发明的其他阴极射线管的剖面图。附图标记说明11、面板部12、管颈部13、漏斗状部分14、荧光面15、荫罩19、电子枪20、阴极骨架体21、第1电极(控制电极)27、多形玻璃31、加热器33、阴极眼孔34、阴极支撑用珠状支架40、阴极41、基体金属41a、顶部表面41b、侧壁42、电子发射物质层42A、电子发射物质层421、电子发射物质层的第1层422、电子发射物质层的第2层此彩色阴极射线管的构成如下在内表面具有荧光面14的面板部11和漏斗状部分13形成的真空管内部，通过荫罩悬挂机构18装架固定了荫罩15和磁场屏蔽罩17等的罩框16，用玻璃胶将面板部11和漏斗状部分13熔融粘接固定，将电子枪19封入管颈部12内，真空密封构成真空玻壳。
在这样的结构中，由收容在管颈部12中的电子枪19发射的3条电子束，经外装在管颈部12和漏斗状部分13的过渡部分的偏转线圈，向水平方向和垂直方向偏转，通过作为颜色选择机构的荫罩15的电子束通过孔，射向构成荧光面14的特定颜色的荧光体像素形成图像。
图2是说明本发明的阴极射线管中使用的电子枪结构的平面图。图2中的附图标记20为阴极骨架体，下述的图3和图4中给出了该阴极骨架体20的一例。附图标记21为第1电极(控制电极)，22为第2电极(加速电极)，23、24和25分别为第3电极、第4电极和第5电极(集束电极)，26为第6电极(阳极)，27为多形玻璃，28为心柱管脚。另外，从阴极骨架体20到第6电极26的各电极，在一对多形玻璃27上埋设各电极支持片，在同轴上被支撑固定。
在这样的结构中，从阴极骨架体20发射的电子束经第1电极21、第2电极22、第3电极23、第4电极24、第5电极25和第6电极26受到所需的加速和集束，从第6电极26射向荧光面14的方向。心柱管脚28是对构成电子枪19的预定电极施加必要的电压和图像信号的端子。
图3是图2的要部放大剖面图。图3中在阴极骨架体20的内侧配置加热器31，此加热器31的下端与加热器支架32固定在一起。附图标记33为阴极眼孔，此阴极眼孔33以其下端保持上述阴极骨架体20，同时与阴极支撑用珠状支架34固定在一起，将阴极骨架体20固定于电子枪的预定位置。
图4是图3的要部放大剖面图。图4中，附图标记40为阴极。此阴极40由杯状的基体金属41和基体金属41顶部41a上形成的电子发射物质层42构成。附图标记43为圆筒状阴极套管，此阴极套管43一端固定于阴极40的基体金属41的侧壁41b，另一端固定于阴极圆盘44上。由阴极40、阴极套管43和阴极圆盘44构成阴极骨架体20。
上述基体金属41以镍(Ni)为主要成分，由含有少量硅(Si)和镁(Mg)等还原性金属的金属材料构成，其形状大体形成为杯状。另外，此基体金属41的涂布了电子发射物质层42的顶部41a部分的板厚t1在本例中约为0.185mm。另外，此基体金属41的侧壁41b的高度h例如设定为约0.7mm，其板厚t2设定为约0.05mm的程度。此时从冲压(press)加工的生产率考虑，板厚t1与板厚t2的关系希望在t2/t1＝1/5到3/5的范围内。减小该比值，可以使板厚t1增大，所以使基体金属41中的硅、镁等还原剂扩散到作为电子发射物质层42的形成面的顶部41a所消耗的时间延长，从而可以使电子发射寿命特性大幅度提高。
此杯状的基体金属41为了密封阴极套管43的一端而被嵌合固定，圆筒状阴极套管43的另一端利用通常的激光焊接技术被固定在阴极圆盘44上。此圆筒状阴极套管43的另一端利用通常的激光焊接技术被固定在阴极圆盘44上，加热器31收容于此圆筒状阴极套管43的内部，对阴极40进行加热。
