JP2000299056A - 酸化物陰極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化物陰極の電子放出部の微細加工を可能に
し、所望の電子スポットを安定的に得ることを目的とす
る。 【解決手段】 ホトリソグラフ法により電子放出部を除
いてベースメタル表面を被覆する有機膜を形成し、有機
膜で被覆されない電子放出部に少なくともバリウムを含
む炭酸塩を電着し、有機膜を炭酸塩の熱分解と同時に燃
焼、消失させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物陰極の製造方法
に関し、特に微細な酸化物陰極を精度良く形成できる製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来の酸化物陰極の一例を示す。
本図において電子放出部である酸化物層１は、例えばバ
リウム等の熱電子放出物質を含むアルカリ土類金属の酸
化物からなり、陰極スリーブ３に支持固着されたベース
メタル２上に被着されている。陰極スリーブ３内にはア
ルミナ被覆タングステン線等からなるヒータ４が内蔵さ
れ、その輻射熱がベースメタル２や陰極スリーブ３を介
して酸化物層１に熱伝導する構成となっている。動作温
度はマグネトロン等で約８００℃程度と高く、そのため
ベースメタル２や陰極スリーブ３には高融点金属が使わ
れ、特にベースメタル２には炭酸塩の還元作用も併せ持
つニッケル等が使用されている。

【０００３】このような酸化物陰極の酸化物層１を形成
する方法として、炭酸塩粉末にバインダーと呼ばれる有
機物を固着剤として混合し、ベースメタル２上に塗り込
み、これを真空中で熱分解することが行われていた。例
えば、炭酸塩粉末としては炭酸バリウム（ＢａＣ
Ｏ₃）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ₃）、炭酸カルシ
ウム（ＣａＣＯ₃）の共晶炭酸塩等が、バインダーとし
てはニトロセルロースやエチルセルロースール等が使用
される。塗り込みには、刷毛塗り、浸漬法、スプレー
法、電着法等の手法が取られ、余分な場所、即ち電子を
放出させたくない場所に関しては、酢酸ブチル等の溶剤
でふき取るか、または、マスキングを予め行っておき、
塗布後にマスキング部と共に余分な部分を剥がすなどの
手法が取られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、電子放出部の微細加工は難しく、図６に示
したように必然的に電子放出部はベースメタル２の表面
全体となる。このため、撮像管用酸化物陰極等、陰極の
中心部のみ電子放出が必要な所などはグリッド等により
電界による制限で電子スポットを絞らざるを得なかっ
た。

【０００５】また、微小な電子スポットを得るために電
子放出部を小さく形成しようとしても、ふき取りが困難
であり、またその除去も不完全になり易く、このため除
去した筈の箇所から電子放出が成されたり（暗電流の発
生）、絶縁部に付着した場合は、絶縁不良を生じたりす
るなどの虞があった。

【０００６】このような問題に鑑み、本発明は、電子放
出部の微細加工を可能にし、所望の電子スポットを安定
的に得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、ベースメタル上の所定範囲に少なく
ともバリウムを含む炭酸塩を被着する工程と、該炭酸塩
を熱分解する工程とを有する酸化物陰極の製造方法であ
って、前記炭酸塩を被着する工程の前に、ホトリソグラ
フ法により前記ベースメタル上に前記所定範囲を被覆す
るレジストパターンを形成する工程と、有機物を含有し
たバインダーを塗布、乾燥させて前記レジストパターン
で被覆されていない前記ベースメタル表面に有機膜を被
着する工程と、前記レジストパターンを除去する工程と
を有し、前記炭酸塩を被着する工程で、前記有機膜で被
覆されていない前記ベースメタル部分に該炭酸塩を電着
し、前記炭酸塩を熱分解する工程で該炭酸塩を酸化物に
するとともに前記有機膜を燃焼、消失させることを特徴
とする。

【０００８】第２の発明は、少なくともバリウムを含む
炭酸塩をホトレジストに分散させる工程と、ホトリソグ
ラフ法によりベースメタルの電子放出部のみに前記炭酸
塩を分散させたホトレジストのレジストパターンを形成
する工程と、前記ベースメタルを真空加熱し、前記レジ
ストパターン中の前記炭酸塩を分解し酸化物にするとと
もに前記ホトレジストを燃焼、消失させる工程とを具備
することを特徴とする。

【０００９】本発明は電子放出部をホトリソグラフィ技
術を利用した微細加工で形状決定することによって精度
良く形成し、そのために使用した有機膜を炭酸塩の熱分
解時に燃焼、消失させて工程を簡略化したものである。
この方法で加工を行うことで、従来、電子放出部が最小
で１ｍｍ程度の単位でしか加工できなかったものが、２
０μｍ以下のレベルで微細加工することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に沿って説明する。なお、複数の図面にわたって同一
または相当するものには同一の符号を付した。

