JP2003208855A - 電界放出装置及び方法 - Google Patents
電界放出装置及び方法Info
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
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- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電子放出材料としてカーボンナノチューブを陰
極に有する電界放出装置において、電子の放出効率を向
上する装置及び方法の提供。 【解決手段】電子放出材料としてカーボンナノチューブ
をカソード部２に有する電界放出装置において、カーボ
ンナノチューブ１に赤外光を照射し、カーボンナノチュ
ーブ１からの電子の放出効率を高める。
極に有する電界放出装置において、電子の放出効率を向
上する装置及び方法の提供。 【解決手段】電子放出材料としてカーボンナノチューブ
をカソード部２に有する電界放出装置において、カーボ
ンナノチューブ１に赤外光を照射し、カーボンナノチュ
ーブ１からの電子の放出効率を高める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブを用いた電界放出技術に関し、特に、電子放出強度
を向上する装置及び方法に関する。
ーブを用いた電界放出技術に関し、特に、電子放出強度
を向上する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】カーボンナノチューブ（「ＣＮＴ」とも
いう）は、グラファイトのシートを円筒状にまるめた構
造からなり、層が一層のものを単層ＣＮＴ（ＳＷＮ
Ｔ）、何層か入れ子になったものを多層ＣＮＴ（ＭＷＮ
Ｔ）という。カーボンナノチューブは高電流を流すこと
ができる上、金属のように溶けることもなく、空気中で
安定であり、さらに、高い熱伝導度により、放熱特性に
優れている。
いう）は、グラファイトのシートを円筒状にまるめた構
造からなり、層が一層のものを単層ＣＮＴ（ＳＷＮ
Ｔ）、何層か入れ子になったものを多層ＣＮＴ（ＭＷＮ
Ｔ）という。カーボンナノチューブは高電流を流すこと
ができる上、金属のように溶けることもなく、空気中で
安定であり、さらに、高い熱伝導度により、放熱特性に
優れている。
【０００３】カーボンナノチューブの応用として、走査
プローブ顕微鏡の探針や、電界放出型ディスプレイ（Ｆ
ＥＤ：フィールド・エミッション・ディスプレイ）等の
製品化が盛んに行われている。カーボンナノチューブは
細長く、且つ電気伝導度が高いことから、電場により、
カーボンナノチューブ先端から容易に電子が放出される
ことを利用している。
プローブ顕微鏡の探針や、電界放出型ディスプレイ（Ｆ
ＥＤ：フィールド・エミッション・ディスプレイ）等の
製品化が盛んに行われている。カーボンナノチューブは
細長く、且つ電気伝導度が高いことから、電場により、
カーボンナノチューブ先端から容易に電子が放出される
ことを利用している。
【０００４】ここで電界放出について簡単に説明してお
く。真空中での金属表面近傍における電子エネルギーに
ついてみると、室温中では、金属内の電子のポテンシャ
ルエネルギーはフェルミ準位以下であり、金属外部の真
空中でのエネルギーよりも低くなっているため、電子は
そのポテンシャル障壁（仕事関数φ）を超えて飛び出す
ことはない。金属を加熱すると、金属内の電位は励起さ
れ、仕事関数よりも大きなエネルギーをもつものが多く
なり、電子は真空中へ飛び出す熱電子放出が起こる。熱
電子放出の電流密度はＪ＝AT２exp(-W/kT)（ただし、ｋ
はボルツマン定数、Tは絶対温度）で与えられ、これは
真空管の原理である。
く。真空中での金属表面近傍における電子エネルギーに
ついてみると、室温中では、金属内の電子のポテンシャ
ルエネルギーはフェルミ準位以下であり、金属外部の真
空中でのエネルギーよりも低くなっているため、電子は
そのポテンシャル障壁（仕事関数φ）を超えて飛び出す
ことはない。金属を加熱すると、金属内の電位は励起さ
れ、仕事関数よりも大きなエネルギーをもつものが多く
なり、電子は真空中へ飛び出す熱電子放出が起こる。熱
電子放出の電流密度はＪ＝AT２exp(-W/kT)（ただし、ｋ
はボルツマン定数、Tは絶対温度）で与えられ、これは
真空管の原理である。
【０００５】また金属表面に高電界Ｆを印加すると、真
空中におけるポテンシャルエネルギーは、電界による効
果と、電子の鏡像力による効果との和Vで表され、電界
が強くなると、ポテンシャル障壁がショットキー効果分
小さくなり、フェルミ準位付近にある電子の一部がトン
ネル効果によって確率的に放出され、電界電子放出が生
じる。電界放出の電流密度はＪ＝AV２exp(-B/V)で与え
られる。電界電子放出を用いた電子銃は放出電流密度が
高く、放出電子のエネルギーが揃っているため、輝度が
高い。電界放出については例えば文献（A.Modnos,"Theo
retical analysis of filed emission data", Solid-St
ate Elecctronics, 45(2001)809-816）が参照される。
空中におけるポテンシャルエネルギーは、電界による効
果と、電子の鏡像力による効果との和Vで表され、電界
が強くなると、ポテンシャル障壁がショットキー効果分
小さくなり、フェルミ準位付近にある電子の一部がトン