电子发射物质层42是通过将作为钪化合物的例如氧化钪(Sc2O3)按钪与锶的原子重量比为约0.03的量分散于由碱土金属(钡、锶、钙)氧化物形成的氧化物层中而形成的。此时的电子发射物质层42由分散了氧化钪(Sc2O3)的钡·锶·钙的碳酸盐[(Ba·Sr·Ca)CO3]组成，通过喷雾法涂布于基体金属41的顶部41a的表面而形成的。
电子发射体42通过以下说明的方法来制备。首先，在由53重量％的硝酸钡(Ba(NO3)2)、38重量％的硝酸锶(Sr(NO3)2)、6重量％的硝酸钙(Ca(NO3)2)组成的混合溶液中添加碳酸钠(Na2CO3)，使钡·锶·钙的碳酸盐[(Ba·Sr·Ca)CO3]沉淀制成粉末状的沉淀物。在本例中，钡·锶·钙的碳酸盐[(Ba·Sr·Ca)CO3]的粒子形状是经激光衍射式粒度分布测定法测定的平均粒径为约15μm的针状结晶。
然后在此粉末状沉淀物中混合约1重量％的经激光衍射式粒度分布测定法测定的平均粒径为约0.5μm的氧化钪(Sc2O3)，在混合物中添加适量的硝基清漆和乙酸丁酯等，搅拌混合，制成混悬液。本例中通过在钡·锶·钙的碳酸盐[(Ba·Sr·Ca)CO3]的状态下添加约1重量％的氧化钪(Sc2O3)，可以得到钪相对于锶的原子重量比约为0.03的混悬液。此时，由于是经粉碎制成的，所以分散的氧化钪(Sc2O3)的粒子形状有任意的多面体形状。
然后，将此混悬液通过喷雾法涂布于以镍为主要成分的杯状基体金属41的顶部41a上，形成厚度约为70μm的电子发射物质层42。
接下来在阴极射线管的真空排气工序中，由加热器31加热此电子发射物质层42，电子发射物质层42中的钡·锶·钙的碳酸盐[(Ba·Sr·Ca)CO3]受热分解生成钡·锶·钙的氧化物[(Ba·Sr·Ca)O]，然后在900℃～1100℃的气氛中加热，经活化和老化处理形成预定的阴极40。
这样形成的电子发射物质层42的电子发射面的辉度温度约为750℃b。此辉度温度是例如在钟罩(bell jar)中对电子枪19进行活化和老化处理后，由保护套侧的方向对电子发射面进行测定。另外，对于阴极射线管，也可以只将电子枪19密封入玻璃管中，同样地进行活化和老化处理后，由保护套侧的方向对电子发射面进行测定。此时，电子发射面的辉度温度约750℃b是用高温计测定的辉度温度，考虑到电子发射物质层的电子发射率，真正的温度(工作温度)约为800℃。
利用具有如此形成的电子发射物质层42的阴极，在由分散了氧化钪(Sc2O3)的钡·锶·钙的氧化物形成的电子发射物质层42中，氧化钪(Sc2O3)使易蒸发的游离钡(Ba)受到约束，从而可以使电子发射物质层内的游离钡(Ba)维持在较高的浓度状态，因此即使阴极的工作温度高也能得到良好的电子发射特性，得到优良的高电流密度工作特性。
特别是这一效果与分散于电子发射物质层中的氧化钪(Sc2O3)的总表面积大致成正比，平均粒径在0.2到1.0μm的范围内时，抑制游离钡(Ba)蒸发的效果显著，由此可以设定较高的阴极工作温度。
另外，在上述实施例中，对按钪与锶的重量比(钪的重量/锶的重量)约为0.03的量来设定氧化钪(Sc2O3)含量的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，按钪与锶的重量比低于0.003的量来设定氧化钪(Sc2O3)的含量的情况下，在提高阴极工作温度进行使用时，不能得到充分的电子发射寿命特性。
氧化钪(Sc2O3)的含量按钪与锶的重量比超过0.3的情况下，氧化钪不发射电子，变得无助于电子发射物质层内的电传导，阻碍了电子发射特性。由此可知，如果其含量按钪与锶的重量比在0.003到0.3的范围内，通过适当地选择其含量，可以得到与上述基本相同的效果。
本发明人等经过反复的实验研究，结果可以确认通过将氧化钪的含量按钪与锶的重量比设定在0.014到0.09的范围内能够得到最佳效果。
