CN1287403C - 电子源电极及其制造方法和电子管 - Google Patents

Abstract

本专利申请公布了能够使电子发射源区域周围的厚度变薄，并能够提高电流分配率的电子源电极，它的制造方法和用该电子源电极的电子管。这个电子管备有基板，在这个基板形成的电子发射源区域，和包围这个电子发射源区域周围的屏蔽区域，这个屏蔽区域是当用干式法生成电子发射源时由不生成该电子发射源的材料形成的。结果，即便使电子引出电极和电子源电极的间隙变窄，阳极电流对总电流的比率也很高，提高了电流分配率。

Description

电子源电极及其制造方法和电子管

技术领域

本发明涉及电子源电极及其制造方法和用该电子源电极的电子管。

背景技术

从配置在阴极一侧的电子源发射出来的电子与由在对置电极上形成的荧光体层构成的发光部分碰撞进行发光的荧光显示管等的电子管是众所周知的。这种电子管是用从亚微米到微米大小的微小电子发射源的真空微器件的一种。基本构成是与已有的真空管相同的三极管，但是不用热阴极，而是用在阴极(发射极)上集中高电场通过量子力学的隧道效应引出电子的电子发射源作为电极。

这种引出的电子被阳极和阴极之间的电压加速，与在阳极上形成的荧光体层碰撞使它受到激励而发光。由阴极电子束使荧光体激励发光这一点与阴极射线管的原理相同，但是与阴极射线管比较具有体积，重量和消耗功率都小的特长。进一步，与液晶器件装置比较，具有不需要后照光，并且视野角宽广的特长。

电子源电极的一个例子如图6和图7所示。图6是表示阴极和电子引出电极的电极构造的图，图7是表示包含阳极的电子管构造的图。

成为阴极的电子源电极6是在导体基板7的表面上形成碳毫微管，类似金钢石的碳等的电子发射源8，在它上面设置具有大致与这个电子发射源8平行地对置的形成格子状的网格部分9a的电子引出电极9。

在这种电极构造中，当使电子引出电极9对于电子源电极6处于正电位那样地加上电压时，产生场致电子发射，从电子源电极6引出电子。引出的电子分成流入电子引出电极9和通过网格部分9a流入阳极10的两部分(图7)。

可是，在图6和图7所示的电极构造中，流入电子引出电极9的电子数目比通过电子引出电极9使荧光体发光的电子数目多，使阳极电流I_A对于流入电子引出电极的栅极电流I_G和阳极电流I_A相加的总电流的比率(以下将这个比率称为电流分配率)降低。我们认为这是因为电子引出电极9的电位对于成为阴极的电子源电极6平行分布，所以如图6中的箭头所示，从电子源电极引出的电子中，流入电子引出电极9的电子e_G的数目比通过网格部分9a到达阳极10的电子e_A的数目多，对发光没有贡献的栅极电流I_G的比率增大所致。考虑到从直接在网格部分9a下面以外的电子源电极发射的电子几乎都成为对发光没有贡献的无效电流的栅极电流，根据本发明者的调查，在已有的电极构造中，电流分配率约为5～10％。又，当电子引出电极和电子源电极的间隙变窄时，发生相互接触等那样的问题。

作为电子发射源领域的形态，除了在平板状的导体基板表面上形成电子发射源的形态外，还有在导体基板表面上形成许多孔的电极构造。这时，当用CVD法等的干式法形成电子发射源时，通过许多孔在导体基板表面和里面也形成碳毫微管等的电子发射源。因为在电子发射面和相反一侧的里面上形成的电子发射源不能简单地用吹风等方法除去，所以出现下面那样的问题。

