JP2005268116A - Manufacturing method of electron emitting source, fluorescent display tube, and flat display panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子放出源の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electron emission source.
従来より、ＦＥＤ(Field Emission Display)や蛍光表示管などでは、電子放出源としてＣＮＴ(Carbon Nano Tube)やＣＮＦ(Carbon Nano Fiber)等のナノチューブ状繊維が利用されている。一例として、熱ＣＶＤ法によりカソード基板上に配置されたＣＮＴを図２（ａ）に示す。図２（ａ）は、熱ＣＶＤ法によりカソード基板上に配設されたＣＮＴの顕微鏡写真である。このように、熱ＣＶＤ法により生成されたＣＮＴは、カールしたり互いに絡み合ったりした状態でカソード基板上に配設される。（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, nanotube-like fibers such as CNT (Carbon Nano Tube) and CNF (Carbon Nano Fiber) have been used as electron emission sources in FED (Field Emission Display) and fluorescent display tubes. As an example, FIG. 2A shows a CNT disposed on a cathode substrate by a thermal CVD method. FIG. 2 (a) is a photomicrograph of CNTs arranged on the cathode substrate by the thermal CVD method. As described above, the CNTs generated by the thermal CVD method are disposed on the cathode substrate in a state of being curled or entangled with each other. (For example, refer to Patent Document 1).
なお、出願人は、本明細書に記載された先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
しかしながら、従来の電子放出源では、電子放出源から電子を引き出すアノード電極に印加する電圧（引き出し電圧）を高くしなければ、均一な電子放出を得られなかった。その理由としては以下のものが考えられる。
まず、絡み合った状態でカソード基板上に配置されたＣＮＴは、電子を放出するＣＮＴの先端の数が少ない。したがって、放出される電子の量も必然的に少なくなる。
また、絡み合った状態でカソード基板上に配置されたＣＮＴは、上述したようにＣＮＴの先端の数が少ないので、ある電界でエミッションを放出する有効な先端（エミッションサイト）数も少なく、均一な電子を引き出すためには、引き出し電極の電圧を高く印加する必要があった。
そこで、本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、より低い引き出し電圧で均一な電子放出を得ることができる電子放出源の製造方法、蛍光表示管および平面ディスプレイを提供することを目的とする。
However, in the conventional electron emission source, uniform electron emission cannot be obtained unless the voltage (extraction voltage) applied to the anode electrode for extracting electrons from the electron emission source is increased. The following reasons can be considered.
First, the CNTs arranged on the cathode substrate in an intertwined state have a small number of CNT tips that emit electrons. Therefore, the amount of electrons emitted is inevitably reduced.
In addition, since the CNTs arranged on the cathode substrate in an intertwined state have a small number of CNT tips as described above, the number of effective tips (emission sites) that emit emission in a certain electric field is small, and uniform electrons are emitted. In order to extract the voltage, it was necessary to apply a high voltage to the extraction electrode.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems. An electron emission source manufacturing method, a fluorescent display tube, and a flat display capable of obtaining uniform electron emission with a lower extraction voltage are provided. The purpose is to provide.
上述したような課題を解決するために、本発明にかかる電子放出源の製造方法は、カールしたナノチューブ状繊維からなる被膜を金属基板上に配置する工程と、被膜にパルス状のレーザを照射する工程とを含み、レーザのエネルギー密度は、基板に対して３０〜９０mJ/cm2であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an electron emission source manufacturing method according to the present invention includes a step of arranging a film made of curled nanotube-like fibers on a metal substrate, and irradiating the film with a pulsed laser. The energy density of the laser is 30 to 90 mJ / cm 2 with respect to the substrate.
上記電子放出源の製造方法において、ナノチューブ状繊維は炭素からなるようにしてもよく、被膜は、熱ＣＶＤ法により基板に配置されるようにしてもよい。
また、上記電子放出源の製造方法において、レーザは、エキシマレーザであるようにしてもよく、そのレーザは、大気中、ガス雰囲気中または真空中で被膜に照射するようにしてもよい。
In the method for manufacturing an electron emission source, the nanotube-like fibers may be made of carbon, and the coating may be arranged on the substrate by a thermal CVD method.