【００１１】第１の実施の形態として、図１に酸化物陰
極の製造工程を示す。まず、図１（ａ）に示すように、
ベースメタル２上にネガ型のホトレジスト７を厚さ約５
０〜１００μｍでスピンコートする。その後プリベーク
して適度に乾燥させる。

【００１２】次に、図１（ｂ）に示すように、ホトレジ
スト７をホトマスク８を使用して露光する。この際使用
するホトマスク８は、例えばφ５０μｍの範囲で遮光膜
が除去された部分が規則的に多数並んだものを用いる。
その後の現像で図１（ｃ）のように、レジストパターン
を形成する。これら一連の作業は通常のホトリソグラフ
法により行うことができる。

【００１３】次に、レジストパターンの形成されたベー
スメタル２全面に、ニトロセルロースやエチルセルロー
ス等のバインダーを刷毛塗りやスプレー、スピンコート
等によって塗布する。この際のバインダーの塗布厚さは
後に形成する酸化物層の厚さを考慮して決定するが、レ
ジストパターンの厚さより十分薄くしておき、後にホト
レジストを障害無く剥離できるようにしておくことが肝
要である。例えば、上記のように、ホトレジスト７を５
０〜１００μｍ厚で形成した場合、約 〜μｍ程度
とする。その後バインダーを乾燥させ、図１（ｄ）のよ
うな有機膜９を形成する。

【００１４】次に、レジストパターンを剥離液により除
去し、ベースメタル２上に有機膜９のみ残す。この時、
図１（ｅ）に示すように、有機膜９は電子放出部となる
所定領域のみ残してベースメタル２を被覆した状態とな
る。

【００１５】次に、図１（ｆ）に示すように、有機膜で
被覆されていないベースメタル表面に、（Ｂａ、Ｃａ、
Ｓｒ）ＣＯ₃の共晶を粉砕して得た混合炭酸塩粉末とニ
トロセルロースの混合物を電着し、電着膜１０を形成す
る。この際、電着膜１０中のニトロセルロース成分が炭
酸塩粉末に対して５〜３０％程度になるよう電着液濃度
を制御することが望ましい。

【００１６】このように電着膜１０が形成されたベース
メタル２を、真空中にて約９００℃まで徐々に加熱して
いき、炭酸塩を熱分解して酸化物にするとともに、有機
膜を燃焼して消失させ、図１（ｇ）の形状を得る。な
お、図の酸化物層１は電着膜１０が酸化還元されてでき
たものである。

【００１７】この後、図１（ｈ）に示すように、ベース
メタル２を酸化物層１が中心に位置する円盤状に打ち抜
き、これに陰極スリーブ３を嵌合、溶接し、陰極スリー
ブ３内にヒータ４を挿入して図３の酸化物陰極を形成す
る。なお、図３（ａ）は平面を、図３（ｂ）は側面断面
をそれぞれ示す。

【００１８】因みに、この酸化物陰極は、撮像管用に使
用でき、酸化物層１の被着範囲をベースメタル２の中心
部のみに留めることによって、電子スポットが予め小さ
くなるようにしている。このような構成のため、電子ビ
ームを絞るためのグリッド電極の制御電圧を抑制でき、
低消費電力とすることが可能である。

【００１９】本例では、以上のような構成のため、一度
に多数の酸化物陰極の主要部が精度よく形成でき、しか
もその電子放出部形状を決定するマスクは物理的に剥離
するものではなく炭酸塩の熱分解時に同時に消失するた
め、酸化物層の形を崩す虞がない。さらに、有機膜とし
て通常の酸化物陰極製造用に使用されるバインダーを利
用しているため、燃焼後の残留物が非常に少なくて済
む。

【００２０】次に、第２の実施の形態について、図２を
使って説明する。（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）ＣＯ₃の混合炭
酸塩粉末を予めホトレジストに混合し、分散させる。こ
の濃度は、後の露光工程において炭酸塩粉末が遮光して
ホトレジストの未露光部を大量発生させないために、ホ
トレジスト容量の５０％以内に抑えるのがよい。このホ
トレジストは例えばアクリル系ポリマー、グリコールジ
アクリレート系モノマー及び光開始剤からなる。