另外，上述实施例中，就基体金属41的顶部41a的板厚设定为约0.185mm的情况进行了说明，如果板厚不足0.17mm，则无法得到阴极的工作温度升高时对残留气体的耐受力高且生产率高的阴极骨架体。也就是说，无法得到通过改良电子发射物质层42所要实现的电子发射寿命特性(按7小时/日计算约为10年)。另外，板厚为0.17mm或0.17mm以上时，板越厚效果越好，但另一方面，会使热容量增大，出像时间延迟。由此可知，如果考虑到既要维持改良电子发射物质层42所得到的高电子发射寿命特性，又要实现作为工业制品的易于实用化和提高生产率，则板厚以约0.3mm为限。
图5是表示本发明阴极射线管的其他实施例构成的电子枪的要部放大剖面图，与上述图4相同的部分使用相同的附图标记，省略其说明。图5中与图4不同点是电子发射物质层42是由第1层421和第2层422构成的2层结构第1层由碱土金属(钡、锶、钙)氧化物组成的；第2层是在由至少含有锶的2种成分形成的碱土金属(钡、锶、钙)氧化物中按钪相对于锶的原子重量比约为0.03的量分散氧化钪(Sc2O3)而组成的。另一不同点是，图5的结构是在基体金属41的顶部表面41a上层压形成第1层421，再在此第1层421上层压形成第2层422。
以下说明上述电子发射物质层42A的制造。首先在基体金属41的顶部表面上用通常的喷雾法粘附形成厚度约15μm的上述碱土金属碳酸盐的第1层，然后在此第1层上用同样的喷雾法粘附形成厚度约45μm的上述分散了氧化钪(Sc2O3)的碱土金属碳酸盐的第2层，接下来在阴极射线管的真空排气工序中利用热处理时施加的热量，使第1层和第2层的碱土金属碳酸盐受热分解，分别转变成碱土金属氧化物，从而同时形成电子发射物质层42A的第1层421和第2层422。
在这样的结构中，由于电子发射物质层42A是由第1层421和分散了氧化钪(Sc2O3)的第2层422构成的2层结构，氧化钪(Sc2O3)的含量相对于电子发射物质层42A内整体含有的钪的重量比在0.3到3.0的范围内。此含量由于与上述实施例的单层电子发射物质层中分散的锶的重量比0.003到0.3的范围大致相等，所以也能够得到与上述实施例完全相同的效果。
上述实施例中，就电子发射物质层42A由第1层421和第2层422构成的2层结构的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，由多层第1层421和第2层422交替层合构成的多层结构也具有与上述相同的效果。
另外，上述实施例中，就使用氧化钪作为钪化合物的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，使用钪和钡的复合氧化物代替氧化钪也能得到与上述完全相同的效果。
另外，本发明中就分散的氧化钪(Sc2O3)的含量按钪与锶的原子重量比(钪的重量/锶的重量)约为0.03的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，只要其含量按钪与锶的原子重量比在0.003到0.3的范围内，通过选择适宜的含量，就能够得到与上述基本相同的效果。
另外，上述实施例中，就作为阴极射线管使用彩色阴极射线管的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，适用于信息终端显示阴极射线管和投射式阴极射线管等时也能得到与上述相同的效果。
图6是适用本发明的其他阴极射线管的剖面图。此阴极射线管是单色的投射式阴极射线管。与