In the method for manufacturing the electron emission source, the laser may be an excimer laser, and the laser may irradiate the film in the air, in a gas atmosphere, or in a vacuum.
さらに、上記電子放出源の製造方法により製造された電子放出源を、蛍光表示管または平面ディスプレイに適用するようにしてもよい。 Furthermore, the electron emission source manufactured by the method for manufacturing an electron emission source may be applied to a fluorescent display tube or a flat display.
本発明によれば、被膜にパルス状のレーザを１回または複数回照射することにより、ナノチューブ状繊維の端部の数が増加し、かつ、その端部近傍のナノチューブ状繊維の密度が最適化されるため、ナノチューブ状繊維からの電子放出分布が均一化するとともに引き出し電圧を低下させることが可能となるので、低電圧でも電子放出量の多い安定したエミッションを実現することができる。 According to the present invention, the number of ends of the nanotube-like fibers is increased by irradiating the coating with a pulsed laser once or a plurality of times, and the density of the nanotube-like fibers in the vicinity of the ends is optimized. Therefore, the electron emission distribution from the nanotube-like fibers can be made uniform and the extraction voltage can be lowered, so that stable emission with a large amount of electron emission can be realized even at a low voltage.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる光源管の断面図である。
全体を符号１で示す光源管は、円筒形のガラス管の一端に透光性を有するフェースガラスが低融点フリットガラスで接着固定され、他端に複数のリードピンが挿通されるとともに排気管が一体的に形成されたステムガラスが溶着されて形成された真空外囲器２を有し、この真空外囲器２内は１０-3〜１０-6Ｐａ程度の圧力に真空排気されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a light source tube according to the present embodiment.
The light source tube generally indicated by reference numeral 1 has a translucent face glass bonded and fixed to one end of a cylindrical glass tube with a low melting point frit glass, a plurality of lead pins inserted into the other end, and an exhaust tube integrated. The vacuum envelope 2 is formed by welding a stem glass formed in a vacuum, and the inside of the vacuum envelope 2 is evacuated to a pressure of about 10 −3 to 10 −6 Pa.
真空外囲器２内部には、フェースガラスが設けられた端部側にフェースガラスに対向する面に蛍光体（図示せず）が被着したアノード３が配置され、このアノード３に対向して略箱状のゲート構造体４がアノード３の方向にメッシュ部４−１を向けて配設され、このゲート構造体４の中にカソード構造体５が絶縁体を介して配設されている。そして、アノード３、ゲート構造体４およびカソード構造体５のそれぞれには、真空外囲器２の外に引き出されたリードピンを介して電圧が印加される。 Inside the vacuum envelope 2, an anode 3 having a phosphor (not shown) deposited on the surface facing the face glass is disposed on the end side where the face glass is provided. A substantially box-shaped gate structure 4 is disposed with the mesh portion 4-1 facing the anode 3, and a cathode structure 5 is disposed in the gate structure 4 via an insulator. A voltage is applied to each of the anode 3, the gate structure 4, and the cathode structure 5 via lead pins drawn out of the vacuum envelope 2.
金属基板からなるアノード３は、ゲート構造体４およびカソード構造体５のそれぞれに対して略平行に設置される。
金属基板からなるゲート構造体４は、メッシュ部４−１とこのメッシュ部４−１をカソードより所定の間隔だけ離間させて指示する周辺部４−２とから構成される。
The anode 3 made of a metal substrate is installed substantially in parallel with each of the gate structure 4 and the cathode structure 5.
The gate structure 4 made of a metal substrate is composed of a mesh part 4-1, and a peripheral part 4-2 that points the mesh part 4-1 apart from the cathode by a predetermined distance.
カソード構造体５は、金属基板からなるカソード６のゲート構造体４に対向する表面に電子放出材料としてＣＮＴからなる被膜７が配置されている。
カソード６は、鉄、ニッケル等を主成分とする合金から構成される。なお、カソード６には、鉄を使用することもできる。この場合、工業用純鉄（９９．９６Ｆｅ）を使用するが、その純度は特に規定の純度が必要なわけではなく、例えば、純度９７％や９９．９％などでもよい。また、カソード６には、鉄を含む合金としては、例えば、４２合金や４２−６合金などが使用できるが、これに限られるものではない。
In the cathode structure 5, a coating 7 made of CNT as an electron emission material is disposed on the surface of the cathode 6 made of a metal substrate facing the gate structure 4.
