专利名称：阴极射线管用阴极结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电视机和计算机监视器等的阴极射线管的电子枪所配置的阴极结构体。
背景技术：
如图2所示，阴极射线管1包括面板部3，在其内表面有荧光面2；锥体部4，接合在面板部3的后方；以及电子枪6，配置在锥体部4的管颈部7的内部，发射电子束5。
在电子枪106的一端部设置旁热型的阴极结构体108。如图8所示，在阴极结构体108中，筒状套筒109的一端部上覆盖杯状的基体110，在基体110的表面上形成发射电子的作为电子发射性发射极的电子发射物质层111。此外，在筒状套筒109的内部，在金属线线圈112上配有氧化铝绝缘层113和在其上层中带有石墨层114的线圈状的加热热丝115。通常，将电子发射物质层111形成在面对电子发射侧的整个基体表面120上。
还提出了仅在基体表面的中央部上通过喷射等来粘结包含碱土金属等电子发射物质层的阴极结构体(特开平5-334954号公报)。在该阴极结构体中，通过减少与平均电子发射无关的周边部中的电子发射物质层，使来自热丝的热高效率地被电子发射物质层吸收。
但是，在阴极激活工艺中，基体中含有的还原性元素(例如，镁、硅等)热扩散到电子发射物质和基体的界面上，将电子发射物质(主要成分为氧化钡等碱土氧化物)还原，生成自由游离钡，从而可以进行电子发射。该还原反应如以下的式所示。
但是，在上述现有的阴极结构体中，在初始的激活工艺中存在不可获得充分的电子发射的问题，以及工作中电子发射随时间的减少增大的问题。而且，因还原反应的推进，工作中电子发射物质层的收缩过大，存在与对置电极和电子发射物质之间的距离呈反比的截止电压(电子束消去电压)的变动加大的问题。
发明概述根据本发明的研究和从特开平5-334954号公报所述的完全改善热效率的观点，发现如果调整电子发射物质量和基体的大小，以便满足规定的关系，则适当推进上述还原反应，可以解决上述课题。
本发明的目的在于，通过使基体的大小和电子发射物质层的大小之间的关系最佳，来提供改善特性的阴极结构体。
本发明的阴极结构体的一个形态是在包含还原性元素的基体上形成电子发射物质层的阴极射线管用阴极结构体，其特征在于，在所述基体的层形成面的面积为A、所述基体和所述电子发射物质层的接触面积为B时，0.24≤B/A≤0.93。
这里，基体的层形成面指面对基体的电子发射侧的表面，而基体的侧面不适用。如果层形成面是圆形，则根据其直径d按照π(d/2)2来求该面的面积。
根据该阴极结构体，即使长期使用，也可获得实用上充分的阴极电流，并且可以显著地降低各阴极的初始阴极电流的离散。如果决定基体的大小，则可以容易地决定实用工作上需要的电子发射物质层的大小。
此外，本发明的阴极结构体的另一形态是在包含还原性元素的基体上形成电子发射物质层的阴极，其特征在于，在所述基体的厚度为C、所述电子发射物质层的厚度为D时，满足0.4≤D/C≤0.7的关系。
根据该阴极结构体，可以减少截止电压的变动。
特别是如果形成满足上述两关系(0.24≤B/S≤0.93、0.4≤D/C≤0.7)的阴极结构体，则寿命长并且截止电压的变动小。
附图的简单说明
图1是本发明的阴极结构体的一形态的剖面图。
图2是表示阴极射线管的示例剖面图。
图3是表示加速寿命试验中的G1电压和阴极电流的关系图。
图4是表示比率B/A和零电场饱和电流密度的关系图。
图5是说明在基体和电子发射物质层之间引起的化学反应的阴极结构体模式的部分剖面图。
图6是表示比率D/C和零电场饱和电流密度的关系图。
图7是表示比率D/C和截止电压下降率的关系图。
图8是现有的阴极结构体的一形态的剖面图。
实施发明的最好形式以下，参照附图来说明本发明的优选实施例。
如图1所示，在作为本发明的优选的一形态的阴极结构体8中，将杯状的基体10焊接在套筒9上，以便覆盖筒状套筒9的一端部。在基体10的上方表面(层形成面)20上，形成作为发射热电子的电子发射性发射极的电子发射物质层11。在筒状套筒9的内部，配有在金属线线圈12上有氧化铝绝缘层13和在其上层的石墨层14的线圈状的加热用热丝15。
基体10以镍为主要成分，并包含镁、硅等还原性元素。作为还原性元素，也可以使用钨、铝等。
如果基体上方表面20的面积为A、基体10和电子发射物质层11的接触面积为B，则比率B/A在0.24以上、0.93以下的范围。此外，如果基体10的厚度为C、电子发射物质层11的厚度为D，则比率D/C在0.4以上、0.7以下的范围。面积A是除了基体10的侧面21以外、面对电子发射侧的上方表面20的面积。