(1)当将形成电子发射源的导体基板固定在其它的基础金属等上时，电子发射源夹在两者之间使电极的平坦性恶化，并使电子引出电极和电子源电极的间隙的再现性恶化。

(2)又，因为与基础金属的熔接成为通过碳毫微管等的电子发射源的熔接，所以熔接强度降低。

(3)成为装配电极时电子引出电极和电子源电极之间发生进入接触的原因。

发明内容

本发明的目的是提供即便电子引出电极和电子源电极的间隙变窄，阳极电流对总电流的比率也很高，能够提高电流分配率的电子源电极及其制造方法和用该电子源电极的电子管。

本发明的电子源电极，包括：基板，在这个基板上形成的电子发射源区域，包围这个电子发射源区域周围的屏蔽区域，其中上述屏蔽区域是由当用干式法在上述电子发射源区域生成电子发射源时不使该电子发射源生成的导电性材料形成的，利用与这个电子源电极大致平行对置地形成的、具有网格部分的电子引出电极将电子引出。

上述电子发射源区域的特征是生成电子发射源时的表面是由铁或含铁的铁系材料形成的。

又，上述电子发射源的特征是它是碳毫微管层。

上述屏蔽区域的特征是它的表面是由铁或含铁的铁系材料以外的非铁材料形成的。

为了提高电子管中的电流分配率，我们也考虑在图6中，用金属覆盖物覆盖直接在网格部分9a下面以外的电子源电极区域。但是，为了能够在更低的电压下发射更多的电子，电子引出电极和电子源电极的间隙要尽可能地短。因此，将电极间隙设定在100～200μm，但是因为金属薄板的厚度通常在70μm左右，所以例如当将电极间隙设定在100μm时，金属覆盖物的表面和电子引出电极的间隔成为30μm。对于30μm的间隔来说，由于金属薄板的弯曲，溶接时的变化等很容易使金属覆盖物与电子引出电极接触，从而不能够引出电子。又，当金属薄板的厚度为50μm左右时，固定时金属薄板本身会发生变形。当电极间隔取得过大时，电子的引出电压提高。这样，即便说是用金属覆盖物覆盖的对策，为了用实用范围内的驱动电压，例如约300V以下的低电压进行驱动，也使制造的成品率恶化，又，因为部件数目增加所以制造成本上升。

本发明的电子源电极，通过当用干式法生成电子发射源时，用不生成该电子发射源的材料，特别是用非铁材料形成屏蔽区域，能够在电子发射源区域内选择地生成碳毫微管等的电子发射源，又，能够使电子发射源区域周围的厚度变薄，并且能够提高电流分配率。

其它的电子源电极的特征是它备有具有许多孔的由铁或含铁的铁系材料构成的基板和在形成这些孔的基板上的电子发射源区域，形成上述电子发射源区域的面的里面是当用干式法生成电子发射源时用不使电子发射源生成的导电性材料形成的。

通过在形成电子发射源区域的面的里面，形成不生成电子发射源的导电性材料，因为不生成碳毫微管等所以该里面成为平坦的面。结果，即便将导体基板固定在其它的基础金属等上，也能够提高电子引出电极和电子源电极的间隙的再现性。又，能够提高固定时的熔接强度。

本发明的电子源电极的制造方法的特征是它备有在由铁或含铁的铁系材料构成的基板表面上形成电子发射源的区域的周围印刷铜涂料的工序，在还原性气体中烧制铜涂料的工序，和用用于电子发射材料的原料气体在导体基板表面生成电子发射源的工序。

用印刷法，能够容易地形成任意形状的铜层。又，通过用用于电子发射源的原料气体的干式法生成电子发射源，能够在需要的地方形成电极。

本发明的电子管的特征是它是在外围器内收藏着上述电子源电极，具有与这个电子源电极大致平行对置地形成的网格部分的电子引出电极，和夹着这个电子引出电极与上述电子源电极对置的阳极的电子管，在与电子引出电极的网格部分对置的区域内配置电子发射源。

通过用上述本发明的电子源电极，因为能够缩短该电子源电极与电子引出电极的间隔，所以能够达到通过降低电子引出电流节省功率的目的。又，因为不用金属覆盖物等，所以能够通过减少部件数目提高制造的成品率。