The cathode 6 is made of an alloy mainly composed of iron, nickel or the like. Note that iron can also be used for the cathode 6. In this case, industrial pure iron (99.96Fe) is used, but the purity is not particularly required, and may be 97% or 99.9%, for example. Moreover, as an alloy containing iron, for example, 42 alloy, 42-6 alloy, etc. can be used for the cathode 6, but it is not restricted to this.
本実施の形態において、カソード６には、ピッチ４５０μｍ、ライン幅８０μｍの六角構造をしたメッシュが形成されているが、メッシュの貫通口の開口部の形状は、金属基板上で被膜の分布が均一となるものであればどのような形状でもよく、開口部の大きさが同一である必要はない。例えば、開口部の形状が三角形、四角形、六角形などの多角形やこれら多角形の角を丸めたもの、または円形や楕円形などでもよい。また、金属部分の隣り合う貫通孔の間の断面形状は、方形に限られるものではなく、例えば、円形や楕円形などの曲線で構成されたものや、三角形、四角形、六角形などの多角形やこれらの多角形の角を丸めたものなどでも何でもよい。さらに、カソード６はメッシュが形成されていない平板からなるようにしてもよい。 In this embodiment, the cathode 6 is formed with a mesh having a hexagonal structure with a pitch of 450 μm and a line width of 80 μm. The shape of the opening of the through-hole of the mesh is a uniform distribution of the coating on the metal substrate. Any shape can be used, so long as the sizes of the openings need not be the same. For example, the shape of the opening may be a polygon such as a triangle, a rectangle, or a hexagon, rounded corners of these polygons, a circle, an ellipse, or the like. In addition, the cross-sectional shape between the adjacent through holes of the metal part is not limited to a square shape, for example, a shape composed of a curve such as a circle or an ellipse, or a polygon such as a triangle, a rectangle, or a hexagon Or anything with rounded corners of these polygons. Further, the cathode 6 may be a flat plate on which no mesh is formed.
次に、被膜７のカソード６への配設方法について説明する。被膜７は、熱ＣＶＤ法により製造される。この製造方法の一例を以下に示す。
反応容器にカソード６を入れて真空に排気した後、一酸化炭素ガスを５００sccm、水素ガスを１０００sccmの比率で導入して１気圧に保ち、赤外線ランプで板状金属部材を６００〜７００℃で３０分間加熱する。すると、カソード６上には、被膜７が生成される。
Next, a method for arranging the coating 7 on the cathode 6 will be described. The coating 7 is manufactured by a thermal CVD method. An example of this manufacturing method is shown below.
After putting the cathode 6 in the reaction vessel and evacuating it to a vacuum, carbon monoxide gas is introduced at a rate of 500 sccm and hydrogen gas is introduced at a rate of 1000 sccm and maintained at 1 atm. Heat for minutes. Then, a film 7 is generated on the cathode 6.
被膜７を構成するナノチューブ状繊維は、太さが１ｎｍ以上１μｍ未満程度で、長さが１μｍ以上１００μｍ未満程度の炭素で構成された物質であり、グラファイトの単層が円筒状に閉じ、かつ円筒の先端部に五員環が形成された単層構造のカーボンナノチューブや、複数のグラファイト層が入れ子構造的（カップスタック型）に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造のカーボンナノチューブであってもよいし、構造が乱れて欠陥を持つ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が詰まったグラファイトチューブでもよい。また、これらが混在したものであってもよい。これらのナノチューブ状繊維は、一端が板状金属部材の表面や貫通孔壁に結合するとともに、図２（ａ）によく示されるようにカールしたり互いに絡み合ったりして格子を構成する金属部分を覆い、綿状の被膜を形成している。この場合、被膜７は、カソード６を約１５〜２０μｍの厚さで覆い、滑らかな曲面を形成している。 The nanotube-like fiber constituting the coating 7 is a substance composed of carbon having a thickness of about 1 nm to less than 1 μm and a length of about 1 μm to less than 100 μm. Single-walled carbon nanotubes with a five-membered ring formed at the tip of the tube and a coaxial multilayer structure in which multiple graphite layers are stacked in a nested structure (cup stack type), and each graphite layer is closed in a cylindrical shape It may be a carbon nanotube, a hollow graphite tube having a disordered structure and a defect, or a graphite tube in which carbon is packed in a tube. Moreover, these may be mixed. These nanotube-like fibers have one end bonded to the surface of the plate-like metal member and the wall of the through-hole, and curled or entangled with each other as shown in FIG. Covers and forms a cotton-like film. In this case, the coating 7 covers the cathode 6 with a thickness of about 15 to 20 μm and forms a smooth curved surface.
