JP2002279890A - カソードのエミッションコーティング方法 - Google Patents
カソードのエミッションコーティング方法Info
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- JP2002279890A JP2002279890A JP2002012262A JP2002012262A JP2002279890A JP 2002279890 A JP2002279890 A JP 2002279890A JP 2002012262 A JP2002012262 A JP 2002012262A JP 2002012262 A JP2002012262 A JP 2002012262A JP 2002279890 A JP2002279890 A JP 2002279890A
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- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 カソードの電流密度を増加させると同時に駆
動電圧を低下させる電界放出用カソードのコーティング
方法の提供。 【解決手段】 ポーラスカーボン材料より成るカソード
ベースにアルカリ土類金属材料の溶液を含浸させ、真空
中で熱処理するカソードのエミッションコーティング方
法において、ハロゲン化バリウムの飽和水溶液をアルカ
リ土類金属溶液として用い、熱処理はハロゲン化バリウ
ムが分解する温度で行い、ハロゲンを完全に除去するエ
ミッションコーティング方法。
動電圧を低下させる電界放出用カソードのコーティング
方法の提供。 【解決手段】 ポーラスカーボン材料より成るカソード
ベースにアルカリ土類金属材料の溶液を含浸させ、真空
中で熱処理するカソードのエミッションコーティング方
法において、ハロゲン化バリウムの飽和水溶液をアルカ
リ土類金属溶液として用い、熱処理はハロゲン化バリウ
ムが分解する温度で行い、ハロゲンを完全に除去するエ
ミッションコーティング方法。
Description
【０００１】本発明は電子部品、特にカーボンカソード
を用いた電界電子放出型表示スクリーン、表示素子等に
用いられるカソードのエミッションコーティング方法に
関するものである。
を用いた電界電子放出型表示スクリーン、表示素子等に
用いられるカソードのエミッションコーティング方法に
関するものである。
【０００２】カソードのエミッションコーティングはカ
ソードの仕事関数を低減させ、それにより、カソードの
駆動電圧を低下させる目的で行われる。たとえば、表示
スクリーンを例にとると、表示スクリーンの駆動電圧が
高くなるとコントロールシステムが複雑化し、高価なも
のになることはよく知られている。
ソードの仕事関数を低減させ、それにより、カソードの
駆動電圧を低下させる目的で行われる。たとえば、表示
スクリーンを例にとると、表示スクリーンの駆動電圧が
高くなるとコントロールシステムが複雑化し、高価なも
のになることはよく知られている。
【０００３】近年、仕事関数の低いアルカリ又はアルカ
リ土類金属材料がカソードのコーティング物質として使
用されている。
リ土類金属材料がカソードのコーティング物質として使
用されている。
【０００４】また、タングステン、モリブデン、又はタ
ングステン−モリブデン合金を焼結したポーラスな母材
にアルカリ土類金属を染み込ませることによりカソード
にエミッションコーティングする方法も知られている。
これは母材をまずアルカリ土類金属の塩の溶液に浸漬
し、次にアンモニウムカーボネート溶液に浸漬すること
により窒化物を炭化物に転換させる。その後に、母材を
乾性Ｈ２ガス雰囲気中で１１００℃に加熱し炭化物を酸
化物に転換させる。
ングステン−モリブデン合金を焼結したポーラスな母材
にアルカリ土類金属を染み込ませることによりカソード
にエミッションコーティングする方法も知られている。
これは母材をまずアルカリ土類金属の塩の溶液に浸漬
し、次にアンモニウムカーボネート溶液に浸漬すること
により窒化物を炭化物に転換させる。その後に、母材を
乾性Ｈ２ガス雰囲気中で１１００℃に加熱し炭化物を酸
化物に転換させる。
【０００５】しかしながら、このようにして得られたカ
ソードは、原材料として用いる金属母材が電界放出に適
した微小構造を有していないため電界放出素子として使
用できない。すなわち、上記のコーティングを施したカ
