JP2006252781A - Electron gun and cathode-ray tube equipped with same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CRT(陰極線管)や電子ビーム露光装置等のように収束した電子ビームを利用する各種電子装置の電子銃およびこれを備えたCRTに関するものである。 The present invention relates to an electron gun of various electronic devices using a converged electron beam such as a CRT (cathode ray tube) or an electron beam exposure apparatus, and a CRT having the same.
CRTは、電子銃を備えたネック部と、このネック部から放出された電子ビームを偏向させる偏向板が設けられたファンネル部と、電子ビームによって励起発光する蛍光体が被着された蛍光スクリーン部とを有する。このようなCRTには電子放出源として電子銃が用いられる。従来の電子銃は、ヒータ内蔵のニッケル円筒の表面に酸化バリウムを主成分とした酸化物が塗布された傍熱型カソードが用いられている。 The CRT has a neck portion provided with an electron gun, a funnel portion provided with a deflection plate for deflecting an electron beam emitted from the neck portion, and a fluorescent screen portion on which a phosphor that emits and emits light by the electron beam is attached. And have. In such a CRT, an electron gun is used as an electron emission source. A conventional electron gun uses an indirectly heated cathode in which an oxide mainly composed of barium oxide is applied to the surface of a nickel cylinder with a built-in heater.
しかしながら、傍熱型カソードの場合、ヒータオン後から電子ビームを得るまでに時間がかかること、ヒータ寿命が短いので長寿命のCRTが得られないこと、等の課題に加えて、近年のCRTに求められる高解像度を実現する上で電流密度の向上に限界があり、例えば高精細表示器等の実現が困難であるという課題がある。 However, in the case of an indirectly heated cathode, in addition to the problems such as it takes a long time to obtain an electron beam after the heater is turned on, and a long-life CRT cannot be obtained because the heater life is short, there is a demand for a recent CRT. However, there is a limit to improvement of current density in realizing high resolution, and there is a problem that it is difficult to realize a high-definition display or the like.
以上のような傍熱型カソードを用いた従来の電子銃の課題を解決するために特許文献1が提案されている。この特許文献1に開示されている電子銃は、電界放出型カソードを用いたものであり、基板上にカソード導体を形成し、このカソード導体上に多数の開口を有する絶縁層を設け、この絶縁層の各開口それぞれにスピント型のエミッタ(電子放出源)を配置するとともに、絶縁層上にゲートを配置して構成したものとなっている。この特許文献1の明細書の記載によれば、電界放出型カソードの場合、冷陰極なのでヒータ電源が不要であり、電流密度(電子放出密度)を向上することができる、等と述べている。 Patent Document 1 has been proposed to solve the problems of the conventional electron gun using the indirectly heated cathode as described above. The electron gun disclosed in Patent Document 1 uses a field emission cathode. A cathode conductor is formed on a substrate, and an insulating layer having a large number of openings is provided on the cathode conductor. A Spindt-type emitter (electron emission source) is disposed in each opening of the layer, and a gate is disposed on the insulating layer. According to the description in the specification of Patent Document 1, it is stated that a field emission type cathode is a cold cathode, so that a heater power source is unnecessary, and current density (electron emission density) can be improved.
しかしながら、電子放出源であるエミッタがスピント型であるために、製造工程において超高真空環境下に置くための高価な製造設備が必要であり、また、電子放出源の構造が上述のごとく複雑なため、製造工数が非常に多くなり製造コストが高価につくなどから、安価に量産するには不向きな構造であるという課題がある。 However, since the emitter, which is an electron emission source, is a Spindt type, an expensive production facility for placing it in an ultra-high vacuum environment is necessary in the production process, and the structure of the electron emission source is complicated as described above. Therefore, there is a problem that the structure is unsuitable for mass production at a low cost because the number of manufacturing steps is very large and the manufacturing cost is high.
また、スピント型では、エミッタの配置密度を高くするとしても、設置スペースに乏しい電子銃ではエミッタの配置個数が制約され、電流密度の確保が難しいという別の課題もある。
本発明により解決する課題は、電子放出源として電界放出型カソードを用いた電子銃において、設備コストや製造コストを共に低減して量産コストを大幅に低減できる電子銃を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an electron gun that can greatly reduce mass production cost by reducing both equipment cost and manufacturing cost in an electron gun using a field emission cathode as an electron emission source.
本発明による電子銃は、電界放出型カソードと、この電界放出型カソードから放出した電子を収束させる電子レンズ系とを備えた電子銃において、上記電界放出型カソードが、導電性ワイヤと、この導電性ワイヤの表面に電子放出源として表面に多数のナノサイズの微細突起を有する炭素薄膜が形成されていることを特徴とするものである。 An electron gun according to the present invention includes a field emission cathode and an electron lens system that converges electrons emitted from the field emission cathode. The field emission cathode includes a conductive wire and a conductive wire. A carbon thin film having a large number of nano-sized fine protrusions is formed on the surface of the conductive wire as an electron emission source.