附图说明

图1是表示电子源电极的一个例子的电极截面图。

图2是表示电子源电极的一个例子的电极平面图。

图3是表示电子发射源区域的电极部分的截面图。

图4是表示电子管中的电子源电极和电子引出电极的电极构造的图。

图5是表示用热CVD法的电子发射源生成装置的图。

图6是表示没有屏蔽区域的电子源电极的一个例子的电极截面图。

图7是表示包含没有屏蔽区域的电子源电极的阳极的电子管构造的图。

具体实施方式

现在我们参照图1和图2说明本发明的电子源电极的一个例子。

电子源电极1是由基板2，在这个基板2上印刷厚膜铜涂料后，在还原性气体中进行烧制得到的屏蔽区域3，和在由这个屏蔽区域3包围的内部中形成的电子发射源区域4构成的。

可以在基板2的表面上至少形成能够用干式法生成成为电子发射源的碳毫微管等的电子发射源的材料。能够使用例如在铁板，铁合金板或玻璃基板和镁橄榄石等的陶瓷基板的表面上形成铁或含铁的铁系材料的基板。作为铁或含铁的铁系材料，最好是具有与后述的电子引出电极材料大致相等的热膨胀系数值的金属薄板，具体地说，能够举出426合金，42合金，36合金，不锈钢(SUS304)，铁镍合金，铸铁，纯铁等薄板的例子。

用干式法在基板2上形成电子发射源区域4。这里所谓的干式法是激光蒸涂法，电阻加热法，等离子体法，热CVD法，微波等离子体CVD法，电子束蒸涂法等，能够主要通过气相成长形成成为电子发射源的碳毫微管等的碳系电子发射源的方法。作为令人满意的方法，在存在非活性气体或氢气下导入反应气体的干式法是很好的，更好的是存在氢气下导入一氧化碳，在基板上析出热分解成分形成碳毫微管的方法。

此外，电子发射源能够用容易发射电子的材料，例如电子发射阈值电场约为20V/μm以下的材料，并且在屏蔽区域中能够用不生成电子发射源的材料。作为这样的材料，除了碳毫微管外，可以举出，例如，类似金钢石的碳(DLC)，单晶金钢石，多晶金钢石，非晶金钢石，非晶碳等的碳系电子发射源材料。

屏蔽区域3是由不能使碳毫微管等的碳系电子发射源开始气相成长的材料形成的。在本发明中，最好用铁或不含铁的非铁系材料层。作为适合的非铁材料，可以举出铜，镍，钴，钼，钛，钨，包含它们中的1种或2种以上的非铁合金，或陶瓷等。

形成屏蔽区域3的方法可以举出印刷方法，非电解电镀法，激光蒸涂法，电阻加热法，等离子体法，热CVD法，微波等离子体CVD法，电子束蒸涂法等。

特别是在用以所定膜厚印刷了铜涂料后，在还原性气体中烧制得到的铜导体层和在存在氢气下导入一氧化碳的方法中，因为能够形成没有生成电子发射源时的催化作用的铜层，所以在铜导体层区域上不生成碳毫微管。

电子源电极1中的屏蔽区域3的层厚因形成屏蔽区域的方法的不同而不同，但是最好为1～50μm。由于设定在这个范围内，能够防止形成电子发射源。

最好电子源电极1中的电子发射源区域4和屏蔽区域3的厚度大致相同。由于大致相同，形成电子管时能够缩短与电子引出电极的距离。结果，使流入电子引出电极的电子数增多，提高作为电子管时的电流分配率。

作为电子发射源区域4的形态，也可以具有平板状，形成许多孔的状态，或在表面形成突起的状态。在这些形态中至少在电子引出电极一侧的表面上形成电子发射源。从容易形成屏蔽区域3出发最好是平板状的。