ソードは広面積のフラットマトリックスディスプレイや
小型のデジタルディスプレイ等には使用できない。
ソードは、原材料として用いる金属母材が電界放出に適
した微小構造を有していないため電界放出素子として使
用できない。すなわち、上記のコーティングを施したカ
ソードは広面積のフラットマトリックスディスプレイや
小型のデジタルディスプレイ等には使用できない。
【０００６】さらに、最近は、主としてグラファイトや
カーボンファイバー等のカーボン材料によりカソードを
形成することが注目されている。これは材料が低価格な
ことと、製造が簡単なことによる。カソードの形成にカ
ーボン材料を用いることはカソードの用途が著しく広範
囲となる。例えば、大型の広告パネルの光源、コンパク
トなＸ線源、マイクロ波の電子デバイス、マイクロ波デ
バイス等の光源に用いることが可能となる。
カーボンファイバー等のカーボン材料によりカソードを
形成することが注目されている。これは材料が低価格な
ことと、製造が簡単なことによる。カソードの形成にカ
ーボン材料を用いることはカソードの用途が著しく広範
囲となる。例えば、大型の広告パネルの光源、コンパク
トなＸ線源、マイクロ波の電子デバイス、マイクロ波デ
バイス等の光源に用いることが可能となる。
【０００７】また、カーボン材料はイオン衝撃への耐性
が高いことも知られている。カソード材料がイオンによ
りスパッタリングされても、放出電流の安定性は、カソ
ードの動作表面に電子放出点が多数存在することと、イ
オン衝撃により電子放出点が破壊されても同時に新たな
放出点が形成されることから保証されている。また、グ
ラファイト構造にアルカリ土類金属をドーピングするこ
とは、グラファイト構造を維持すると同時に、アルカリ
土類金属がグラファイト構造間に入り込むのでイオン衝
撃によっても放出電流の安定性が保証される。更にカソ
ードの表層にグラファイト母材に沿ってアルカリ土類金
属が付活材として均一に存在することになる。
が高いことも知られている。カソード材料がイオンによ
りスパッタリングされても、放出電流の安定性は、カソ
ードの動作表面に電子放出点が多数存在することと、イ
オン衝撃により電子放出点が破壊されても同時に新たな
放出点が形成されることから保証されている。また、グ
ラファイト構造にアルカリ土類金属をドーピングするこ
とは、グラファイト構造を維持すると同時に、アルカリ
土類金属がグラファイト構造間に入り込むのでイオン衝
撃によっても放出電流の安定性が保証される。更にカソ
ードの表層にグラファイト母材に沿ってアルカリ土類金
属が付活材として均一に存在することになる。
【０００８】カソードのエミッションコーティング方法
として、カーボン材料より成るポーラスな母材を有機溶
剤に溶かしたトリウムの有機金属化合物を含浸漬させ、
次に５００℃で大気中で熱分解させてトリウム化合物を
アモルファス状の酸化物に転換させ、更に、この酸化物
を１０００℃で真空中で加熱して結晶にすることは知ら
れている。
として、カーボン材料より成るポーラスな母材を有機溶
剤に溶かしたトリウムの有機金属化合物を含浸漬させ、
次に５００℃で大気中で熱分解させてトリウム化合物を
アモルファス状の酸化物に転換させ、更に、この酸化物
を１０００℃で真空中で加熱して結晶にすることは知ら
れている。
【０００９】上記の方法は技術的ならびに達成される結
果の点で本発明に最も近いものである。しかしながら、
このコーティングをしたカソードでは低電流密度しか得
られず、駆動電圧が高いものとなる。
果の点で本発明に最も近いものである。しかしながら、
このコーティングをしたカソードでは低電流密度しか得
られず、駆動電圧が高いものとなる。
【００１０】本発明の目的は、カソードの電流密度を増
加させると同時に駆動電圧を低下させる電界放出用カソ
ードのコーティング方法を提供するものである。
加させると同時に駆動電圧を低下させる電界放出用カソ
ードのコーティング方法を提供するものである。
【００１１】本発明の技術的効果としては、カソードの
仕事関数を低下させることが可能となる。この目的のた
めに、本発明にあってはバリウムをアルカリ土類金属と
して選んだ。酸化バリウムは１．６ｅＶ程度、純粋なバ
リウムは−２．４９ｅＶの仕事関数であることが知られ
ている。またバリウム化合物には６００〜９００℃の低
温で分解するものが存在する。従って、カーボン材料に
バリウム塩の溶液を含浸させ、真空中でバリウム塩が分