ネル効果によって確率的に放出され、電界電子放出が生
じる。電界放出の電流密度はＪ＝AV２exp(-B/V)で与え
られる。電界電子放出を用いた電子銃は放出電流密度が
高く、放出電子のエネルギーが揃っているため、輝度が
高い。電界放出については例えば文献（A.Modnos,"Theo
retical analysis of filed emission data", Solid-St
ate Elecctronics, 45(2001)809-816）が参照される。
【０００６】高配向ＣＮＴ膜から電子放出させるため
に、ＳｉＣ単結晶ウエハ上に生成したＣＮＴを加熱処理
することで構造制御が行われることが知られている。ま
た、ＣＮＴを用いたＦＥＤとしては、カソードにＣＮＴ
膜を貼り付け、グリッド電極より、ＣＮＴから放出され
た電子をアノード電極に向かって加速し、蛍光体に衝突
させることで発光させるものである。一例としてＣＮＴ
膜は３×３ｍｍ、グリッド電極とＣＮＴ膜との距離を
０．５ｍｍ、電界放出の閾値を１．５V/μm、３V/μmの
電界で、トータル電流２４０μA等の結果が得られてい
る。このＦＥＤについては、例えば文献（伊藤 雅章そ
の他、「高配向カーボンナノチューブ膜の電子源への応
用」、マテリアルインテグレーション、Ｎｏ．１，Ｖｏ
ｌ．１５，２００２年、1月、ティー・アイ・シー刊）
の記載が参照される。
に、ＳｉＣ単結晶ウエハ上に生成したＣＮＴを加熱処理
することで構造制御が行われることが知られている。ま
た、ＣＮＴを用いたＦＥＤとしては、カソードにＣＮＴ
膜を貼り付け、グリッド電極より、ＣＮＴから放出され
た電子をアノード電極に向かって加速し、蛍光体に衝突
させることで発光させるものである。一例としてＣＮＴ
膜は３×３ｍｍ、グリッド電極とＣＮＴ膜との距離を
０．５ｍｍ、電界放出の閾値を１．５V/μm、３V/μmの
電界で、トータル電流２４０μA等の結果が得られてい
る。このＦＥＤについては、例えば文献（伊藤 雅章そ
の他、「高配向カーボンナノチューブ膜の電子源への応
用」、マテリアルインテグレーション、Ｎｏ．１，Ｖｏ
ｌ．１５，２００２年、1月、ティー・アイ・シー刊）
の記載が参照される。
【０００７】またカーボンナノチューブの電界放出の原
理については、文献（W.Zhu et al,"Field emission pr
operties of siamond and carbon nanotubes," Solid-S
tate Electronics, 45(2001) 921-928）が参照される。
理については、文献（W.Zhu et al,"Field emission pr
operties of siamond and carbon nanotubes," Solid-S
tate Electronics, 45(2001) 921-928）が参照される。
【０００８】さらに電界放出電流と電界（電場）との関
係については、文献（Jean-marc Bonard et al., "Fiel
d emission from carbon nanotubes: the first five
years," Solid-State Electronics, 45(2001) 893-91
4）が参照される。この文献には、電界(V/μm)、電流Jm
ax（A/cm２）について、ＭＷＮＴで15V/μm、10A/c
m２、arcＭＷＮＴで20V/μm、0.1A/cm２、SWNTで4-7V/
μm、4A/cm２、ＣＶＤＭＷＮＴ（ＣＶＤで作成された多
層ＣＮＴ）で6.5V/μm、0.1-1A/cm２等が報告されてい
る。
係については、文献（Jean-marc Bonard et al., "Fiel
d emission from carbon nanotubes: the first five
years," Solid-State Electronics, 45(2001) 893-91
4）が参照される。この文献には、電界(V/μm)、電流Jm
ax（A/cm２）について、ＭＷＮＴで15V/μm、10A/c
m２、arcＭＷＮＴで20V/μm、0.1A/cm２、SWNTで4-7V/
μm、4A/cm２、ＣＶＤＭＷＮＴ（ＣＶＤで作成された多
層ＣＮＴ）で6.5V/μm、0.1-1A/cm２等が報告されてい
る。
【０００９】また、例えば特開２０００−１６４１１２
号公報には、電子放出材料としてカーボンナノチューブ
からなる真空用陰極において、できるだけ低い電圧印加
（小さい電界強度）で電子放出させ、効率のよい電子放
出を得るとともに、安定な電流制御を得るための構成と
して、真空用陰極の電子放出材料であるカーボンナノチ
ューブをヒータで加熱しで電子を真空容器に熱電子放出
させ、あるいは同時にアノードに電界を加えて熱電界放
出させ、効率のよい電子放射を得るようにした構成が開
示されている。
号公報には、電子放出材料としてカーボンナノチューブ
からなる真空用陰極において、できるだけ低い電圧印加
（小さい電界強度）で電子放出させ、効率のよい電子放
出を得るとともに、安定な電流制御を得るための構成と
して、真空用陰極の電子放出材料であるカーボンナノチ
ューブをヒータで加熱しで電子を真空容器に熱電子放出
させ、あるいは同時にアノードに電界を加えて熱電界放
出させ、効率のよい電子放射を得るようにした構成が開