下面我们用图3说明形成许多孔的电子发射源电极。

在电子发射源电极1a中，在平板状的导体基板2上形成许多孔2a，在成为导体基板2的里面的面上形成屏蔽区域3a。在这个电极基板上，除了里面的屏蔽区域3a外，通过用干式法进行气相成长，形成电子发射源4。

屏蔽区域3a能够用上述的非铁材料。例如，能够用上述的铜涂料形成的铜层。

下面我们用图1说明电子源电极1的制造方法。

首先，在表面上具有铁或含铁的材料的基板表面上通过厚膜印刷在电子发射源区域4的周围加上铜涂料。能够采用众所周知的铜涂料和印刷方法作为这里的铜涂料和厚膜印刷。

成为电子发射源区域4的电极形状，例如，也可以是在基板2的表面上分割形成的电独立的电极群。这时，通过分别控制各个电子源电极可以得到适合于静态驱动的显示管。又，也可以与彩色显示对应地设置3条带。在由形成阳极一侧的一个象素的红(R)，绿(G)，蓝(B)构成荧光体层上形成各个发射电子的电极。通过交叉配置这个电子源电极和多个并列设置的带状电子引出电极形成矩阵的交点，能够得到适合于动态驱动的彩色显示管。

其次，在还原性气体中烧制上述铜涂料形成屏蔽区域。作为还原性气体，能够用氮气，氢气，氮气和氢气的混合气体，氩气等，根据铜涂料的种类等烧制温度是不同的，但是最好在600～900℃，10～30分钟之间。又，屏蔽区域的层厚最好为5～50μm。

最后，通过用用于电子发射材料的原料气体在基板表面的电极形状区域中生成电子发射源。下面我们参照图5说明电子发射源生成装置和方法。

电子发射源生成装置21是由向内藏着能够载置基板2的基板支架15的反应容器11供给反应气体的气体供给装置14，排气装置12，和作为加热基板2的加热装置的红外线灯13构成的。

将形成屏蔽区域的基板2载置在基板支架15上后，用排气装置12通过排气管16使反应容器11内真空排气到1Pa左右的压力。

接着，点亮红外线灯13加热基板2，将温度升到约650℃进行稳定化。此外，18是石英玻璃，20是反射镜。其次通过排气管17从气体供给装置14使一氧化碳的浓度为30％那样地将一氧化碳和氢气供给反应容器11，在流动这种混合气体的状态中使反应容器11内保持约101kPa(约1个大气压)约30分钟。在由基板2的屏蔽区域包围的电极形状区域上成长起碳毫微管状的纤维覆盖膜。此后，停止混合气体的供给并且熄灭红外线灯13，通过真空排气使反应容器11内的压力达到1kPa左右。其次，再使反应容器11内的压力回到约1个大气压，得到在由屏蔽区域包围的电子发射源区域上形成碳毫微管状纤维的基板2。

作为电子发射源的原料气体，除了上述气体以外，还可以举出甲烷气体与氢气的混合气体，二氧化碳与氢气的混合气体等。

作为为了形成碳毫微管状纤维的适宜条件，在甲烷气体与氢气的混合气体的情形中，混合气体中的甲烷气体的浓度为30％，导体基板温度约为850℃，保持时间约为60分钟。又，在二氧化碳与氢气的混合气体的情形中，二氧化碳的浓度为30％，导体基板温度约为650℃，保持时间约为30分钟。

图4表示本发明电子管一个例子。在图4中，电子源电极用图1所示的电子源电极1，与这个电子源电极1大致平行对置地形成电子引出电极5。在电子引出电极5上，形成网格部分5a，各个网格部分都具有许多微小的开口部分。直接在这个网格部分5a的下面配置电子源电极1的电子发射源区域4。又，在电子引出电极5的上方形成阳极(图中被省略)，并收藏在真空容器内。