解する温度でアニールすることが可能となる。特にハロ
ゲン化バリウムは分解温度が低いこと、気化しやすく排
気が容易なことからこの用途に適している。
仕事関数を低下させることが可能となる。この目的のた
めに、本発明にあってはバリウムをアルカリ土類金属と
して選んだ。酸化バリウムは１．６ｅＶ程度、純粋なバ
リウムは−２．４９ｅＶの仕事関数であることが知られ
ている。またバリウム化合物には６００〜９００℃の低
温で分解するものが存在する。従って、カーボン材料に
バリウム塩の溶液を含浸させ、真空中でバリウム塩が分
解する温度でアニールすることが可能となる。特にハロ
ゲン化バリウムは分解温度が低いこと、気化しやすく排
気が容易なことからこの用途に適している。
【００１２】図に示す本発明の効果は炭化物、酸化物、
金属バリウムより成るコーティング層をカソード表面に
形成することにより得た。このコーティング層を形成す
るためには、ポーラスなカーボンの層より成るカソード
母材（例えばグラファイトやカーボンファイバー）にハ
ロゲン化バリウム（例えば臭化、ヨウ化、塩化バリウ
ム）の水溶液を含浸させ、１００〜１２０℃で３０分間
乾燥させる。所要の膜厚を得るためには、含浸と乾燥を
３回以上繰り返す。次にコーティングしたカソードを真
空度１０−７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真空容
器内で、ハロゲン化バリウムの分解温度でハロゲン化バ
リウムが金属バリウムとハロゲンに完全に分解するまで
熱処理する。バリウムの一部はグラファイトの結晶格子
に拡散して、炭素と反応して炭化物とグラファイトとバ
リウムの層間化合物を形成する。その後、カソードを真
空容器から取り出すと、カソードの表面は部分的に酸化
される。表面に炭化物と酸化物と金属バリウムの層を形
成すると、外部電界を付与すると偏向する絶縁性の酸化
バリウム薄膜層が表面に形成されるので、当初のカソー
ド母材のカーボン材料より仕事関数が低下する。
金属バリウムより成るコーティング層をカソード表面に
形成することにより得た。このコーティング層を形成す
るためには、ポーラスなカーボンの層より成るカソード
母材（例えばグラファイトやカーボンファイバー）にハ
ロゲン化バリウム（例えば臭化、ヨウ化、塩化バリウ
ム）の水溶液を含浸させ、１００〜１２０℃で３０分間
乾燥させる。所要の膜厚を得るためには、含浸と乾燥を
３回以上繰り返す。次にコーティングしたカソードを真
空度１０−７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真空容
器内で、ハロゲン化バリウムの分解温度でハロゲン化バ
リウムが金属バリウムとハロゲンに完全に分解するまで
熱処理する。バリウムの一部はグラファイトの結晶格子
に拡散して、炭素と反応して炭化物とグラファイトとバ
リウムの層間化合物を形成する。その後、カソードを真
空容器から取り出すと、カソードの表面は部分的に酸化
される。表面に炭化物と酸化物と金属バリウムの層を形
成すると、外部電界を付与すると偏向する絶縁性の酸化
バリウム薄膜層が表面に形成されるので、当初のカソー
ド母材のカーボン材料より仕事関数が低下する。
【００１３】以下、本発明の技術的課題を解決する実施
例について説明する。
例について説明する。
【００１４】（実施例１）ポーラスなグラファイトのサ
ンプルとしてロシア製ＭＰＧ−６タイプの１ｍｍ×１０
ｍｍ×３０ｍｍの直方体状の小片を使用した。このサン
プルを臭化バリウムの飽和水溶液に３〜５分間浸漬し、
１００〜１２０℃で３０分間乾燥させた。そしてこの浸
漬・乾燥工程を３回繰返した。その後このサンプルを真
空度１０− ７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真空容
器内で８５０〜９００℃に加熱し、臭化バリウムを完全
に分解させた。加熱処理時間は真空容器内の圧力変化に
より制御した。そして、このサンプルを公知の方法によ
り電界電子放出型の冷陰極とした。図１にこの処理をし
たサンプルと未処理のサンプルの電圧−電流特性の比較
を示す。図１で“１”は本処理をしたグラファイトの電
圧−電流特性を示し、“２”は未処理グラファイトの電
圧−電流特性を示す。本処理をした場合、電界放出開始
電圧は約１０００Ｖであり、未処理では１．５倍の約１
５００Ｖである。本発明による処理の駆動電圧低減効果
は明らかである。
ンプルとしてロシア製ＭＰＧ−６タイプの１ｍｍ×１０