图1相同的部位使用相同的序号。投射式阴极射线管由内表面形成荧光面14的面板部11、收容电子枪19的管颈部12、连接面板部11和管颈部12的漏斗状部分13构成真空玻壳。荧光面14为单色的荧光层。真空玻壳上外装有偏转线圈、校正电子束轨道的校正用磁场装置CY和速调线圈VMC。偏转线圈DY外装在管颈部12和漏斗状部分13的过渡区。速调线圈VMC与用于会聚调整的校正用磁场装置CY被外装于管颈部12的外周。这些磁场发生装置，从荧光面侧开始，按偏转线圈DY、校正用磁场装置CY、速调线圈VMC的顺序进行配置。
本发明并不限定于上述实施方式中记载的构成和实施例中的构成，在不脱离本发明技术思想的范围内当然可以做出各种变形。
如上述说明，根据本发明，通过在碱土金属氧化物中分散平均粒径在1.2μm或1.2μm以下、相对于锶的原子重量比在0.003到0.3的范围内的钪化合物，由此可以抑制游离钡从电子发射物质层蒸发，保持高浓度状态，得到优良的高电流密度工作特性，所以难以受到阴极射线管内残留气体的影响，提高电子发射特性的原料利用率。因此可以使排气工序中的排气温度降低(排气工序的期间缩短-指数升高(index up))等排气工序大幅度合理化，得到大幅度降低阴极射线管的制造成本这样的非常好的效果。
另外，根据本发明，由于能够得到高电流密度工作特性，即使升高阴极的工作温度也能够得到良好的电子发射特性，因此可以通过排气工序中加热温度和加热时间的降低等排气工序的合理化来实现低成本化，得到大幅度降低阴极射线管的制造成本这样的非常好的效果。
进而，根据本发明，由于能够得到高电流密度工作特性，所以寿命特性就成为一个问题，但通过将与基体金属的顶部表面的电子发射物质层相接合的面的板厚设定在0.17mm或0.17mm以下，能够增大还原剂的扩散距离，由此使阴极在高工作温度的状态下能得到良好的电子发射特性，与此同时还能得到高电流工作特性，所以可以使荧光面的辉度特性和聚焦特性大幅度提高，可以得到在适用于大型显示器时实现明亮的画面这样一种非常好的效果。
权利要求
1.一种阴极射线管，至少具有由在内表面具有荧光面的面板部、收容电子枪的管颈部和连接所述面板部和管颈部的漏斗状部分构成的真空玻壳，该阴极射线管具有阴极，所述阴极的电子枪在基体金属的顶部具有电子发射物质层，其特征在于所述电子发射物质层含有分散于含锶的碱土金属氧化物中的钪化合物，所述钪化合物用激光衍射法测定的平均粒径为1.2μm或1.2μm以下，且钪与锶的原子重量比(钪的重量÷锶的重量)在0.003到0.3的范围内，所述基体金属以镍为主要成分，其中至少含有还原性金属，且顶部的板厚为0.17mm或0.17mm以上。
2.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于所述钪化合物为氧化钪或钡与钪的复合氧化物。
3.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于所述电子发射物质层为2层结构。
全文摘要
本发明提供一种在高电流密度状态下经过长时间工作时能维持稳定的电子发射特性，并且可以实现制造工艺合理化、制造成本降低、可批量生产的阴极射线管。本发明的阴极射线管的构成如下构成阴极40的电子发射物质层42由将平均粒径为1.2μm或1.2μm以下的钪化合物按钪与锶的原子重量比在0.003到0.3范围内分散于碱土金属(钡、锶、钙)氧化物组成的氧化物层中而构成，基体金属41含有以镍为主要成分的还原性金属，且与电子发射物质层42相接合的顶部表面41a的板厚为0.17mm或0.17mm以上。
文档编号H01J1/142GK1469411SQ03143139
公开日2004年1月21日 申请日期2003年6月13日 优先权日2002年6月14日
发明者小泉幸生, 小宫寿文, 岩村则夫, 夫, 文 申请人:株式会社日立显示器