上記導電性ワイヤはその表面に微視的なサイズの凹凸を形成することが、より低電界の印加で炭素薄膜の微細突起からより多くの電子を放出させることができて好ましい。炭素薄膜は、例えば、チューブ形状、ウォール形状、その他の形状を備えたナノサイズの材料からなる炭素薄膜を含む。 It is preferable that the conductive wire has microscopic unevenness on the surface because more electrons can be emitted from the fine protrusions of the carbon thin film by applying a lower electric field. The carbon thin film includes, for example, a carbon thin film made of a nano-sized material having a tube shape, a wall shape, or other shapes.
本発明の電子銃によると、傍熱型カソードを用いた電子銃の諸課題を克服することができることは勿論のこと、スピント型の電子放出源とは大きく異なり、製造において超高真空環境が要求されず、また、製造工数も少なくて済むので、設備コスト、製造コストが共に安価に済み、量産コストの大幅な低減が可能である。 According to the electron gun of the present invention, it is possible to overcome the problems of the electron gun using the indirectly heated cathode, as well as the Spindt type electron emission source. In addition, since the number of manufacturing steps can be reduced, both the equipment cost and the manufacturing cost can be reduced, and the mass production cost can be greatly reduced.
さらに、本発明の電子銃によると、導電性ワイヤの表面全体に微細突起を多数備え、この微細突起に低電圧印加で強い電界集中が起こり、電子放出を行うことができるので、設置スペースに制約があるネック部でも、1つないしは複数のワイヤ状のカソードを配置するだけで十分な高電流密度を確保できる。 Furthermore, according to the electron gun of the present invention, a large number of fine protrusions are provided on the entire surface of the conductive wire, and a strong electric field concentration occurs on the fine protrusions when a low voltage is applied, so that electron emission can be performed. Even with a certain neck portion, a sufficiently high current density can be ensured only by arranging one or a plurality of wire-like cathodes.
さらに、スピント型では基板上にエミッタが離散されるので電子放出密度をあげるには絶縁層の開口数を増加させる必要があるが、開口数の増加して電流密度を向上させるにも限界があるのに対して、本発明では、導電性ワイヤの表面に形成した炭素薄膜が備える多数の微細突起それぞれがエミッタとして機能することができるので、高電流密度を確保することができる。 Further, since the emitter is discrete on the substrate in the Spindt type, it is necessary to increase the numerical aperture of the insulating layer in order to increase the electron emission density, but there is a limit to increase the current density by increasing the numerical aperture. On the other hand, in the present invention, since each of a large number of fine protrusions provided in the carbon thin film formed on the surface of the conductive wire can function as an emitter, a high current density can be ensured.
本発明によれば、電子放出源として電界放出型カソードを用いた電子銃において、量産コストが安価に済む電子銃を提供することができる。 According to the present invention, an electron gun using a field emission type cathode as an electron emission source can be provided with an inexpensive mass production cost.
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る電子銃を詳細に説明する。図1は、実施の形態の電子銃を備えたCRTの構成を示す図である。図1を参照して、このCRT10は、内部が高真空に密封されたガラス管12のネック部14に電子銃16が収納されている。ガラス管12のネック部14とファンネル部18との接合部の外周に水平・垂直偏向板20が配置されている。ガラス管12のパネル22の内面に蛍光スクリーン部24が設けられている。
Hereinafter, an electron gun according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a CRT including an electron gun according to an embodiment. With reference to FIG. 1, this CRT 10 has an
電子銃16から放出されてくる電子ビーム26は、水平・垂直偏向板20で偏向されて蛍光スクリーン部24に衝突し、蛍光スクリーン部24は励起発光する。なお、図1に示すCRT10の偏向方式は、静電偏向方式であるが、実施の形態はこの偏向方式に限定されず、電磁偏向方式にも適用することができる。電磁偏向方式は電子ビームを磁石の磁界の強さや方向により電子ビームを水平、垂直に偏向する方式である。
The
図2および図3を参照して実施の形態の電子銃16の構成を説明する。図2は電子銃16の構成図、図3は電界放出型カソード28の詳細図である。この電子銃16は、電界放出型カソード28と、電子レンズ系30とで構成されている。
The configuration of the
電界放出型カソード28は、導電性ワイヤ28aと、この導電性ワイヤ28aの表面に電子放出源として表面に多数のナノサイズの微細突起28bを有する炭素薄膜28cが形成されていることを特徴とするものである。導電性ワイヤ28aは電子レンズ系30にほぼ直交する方向に延びて配置されていることが好ましい。
The
上記導電性ワイヤ28aはその表面に微視的なサイズの凹凸28dを形成することが、より低電界の印加で炭素薄膜28cの微細突起28bからより多くの電子を放出させることができて好ましい。炭素薄膜28cは、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、フラーレン、カーボンナノホーン、ナノパーティクル、その他の炭素および炭素系の薄膜を含む。導電性ワイヤ28aは1つでも複数でもよく、網目状に組合わせてもよい。導電性ワイヤ28aは直線状でも蛇行状でもその形状は問わない。導電性ワイヤ28aの断面は円形、楕円形、矩形等、その形状は問わない。導電性ワイヤ28aはその長さ方向に等径でよいが一部に異径部分があってもよい。 It is preferable that the conductive wire 28a has microscopic irregularities 28d formed on the surface because more electrons can be emitted from the fine protrusions 28b of the carbon thin film 28c by applying a lower electric field. The carbon thin film 28c includes, for example, carbon nanotubes, carbon nanowalls, fullerenes, carbon nanohorns, nanoparticles, and other carbon and carbon-based thin films. One or a plurality of conductive wires 28a may be used, or they may be combined in a mesh shape. The shape of the conductive wire 28a may be linear or serpentine. The cross section of the conductive wire 28a may be circular, elliptical, rectangular, or the like. The conductive wire 28a may have the same diameter in the length direction, but may have a part with a different diameter.