ｍｍ×３０ｍｍの直方体状の小片を使用した。このサン
プルを臭化バリウムの飽和水溶液に３〜５分間浸漬し、
１００〜１２０℃で３０分間乾燥させた。そしてこの浸
漬・乾燥工程を３回繰返した。その後このサンプルを真
空度１０− ７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真空容
器内で８５０〜９００℃に加熱し、臭化バリウムを完全
に分解させた。加熱処理時間は真空容器内の圧力変化に
より制御した。そして、このサンプルを公知の方法によ
り電界電子放出型の冷陰極とした。図１にこの処理をし
たサンプルと未処理のサンプルの電圧−電流特性の比較
を示す。図１で“１”は本処理をしたグラファイトの電
圧−電流特性を示し、“２”は未処理グラファイトの電
圧−電流特性を示す。本処理をした場合、電界放出開始
電圧は約１０００Ｖであり、未処理では１．５倍の約１
５００Ｖである。本発明による処理の駆動電圧低減効果
は明らかである。
【００１５】（実施例２）ポリアクリロニトリルカーボ
ンファイバーのサンプルとしてロシア製ＶＰＲ−１９ｓ
タイプの直径１０μｍ程度のファイバーを使用した。処
理は実施例１と同様に行った。
ンファイバーのサンプルとしてロシア製ＶＰＲ−１９ｓ
タイプの直径１０μｍ程度のファイバーを使用した。処
理は実施例１と同様に行った。
【００１６】（実施例３）ポーラスなグラファイトのサ
ンプルとしてロシア製ＭＰＧ−９タイプの２ｍｍ×１０
ｍｍ×２０ｍｍの直方体状の小片を使用した。このサン
プルをヨウ化バリウムの飽和水溶液に３〜５分間浸漬
し、１００〜１２０℃で３０分間乾燥させた。そしてこ
の浸漬・乾燥工程を３回繰返した。その後このサンプル
を真空度１０ −７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真
空容器内で７５０〜８００℃に加熱し、臭化バリウムを
完全に分解させた。加熱処理時間は真空容器内の圧力変
化により制御した。
ンプルとしてロシア製ＭＰＧ−９タイプの２ｍｍ×１０
ｍｍ×２０ｍｍの直方体状の小片を使用した。このサン
プルをヨウ化バリウムの飽和水溶液に３〜５分間浸漬
し、１００〜１２０℃で３０分間乾燥させた。そしてこ
の浸漬・乾燥工程を３回繰返した。その後このサンプル
を真空度１０ −７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真
空容器内で７５０〜８００℃に加熱し、臭化バリウムを
完全に分解させた。加熱処理時間は真空容器内の圧力変
化により制御した。
【００１７】（実施例４）ポリアクリロニトリルカーボ
ンファイバーのサンプルとしてロシア製ＶＰＲ−１９ｓ
タイプの直径１０μｍ程度のファイバーを使用した。処
理は実施例３と同様に行った。
ンファイバーのサンプルとしてロシア製ＶＰＲ−１９ｓ
タイプの直径１０μｍ程度のファイバーを使用した。処
理は実施例３と同様に行った。
【００１８】（実施例５）ポーラスなグラファイトのサ
ンプルとしてロシア製ＭＰＧ−６タイプの１ｍｍ×１０
ｍｍ×３０ｍｍの直方体状の小片を使用した。このサン
プルを塩化バリウムの飽和水溶液に３〜５分間浸漬し、
１００〜１２０℃で３０分間乾燥させた。そしてこの浸
漬・乾燥工程を３回繰返した。その後このサンプルを真
空度１０− ７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真空容
器内で９５０〜１０００℃に加熱し、臭化バリウムを完
全に分解させた。加熱処理時間は真空容器内の圧力変化
により制御した。そして、このサンプルを公知の方法に
より電界電子放出型の冷陰極とした。
ンプルとしてロシア製ＭＰＧ−６タイプの１ｍｍ×１０
ｍｍ×３０ｍｍの直方体状の小片を使用した。このサン
プルを塩化バリウムの飽和水溶液に３〜５分間浸漬し、
１００〜１２０℃で３０分間乾燥させた。そしてこの浸
漬・乾燥工程を３回繰返した。その後このサンプルを真
空度１０− ７ｍｍＨｇ以上で排気を継続している真空容
器内で９５０〜１０００℃に加熱し、臭化バリウムを完
全に分解させた。加熱処理時間は真空容器内の圧力変化
により制御した。そして、このサンプルを公知の方法に
より電界電子放出型の冷陰極とした。
【００１９】（実施例６）ポリアクリロニトリルカーボ
ンファイバーのサンプルとしてロシア製ＶＰＲ−１９ｓ
タイプの直径１０μｍ程度のファイバーを使用した。処
理は実施例５と同様に行った。
