专利名称：用于电子管的阴极和制备所述阴极的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电子管的阴极和用于制备所述阴极的方法，更具体地说，涉及被广泛用于普通的CTR(阴极射线管)中的涂敷有氧化物的(也称为氧化物阴极)热电子发射阴极的寿命特性的改进。
背景技术：
阴极包括一盘状的金属基体，一圆柱形的套筒，其被装配到所述金属基体的底面上用作支撑，并具有被设置在所述套筒内用于加热所述阴极的加热器，以及一位于所述金属基体的上表面上的电子发射材料层。用于电子管的氧化物阴极的优点是，由于低的功函数，其具有相当低的工作温度(700到800摄氏度)，使得其被广泛地用于普通阴极射线管中。
早期的用于电子管的氧化物阴极一般具有这样的结构，即，电子发射材料层被涂敷在金属基体上，所述电子发射材料层由基于钡的碱土金属碳酸盐制成，最好是含有钡、锶和钙的呈(Ba-Sr-Ca)CO3形式的三元碳酸盐，或者是含有钡、锶和钙的呈(Ba-Sr)CO3的形式的二元碳酸盐，所述金属基体由含有微量还原剂例如硅(Si)、镁(Mg)或钨(w)基于镍的化合物制成。所述碳酸盐通过抽空和活化处理被转换成氧化物，并被用作电子发射材料。
下面说明用于制造氧化物阴极的过程和电子发射原理。
具有碳酸钡作为主要成分的碳酸盐粉末和溶解有黏结剂例如硝化纤维的有机溶剂混合。通过喷涂或者电淀积利用所述化混合物涂敷一个金属基体，并把所述金属基体安装在电子管的电子枪上。在电子管的抽气步骤中，碳酸盐被加热器加热到1000摄氏度，因而被转换成氧化钡，由式(1)表示(1)在阴极操作期间，氧化钡和金属基体中的还原剂例如Mg或Si反应，按照下述反应，在氧化物/金属界面上，产生自由的钡，这便是电子发射的源
(2)(3)因为自由的钡起电子施主的作用，所以在阴极操作期间，阴极氧化物在物理上成为n型半导体。一般地说，当大量的电流流过半导体时，由于其自身的电阻而产生焦耳热。如果产生的焦耳热持续一个长的时间间隔，则由于自身加热而使原料蒸发或熔化，这使得阴极变劣。因而，当常规的阴极氧化物被用于大的电流密度下以便增加电子发射密度时，阴极可能会由于焦耳热而被劣化，这导致急剧地缩短阴极的寿命。
同时，如反应式(2)和(3)所示，在产生自由钡的期间内，也产生副产品，例如MgO，Ba2SiO4等。这些副产品积聚在电子发射材料层和金属基体之间的界面上而形成中间层，所述中间层作为还原剂例如Mg，Si等的扩散壁垒。结果，抑制自由钡的生成，导致缩短阴极的寿命。此外，因为中间层具有高的电阻，其妨碍电子发射电流的流动，因而限制了阴极的电流密度。
伴随着使用阴极射线管的电视或监视器朝向高清晰度和大屏幕的发展趋势，对于具有大的电流密度和长的寿命的阴极的需要不断增加。然而，早期的氧化物阴极由于上述的关于性能和寿命的缺点而不能满足需要。
作为大电流密度和长的寿命的浸渍阴极是公知的，但是其制造工艺复杂，并且其工作温度大约为1000摄氏度，高于氧化物阴极的操作温度。因而，浸渍阴极需要用熔点高得多的昂贵的材料制造，因而其实际使用受到阻碍。
从实际的观点看来，最好是改进常规的氧化物阴极，使得其具有长的寿命，并且在这方面进行了大量的研究。
详细地说，例如名称为“Cathode for Electron Tube”的Saito等人的韩国专利公开91-17481(要求名称为“Cathode for ElectronTube”的日本专利申请2-56855的优先权)披露了一种用于电子管的阴极，其中至少一个金属层例如钨或者钼被涂敷在金属基体上，并且在电子发射材料层中含有稀土金属氧化物例如Sc2O3，并且声称可以实现大的电流密度和长的寿命，因为稀土金属氧化物例如钪(Sc)用于分解中间产物，并且钨本身作为用于产生自由的钡的还原剂。