次に、本実施の形態では、上述したような方法で被膜７を形成した後、この被膜にレーザを照射する。このレーザ照射は、大気中、窒素等のガス雰囲気中また真空中などにおいて行われ、レーザのエネルギー密度は、カソード６上において３０〜９０mJ/cm2程度、より望ましくは４０〜９０mJ/cm2程度がよい。このため、レーザとしては、例えばXeClレーザ、KrFレーザ等のエキシマレーザを用いることができる。このようなレーザで、カソード６の被膜７が配置された面に対して垂直方向または所定の角度からビームの照射面積ごとにパルス半値幅２０ｎｓのレーザ照射を周波数（２０Ｈｚ）間隔で３回行う。これを被膜７全体または一部について行い、被膜７に含まれるそれぞれのＣＮＴに３回のレーザ照射を行う。すると、図３（ａ）に示すような被膜が形成される。図３（ａ）はレーザ照射後の被膜７の電子顕微鏡写真である。なお、図３（ａ）の場合において、レーザ照射に用いたレーザのエネルギー密度は５０mJ/cm2である。 Next, in the present embodiment, after the film 7 is formed by the method described above, the film is irradiated with a laser. This laser irradiation is performed in the atmosphere, in a gas atmosphere such as nitrogen, or in a vacuum, and the energy density of the laser is about 30 to 90 mJ / cm 2 on the cathode 6, more preferably about 40 to 90 mJ / cm 2. Is good. Therefore, an excimer laser such as a XeCl laser or a KrF laser can be used as the laser. With such a laser, laser irradiation with a pulse half width of 20 ns is performed three times at a frequency (20 Hz) interval for each irradiation area of the beam from a direction perpendicular to the surface on which the coating film 7 of the cathode 6 is disposed or from a predetermined angle. This is performed on the whole or a part of the coating film 7, and each CNT included in the coating film 7 is irradiated with the laser three times. Then, a film as shown in FIG. 3A is formed. FIG. 3A is an electron micrograph of the film 7 after laser irradiation. In the case of FIG. 3A, the energy density of the laser used for laser irradiation is 50 mJ / cm 2 .
ここで、レーザ照射前の被膜７とレーザ照射後の被膜７の状態の変化を図２（ａ）と図３（ａ）を参照して説明する。
図２（ａ）に示すレーザ照射前の被膜７は、ＣＮＴが混んでいる。また、１つ１つのＣＮＴが長いため、電子放出源となるＣＮＴの端部が少ない。図２（ａ）中では、矢印で示すように端部が１つしか存在しない。
一方、図３（ａ）に示すレーザ照射後の被膜７は、レーザ照射によりＣＮＴが切断されるため、レーザ照射により被膜７の表面近傍のＣＮＴが切断されても均一な表面電界を維持でき、かつＣＮＴの端部も多いことがわかる。図３（ａ）中では、矢印で示すように７つの端部が存在する。
Here, the change of the state of the film 7 before laser irradiation and the state of the film 7 after laser irradiation will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 3 (a).
The coating 7 before laser irradiation shown in FIG. 2A is crowded with CNTs. Moreover, since each CNT is long, there are few end parts of CNT used as an electron emission source. In FIG. 2A, there is only one end as shown by the arrow.
On the other hand, since the coating 7 after laser irradiation shown in FIG. 3A is cut by CNT by laser irradiation, a uniform surface electric field can be maintained even when CNT near the surface of the coating 7 is cut by laser irradiation. It can also be seen that there are many ends of CNTs. In FIG. 3A, there are seven ends as indicated by arrows.