示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決しようとする課題は、電子放出材料としてカーボン
ナノチューブを陰極に有する電界放出装置において、電
子の放出効率を向上する装置及び方法を提供することに
ある。
解決しようとする課題は、電子放出材料としてカーボン
ナノチューブを陰極に有する電界放出装置において、電
子の放出効率を向上する装置及び方法を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段を提供する本発明の１つのアスペクトに係る装置
は、電子放出材料としてカーボンナノチューブを陰極に
有する電界放出装置において、前記カーボンナノチュー
ブに光を照射する手段を備えている。
の手段を提供する本発明の１つのアスペクトに係る装置
は、電子放出材料としてカーボンナノチューブを陰極に
有する電界放出装置において、前記カーボンナノチュー
ブに光を照射する手段を備えている。
【００１２】本発明に係る装置においては、前記光を偏
光させ、電場が前記カーボンナノチューブの長軸方向に
沿った前記光を、前記カーボンナノチューブに照射する
手段を備えている。
光させ、電場が前記カーボンナノチューブの長軸方向に
沿った前記光を、前記カーボンナノチューブに照射する
手段を備えている。
【００１３】本発明に係る装置においては、前記光を偏
光させる手段が、導電性に異方性を有する薄膜を有し、
前記薄膜は、面内で、前記カーボンナノチューブの長軸
方向に沿って導電性を有し、前記長軸方向と垂直方向に
は導電性を有さず、前記薄膜に、前記光を照射し、前記
光を偏光させる。
光させる手段が、導電性に異方性を有する薄膜を有し、
前記薄膜は、面内で、前記カーボンナノチューブの長軸
方向に沿って導電性を有し、前記長軸方向と垂直方向に
は導電性を有さず、前記薄膜に、前記光を照射し、前記
光を偏光させる。
【００１４】本発明に係る装置においては、前記光が赤
外光よりなる。本発明に係る装置においては、前記光が
レーザ光よりなる。本発明に係る装置においては、前記
カーボンナノチューブの長さが、前記レーザ光のスポッ
ト領域の半分程度の値とされている。
外光よりなる。本発明に係る装置においては、前記光が
レーザ光よりなる。本発明に係る装置においては、前記
カーボンナノチューブの長さが、前記レーザ光のスポッ
ト領域の半分程度の値とされている。
【００１５】本発明の他のアスペクトに係る方法は、カ
ーボンナノチューブよりなる陰極に電界を加え電子を電
界放出する方法において、前記カーボンナノチューブに
光を照射し、放出効率を向上する。本発明に係る方法
は、前記カーボンナノチューブに照射される前記光は、
その電場が前記カーボンナノチューブの長軸方向に平行
に設定されている。
ーボンナノチューブよりなる陰極に電界を加え電子を電
界放出する方法において、前記カーボンナノチューブに
光を照射し、放出効率を向上する。本発明に係る方法
は、前記カーボンナノチューブに照射される前記光は、
その電場が前記カーボンナノチューブの長軸方向に平行
に設定されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明は、その一実施の形態において、電子放出
材料としてカーボンナノチューブを陰極に有する電界放
出装置において、カーボンナノチューブに、好ましくは
赤外光を照射する。本発明においては、赤外光を偏光さ
せ、その電場がカーボンナノチューブの長軸方向に平行
とされた光を、カーボンナノチューブに照射する。陰極
（カソード）をなすカーボンナノチューブと、陽極をな
す電極（アノード、又はグリッド）との間に電圧が印加
され、電界放出される電子の放出効率を向上させてい
る。
する。本発明は、その一実施の形態において、電子放出
材料としてカーボンナノチューブを陰極に有する電界放
出装置において、カーボンナノチューブに、好ましくは
赤外光を照射する。本発明においては、赤外光を偏光さ
せ、その電場がカーボンナノチューブの長軸方向に平行
とされた光を、カーボンナノチューブに照射する。陰極
（カソード）をなすカーボンナノチューブと、陽極をな
す電極（アノード、又はグリッド）との間に電圧が印加
され、電界放出される電子の放出効率を向上させてい
る。
【００１７】まず、本発明の原理について図２を参照し
て説明する。カーボンナノチューブ（「ＣＮＴ」ともい
う）のドレスハウス・グループ（Dresselhaus Group）
による実験について概説しておく。
て説明する。カーボンナノチューブ（「ＣＮＴ」ともい
う）のドレスハウス・グループ（Dresselhaus Group）
による実験について概説しておく。
【００１８】長さが数百ナノメートル（ｎｍ）の１つの
ＣＮＴに対して、赤外光を吸収させるものであり、光吸
収は、光の偏光と、ＣＮＴの配置とに依存する。
ＣＮＴに対して、赤外光を吸収させるものであり、光吸
収は、光の偏光と、ＣＮＴの配置とに依存する。
【００１９】光の電場がＣＮＴの長軸に平行な場合、赤
外光の吸収は高く、光の電場がＣＮＴの長軸に垂直の場
合、赤外光の吸収は低い。この発明では、ＣＮＴを電子
放出用の陰極として用いた場合、ＣＮＴに照射する光の
電場を、ＣＮＴの長軸方向に平行とし、光吸収を高め、
これにより、ＣＮＴの長軸端部より電界放出される電子
の放出効率を上げている。ＣＮＴの長さを、照射する赤
外光（０．７６μｍ〜１ｍｍ程度の電磁波）の１／２波
長程度としてもよい。