不过，作为还原剂的钨(W)不仅产生自由的钡，而且也产生由下面的反应式(4)表示的副产品，从而导致阴极的性能尤其是寿命的急剧变劣。
(4)此外，Narita等人的名称为“Cathode Member and ElectronecTube Using It”的日本专利公开No.Hei8-50849(相应于EP 0685868A1，名称为“Cathode Member and Electron Tube Having the CathodeMember Mounted Thereon”的专利)披露了一种用于电子管的阴极，即所谓的热等压压制(HIP)阴极，其中金属镍的粉末和碳酸盐混合，并在高温和高压下模制，作为电子发射层。最终的电子发射层本身由于金属镍的存在而成为导电的，并且在大电流密度的负载下产生的焦耳热被大大减少。不过，HIP(热等压压制)阴极具有大约为850摄氏度的操作温度，比常规的氧化物阴极高50摄氏度，并且热等压压制阴极的制造处理是复杂的，因而增加了制造成本。
此外，Gartner等人的名称为“Cathode Containing Solid”的日本专利公开No.Hei6-28968(相应于名称为Solid Element的EP05606436 B1的专利)披露了一种具有改进的寿命的用于电子管的阴极，这种阴极是通过对常规的氧化物阴极中使用的电子发射材料层按体积加入80％的球形金属颗粒，根据渗透原理而形成导电通路来获得的。不过，为了通过加入球形金属颗粒来发挥渗透作用，在电子发射材料层中至少按重量必须含有30％的金属颗粒，这意味着大大减少电子发射材料层的含量，导致阴极的初始发射电流的减少。
背景技术：
的另一个例子是Gartner等人的名称为“Cathode Including a SolidBody”的美国专利5592043。
在S.N.B.Hodgson在IDW’99 Proceedings of the SixthInternational Display Workshops CRT6-4(Late-News Paper)上发表的文章“Progress on the Percolation Cathode”中披露了一种具有通过对电子发射材料层按体积加入2.5-5％的针状镍颗粒而形成的渗透通路的氧化物阴极，不过，所披露的氧化物阴极，其中的电子发射材料层是通过常规的喷射处理形成的，具有其表面过于粗糙的缺点。
利用其中使用不是由空气压力引起的喷射力进行涂敷的喷涂处理，不能生产均匀的致密的涂层膜。利用喷涂处理涂敷的电子发射材料层的结构如图2和图3所示。图2是利用喷涂处理涂敷的电子发射材料层的扫描电子显微照片，放大倍数为400，其中在颗粒之间的孔的尺寸是不均匀的，并且其表面是非常粗糙的。图3是一种电子发射材料层的扫描电子显微照片，放大倍数是3000，由图可以再次证实，颗粒的尺寸和每个颗粒之间的孔的尺寸是不均匀的。
阴极的粗糙的表面使得发射的电子束在整个屏幕上的分布是不均匀的，因而导致不均匀的图像亮度，并引起“波纹”现象，其中由于电子束和屏幕上的点之间的干扰而产生镶边的图形。此外，如果阴极结构不致密，则由于在长期的操作之后出现的烧结效应，孔隙可能坍塌或缩短。
这样，在阴极和第一栅极之间的距离增加，这最终导致在阴极和第一栅极之间具有一个电位差，所述栅极用于控制电子束的发射，因而，由于发射的电子束的数量的减少而引起亮度和寿命特性的劣化。
如上所述，当在电子枪中插入具有颗粒尺寸、孔隙尺寸和平面度不均匀的电子发射材料层的阴极时，将会降低装置的质量和可靠性。在上一节中所述的阴极不能克服这些缺点。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种氧化物阴极，其中通过减少由氧化物阴极的固有电阻产生的焦耳热，可以抑制由于自发热而引起的阴极的劣化。