次に、図２（ｂ）と図３（ｂ）を参照して、レーザ照射前の被膜７とレーザ照射後の被膜７の引き出し電圧について比較する。図２（ｂ）は、レーザ照射前の被膜７が配置されたカソードの電子放出密度を示す図、図３（ｂ）は、レーザ照射後の被膜７が配置されたカソードの電子放出密度を示す図である。
なお、図２（ｂ）、図３（ｂ）〜図６および図８に示す各実験結果は、レーザ照射前の被膜７または上述した条件によりレーザ照射後の被膜７を配置したカソードと、このカソードから電子を引き出すアノードとを０．３mm間隔で平行に配設し、アノードに印加する引き出し電圧やアノードに引き出し電圧を印加することにより被膜７から放出される電子に基づくアノード電流等を制御することにより得られたものである。
Next, referring to FIG. 2B and FIG. 3B, the extraction voltages of the film 7 before laser irradiation and the film 7 after laser irradiation are compared. FIG. 2B shows the electron emission density of the cathode on which the film 7 before laser irradiation is arranged, and FIG. 3B shows the electron emission density of the cathode on which the film 7 is arranged after laser irradiation. FIG.
In addition, each experimental result shown in FIG. 2B, FIG. 3B to FIG. 6 and FIG. 8 shows the coating film 7 before the laser irradiation or the cathode in which the coating film 7 after the laser irradiation is arranged according to the above-described conditions. An anode for extracting electrons from the cathode is arranged in parallel at intervals of 0.3 mm, and an extraction current applied to the anode or an extraction current applied to the anode controls an anode current based on electrons emitted from the coating 7. It was obtained by this.
図２（ｂ）および図３（ｂ）は、それぞれカソード上にレーザ照射前またはレーザ照射後の被膜７を半径２．０mmの円形に配置し、このようなカソード上にＸ方向、Ｙ方向とも４０μｍ間隔で測定点を設け、それぞれのカソードから１．６mAのアノード電流を得たときの各測定点からの電流密度を示す図である。
なお、表示画面の都合上、図２（ｂ）および図３（ｂ）では、表示ピークを１．０mA/cm2でレベリングしている。したがって、図２（ｂ）および図３（ｂ）において、グラフの上方または上端が平らな部分、すなわち水平な直線で表現されている部分は、電流密度が１．０mA/cm2を超えていることを意味する。
2 (b) and 3 (b), the film 7 before or after laser irradiation is arranged in a circle with a radius of 2.0 mm on the cathode, respectively, and both the X and Y directions are placed on such a cathode. It is a figure which shows the current density from each measurement point when a measurement point is provided at intervals of 40 μm and an anode current of 1.6 mA is obtained from each cathode.
For convenience of the display screen, the display peak is leveled at 1.0 mA / cm 2 in FIGS. 2B and 3B. Therefore, in FIGS. 2 (b) and 3 (b), the upper or upper end of the graph has a flat portion, that is, a portion expressed by a horizontal straight line, the current density exceeds 1.0 mA / cm 2 . Means that.
図２（ｂ）および図３（ｂ）によると、それぞれ同等の数の測定点から電子が放出されていることがわかる。しかしながら、図２（ｂ）に示すレーザ照射前の被膜７では、１．６mAのアノード電流を得るために引き出し電圧は１０５５Ｖ必要であった。これに対して、図３（ｂ）に示すレーザ照射後の被膜７では、１．６mAのアノード電流を得るのに要した引き出し電圧は６５０Ｖであった。したがって、本実施の形態によれば、上述した条件で被膜７にレーザを照射することにより、従来と同等のアノード電流を従来よりも低い引き出し電圧で得ることができる。 2B and 3B, it can be seen that electrons are emitted from the same number of measurement points. However, in the film 7 before laser irradiation shown in FIG. 2B, an extraction voltage of 1055 V was required to obtain an anode current of 1.6 mA. On the other hand, in the film 7 after laser irradiation shown in FIG. 3B, the extraction voltage required to obtain an anode current of 1.6 mA was 650V. Therefore, according to the present embodiment, by irradiating the film 7 with the laser under the above-described conditions, an anode current equivalent to the conventional one can be obtained with a lower extraction voltage than the conventional one.