【００２１】このように炭酸塩を混合したホトレジスト
１１をスクリーン印刷法やスプレー法等によりベースメ
タル２上に全面塗布する。この時の塗布厚さは、最終的
に得られる酸化物層の厚さを考慮し、１０μｍ〜１００
μｍ程度とする。この後、ベースメタル２を６０〜１０
０℃に加熱し、ホトレジストを乾燥させる（図２
（ａ））。

【００２２】次に、例えば第１の実施の形態と同じφ５
０μｍの多数の光透過部を有するホトマスクによりホト
レジスト１１を露光する（図２（ｂ））。

【００２３】この露光された部分でホトレジスト１１の
架橋が起こり、現像液に対して不溶性となるため、その
後現像することで、ベースメタル２上にφ５０μｍの微
小径のレジストパターンが残留する（図２（ｃ））。

【００２４】このように炭酸塩の混合したレジストパタ
ーンが形成されたベースメタル２を、真空中にて約９０
０℃まで徐々に加熱していき、炭酸塩を熱分解して酸化
物にするとともに、ホトレジストを燃焼して消失させ、
図２（ｄ）の状態を得る。この後、ベースメタル２を第
１の実施の形態と同様に打ち抜き、これに陰極スリーブ
３を嵌合、溶接し、陰極スリーブ３内にヒータ４を挿入
して図３の酸化物陰極を形成する。

【００２５】本例はこのような構成であるため、精度良
く酸化物層１を形成でき、しかも工程を著しく簡略化す
ることができる。

【００２６】以上、実施の形態について述べたが、更な
る理解のため若干の補足をする。まず、上記実施の形態
ではホトレジストとしてネガ型を使用したが、ポジ型を
使用する構成としてもよい。この際、使用するホトマス
クは例えばφ５０μｍの光不透過部を有するものとし、
その部分によって未露光のホトレジストを後の現像で残
留させる。

【００２７】また、酸化物層１の形状は図３のものに限
らず、図４や図５に示すようなものも形成することがで
きる。因みに図４は撮像管用酸化物陰極の他の例で、平
面視リング状に酸化物層１を形成したものである。これ
によって形成される電子ビームは中空状となる。図５は
ブラウン管用酸化物陰極の例で、約１ｍｍ角のアルミナ
等の絶縁性セラミック基板６上にホトリソグラフ法及び
メッキ技術を使用し、微細構造のニッケルパターン５を
形成した後、その上に電子放出部を３箇所形成すること
で、ブラウン管の３ＧＵＮタイプ（カラー）を１ＧＵＮ
の大きさで形成している。

【００２８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、従来困難であった酸化物陰極の微細加工が容易とな
り、電子ビーム形状の微細な制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図である。

【図３】本発明により形成した酸化物陰極の例を示す図
である。

【図４】本発明により形成した酸化物陰極の他の例を示
す図である。

【図５】本発明により形成した酸化物陰極の更に他の例
を示す図である。

【図６】従来の酸化物陰極を示す図である。

【符号の説明】

１：酸化物層（電子放出部）、２：ベースメタル、３：
陰極スリーブ、４：ヒーター、５：ニッケルパターン、
６：セラミック基板、７：ホトレジスト、８：ホトマス
ク、９：有機膜、１０：電着膜、１１：ホトレジスト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースメタル上の所定範囲に少なくとも
   バリウムを含む炭酸塩を被着する工程と、該炭酸塩を熱
   分解する工程とを有する酸化物陰極の製造方法であっ
   て、 前記炭酸塩を被着する工程の前に、ホトリソグラフ法に
   より前記ベースメタル上に前記所定範囲を被覆するレジ
   ストパターンを形成する工程と、有機物を含有したバイ
   ンダーを塗布、乾燥させて前記レジストパターンで被覆
   されていない前記ベースメタル表面に有機膜を被着する
   工程と、前記レジストパターンを除去する工程とを有
   し、前記炭酸塩を被着する工程で、前記有機膜で被覆さ
   れていない前記ベースメタル部分に該炭酸塩を電着し、
   前記炭酸塩を熱分解する工程で該炭酸塩を酸化物にする
   とともに前記有機膜を燃焼、消失させることを特徴とす
   る酸化物陰極の製造方法。
2. 【請求項２】 少なくともバリウムを含む炭酸塩をホト
   レジストに分散させる工程と、ホトリソグラフ法により
   ベースメタルの電子放出部のみに前記炭酸塩を分散させ
   たホトレジストのレジストパターンを形成する工程と、
   前記ベースメタルを真空加熱し、前記レジストパターン
   中の前記炭酸塩を分解し酸化物にするとともに前記ホト
   レジストを燃焼、消失させる工程とを具備することを特
   徴とする酸化物陰極の製造方法。