JP2006252783A - 電界放出真空管 - Google Patents

Abstract

【課題】大面積化が容易で、かつ電界効率を向上すること。
【解決手段】平面内に多数の電界放出室１０ｅを備え、各電界放出室１０ｅ内にアノード電極１２と、ゲート電極１４と、カソード電極１６とを同心配置した構成。
【選択図】図２

Description

本発明は、三極管、多極管、蛍光灯、電界放射型表示装置等に用いて好適な電界放出型真空管に関するものである。

近年の微細加工技術の進展により高電界において電子を放出する電界放出型電子源の製造技術の進歩は著しく、特に極めて小型な構造を有する電界放出型真空管が製造されている。このような電界放出型真空管は特許文献１等において各種提案されている。例えば、コーン型では、基板に垂直な方向に、アノード電極、ゲート電極、カソード電極を配置し、ゲート電極とカソード電極との間にゲート電圧を印加して強電界を発生させ、電界放出原理に従いカソード電極から電子を放出させ、さらにアノード電極に印加したアノード電圧により、電子をアノード電極に到達させるようにしたものである。また、プレーナ型では、基板に平行な方向にカソード電極、ゲート電極、アノード電極を配置し、カソード電極とゲート電極との間、カソード電極とアノード電極との間に、電圧を印加してカソード電極から電界放出の原理に基づいて電子を引き出して放出させ、この放出させた電子をアノード電極に向かわせるようにしたものである。しかしながら、コーン型もプレーナ型もアノード電極とカソード電極との対向面間に形成される電界が平行電界であるから、電子放出量を増大させるように大面積化を図り難く、また、同一の対向空間内にアノード電極とゲート電極とカソード電極とを配置しており、全体が一つの電界放出室となっていて、その室内では電界放出効率が高い領域や低い領域が存在し全体（マクロ的）としての電界放出効率が低い。また、電界も極めて高い電界を印加する必要があり、取り扱いにくい。
特開２００２−０４２６３５号公報

本発明により解決すべき課題は、大面積化が容易であり、その電子放出効率を向上することである。

本発明による電界放出型真空管は、アノード電極とカソード電極とをゲート電極を間にして対向配置した電界放出型真空管において、上記電極の対向空間の全領域を平面方向に複数の電界放出室に区画し、各電界放出室毎に筒状アノード電極と、筒状アノード電極で取り囲まれる形態の筒状ゲート電極と、筒状ゲート電極で取り囲まれる形態のワイヤ状カソード電極とを同心配置したことを特徴とするものである。

筒状アノード電極は、電界放出室の内壁面に蒸着等により形成した金属薄膜から構成することができるが、筒状アノード電極は、これに限定されるものではなく、電界放出室の内壁面から離れて設けることもできる。

本発明によると、電極の対向空間の全領域を平面方向に複数の電界放出室に区画しかつ各電界放出室それぞれにはアノード電極とゲート電極とカソード電極とを同心に配置したので、各電界放出室内部ではカソード電極から３６０度方向全周にわたり電子放出することができるので、電界放出型真空管全体でのマクロ的な電界放出効率が大きく向上するうえ、これら電極間にはそれほど高い電圧を印加する必要がなく、電界放出室それぞれは小さくて済むので大面積化が容易である。また、各電界放出室での電界も低く印加するだけで済むので扱い易い。

カソード電極の表面に電界集中補助用凹凸を設けるとともに、その凹凸表面に多数の電界集中用微細突起を有する炭素系薄膜を形成することが好ましい。この炭素系薄膜には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、フラーレンなどが含まれる。

各アノード電極、各ゲート電極および各カソード電極がそれぞれ共通に接続されていることが好ましい。

本発明によれば、マクロ的な電界放出特性に優れた電界放出型真空管を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明すると、図１は実施の形態の電界放出型真空管を示す一部破断斜視図、図２は同電界放出型真空管の一部破断平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。これらの図を参照して、この電界放出型真空管は、平面視矩形形状の容器１０を有する。この容器１０は、前面パネル１０ａ、背面パネル１０ｂ、側面パネル１０ｃから囲まれてなるとともに、内部が仕切りパネル１０ｄにより多数の電界放出室１０ｅに区画されている。各パネル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはガラス等からなる。各電界放出室１０ｅの内側壁面（側面パネル１０ｃと仕切りパネル１０ｄのパネル面で構成される）にはスパッタリングやＥＢ蒸着等により導電材としてアルミニウム等の金属薄膜１２が形成されている。金属薄膜１２はそれぞれアノード電極１２を構成する。なお、接続の形態の図示は略するが、各アノード電極１２は外部端子Ａに共通に接続され、アノード電圧が共通に印加可能になっている。