上記実験結果の信憑性は、図４に示す実験結果からも裏付けられている。図４は、被膜７からの電流密度と引き出し電圧との関係を示すグラフである。なお、レーザ照射に用いたレーザのエネルギー密度は５０mJ/cm2である。
図４によく示されるように、レーザ照射後の被膜７の電流密度(After)は、レーザ照射前の被膜７の電流密度(Before)と比較して、レーザ照射前の被膜７よりも低い印可電圧で同等の電流密度を得られることがわかる。これは、上述した条件で被膜７にレーザを照射することにより被膜７中のＣＮＴが切断され、被膜７の網目空間が拡がっても表面に均等な電界がかかり、かつレーザ照射により先端が増加した結果、エミッションサイト数が増加したと考えられる。
The authenticity of the experimental results is supported by the experimental results shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the current density from the coating 7 and the extraction voltage. The energy density of the laser used for laser irradiation is 50 mJ / cm 2 .
As shown well in FIG. 4, the current density (After) of the film 7 after laser irradiation is lower than that of the film 7 before laser irradiation compared to the current density (Before) of the film 7 before laser irradiation. It can be seen that an equivalent current density can be obtained with voltage. This is because the CNT in the film 7 is cut by irradiating the film 7 with the laser under the above-described conditions, and even when the mesh space of the film 7 is expanded, a uniform electric field is applied to the surface, and the tip is increased by the laser irradiation. As a result, the number of emission sites is thought to have increased.
次に、図５を参照して、レーザ照射前の被膜７とレーザ照射後の被膜７の電子放出の均一性について比較する。図５（ａ）〜（ｃ）は、レーザ照射前、４５mJ/cm2のエネルギー密度のレーザが照射された被膜７、９０mJ/cm2のエネルギー密度のレーザが照射された被膜７を半径２．０mmの円形に配置し、このようなカソード上にＸ方向、Ｙ方向とも４０μｍ間隔で測定点を設け、引き出し電圧を７００Ｖとしたときの各測定点からの電流密度を示す図である。
なお、表示画面の都合上、図５（ａ）では１３．０mA/cm2、図５（ｂ）では２７．０mA/cm2、図５（ｃ）では１５．０mA/cm2で表示ピークをレベリングしている。
Next, referring to FIG. 5, the electron emission uniformity of the film 7 before laser irradiation and the film 7 after laser irradiation will be compared. 5A to 5C show a film 7 irradiated with a laser having an energy density of 45 mJ / cm 2 and a film 7 irradiated with a laser having an energy density of 90 mJ / cm 2 before the laser irradiation. It is a diagram showing the current density from each measurement point when the measurement points are arranged in a circle of 0 mm, the measurement points are provided on such a cathode at intervals of 40 μm in both the X direction and the Y direction, and the extraction voltage is 700V.
For convenience of the display screen, FIGS. 5 (a) in 13.0mA / cm 2, FIG. 5 (b) in 27.0mA / cm 2, the display peaks in FIG. 5 (c) in 15.0 mA / cm 2 Leveling.
図５（ｂ），（ｃ）（レーザ照射後）は、図５（ａ）（レーザ照射前）に比べて、多くの測定点から電子が放出されていることがわかる。すなわち、レーザ照射後は、レーザ照射前よりも、被膜７全体から電子が放出されることがわかる。これは、上述した条件で被膜７にレーザを照射することにより、被膜７中のＣＮＴが切断され、ＣＮＴの端部の数量が増加したためと考えられる。したがって、本実施の形態によれば、電子が被膜７全体から一様に引き出される安定したエミッションが得られることがわかる。 5B and 5C (after laser irradiation), it can be seen that electrons are emitted from more measurement points than in FIG. 5A (before laser irradiation). That is, it can be seen that after the laser irradiation, electrons are emitted from the entire coating 7 than before the laser irradiation. This is presumably because CNT in the film 7 was cut by irradiating the film 7 with the laser under the above-described conditions, and the number of end portions of the CNT increased. Therefore, according to the present embodiment, it is understood that stable emission in which electrons are uniformly drawn from the entire coating 7 can be obtained.