本发明的另一个目的在于提供一种氧化物阴极，其中通过解决由于长的操作时间而引起的阴极的收缩问题，可以减小由于在阴极和第一栅极之间的距离的不同而引起的电压分布，同时也改善了在大电流密度下操作时的寿命和亮度。
本发明的另一个目的在于提供一种具有增加的密度和平面度的电子发射层的阴极。
本发明的另一个目的在于提供一种其中的电子发射层的颗粒和孔隙尺寸被均匀控制的阴极。
本发明的另一个目的在于提供一种消除其中由于电子束和屏幕上的点之间的干扰而产生镶边的图形的“波纹”现象的阴极。
为了实现这些和其它的目的，一种用于电子管的阴极包括一金属基体和一被涂敷在所述金属基体上的电子发射材料层，其中所述电子发射材料层包含有针状的导电材料。相应于最高点和最低点之间的距离的电子发射材料层的表面粗糙度被控制为小于10微米。
在本发明的一个实施例中，针状的导电材料最好具有不大于10-1欧姆厘米的电阻率。
此外，所述针状导电材料最好包括以下物质中的至少一种碳，铟锡氧化物，镍，镁，铼，钼和铂。
更具体地说，所述针状导电材料是一种含碳的材料，所述含碳的材料可以从以下的组中选择碳纳管，碳纤维，和石墨纤维。
根据电子发射材料的总重量，被包含在电子发射材料层中的针状导电材料的含量最好按重量在电子发射材料的总重量的0.01-30％的范围内，并且电子发射材料层的厚度最好在30-80微米的范围内。
电子发射材料层最好用以下方法中的一种方法被涂敷在金属基体上印刷方法，电淀积方法和涂抹方法。更好地，利用丝网印刷方法把所述电子发射材料层涂敷在所述金属基体上。
按照本发明的另一方面，所述阴极还可以包括在金属基体和电子发射材料层之间的其颗粒尺寸小于金属基体的颗粒尺寸的金属的金属层，例如镍层。
所述金属层还可以包括基于镍的总重量的重量比为10％的钨和重量比为0.01-1％的铝，并且所述金属层的厚度最好在1到30微米的范围内。
所述金属层还可以包括从下面的金属组中选择的至少一种金属钽(Ta)，铬(Cr)，镁(Mg)，硅(Si)，和锆(Zr)。
通过结合附图，阅读下面的详细说明，可以更完整地理解本发明，更加清楚地看出本发明的优点，在附图中相同的标号表示相同的元件，其中图1是用于电子管的阴极的示意图；图2是放大400倍的用常规阴极的电子发射材料层的扫描电子显微镜(SEM)图；图3是放大3000倍的图2所示的常规阴极的电子发射材料层的扫描电子显微镜图；图4是按照本发明的实施例的氧化物阴极层的截面结构示意图；
图5是按照本发明的实施例的氧化物阴极层的截面结构示意图；图6是放大400倍的图4所示的氧化物阴极层的扫描电子显微镜图；图7是放大3000倍的图4所示的阴极的扫描电子显微镜图；图8是按照本发明的例子和按照对照例制备的阴极的相对于操作时间的寿命特性改变曲线；图9表示由按照本发明的例子和按照对照例制备的阴极的寿命特性的估算结果估计的到故障模式(MTTF)的平均时间；图10表示按照本发明的例子和按照对照例制备的阴极的截止电压的改变；图11表示按照本发明的例子和按照对照例制备的阴极的初始发射特性；以及图12表示电子发射材料层的表面粗糙度。
具体实施例方式
现在参看图1，一种阴极包括一盘状的金属基体12，一圆柱形套筒13，其被装配在金属基体12的底面上用作支撑，并具有位于其内部的用于加热阴极的加热器14，以及一被涂敷在金属基体12的上表面上的电子发射材料层11。用于电子管的氧化物阴极的优点是，由于低的功函数，其具有相当低的操作温度(700到800摄氏度)因而其被广泛地用于一般的阴极射线管中。