通过控制比率B/A和比率D/C来使得达到上述数值范围内，如下所述，在经过5000小时的加速寿命试验后，可以实现零电场饱和电流密度在6.4[A/cm2]以上、截止电压为初始值的85[％]以内这样的通常工作中十分良好的性能。
下面说明电子发射物质层11的形成方法例。首先，在85[％]的碳酸丁烷、15[％]的硝酸组成的有机溶剂中，溶解以碱土金属碳酸盐为主要成分的粉末，制作混合涂敷液(树脂溶液)。粉末至少包含碳酸钡、锶和钙的至少一个。例如，碳酸钡和碳酸锶的含有率在重量比上达到1∶1就可以。
接着，通过喷射将该混合涂敷液涂敷在基体10的表面20上。通过将带有与规定的电子发射物质涂敷部相当的开口部的框(图中未示出)覆盖在基体10上，可以仅在规定的部分上形成电子发射物质层11。只要调整喷射时间，就可以控制电子发射物质层11的厚度。
电子发射物质层11的厚度测定例如是从电子发射物质层11的上方按压金属板，来测定基体10和电子发射物质层11的合计厚度，通过从该值中减去基体10的厚度就可以测定。金属板的重量为20[g]左右合适。
最后，根据在现有的阴极结构体中惯用的方法，进行从碳酸盐向氧化物的分解、以及使一部分氧化物还原的激活。
实施例以下，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不限于以下的对基体(上表面为圆形)的大小、在其上喷涂的电子发射物质层(同样的圆形)的面积或厚度进行各种变更，制作图1所示形态的阴极。
作为阴极，为了确认基体表面积A和电子发射物质层面积B的关系，对于层形成面的直径分别为0.1、0.2、0.3[mm]的3种基体，准备以比率B/A达到1.0、0.88、0.62、0.24、0.1那样形成的5种电子发射物质层.基体的厚度按100[μm]固定，电子发射物质层的厚度按65[μm]固定。
此外，为了确认基体的厚度C和电子发射物质层的厚度D的关系，对于厚度分别为0.1、0.15、0.2[mm]的3种基体，准备以比率D/C达到0.32、0.65、0.937的3种电子发射物质层，即准备总共9种阴极。基体的层形成面的直径按0.2[mm]固定，电子发射物质层的直径按1.6[mm]固定。
接着，使用这些阴极来组装17英寸监视器管用电子枪的三极部，将其密封在真空管(真空度10-7[mmHg])中，然后进行排气并形成评价用模拟管。
使用这样制作的模拟管来进行寿命试验。寿命试验的条件是阴极温度为820[℃]，阴极取出电流为DC300[μA]。按该条件进行的试验与通常工作760[℃]的加速寿命试验相当。
首先，调查电子发射物质层面积B和基体表面积A的比率B/A对电子发射特性产生的影响。这里，在电子发射能力的评价中，使用零电场饱和电流密度和阴极截止电压。这些值在以下说明。
图3表示G1电极上施加的脉冲电压和阴极电流(电子发射)的关系，表示寿命试验中的寿命5000小时时的测定结果示例。G1电极是与电极部的阴极对置的电极，这种情况下，是用于从阴极中拉出电子的拉出电极。
图3中的曲线a是测定电极G1上施加正的脉冲电压时流动的阴极电流，描绘(肖特基曲线)阴极电流的对数与施加电压的平方根所得的曲线。在施加电压低的区域中，G1电压增加，并且阴极电流急剧增加，在G1电压充分高的区域中达到饱和而变为直线。将该直线部分在G1电压为0前外插所得的直线b的G1电压0的电流值J0称为零电场饱和发射。零电场饱和发射表示除去电场影响以外的阴极本身的电子发射能力。将该零电场饱和发射J0除以电子发射物质层的表面积所得的值定义为零电场饱和电流密度。零电场饱和电流密度越高，阴极具有越好的电子发射能力。
此外，阴极截止电压指三极管工作中对阴极施加电压进行驱动时阴极电流变为0时的G1电压。
在经过5000小时的加速寿命试验后，如果零电场饱和电流密度在6.4[A/cm2]以上、阴极截止电压是初始值的85[％]以内的值，则在通常工作中具有十分良好的性能。
图4表示在寿命试验中的寿命5000小时时的比率B/A和零电场饱和电流密度的关系。
图4中的曲线a表示基体直径为0.3[mm]的情况，曲线b表示0.2[mm]的情况，而曲线c表示0.3[mm]的情况。由图4可知，无论在哪个基体直径中，只要比率B/A在0.24以上、0.93以下的范围，就可以得到实用上充分的、即6.4[A/cm2]以上的零电场饱和电流密度。
其理由可以说明如下。
图5模式地表示在基体10和电子发射物质层11的内部产生的现象。通过热丝(图中未示出)来加热基体10后，基体10中的还原性元素(镁、硅等)因加热而扩散。接触电子发射物质层11的部分还原性元素51a因对电子发射物质层11中的电子发射物质进行还原而被消耗。还原的电子发射物质变为游离自由钡，产生发射电子52。不接触电子发射物质层11部分中存在的还原性元素51b根据基体10中的还原性元素的浓度梯度而扩散，到达接触电子发射物质层11的部分。然后，增强使电子发射物质层11进行还原的作用。可以认为，这一连串的过程在阴极的面积的比率B/A在0.24至0.93的数值范围内的情况下被适当地推进。