在图4所示的电极构造中，因为将由导电性材料形成的屏蔽区域3配置在电子发射源区域4的周围，所以电位分布E成为图中所示的凹型。即，形成屏蔽区域3的电位比电子发射源区域4的电位高的电位分布E。由于这个电位分布的变化，从电子发射源区域4的边缘部分(外周边缘部分)以斜方向向内侧发射电子，所以通过电子引出电极5的网格部分5a的电子数目增加。即，凹型电位分布E起着使从电子发射源区域4发射的电子向内侧会聚的透镜作用，使通过电子引出电极5的网格部分5a的电子数目增加。另一方面，从屏蔽区域3不发射电子，流入电子引出电极5电子数目减少。因此，阳极电流IA对总电流的比率增高，提高了电流分配率。以图4所示的电极构造进行电子管的试制作，当电子发射源区域4的层厚比屏蔽区域3的层厚薄时电流分配率为30％，当电子发射源区域4的层厚与屏蔽区域3的层厚相同时电流分配率为50％。此外，图6所示的电极构造的电流分配率为5％。

因为上述电子源电极具有卓越的电流分配率，所以能够非常适合地用作平型荧光显示管，圆筒型荧光显示管，称为FED的荧光显示管的电子源。

实施例

下面我们述说电子源电极的实施例。

实施例1

用网印法在426合金基板的屏蔽区域上形成由铜粉和粘合剂构成的铜涂料，在氮气中经过550℃，30分钟的烧制。在这个基板上，在基板温度为700℃时流过一氧化碳和氢气的混合气体用热CVD法经过30分钟形成碳毫微管层，结果在不形成铜的区域中形成平均厚度为10μm的碳毫微管层。另一方面，在屏蔽区域上完全不形成在碳毫微管。此外，铜层的厚度为10μm。

实施例2

将具有与屏蔽区域相同形状的开口部分的金属掩蔽重叠在426合金基板上，使基板温度为250℃通过真空蒸涂在屏蔽区域中形成厚度为1μm的铜。在屏蔽区域中形成铜的这个基板上，基板温度为650℃时流过一氧化碳和氢气的混合气体用热CVD法经过10分钟形成碳毫微管，结果在没有真空蒸涂上铜的区域中形成平均厚度为10μm的碳毫微管层。另一方面，在真空蒸涂上铜的屏蔽区域上完全不形成在碳毫微管。

实施例3

用非电解电镀法在铁合金基板的整个面上形成10μm厚的镍层，通过用光刻胶和化学刻蚀除去除了屏蔽区域外的其它部分的镍层。在这个基板上用与实施例1相同的方法形成碳毫微管，结果只在除去非电解电镀的镍的区域中形成碳毫微管层。

实施例4

在只在屏蔽区域中形成50μm的钛涂层的基板上形成与实施例3同样的碳毫微管，结果得到在钛涂层部分上完全不形成碳毫微管层，只在需要的区域形成碳毫微管的良好结果。

实施例5

将具有与屏蔽区域相同形状的开口部分的金属掩蔽重叠在基板上，用钛作靶子在基板温度为200℃时用在氩气中的溅射法在屏蔽区域中形成厚度0.2μm的钛层。在这个基板上，基板温度为650℃时流过一氧化碳和氢气的混合气体用热CVD法经过10分钟形成碳毫微管，结果只在没有形成钛的区域中形成平均厚度为10μm的碳毫微管层。

因为本发明的电子源电极，在电子发射源区域内选择地生成碳毫微管等的电子发射源，而在屏蔽区域中确实地不生成电子发射源，所以当用本发明的电子源电极构成电子管时提高了电流分配率。

用具有许多孔的基板的本发明的其它电子源电极，即便将将导体基板固定在其它的基础金属等上，也能够提高电子引出电极和电子源电极的间隙的再现性。又，提高了固定时的熔接强度。