外光の吸収は高く、光の電場がＣＮＴの長軸に垂直の場
合、赤外光の吸収は低い。この発明では、ＣＮＴを電子
放出用の陰極として用いた場合、ＣＮＴに照射する光の
電場を、ＣＮＴの長軸方向に平行とし、光吸収を高め、
これにより、ＣＮＴの長軸端部より電界放出される電子
の放出効率を上げている。ＣＮＴの長さを、照射する赤
外光（０．７６μｍ〜１ｍｍ程度の電磁波）の１／２波
長程度としてもよい。
【００２０】次に、電磁波の伝送について、図３を参照
して概説しておく。金属製のロッド１０１が複数本並列
に配置され、各ロッド間の距離は、電磁波の波長よりも
短く、ロッドの長さは、電磁波の波長よりも長い。並列
配置されたロッドは、電場がロッド１０１に垂直な向き
の電磁波は通過させ、電場がロッド１０１の長手方向に
平行な電磁波成分をシールドする。このように、並列配
置された複数本の金属製ロッド１０１は、偏光子（ポー
ラライザ）の１つを構成している。
して概説しておく。金属製のロッド１０１が複数本並列
に配置され、各ロッド間の距離は、電磁波の波長よりも
短く、ロッドの長さは、電磁波の波長よりも長い。並列
配置されたロッドは、電場がロッド１０１に垂直な向き
の電磁波は通過させ、電場がロッド１０１の長手方向に
平行な電磁波成分をシールドする。このように、並列配
置された複数本の金属製ロッド１０１は、偏光子（ポー
ラライザ）の１つを構成している。
【００２１】次に、可視光の偏光子（ポーラライザ）の
一例について図４を参照して説明する。図４（Ａ）に示
すように、ヨウ素溶液２０１に、可塑性樹脂薄膜２０２
を浸し、両端を矢印の方向に引っ張ると、ヨウ素原子が
可塑性樹脂薄膜に吸収され、図４（Ｂ）に示すように、
引っ張り方向に沿って整列され、ヨウ素の原子間の距離
が小さく、面内において、引っ張り方向に電気伝導性が
あり、垂直方向に絶縁性を有し（異方導電性）、この膜
を通過した可視光を偏光させることができる。すなわ
ち、可視光の偏光子として作用する。
一例について図４を参照して説明する。図４（Ａ）に示
すように、ヨウ素溶液２０１に、可塑性樹脂薄膜２０２
を浸し、両端を矢印の方向に引っ張ると、ヨウ素原子が
可塑性樹脂薄膜に吸収され、図４（Ｂ）に示すように、
引っ張り方向に沿って整列され、ヨウ素の原子間の距離
が小さく、面内において、引っ張り方向に電気伝導性が
あり、垂直方向に絶縁性を有し（異方導電性）、この膜
を通過した可視光を偏光させることができる。すなわ
ち、可視光の偏光子として作用する。
【００２２】次に、導電部材に電磁波を照射してプラズ
マを生成する方法について、図５を参照して説明する。
図５（Ａ）に示すように、１本の金属ロッド／アンテナ
３０１が、低圧ガス中に置かれている。マイクロ波
（２．４５ＧＨｚ、２８ＧＨｚ）が真空中に注入され
る。注入されるマイクロ波の電場は、金属ロッド／アン
テナ３０１の長手方向に平行とされる。金属ロッド／ア
ンテナ３０１の長さは、波長の約１／２とされる。金属
ロッド／アンテナ３０１の長さが１／２波長であること
から、半周期の間（金属ロッド／アンテナ３０１の長手
方向の一端から他端までの長さに対応する）、図５
（Ａ）の方向の電場は正値をとり、次の半周期の間、図
５（Ａ）の方向の電場は負値をとる。このため、はじめ
の半周期で、図５（Ａ）の金属ロッド／アンテナ３０１
中を、正電場により、電子（ｅ−）が図の左から右方向
に加速され、次の半周期で、金属ロッド／アンテナ３０
１中を、負の電場により、電子（ｅ−）が右から左方向
に加速される。マイクロ波の電場によって、金属ロッド
／アンテナ３０１中を長手方向、左右にそれぞれ加速さ
れた電子は、金属ロッド／アンテナ３０１の両端部から
放出され、プラズマ（電子ガス）が発生する。本発明に
おいては、電子放出材料として、照射するマイクロ波の
１／２波長分に相当する長さの金属ロッド／アンテナ３
０１を陰極に有し、金属ロッド／アンテナ３０１の一端
を開放端とし（他端をカソード部に接続）、金属ロッド
／アンテナ３０１に照射されるマイクロ波の電場が、金
属ロッド／アンテナ３０１の長軸方向に沿ったものとさ
れ、金属ロッド／アンテナ３０１の開放端から、電子が
放出する構成としてもよい。この現象は、図５（Ｂ）に
示したダイポールアンテナ（アンテナ３０２、発振器３
０３からなる）による、電波放出に類似しているといえ
る。金属ロッド／アンテナ３０１の長さは１／３波長〜
３／４波長程度の値であってもよい。
マを生成する方法について、図５を参照して説明する。
図５（Ａ）に示すように、１本の金属ロッド／アンテナ
３０１が、低圧ガス中に置かれている。マイクロ波
（２．４５ＧＨｚ、２８ＧＨｚ）が真空中に注入され
る。注入されるマイクロ波の電場は、金属ロッド／アン
テナ３０１の長手方向に平行とされる。金属ロッド／ア
ンテナ３０１の長さは、波長の約１／２とされる。金属
ロッド／アンテナ３０１の長さが１／２波長であること
から、半周期の間（金属ロッド／アンテナ３０１の長手
方向の一端から他端までの長さに対応する）、図５
（Ａ）の方向の電場は正値をとり、次の半周期の間、図
５（Ａ）の方向の電場は負値をとる。このため、はじめ
の半周期で、図５（Ａ）の金属ロッド／アンテナ３０１
中を、正電場により、電子（ｅ−）が図の左から右方向
に加速され、次の半周期で、金属ロッド／アンテナ３０
１中を、負の電場により、電子（ｅ−）が右から左方向
に加速される。マイクロ波の電場によって、金属ロッド