各電界放出室１０ｅの内部には、それぞれ、各アノード電極１２と同心的に配置された円筒形でかつ多数の貫通孔を備えた円筒部材１４がゲート電極１４として配置されている。なお、接続の形態の図示は略するが、各ゲート電極１４は外部端子Ｇに共通に接続され、ゲート電圧が共通に印加可能になっている。

各ゲート電極１４の内部には、それぞれ、該ゲート電極１４と同心的に導電性ワイヤ１６が延びて配置されている。導電性ワイヤ１６それぞれはカソード電極１６を構成するとともにその外表面に多数のナノチューブ状あるいはナノウォール状の微細突起１８ａを有する炭素系薄膜１８が電子放出部１８として形成されている。なお、接続の形態の図示は略するが、各カソード電極１６は外部端子Ｋに共通に接続されている。導電性ワイヤ１６それぞれの表面は電界集中をより発生しやすくする表面粗さを有する凹凸１６ａに積極的に設定されており、この表面粗さの凹凸１６ａは炭素系薄膜１８だけの微細突起１８ａにさらに全体の凹凸を形成しており微細突起１８ａでの電界集中を助長する電界集中補助部として作用する。この表面粗さは微視的であるが、可視的な凹凸でもよい。例えば、複数の導線を撚り合わせてなる凹凸や、導線表面をねじ切り加工する凹凸でもよい。

以上の構成を備えた実施の形態の電界放出型真空管においては、全体に必要とする電流を例えば１０Ａとし、電界放出室１０ｅの数を１００とした場合、各電界放出室１０ｅそれぞれで行われる電子放出においては、電流を０．１Ａ分担するだけで済むので、各電界放出室１０ｅそれぞれにおける電極間にはそれほど高い電圧を印加する必要がなくなり、低圧電源でも本電界放出型真空管を容易に駆動することができる。

また、電界放出室１０ｅそれぞれは小さくて済むので各電界放出室１０ｅ内部を真空に保持することも容易であり、全体の耐久性も向上する。

さらに、アノード電極１２と、ゲート電極１４と、カソード電極１６とが同心配置されているので、電極の対向間に形成される電界は円筒形となり、カソード電極１６から３６０度全周に電子放出させることができその電子放出効率は極めて高くなるとともに、これら各電界放出室１０ｅを集合した全体の電界放出効率を著しく向上することができる。また、電界放出室１０ｅは小さいので電界放出室１０ｅ内の電界も低く印加するだけで電子放出を行うことが可能である。

なお、電界放出室１０ｅは図４で示すように円形でもよく、図５で示すように六角形等の多角形でもよいことは勿論である。円形の場合はより電界がより円筒形になり電界放出効率が向上し、また、図５のように六角形の場合は、真空容器１０の強度を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る電界放出型真空管をその一部を破断して示す斜視図である。 実施の形態の電界放出型真空管をその一部を破断して示す平面図である。 実施の形態の電界放出型真空管の断面図である。 他の実施の形態に係る電界放出型真空管の部分平面図である。 さらに他の実施の形態に係る電界放出型真空管の部分平面図である。

符号の説明

１０ 真空容器
１０ｅ 電界放出室
１２ 金属薄膜（カソード電極）
１４ 円筒部材（ゲート電極）
１６ 導電性ワイヤ（カソード電極）
１６ａ 導電性ワイヤ
１６ｂ 炭素系薄膜
Ａ アノード電極用外部端子
Ｇ ゲート電極用外部端子
Ｋ カソード電極用外部端子

Claims (2)

1. アノード電極とカソード電極とをゲート電極を間にして対向配置した電界放出型真空管において、上記電極の対向空間の全領域を平面方向に複数の電界放出室に区画し、各電界放出室毎に筒状アノード電極と、筒状アノード電極で取り囲まれる形態の筒状ゲート電極と、筒状ゲート電極で取り囲まれる形態のワイヤ状カソード電極とを同心配置したことを特徴とする電界放出型真空管。
2. カソード電極の表面に電界集中補助用凹凸を設けるとともに、その凹凸表面に多数の電界集中用微細突起を有する炭素系薄膜を形成した、ことを特徴とする請求項１に記載の電界放出型真空管。

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