早期的用于电子管的氧化物阴极一般具有这样的结构在金属基体12的上方涂敷有电子发射材料层11，所述电子发射材料层由基于钡的碱土金属碳酸盐制成，最好是呈(Ba-Sr-Ca)CO3形式的含有钡，锶和钙的三元碳酸盐，或者是呈(Ba-Sr)CO3形式的含有钡，锶和钙的二元碳酸盐；所述金属基体由含有微量还原剂例如硅(Si)，镁(Mg)，或钨(W)的基于镍的化合物制成。通过抽真空或者活化处理，碳酸盐被转换成氧化物，并作为电子发射材料。
由喷涂处理涂敷的电子发射材料层的结构如图2和图3所示。图2是放大400倍的由喷涂处理涂敷的电子发射材料层的扫描电子显微镜图，其中在颗粒之间的孔的尺寸是不均匀的，因而其表面是非常粗糙的。图3是放大1000倍的电子发射材料层的扫描电子显微镜图，由该图可以证实，颗粒的尺寸和每个颗粒之间的孔的尺寸是不均匀的。
下面参照附图详细说明按照本发明的电子管的阴极。
为了消除常规的阴极在大电流密度负载下导致寿命降低的因素，研发了本发明的阴极。本发明的阴极包括在电子发射材料层中的针状导电材料，其比球形导电颗粒更有效地形成导电通路。因而，通过减少由氧化物阴极的固有电阻而产生的焦耳热，可以抑制由自加热而引起的阴极变劣。此外，电子发射材料层的表面粗糙度被控制在预定的范围内，使得由于阴极和第一栅极之间的距离的不同而引起的电压差被减到最小。此外，可以克服由于长的操作时间而引起的阴极的收缩，借以改善在大电流密度下操作时阴极的亮度和寿命。
图4和图5示意的表示按照本发明的氧化物阴极层。图4详细地示出了氧化物阴极的结构，其具有被直接涂敷在金属基体70上的含有针状导电材料51的电子发射材料50。图5表示具有金属层(中间层)60的阴极的结构，所述金属层含有镍金属52作为主要成分，被形成在金属基体70和含有针状导电材料51的电子发射材料层50之间。镍金属52可以按重量大于金属层60的95％。金属层60还可以包括难熔金属，用于增强阴极的机械强度，或者包括还原剂53。
和常规的氧化物阴极的电子发射材料层相比，其由基于钡的碳酸盐制成，例如三元碳酸盐(Ba-Sr-Ca)CO3或二元碳酸盐(Ba-Sr)CO3，按照本发明的氧化物阴极在电子发射材料层中含有针状导电材料，如图4和5所示。所述针状导电材料是导电的，其电阻率不大于10-1cm(厘米)，因而和球形导电材料相比，能够更有利地在电子发射材料层内形成导电通路。这样，通过添加数量少得多的针状导电材料，同时使电子发射材料被相对地增加，便可以大大抑制由于产生的焦耳热而导致的劣化，使得初始发射特性得以改善。
此外，由图12可见，电子发射材料层50的表面粗糙度被控制在10微米以下，所述粗糙度用电子发射材料层50的表面上的最高点50a和最低点50b之间的距离“d”来测量。由于阴极和第一栅极之间的距离的差而引起的电压改变被减到最小，因而可以减少由于阴极的长的操作时间而引起的阴极的收缩。因而，可以大大改善在大电流密度下的亮度和寿命。
下面说明用于制备按照本发明的氧化物阴极的处理。
碳酸盐膏的制备基于钡的碳酸盐粉末和针状导电粉末和有机黏合剂以及有机溶剂均匀地混合，从而制备碳酸盐膏。针状导电粉末的含量最好为碳酸盐膏的总重量的0.01-30％。如果导电粉末的含量小于按重量的0.01％，则电子发射材料层的导电率不够高，不能有效地减少焦耳热。如果导电粉末的含量大于按重量的30％，则电子发射材料的数量被相当地减少，这可能会严重地影响电子发射性能。
在按照本发明的氧化物阴极中使用的针状导电粉末中能够使用的材料包括含碳的材料，例如碳纳管(CNT)，碳纤维或石墨纤维，针状铟锡氧化物(ITO)，针状金属，例如镍，镁，铼，钼或铂及其类似物。换句话说，任何具有小于或等于10-1欧姆厘米的电阻率的针状导电材料都可以在本发明中使用。