本发明的电子源电极的制造方法能够容易地使成为屏蔽区域的铜层形成任意形状。又，能够在需要电子源电极的地方形成电子源电极。又，因为不用金属覆盖物等，所以通过减少部件数量提高了制造成品率。

本发明的电子管能够通过提高电流分配率，减少电子引出电流达到节省功率的目的。

Claims (18)

1.一种电子源电极，包括：

基板，

在这个基板上形成的电子发射源区域，

包围这个电子发射源区域周围的屏蔽区域，

其中

上述屏蔽区域是由当用干式法在上述电子发射源区域生成电子发射源时不使该电子发射源生成的导电性材料形成的，利用与这个电子源电极大致平行对置地形成的、具有网格部分的电子引出电极将电子引出。

2.如权利要求项1记载的电子源电极，其中

上述电子发射源区域的特征是生成上述电子发射源时的表面是由铁或含铁的铁系材料形成的。

3.如权利要求项1记载的电子源电极，其中

上述基板是铁或含铁的合金薄板。

4.如权利要求项2记载的电子源电极，其中

上述电子发射源是碳毫微管层。

5.如权利要求项4记载的电子源电极，其中

上述碳毫微管层是用热CVD法形成的碳毫微管层。

6.如权利要求项1记载的电子源电极，其中

上述屏蔽区域的特征是它的表面是由铁或含铁的铁系材料以外的非铁材料形成的。

7.如权利要求项6记载的电子源电极，其中

上述非铁材料是铜、镍、钴、钼、钛、钨、或包含它们中的1种或2种以上的非铁合金。

8.如权利要求项6记载的电子源电极，其中

上述屏蔽区域是在生成上述电子发射源前在上述电子发射源区域的周围印刷铜涂料后，在还原性气氛中烧制而得到的。

9.如权利要求项6记载的电子源电极，其中

在上述屏蔽区域中，在生成上述电子发射源前用真空蒸涂法形成上述非铁材料。

10.如权利要求项6记载的电子源电极，其中

在上述屏蔽区域中，在生成上述电子发射源前用非电解电镀法形成上述非铁材料。

11.如权利要求项6记载的电子源电极，其中

在上述屏蔽区域中，在生成上述电子发射源前形成上述非铁材料的涂层。

12.如权利要求项6记载的电子源电极，其中

在上述屏蔽区域中，在生成上述电子发射源前用溅射法形成上述非铁材料。

13.如权利要求项6记载的电子源电极，其中

上述电子发射源区域的电子发射源的层厚与上述屏蔽区域的非铁材料的层厚大致相同。

14.一种电子源电极，包括：

由具有多个孔的铁或含铁的铁系材料构成的基板，

在这个基板上形成的电子发射源区域，

其中

形成上述电子发射源区域的面的里面是由当用干式法生成电子发射源时不使电子发射源生成的导电性材料形成的，利用与这个电子源电极大致平行对置地形成的、具有网格部分的电子引出电极将电子引出。

15.如权利要求项14记载的电子源电极，其中

不使上述电子发射源生成的材料是铁或含铁的铁系材料以外的非铁材料。

16.如权利要求项15记载的电子源电极，其中

上述非铁材料是铜、镍、钴、钼、钛、钨、或包含它们中的1种或2种以上的非铁合金。

17.权利要求1记载的电子源电极的制造方法，包括下列步骤：

在表面由铁或含铁的铁系材料构成的基板上形成电子发射源的区域的周围印刷铜涂料的工序，

在还原性气体中烧制上述铜涂料的工序，和

用用于电子发射材料的原料气体在上述导体基板表面上生成电子发射源的工序。

18.一种在外围器内收藏着电极的电子管，它包括：

电子源电极，

与这个电子源电极大致平行对置地形成的具有网格部分的电子引出电极，和

夹着这个电子引出电极，与上述电子源电极对置的阳极，

其中

上述电子源电极是权利要求1所记载的电极，在与上述网格部分对置的区域内配置了上述电子发射源。

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