／アンテナ３０１中を長手方向、左右にそれぞれ加速さ
れた電子は、金属ロッド／アンテナ３０１の両端部から
放出され、プラズマ（電子ガス）が発生する。本発明に
おいては、電子放出材料として、照射するマイクロ波の
１／２波長分に相当する長さの金属ロッド／アンテナ３
０１を陰極に有し、金属ロッド／アンテナ３０１の一端
を開放端とし（他端をカソード部に接続）、金属ロッド
／アンテナ３０１に照射されるマイクロ波の電場が、金
属ロッド／アンテナ３０１の長軸方向に沿ったものとさ
れ、金属ロッド／アンテナ３０１の開放端から、電子が
放出する構成としてもよい。この現象は、図５（Ｂ）に
示したダイポールアンテナ（アンテナ３０２、発振器３
０３からなる）による、電波放出に類似しているといえ
る。金属ロッド／アンテナ３０１の長さは１／３波長〜
３／４波長程度の値であってもよい。
【００２３】本発明は、以下に説明するように、図２に
示したようにカーボンナノチューブをロッドアンテナと
みたて、加速された電子を放出させることで、電界放出
の効率を向上させるものである。
示したようにカーボンナノチューブをロッドアンテナと
みたて、加速された電子を放出させることで、電界放出
の効率を向上させるものである。
【００２４】
【実施例】本発明の実施例について説明する。図１は、
本発明の一実施例の構成を示す図である。電源５に接続
されたアノード電極３に電圧を印加し、カソード部２の
カーボンナノチューブ１に、赤外光照射部６より、赤外
線を照射することで、カーボンナノチューブ１からの電
子（ｅ−）の放出効率を向上させている。図１に模式的
に示すように、本発明の一実施例において、赤外線の電
場は、上述した偏光子を介してカーボンナノチューブ１
の長軸に平行とされている。赤外光照射部６は、図４を
参照して説明したような、偏光子（polarizer）を備
え、赤外線の電場は、上述した偏光子を介してカーボン
ナノチューブ１の長軸に平行とされている。
本発明の一実施例の構成を示す図である。電源５に接続
されたアノード電極３に電圧を印加し、カソード部２の
カーボンナノチューブ１に、赤外光照射部６より、赤外
線を照射することで、カーボンナノチューブ１からの電
子（ｅ−）の放出効率を向上させている。図１に模式的
に示すように、本発明の一実施例において、赤外線の電
場は、上述した偏光子を介してカーボンナノチューブ１
の長軸に平行とされている。赤外光照射部６は、図４を
参照して説明したような、偏光子（polarizer）を備
え、赤外線の電場は、上述した偏光子を介してカーボン
ナノチューブ１の長軸に平行とされている。
【００２５】なお、カーボンナノチューブ１とアノード
３との間にグリッド電極を設けてもよいことは勿論であ
る。また、アノード３のカーボンナノチューブ１と反対
側に位置して蛍光体（不図示）を設けることで、ＦＥＤ
（Field Emission Display）が構成される。アノード
３の間隙を通過した電子が蛍光体に衝突し発光する。な
お、カーボンナノチューブ１、カソード部２、アノード
３、蛍光体は真空に封止される。
３との間にグリッド電極を設けてもよいことは勿論であ
る。また、アノード３のカーボンナノチューブ１と反対
側に位置して蛍光体（不図示）を設けることで、ＦＥＤ
（Field Emission Display）が構成される。アノード
３の間隙を通過した電子が蛍光体に衝突し発光する。な
お、カーボンナノチューブ１、カソード部２、アノード
３、蛍光体は真空に封止される。
【００２６】図１に示した例では、電子銃として、単層
ＣＮＴ（single ＣＮＴ）による１本のロッドの構成を
示した。例えばＳｉＣ単結晶上に形成される複数のＣＮ
Ｔからなる複数のロッドを備えた構成としてもよいこと
は勿論である。
ＣＮＴ（single ＣＮＴ）による１本のロッドの構成を
示した。例えばＳｉＣ単結晶上に形成される複数のＣＮ
Ｔからなる複数のロッドを備えた構成としてもよいこと
は勿論である。
【００２７】次に、図６を参照して、電磁波による電子
の加速について説明する。この例では、カーボンナノチ
ューブ（ＣＮＴ）に、レーザ光を照射し、ＣＮＴ中にお
ける電子を加速させるものである。図６に模式的に示す
レーザスポット領域において、ＣＮＴの長軸に平行な電
場とされ、ＣＮＴの長さは、レーザ光のスポット領域の
平方根の（１／２）程度（length〜１／２（spot are
a）０．５）とされる。
の加速について説明する。この例では、カーボンナノチ
ューブ（ＣＮＴ）に、レーザ光を照射し、ＣＮＴ中にお
ける電子を加速させるものである。図６に模式的に示す
レーザスポット領域において、ＣＮＴの長軸に平行な電
場とされ、ＣＮＴの長さは、レーザ光のスポット領域の
平方根の（１／２）程度（length〜１／２（spot are
a）０．５）とされる。
【００２８】領域電場と磁場のベクトル積からなるポイ
ンティングベクトルN（N＝E×H；Eは電場、Hは磁場）と
し、スポットエリアをSとすると、レーザパワーPは、P
／Ｓ＝Ｎで与えられる。したがって、電子が得るエネル
ギー（Energy gain of electron）は、（2/π）E・S
０．５となる。
ンティングベクトルN（N＝E×H；Eは電場、Hは磁場）と
し、スポットエリアをSとすると、レーザパワーPは、P
／Ｓ＝Ｎで与えられる。したがって、電子が得るエネル
ギー（Energy gain of electron）は、（2/π）E・S