在本发明的实施例中最好使用含碳材料例如碳纳管。从在高温下稳定结构和具有大的长度对直径的比(即长宽比)的观点看来，使用含碳材料是有利的。
当针状粉末的长度越大时，可以越有效地形成导电通道。换句话说，当针状粉末的长度增加时，则越能有利地形成导电通道。因而，通过添加少量的导电材料，便可以有效地获得导电性。
在制造氧化物阴极中使用的任何碳酸盐在本发明中都可以使用，例如(Ba-Sr-Ca)CO3或(Ba-Sr)CO3。包含在碳酸盐膏中的碳酸盐的数量按重量最好在膏的总重量的40-60％的范围内。如果碳酸盐的数量按重量少于40％，则不能实现所需的电子发射。如果碳酸盐的数量按重量大于60％，则降低混合物的流动性，导致差的涂层均匀性。
作为要加入碳酸盐膏中的黏合剂，在现有技术中使用的任何黏合剂都可以使用，具体的黏合剂的例子包括硝化纤维，乙基纤维素及其类似物。黏合剂的数量最好按重量在所用的碳酸盐膏的总重量的1-10％的范围内。如果黏合剂的含量按重量小于1％，在干燥之后黏性可能变差。如果黏合剂的含量大于10％的重量，则可能在阴极层中发生副作用，例如起泡或者引起其余形式的损伤。
为了把混合物保持在膏状状态，最好使用双缩松油醇，丁基卡必醇醋酸盐或者两者的组合作为不挥发的有机溶剂。有机溶剂的含量最好按重量在碳酸盐膏的总重量的30-50％的范围内，从而使碳酸盐膏保持在适合于印刷的状态。当有机溶剂小于30％时，所述的膏太黏，不适合于印刷。当有机溶剂大于50％时，所述的膏太稀，使得所述的膏从丝网上流掉，因而不能在所需的区域上进行合适的印刷。
在金属基体上形成金属层参见图5，在形成电子发射材料层50之前，可以被附带地插入金属层60，用于在阴极操作期间扩散中间产物和维持还原剂的扩散通路。下面简短地说明金属层的形成处理。
镍粉末以及，选择地，预定数量的钨或铝或者钨和铝作为还原剂，被混合，然后和有机黏合剂以及液态有机溶剂均匀地混合，借以制备成膏。所述的膏被涂敷在金属基体的表面上，然后在真空中或者在惰性气体中进行热处理，从而获得没有有机物的金属层。在金属基体70上涂敷金属层60的方法包括但不限于印刷，喷涂，电淀积或者涂抹。不过，为了在一个预定的范围内调节阴极的表面粗糙度，最好采用印刷方法。
此外，为了增加金属层和电子发射材料层之间的粘结力，金属层可以采取网孔或点印刷图案。在丝网印刷中，可以使用具有这种印刷图案的印刷网孔。
镍金属层的厚度(B)最好是1到30微米。在纯镍金属层的情况下，纯镍金属层的厚度最好是2-3微米。如果添加还原剂，则可以由一个中等厚度的镍金属层获得好的电子发射。当金属层的厚度超过所述范围时(大于30微米的镍金属层或者大于3微米的纯镍金属层)，则阻碍还原剂的扩散，而当厚度小于所述范围时(小于1微米的镍金属层或小于2微米的纯镍金属层)，则不能达到金属层的目的。
在金属层中添加还原剂例如钨或铝的理由是为了补偿基体金属的还原剂的延长的扩散路径。还原剂的含量最好是按重量对于钨和铝分别为镍粉末的总重量的1-10％和0.01-1％。当还原剂的数量处于这些范围内时，则具有优异而稳定的电子发射。通过使用还原金属例如钽，铬，镁，或硅代替钨或铝，也可以获得相同的效果。还原金属可以是几种金属例如钽，铬，镁，或硅的组合。
制造阴极的方法这样制备的含有针状导电材料的碳酸盐膏被涂敷在金属基体的表面上，或者被涂敷在金属基体上形成的镍金属层上，然后进行干燥，从而形成阴极。在按照本发明的用于电子管的阴极中，氧化物层的颗粒均匀地分布而没有聚合，并且孔的尺寸小于或等于10微米。阴极的表面粗糙度最好小于或等于10微米，所述粗糙度是作为电子发射材料层的表面的最高点50a和最低点50b之间的距离测量的。为了获得所述所需的粗糙度，在涂敷碳酸盐膏时可以使用适用于在涂层上施加压力的方法，例如印刷，电淀积或涂抹。印刷方法的具体例子包括丝网印刷，辊涂及其类似方法。