また、図５（ｂ），（ｃ）（レーザ照射後）は、図５（ａ）（レーザ照射前）に比べて、各測定点の電流密度が高いことがわかる。特に、図５（ｂ）に示す４５mJ/cm2のエネルギー密度のレーザを照射した場合は、表示ピークを２７．０mA/cm2に設定したことからもわかるように、レーザ照射前よりも電流密度が高い。これは、図４を参照して説明したように、上述した条件で被膜７にレーザを照射することによって被膜７中のＣＮＴが切断され、被膜７中のＣＮＴの密度が最適化されてＣＮＴの端部に効果的に電界を付加された結果、電子が効果的に放出されたことによるものと考えられる。したがって、本実施の形態によれば、同一の引き出し電圧で従来よりも高い安定したエミッションを得られることがわかる。 5B and 5C (after laser irradiation) show that the current density at each measurement point is higher than that in FIG. 5A (before laser irradiation). In particular, when a laser having an energy density of 45 mJ / cm 2 shown in FIG. 5B is irradiated, the current density is higher than before the laser irradiation, as can be seen from the fact that the display peak is set to 27.0 mA / cm 2 Is expensive. As described with reference to FIG. 4, the CNT in the film 7 is cut by irradiating the film 7 with the laser under the above-described conditions, and the density of the CNTs in the film 7 is optimized, so that This is probably because electrons were effectively emitted as a result of effectively applying an electric field to the edge. Therefore, according to the present embodiment, it can be seen that stable emission higher than that of the related art can be obtained with the same extraction voltage.
次に、図６にレーザ照射前とレーザ照射後の被膜７のF-N(Fowler-Nordheim)プロットを示す。この場合もレーザ照射に用いたレーザのエネルギー密度は５０mJ/cm2である。図６において、Ｉｅはアノード電流、Ｖａはアノードに印加されるアノード電圧、すなわち引き出し電圧を意味する。
図６からもわかるように、レーザ照射後の被膜７は、レーザ照射前の被膜７よりもグラフが傾いており、仕事関数が小さいことがわかる。したがって、本実施の形態によれば、上述した条件により被膜７にレーザを照射することにより、少ないエネルギー量で電子を引き出せることがわかる。
Next, FIG. 6 shows FN (Fowler-Nordheim) plots of the film 7 before and after laser irradiation. Also in this case, the energy density of the laser used for laser irradiation is 50 mJ / cm 2 . In FIG. 6, Ie is the anode current, and Va is the anode voltage applied to the anode, that is, the extraction voltage.
As can be seen from FIG. 6, it can be seen that the film 7 after the laser irradiation has a smaller work function because the graph is inclined than the film 7 before the laser irradiation. Therefore, according to the present embodiment, it is understood that electrons can be extracted with a small amount of energy by irradiating the film 7 with laser under the above-described conditions.
次に、レーザの照射条件の最適化を図るため、以下に示す実験を行った。
まず、レーザのエネルギー密度とＣＮＴの端部の数との関係について調べた。図７は、レーザのエネルギー密度とＣＮＴの端部の数の関係を示すグラフである。この実験では、それぞれのエネルギー密度において、パルス半値幅２０ｎｓのレーザ照射を周波数（２０Ｈｚ）間隔で３回行った。
図７からわかるように、レーザのエネルギー密度が高くなるほど、ＣＮＴの端部の数が増加する。したがって、レーザのエネルギー密度を高くすると、より多くのＣＮＴが切断されることがわかる。
Next, the following experiment was performed in order to optimize the laser irradiation conditions.
First, the relationship between the laser energy density and the number of end portions of the CNTs was examined. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the energy density of the laser and the number of end portions of the CNT. In this experiment, laser irradiation with a pulse half width of 20 ns was performed three times at a frequency (20 Hz) interval at each energy density.
As can be seen from FIG. 7, the higher the energy density of the laser, the greater the number of end portions of the CNT. Therefore, it can be seen that when the energy density of the laser is increased, more CNTs are cut.