０．５となる。
【００２９】図７は、電磁波による電子の加速の計算結
果の一例（レーザのスポットサイズ、ＣＮＴの長さをパ
ラメータとする）を示す図である。100ｍeＶと10ｍeＶ
の間の範囲であれば、十分のその効果が期待できる。こ
れは、レーザの出力が極めて低くても効果があることを
意味する。
果の一例（レーザのスポットサイズ、ＣＮＴの長さをパ
ラメータとする）を示す図である。100ｍeＶと10ｍeＶ
の間の範囲であれば、十分のその効果が期待できる。こ
れは、レーザの出力が極めて低くても効果があることを
意味する。
【００３０】以上本発明を上記実施例に即して説明した
が、本発明は、上記実施例にのみ限定されるものでな
く、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で、当業
者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むこと
は勿論である。
が、本発明は、上記実施例にのみ限定されるものでな
く、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で、当業
者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むこと
は勿論である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子放出材料として、カーボンナノチューブを陰極にお
ける電子の放出効率を向上することができる。
電子放出材料として、カーボンナノチューブを陰極にお
ける電子の放出効率を向上することができる。
【図１】本発明の一実施例の構成を説明するための図で
ある。
ある。
【図２】本発明の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】本発明を説明するための図であり、（Ａ）は偏
光子の作成方法を説明する図、（Ｂ）は偏光子の原理説
明するための図である。
光子の作成方法を説明する図、（Ｂ）は偏光子の原理説
明するための図である。
【図５】本発明の原理を説明するための図であり、
（Ａ）はアンテナ（ロッド）に電磁波を照射してプラズ
マを生成する原理を示す図であり、（Ｂ）はダイポール
アンテナの原理を説明する図である。
（Ａ）はアンテナ（ロッド）に電磁波を照射してプラズ
マを生成する原理を示す図であり、（Ｂ）はダイポール
アンテナの原理を説明する図である。
【図６】本発明の原理を説明するための図である。
【図７】本発明における電子の加速の計算結果を示す図
である。
である。
１ カーボンチューブ
２ カソード
３ アノード
４ 赤外線照射手段
５ 電源
６ 赤外光照射部
１０１ 金属ロッド
２０１ ヨウ素溶液
２０２ 可塑性樹脂
３０１ 金属ロッド／アンテナ
３０２ ダイポールアンテナ
３０３ 発振器
３０４ アース
Claims (15)
- 【請求項１】電子放出材料としてカーボンナノチューブ
を陰極に有する電界放出装置において、 前記カーボンナノチューブに光を照射する手段を備えて
いる、ことを特徴とする電界放出装置。 - 【請求項２】前記光を偏光させ、電場が前記カーボンナ
ノチューブの長軸方向に沿った前記光を、前記カーボン
ナノチューブに照射する手段を備えている、ことを特徴
とする請求項１記載の電界放出装置。 - 【請求項３】前記光を偏光させる手段が、導電性に異方
性を有する薄膜を有し、前記薄膜は、面内で、前記カー
ボンナノチューブの長軸方向に沿って導電性を有し、前
記長軸方向と垂直方向には導電性を有さず、 前記薄膜に、前記光を照射し、前記光を偏光させる、こ
とを特徴とする請求項２記載の電界放出装置。 - 【請求項４】前記光が赤外光よりなる、ことを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか一に記載の電界放出装置。 - 【請求項５】前記光がレーザ光よりなる、ことを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか一に記載の電界放出装
置。 - 【請求項６】前記カーボンナノチューブの長さが、前記
レーザ光のスポット領域の半分の値とされている、こと
を特徴とする請求項５記載の電界放出装置。 - 【請求項７】電子放出材料として、照射する電磁波の１
／３波長〜３／４波長程度の値に相当する長さの棒状の
導電性部材を陰極に有し、 前記導電性部材に照射される前記電磁波の電場が、前記
導電性部材の長軸方向に沿ったものとされ、 前記陰極の端部から電子が放出される、ことを特徴とす
る電界放出装置。 - 【請求項８】前記電磁波の電場が前記導電性部材の長軸
方向に沿ったものとする手段として、 前記導電性部材の長軸方向に沿って延在されてなる導電
性ロッドを、前記導電性部材の長軸方向に対して垂直方
向の面に、複数本並列に配置してなるアンテナを備えて
いる、ことを特徴とする請求項７記載の電界放出装置。 - 【請求項９】請求項１乃至８のいずれか一に記載の電界
放出装置を備え、 前記陰極と離間して配置された陽極を備え、 前記陽極には前記陰極に対して正の電圧を印加し、 前記陰極から放出された電子を蛍光体に衝突させて発光
させる、ことを特徴とするディスプレイ装置。 - 【請求項１０】カーボンナノチューブよりなる陰極に電
界を加え電子を電界放出する方法において、 前記カーボンナノチューブに光を照射し、放出効率を向