不过在本发明中不推荐在制造氧化物阴极时一般都采用的喷涂技术，因为喷枪的喷嘴可被包含在碳酸盐膏中的针状导电材料阻塞，并且由于在颗粒当中的聚合力使得表面粗糙度增加到20微米。此外，涂层表面的不平整不可避免地带来许多缺点，例如减少电子发射，Moire现象，以及在阴极和第一栅极之间的电压改变。
电子发射材料层最好被涂敷为30到80微米的厚度(A)，以便获得好的电子发射特性而在建立的制造条件中没有急剧变化。如果电子发射材料层的厚度(A)小于30微米，则阴极的表面温度太高，因而缩短寿命。如果电子发射材料层的厚度大于80微米，则阴极的表面温度变得太低，这在阴极射线管的抽空处理期间将引起碳酸盐的分解，使得维持好的电子发射特性是困难的。
按照本发明，提供了一种氧化物阴极，其致密程度和平整程度大约分别是常规的氧化物阴极的2-3倍和2倍。因而，在大大减少电子发射材料层的厚度的同时，可以阻止阴极的收缩，从而改善阴极的亮度和寿命特性，并阻止由于阴极和第一栅极之间施加的电压的改变而出现缺陷。
按照本发明的一个优选实施例，利用丝网印刷方法把电子发射材料层涂敷在金属基体上。在所述丝网印刷方法中，由棉线，尼龙，TEFLON或不锈钢制成的网丝被设置在一个框架上，形成可渗墨的部分和不渗墨的部分，并把油墨挤在被印刷的平面上，借以进行印刷操作。在丝网印刷方法中，因为由于底板的软的表面使得印刷压力低，所以油墨涂层厚，被印物品的材料可以自由地选择，甚至可以在弯曲的表面上印刷。丝网印刷方法可以适用于具有各种工业用途的底板，其中包括纸张，塑料板，印刷电路板等。在本发明的一个实施例中，在丝网印刷中，利用根据上述的原理操作的丝网印刷机，使用由和碳酸盐而不是油墨，针状导电粉末，合适的黏合剂以及有机溶剂和粉末材料共同沉淀而制备的膏。
这样制造的阴极用于装配电子枪，然后把电子枪密封在显示屏的漏斗中，进行抽空和活化，从而制成电子管。
下面说明基于按照本发明的用于电子管的阴极的各种性能的效果。
例1按照重量比57∶30∶4含有钡，锶和钙的60克的三元碳酸盐，0.1克的碳纳管(CNT)，1克的硝化纤维，和39克的双缩松油醇利用扎粉机搅拌和混合，制备印刷膏。使用丝网印刷机(在市场上可以从Newlong Seimitsu Koguo Co.，Japan得到，型号为No.LS-34TV)把所述的膏涂敷在由镍制成的金属基体(帽)上，厚度为50微米。其中印刷压力是2-3kg/cm2(每平方厘米千克力)，丝网印刷机的网丝和帽之间的距离大约为1.5毫米。所得的产物在大气中在150摄氏度下被干燥，从而制成所需的阴极。
这样制备的阴极的电子发射材料层的截面和表面利用扫描电子显微镜(SEM)观察进行检查。图6是放大400倍的阴极截面的扫描电子显微镜图，图7是放大3500倍的阴极表面的扫描电子显微镜图。图6和图7所示的扫描电子显微镜图表明，和图2，图3所示的相比，其中的颗粒和孔的尺寸是相当均匀的，并且所得的显微结构是致密的。
例2在往金属基体上印刷碳酸盐膏之前，通过均匀混合10克的镍粉末，0.5克的钨粉末，0.01克的铝粉末，0.1克的硝化纤维和5克的双缩松油醇制备的金属层形成膏，在金属基体上进行丝网印刷，形成厚度为2微米的金属层。用和例1相同的方式在金属层上形成电子发射材料层。
例3除去金属层利用网孔图形印刷之外，用和例2相同的方式制备用于电子管的阴极。
例4除去利用碳纤维代替CNT(碳纳管)之外，用和例1相同的方式制备用于电子管的阴极。
例5除去利用碳纤维代替碳纳管之外，用和例2相同的方式制备用于电子管的阴极。
例6除去利用针状ITO(铟锡氧化物)粉末代替碳纳管之外，用和例2相同的方式制备用于电子管的阴极。