炭素薄膜28cの膜厚は特に限定されない。微細突起28bの先端は尖鋭であることが電界集中には好ましいが、多少の丸みがあってもよい。カーボンナノウォールの場合はウォール厚さが薄いほど電界集中には好ましい。導電性ワイヤ28aの表面にカーボンナノチューブやカーボンナノウォール等の炭素薄膜を形成する方法には限定されない。 The film thickness of the carbon thin film 28c is not particularly limited. It is preferable for the electric field concentration that the tip of the fine protrusion 28b is sharp, but it may be somewhat rounded. In the case of carbon nanowalls, the thinner the wall thickness, the better for electric field concentration. The method is not limited to a method of forming a carbon thin film such as a carbon nanotube or a carbon nanowall on the surface of the conductive wire 28a.
電子レンズ系30には各種の方式があり、実施の形態は特にそれらレンズ方式に特に限定されるものではなく、説明として、電子レンズ系30は、複数のグリッド電極からなり、一例として、5つのグリッド電極30a−30eからなり、これら各グリッド電極30a−30eに電圧が印加されることにより、電子ビーム26の加速および収束を行うようになっている。各グリッド電極30a−30eには電子ビーム26を通すための開口が形成されている。
There are various types of
以上説明した実施の形態の電子銃16においては、傍熱型カソードを用いた電子銃の諸課題を克服することができるとともに、スピント型の電界放出型カソードを用いた電子銃の諸課題を克服することができる。
In the
すなわち、実施の形態の電子銃16の電界放出型カソード28は、導電性ワイヤ28aの表面全体に形成した炭素薄膜28cの表面に多数設けた尖鋭な微細突起28bに低電圧印加により強い電界集中が起こり、電子放出を行うことができるものであり、製造に際しては、超高真空環境下で製造する必要がなく、また、製造工数も少なくて済むので、設備コスト、製造コストが共に安価に済み、量産する場合には、スピント型の電界放出型カソードと比較してその量産コストを大幅に低減することができる。
That is, the
さらに、従来のスピント型の電界放出型カソードでは、基板上にエミッタが離散配置されているので電流密度の向上に限界があるが、実施の形態の電子銃16の電界放出型カソード28では、炭素薄膜28c表面の多数の微細突起28bそれぞれがエミッタとして機能することができるので、電流密度が極めて高い電子銃を実現することができる。
Furthermore, in the conventional Spindt-type field emission cathode, since the emitters are discretely arranged on the substrate, there is a limit in improving the current density. However, in the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various changes or modifications within the scope described in the claims.
10 CRT
12 ガラス管
14 ネック部
16 電子銃
18 ファンネル部
20 水平・垂直偏向部
24 蛍光スクリーン部
26 電子ビーム
28 電界放出型カソード
28a 導電性ワイヤ
28b 微細突起
28c 炭素薄膜
28d 凹凸
30 電子レンズ系
10 CRT
DESCRIPTION OF
Claims (2)
A CRT comprising: a neck portion comprising the electron gun according to claim 1; a funnel portion for deflecting an electron beam emitted from the neck portion; and a fluorescent screen portion that emits and emits light by the electron beam.
Priority Applications (1)
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JP2005063389A JP2006252781A (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Electron gun and cathode-ray tube equipped with same |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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JP2005063389A Pending JP2006252781A (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Electron gun and cathode-ray tube equipped with same |
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2005
- 2005-03-08 JP JP2005063389A patent/JP2006252781A/en active Pending
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