上する、ことを特徴とする電界放出制御方法。 - 【請求項１１】前記カーボンナノチューブに照射される
前記光は、その電場が前記カーボンナノチューブの長軸
方向に平行に設定されている、ことを特徴とする請求項
１０記載の電界放出制御方法。 - 【請求項１２】前記光が赤外光よりなる、ことを特徴と
する請求項１０又は１１記載の電界放出制御方法。 - 【請求項１３】前記光がレーザ光よりなる、ことを特徴
とする請求項１０乃至１２のいずれか一に記載の電界放
出制御方法。 - 【請求項１４】前記カーボンナノチューブの長さが、前
記レーザ光のスポット領域の半分程度の値とされてい
る、ことを特徴とする請求項１３記載の電界放出制御方
法。 - 【請求項１５】照射される電磁波の１／３波長〜３／４
波長程度の長さの棒状の導電性部材を陰極に電界を加え
て電子の放出を行い、 前記導電性部材に照射される前記電磁波の電場が、前記
導電性部材の長軸方向に沿ったものとされる、ことを特
徴とする電界放出制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005727A JP2003208855A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 電界放出装置及び方法 |
| US10/335,857 US20030151352A1 (en) | 2002-01-15 | 2003-01-03 | Field emitting apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005727A JP2003208855A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 電界放出装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003208855A true JP2003208855A (ja) | 2003-07-25 |
Family
ID=27644690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002005727A Ceased JP2003208855A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 電界放出装置及び方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030151352A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003208855A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010257898A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 電子放出装置および電子放出方法 |
| WO2016080091A1 (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 電子放出装置及びそれを備えるトランジスタ |
| JP2016117149A (ja) * | 2014-09-22 | 2016-06-30 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | ナノチューブ粒子デバイス及びそれを用いた方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040180244A1 (en) * | 2003-01-24 | 2004-09-16 | Tour James Mitchell | Process and apparatus for microwave desorption of elements or species from carbon nanotubes |
| US20050007001A1 (en) * | 2003-01-24 | 2005-01-13 | Imholt Timothy James | Process and apparatus for energy storage and release |
| CN1293649C (zh) * | 2004-01-08 | 2007-01-03 | 西安交通大学 | 一种用于场发射显示器阴极的大面积碳纳米管薄膜制备方法 |
| WO2005114690A2 (en) * | 2004-05-14 | 2005-12-01 | University Of North Texas | Energy generation method and apparatus |
| US20060001399A1 (en) * | 2004-07-02 | 2006-01-05 | Lembit Salasoo | High temperature battery system for hybrid locomotive and offhighway vehicles |
| CN100423162C (zh) * | 2005-06-03 | 2008-10-01 | 北京汉纳源纳米科技有限公司 | 一种线型纳米碳管复合场发射源及其制备方法和专用装置 |