例7除去利用镍细丝代替碳纳管之外，用和例2相同的方式制备用于电子管的阴极。
例8除去利用铂细丝代替碳纳管之外，用和例2相同的方式制备用于电子管的阴极。
对照例1制备通常使用的喷涂合成物，其包含碳酸盐粉末，硝化纤维，异戊基醋酸盐，二乙基草酸盐，其数量按照重量分别为40-50％，0.3-0.4％，45-55％，以及4.5-5.5％。在喷涂料斗被保持在大约80摄氏度和2-5kgf/cm2(每平方厘米千克力)的同时，使用喷涂方法喷涂制备的合成物，从而形成电子发射材料层，所得产品在大气中150摄氏度的温度下进行干燥。所得的电子发射材料层的截面和表面的SEM(扫描电子显微镜)图如图2和图3所示。
对照例2除去对喷涂合成物添加10％重量的球形镍颗粒之外，以和对照例1相同的方式制备用于电子管的阴极。
对在上述的例子和对照例中制备的阴极具有的各种特性评价如下。
(1)寿命特性按下述处理进行制备的每个阴极的寿命特性的评价在加热器的操作电压为6.3V，操作温度为760摄氏度，初始电流密度为5A/cm2(每平方厘米安)的阴极负载条件下，在一段操作时间内测量阴极电流(IK)的改变，所述改变被确定为在预定的时间间隔内的IK(阴极电流)的残留率。一般地说，阴极的寿命被定义为到故障模式的平均时间(MTTF)，其相应于阴极电流IK残留率达到50％所经过的时间。图8表示在本发明的例子和对照例中制备的阴极在5A/cm2的大电流密度下的寿命特性的评价结果，图9表示对于在本发明的例子和对照例中制备的阴极的寿命特性由所述评价结果估算的MTTF(到故障模式的平均时间)。虽然常规的阴极(对照例1)的MTTF为4000-5000小时，但是本发明的阴极的MTTF却大于或等于25000小时。即，和常规阴极相比，寿命特性具有显著地改善。此外，按照本发明的阴极表明，基本上没有钡蒸发的减少和截止漂移量。图10表示工作5000小时的阴极的截止电压相对于初始截止电压的改变(截止漂移)，由图可以证实，在本发明的例子中制备的阴极和在对照例中制备的阴极相比，在5A/cm2的大电流密度下，具有在一段操作时间内显著减小的发射特性和极好的寿命特性。
(2)初始发射特性在电子管被制成之后立即测量初始发射特性用于评价电子枪的阴极的的缺陷或电子发射能力，并且一般在6.3V的加热器操作电压下对阴极和电子枪栅极施加预定电压时通过测量从阴极发射的电流进行所述估算。图11表示在本发明的例子中和对照例中制备的阴极的初始发射特性(初始发射电流，以微安表示)。参见图11，按照本发明的用于电子管的阴极比对照例2中的常规阴极含有少量的导电材料，和对照例2的常规阴极相比，其具有改进的寿命和初始发射特性。
(3)表面粗糙度由放大200到500倍的SEM(扫描电子显微镜)图确定氧化物阴极层的截面的最高点和最低点之间的距离。测量结果表明，在例1和例2中制备的阴极具有小于或等于5微米的表面粗糙度，而在对照例1和2中制备的阴极具有大约为20微米的表面粗糙度。
(4)孔尺寸分布利用大约放大3000倍的SEM(扫描电子显微镜)图确定孔尺寸分布，所述孔尺寸分布被确定为一个预定面积对由阴极的孔占据的面积的比。测量结果证实，例1和例2阴极的孔尺寸小于或等于5微米，而对照例1和2中制备的阴极具有大约为20微米的孔尺寸。
(5)颗粒凝聚尺寸分布利用放大约3000倍的SEM(扫描电子显微镜)对阴极作图以检查颗粒凝聚状态。结果表示，在例1和例2的阴极中，5-7微米的碳酸盐颗粒处于分散状态而没有凝聚，而在例1和例2的对照例的阴极中，碳酸盐颗粒发生凝聚而成为30到50微米的颗粒。
如上所述，因为含有针状导电材料的电子发射材料层的自发热而产生的焦耳热被减小，即使在使用一个长的时间之后，由于在阴极和第一栅极之间的距离的不均匀性而导致的电压的改变被减到最小。此外，因为通过利用高密度、高平面性的电子发射材料层，可以阻止在阴极中分布的孔的收缩或塌陷，所以按照本发明的阴极具有改进的寿命、截止电压和图像质量特性。