此外，每个阴极的寿命试验初期的零电场饱和电流密度的离散在上述数值范围以外时为σ＝5.9，而在上述数值范围内时为σ＝2.4，减少约1/2。这是因为如果电子发射物质层的接触面积B与基体上表面的面积A的比率过大，则在还原性元素的还原反应上产生离散，初期零电场饱和电流密度的离散增大。另一方面，如果比率B/A过小，则面积的离散明显地反映在初期零电场饱和电流密度上。如果使比率B/A在规定的范围内，则在电子发射物质层的钡的数量和还原性元素的数量达到平衡的状态下进行化学反应，所以还可以抑制电子发射的离散。
如果比率B/A为0.88以下，则零电场饱和电流密度被进一步改善为6.65[A/cm2]。此外，如果比率B/A为0.62以下，则可以大幅度削减电子发射物质的使用量，从降低成本的观点来看更有利。
如果比率B/A为0.35以上，则在制造时不需要变更设备，此外，可以抑制发射极的剥离，进一步提高品质。此外，如果比率B/A为0.40以上，则可以将到达寿命结束规定(截止变动-10％、发射下降率30％)前的寿命延长，所以十分有利。
接着，调查基体的厚度C和电子发射物质层的厚度D的比率D/C对电子发射特性产生的影响。
图6表示经过5000小时寿命试验后(寿命5000小时)的比率D/C和零电场饱和电流密度的关系。
图6中的曲线a表示基体的厚度为0.1[mm]的情况，曲线b表示0.15[mm]的情况，而曲线c表示0.2[mm]的情况。由图6可知，在D/C为0.4以上的情况下，在寿命5000小时时可获得6.4[A/cm2]以上的零电场饱和电流密度。还原反应的产生容易度与电子发射物质层的钡和还原性元素数的比率呈正比。因此，如果比率D/C过小，则还原反应很少，电子发射减少。
图7表示相同寿命5000小时的比率D/C和截止电压下降的比例的关系。图7中的曲线a表示基体的厚度为0.1[mm]的情况，曲线b表示0.15[mm]的情况，而曲线c表示0.2[mm]的情况。由图7可知，如果比率D/C为0.7以下，则截止电压在-15[％]以内，即可以确保初始值的85[％]以上的值。
根据发明人的研究，电子发射物质层因工作中的还原反应而与其厚度呈正比收缩。如果比率D/C增大，则电子发射物质层的厚度相对变大，工作中的收缩增大，截止电压的变动增大。因此，为了抑制电子发射能力的下降，D/C最好在规定的值以下。
由图6和图7所示的结果可确认，比率D/C最好在0.4以上、0.7以下。
产业上的可利用性如以上那样，根据本发明，可以提供与各种大小的基体对应的最佳大小的电子发射物质层，并且可以提供每个阴极的零电场饱和电流密度的离散小、截止电压的变动少、寿命长的阴极结构体。此外，只要决定了基体的大小，就可以容易地决定实用工作中需要的电子发射物质层的大小，所以可以容易并且迅速的进行阴极结构体的设计。这样，本发明在阴极射线管的技术领域中产业上的利用价值大。
权利要求
1.一种阴极射线管用阴极结构体，在包含还原性元素的基体上形成电子发射物质层，其特征在于，在所述基体的层形成面的面积为A、所述基体和所述电子发射物质层的接触面积为B时，0.24≤B/A≤0.93。
2.如权利要求1所述的阴极射线管用阴极结构体，B/A≤0.88。
3.如权利要求1所述的阴极射线管用阴极结构体，B/A≥0.35。
4.如权利要求1所述的阴极射线管用阴极结构体，在基体厚度为C、电子发射物质层的厚度为D时，0.4≤D/C≤0.7。
5.一种阴极射线管用阴极结构体，在包含还原性元素的基体上形成电子发射物质层，其特征在于，在所述基体厚度为C、所述电子发射物质层的厚度为D时，0.4≤/C≤0.7。
6.如权利要求5所述的阴极射线管用阴极结构体，在基体的层形成面的面积为A、所述基体和电子发射物质层的接触面积为B时，0.24≤B/A≤0.93。
全文摘要
在包含还原性元素的基体上形成电子发射物质层的阴极中,如果基体的层形成面为A、基体和电子发射物质层的接触面积为B,则0.24≤B/A≤0.93。此外,如果基体的厚度为C、电子发射物质层的厚度为D,则0.4≤D/C≤0.7。这样,可提供可获得充分的电子发射、工作中电子发射随时间的减小少、截止电压的变动小的阴极结构体。
文档编号H01J1/20GK1332886SQ99815219
公开日2002年1月23日 申请日期1999年10月25日 优先权日1998年10月28日
发明者山岸未果 申请人:松下电器产业株式会社