次に、レーザのエネルギー密度と電界強度との関係を調べた。図８は、レーザのエネルギー密度と電界強度との関係を示すグラフである。この実験では、被膜７から２９．５mA/cm2の電流密度を得るのに必要なアノードの電界強度を調べた。この場合も、それぞれのエネルギー密度において、パルス半値幅２０ｎｓのレーザ照射を周波数（２０Ｈｚ）間隔で３回行った。
図７からわかるように、レーザのエネルギー密度が３０〜９０mJ/cm2、特に４０〜９０mJ/cm2の場合が、被膜７から２９．５mA/cm2の電流密度を得るのに必要なアノード３に印加する電界強度が小さくなる。したがって、本実施の形態では、レーザのエネルギー密度を３０〜９０mJ/cm2、より好ましくは４０〜９０mJ/cm2とすることが望ましい。
Next, the relationship between laser energy density and electric field strength was examined. FIG. 8 is a graph showing the relationship between laser energy density and electric field strength. In this experiment, the electric field strength of the anode required to obtain a current density of 29.5 mA / cm 2 from the coating 7 was examined. Also in this case, at each energy density, laser irradiation with a pulse half width of 20 ns was performed three times at a frequency (20 Hz) interval.
As can be seen from Figure 7, the energy density 30~90mJ / cm 2 laser, especially 40~90mJ / cm case 2, an anode 3 required to obtain a current density of 29.5 mA / cm 2 from the coating 7 The electric field strength applied to is reduced. Therefore, in this embodiment, it is desirable that the energy density of the laser be 30 to 90 mJ / cm 2 , more preferably 40 to 90 mJ / cm 2 .
なお、本実施の形態では、光源管の電子放出源に被膜７を適用して説明したが、被膜７を適用する装置は光源管に限定されず、例えばＦＥＤなど電子放出源として適用可能な装置であれば各種装置に適用することができる。 In the present embodiment, the coating 7 is applied to the electron emission source of the light source tube. However, the apparatus to which the coating 7 is applied is not limited to the light source tube, and can be applied as an electron emission source such as an FED. If so, it can be applied to various devices.
１…光源管、２…真空外囲器、３…アノード、４…ゲート構造体、５…カソード構造体、６…カソード、７…被膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source tube, 2 ... Vacuum envelope, 3 ... Anode, 4 ... Gate structure, 5 ... Cathode structure, 6 ... Cathode, 7 ... Coating.
Claims (7)
前記被膜にパルス状のレーザを照射する工程と
を含み、
前記レーザのエネルギー密度は、前記基板に対して３０〜９０mJ/cm2である
ことを特徴とする電子放出源の製造方法。 Disposing a curled nanotube-like fiber coating on a metal substrate;
Irradiating the coating with a pulsed laser,
The energy density of the laser is 30 to 90 mJ / cm 2 with respect to the substrate.
前記ナノチューブ状繊維は炭素からなることを特徴とする電子放出源の製造方法。 In the manufacturing method of the electron emission source of Claim 1,
The method of manufacturing an electron emission source, wherein the nanotube-like fiber is made of carbon.
前記被膜は、熱ＣＶＤ法により前記基板に配置される
ことを特徴とする電子放出源の製造方法。 In the manufacturing method of the electron emission source of Claim 1 or 2,
The coating film is disposed on the substrate by a thermal CVD method.
前記レーザは、エキシマレーザである
ことを特徴とする電子放出源の製造方法。 In the manufacturing method of the electron emission source of any one of Claims 1 thru | or 3,
The method of manufacturing an electron emission source, wherein the laser is an excimer laser.
大気中、ガス雰囲気中または真空中で前記被膜に前記レーザを照射する
ことを特徴とする電子放出源の製造方法。 In the manufacturing method of the electron emission source of any one of Claims 1 thru | or 4,
Irradiating the film with the laser in the air, in a gas atmosphere, or in a vacuum.
A flat display having an electron emission source manufactured by the method of manufacturing an electron emission source according to any one of claims 1 to 5.
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|---|---|---|---|---|
| JP2007311364A (en) * | 2007-08-02 | 2007-11-29 | Jfe Engineering Kk | Electron emission element and its manufacturing method, and device provided with the same |
| EP2520707A1 (en) * | 2007-04-28 | 2012-11-07 | Q-Flo Limited | Method of increasing the density of carbon nanotube fibres or films |
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2004
- 2004-03-19 JP JP2004080723A patent/JP2005268116A/en active Pending
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