如上所述，在按照本发明的用于电子管的阴极中，在电子发射材料层中包含针状导电材料，从而有效地形成导电通路，借以使得由于电子发射材料层的自发热而产生的焦耳热被减到最小。此外，电子发射材料层的颗粒和孔的尺寸被均匀地控制，电子发射材料层的密度和多孔性也被控制，和利用喷涂方法制造的常规阴极相比，可以改善阴极的密度和表明平整度。因而，在阴极的操作期间，可以阻止阴极的收缩，因而维持在阴极和第一栅极之间的距离的均匀性，借以改善寿命特性，并且使得具有稳定的发射特性。因此，即使在大电流密度下，这对于较大的和较高清晰度的阴极射线管是需要的，按照本发明的电子管阴极可以显著地改善寿命特性。
权利要求
1.一种用于电子管的阴极，其包括一金属基体；以及一被涂敷在所述金属基体上的电子发射材料层，所述电子发射材料层包含有针状的导电材料，并且相应于电子发射材料层上的最高点和最低点之间的距离的表面粗糙度小于10微米。
2.如权利要求1所述的阴极，其中所述的阴极是氧化物阴极。
3.如权利要求2所述的阴极，还包括所述针状导电材料，其是从以下物质构成的组中选择的至少一种碳，铟锡氧化物，镍，镁，铼，钼和铂。
4.如权利要求2所述的阴极，还包括所述针状导电材料是一种含碳的材料，
5.如权利要求4所述的阴极，还包括所述含碳材料可以从基本上由以下材料构成的组中选择碳纳管，碳纤维，和石墨纤维。
6.如权利要求2所述的阴极，其中还包括所述针状导电材料是镍。
7.如权利要求2所述的阴极，其中还包括在电子发射材料层中的针状导电材料的含量按重量比在电子发射材料的总重量的0.01-30％的范围内。
8.如权利要求2所述的阴极，其中还包括所述针状导电材料是一种含碳的材料，其中所述针状导电材料的含量按重量在所述电子发射材料的总重量的0.01-30％的范围内，并且所述电子发射材料层的厚度最好在30-80微米的范围内。
9.如权利要求2所述的阴极，其中还包括所述电子发射材料层用以下方法中的一种方法被涂敷在金属基体上印刷方法，电淀积方法和涂抹方法。
10.如权利要求2所述的阴极，其中还包括利用丝网印刷方法把所述电子发射材料层涂敷在所述金属基体上。
11.如权利要求2所述的阴极，还包括含有其颗粒尺寸小于所述金属基体的颗粒尺寸的镍颗粒的金属层，所述金属层被形成在所述金属基体和所述电子发射材料层之间。
12.如权利要求11所述的阴极，其中所述金属层包括从下面的金属构成的组中选择的至少一种金属钽(Ta)，铬(Cr)，镁(Mg)，硅(Si)，和锆(Zr)。
13.如权利要求11所述的阴极，其中所述金属层的厚度在1到30微米的范围内。
全文摘要
一种用于电子管的阴极，包括金属基体和涂敷在金属基体上的电子发射材料层，其中电子发射材料层含有针状导电材料，相应于在电子发射材料层的表面上的最高点和最低点之间的距离的表面粗糙度被控制在10微米以下。在电子发射材料层中含有针状导电材料，以便有效地形成导电通路，从而减少由于电子发射材料层的自发热而产生的焦耳热。此外，电子发射材料层的颗粒和孔的尺寸也被均匀地控制，和由喷涂方法制备的常规阴极相比，可以改善阴极的密度和平面性。因而，在阴极操作期间，可以阻止阴极的收缩，因而可以维持阴极和第一栅极之间的距离的均匀性，从而改善寿命特性，并使得具有稳定的发射特性。
文档编号H01J29/04GK1393903SQ02124900
公开日2003年1月29日 申请日期2002年6月24日 优先权日2001年6月22日
发明者崔钟书, 韩东熙, 韩承权, 徐东呁, 申浮澈, 卢焕哲 申请人:三星Sdi株式会社