ンファイバーのサンプルとしてロシア製ＶＰＲ−１９ｓ
タイプの直径１０μｍ程度のファイバーを使用した。処
理は実施例５と同様に行った。
【００２０】実施例２〜６の結果は図示しないが図１と
同様の効果が得られた。
同様の効果が得られた。
【図１】 図１は、図である。
フロントページの続き (72)発明者 アレクサンダー グリゴリヴィッチ ボリ ソフ ロシア 103617 モスクワ リジョン， ツェレノグラド 1466， アパートメント 172 (72)発明者 ウラジミール セルゲイヴィッチ コルサ コフ ロシア 103617 モスクワ リジョン， ツェレノグラド 1401， アパートメント 209 (72)発明者 リディヤ アレクサンドロヴナ プラヴィ ッチ ロシア 103575 モスクワ リジョン， ツェレノグラド 906， アパートメント 178 (72)発明者 ユーリ イバノヴィッチ ティシン ロシア 103460 モスクワ リジョン， ツェレノグラド 1209， アパートメント 257 (72)発明者 エフゲニー パブロヴィッチ シェシン ロシア 141730 モスクワ リジョン， ロブニャ， ブキンスコイェ ショッセ 28， ビルディング ２， アパートメン ト 32
Claims (4)
- 【請求項１】 ポーラスカーボン材料より成るカソード
ベースにアルカリ土類金属材料の溶液を含浸させ、真空
中で熱処理するカソードのエミッションコーティング方
法において、ハロゲン化バリウムの飽和水溶液をアルカ
リ土類金属溶液として用い、熱処理はハロゲン化バリウ
ムが分解する温度で行い、ハロゲンを完全に除去するこ
とを特徴とするエミッションコーティング方法。 - 【請求項２】 臭化バリウム溶液をハロゲン化バリウム
の飽和水溶液として用い、熱処理を８５０〜９００℃の
温度で行うことを特徴とする請求項１記載のエミッショ
ンコーティング方法。 - 【請求項３】 ヨウ化バリウム溶液を、ハロゲン化バリ
ウムの飽和水溶液として用い、熱処理を７５０〜８００
℃の温度で行うことを特徴とする請求項１記載のエミッ
ションコーティング方法。 - 【請求項４】 塩化バリウム溶液をハロゲン化バリウム
の飽和水溶液として用い、熱処理を９５０〜１０００℃
の温度で行うことを特徴とする請求項１記載のエミッシ
ョンコーティング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001101643 | 2001-01-22 | ||
| RU2001101643A RU2177657C1 (ru) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | Способ нанесения эмиссионного покрытия на катод |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002279890A true JP2002279890A (ja) | 2002-09-27 |
Family
ID=20245010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002012262A Pending JP2002279890A (ja) | 2001-01-22 | 2002-01-22 | カソードのエミッションコーティング方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002279890A (ja) |
| RU (1) | RU2177657C1 (ja) |
-
2001
- 2001-01-22 RU RU2001101643A patent/RU2177657C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-01-22 JP JP2002012262A patent/JP2002279890A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2177657C1 (ru) | 2001-12-27 |
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
| A02 | Decision of refusal |
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