| CN100573063C (zh) * | 2005-06-15 | 2009-12-23 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 微机械碳纳米管场发射型非致冷热成像器件及制作方法 |
| JP2007087676A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Hitachi High-Technologies Corp | 電界放出型電子銃およびそれを用いた電子ビーム装置 |
| US7501985B2 (en) * | 2006-01-31 | 2009-03-10 | Motorola, Inc. | Nanostructured tunable antennas for communication devices |
| EP2773588A1 (en) * | 2011-11-04 | 2014-09-10 | Fisher, Timothy, S. | Refrigeration from graphene-based nanoemitters |
| DE102015108893B3 (de) * | 2015-06-05 | 2016-02-11 | Carl Von Ossietzky Universität Oldenburg | Elektronenquelle und Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, Verfahren zum Herstellen einer solchen Elektronenquelle sowie deren Verwendung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6504292B1 (en) * | 1999-07-15 | 2003-01-07 | Agere Systems Inc. | Field emitting device comprising metallized nanostructures and method for making the same |
| US6400088B1 (en) * | 2000-11-15 | 2002-06-04 | Trw Inc. | Infrared carbon nanotube detector |
| AU2002363352A1 (en) * | 2001-06-15 | 2003-05-19 | The Pennsylvania State Research Foundation | Method of purifying nanotubes and nanofibers using electromagnetic radiation |
| JP2003189646A (ja) * | 2001-12-14 | 2003-07-04 | Norio Akamatsu | 太陽光エネルギー変換装置および太陽光エネルギー変換システム |
| CN1282211C (zh) * | 2002-11-14 | 2006-10-25 | 清华大学 | 一种碳纳米管场发射装置 |
-
2002
- 2002-01-15 JP JP2002005727A patent/JP2003208855A/ja not_active Ceased
-
2003
- 2003-01-03 US US10/335,857 patent/US20030151352A1/en not_active Abandoned
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| US10112317B2 (en) | 2014-09-22 | 2018-10-30 | The Boeing Company | Nanotube particle device and method for using the same |
| US10780606B2 (en) | 2014-09-22 | 2020-09-22 | The Boeing Company | Nanotube particle device and method for using the same |
| WO2016080091A1 (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 電子放出装置及びそれを備えるトランジスタ |
| JP2016100121A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 株式会社豊田中央研究所 | 電子放出装置及びそれを備えるトランジスタ |
| US9779906B2 (en) | 2014-11-19 | 2017-10-03 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Electron emission device and transistor provided with the same |
Also Published As
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|---|---|
| US20030151352A1 (en) | 2003-08-14 |
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