JP2023545682A - 電界放出カソード装置をクリーニングするための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

電界放出カソード装置をクリーニングするための方法およびシステムであって、電界放出カソード装置は、電界放出層が係合した基板を含み、方法およびシステムは、基板が電界放出層の上に配置されるように、電界放出カソード装置を振動装置と係合することを含む。次いで、電界放出層から非埋め込み粒子を脱落させることによって電界放出カソード装置をクリーニングするために、振動装置を用いてＸ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、電界放出カソード装置を振動させる。【選択図】図２Ａ

Description

本出願は、電界放出カソード装置、より具体的には、電界放出カソード装置をクリーニングするための方法およびシステムに関する。

電界放出カソード装置は、概して、カソード基板（通常、ステンレス鋼、タングステン、モリブデン、ドープシリコンなどの金属または他の導電性材料で構成される）、基板上に堆積した電界放出材料（例えば、ナノチューブ、ナノワイヤ、グラフェン、アモルファス炭素）の層、および必要に応じて、基板と電界放出材料との間に配置された接着材料の追加の層を含む（例えば、図１参照）。電界放出カソード装置のいくつかの典型的な用途としては、例えば、真空環境で動作可能な電子装置、電界放出ディスプレイ、およびＸ線管が挙げられる。いくつかのそのような用途では、電界放出カソード装置（単数もしくは複数）は、超清浄環境および／または高真空環境で効果的に使用されるために、清浄でなければならないか、または徹底的にクリーニングされなければならない。

しかしながら、電界放出材料および接着材料がカソード基板の表面上に堆積した状態で、使用前または使用後に電界放出カソード装置をクリーニングすることは困難であり得る。表面堆積（電界放出）材料は、典型的には、ナノ材料（例えば、ナノチューブ、グラフェン、ナノワイヤなど）と接着材料（例えば、ガラス粒子、金属粒子など）との混合物を含む。標準的なクリーニングプロセス（例えば、乾燥空気で電界放出材料表面をブローすること、電界放出材料表面を粘着テープと接触させ、次いでそのテープを除去することなど）を使用して電界放出カソード装置をクリーニングした後でも、電界放出材料表面は、実際の動作を通して、または時間が経過しても、小さい非固着（ｌｏｏｓｅ）粒子（例えば、電界放出材料および／または接着層に固着して埋め込みまたは接着されていない粒子）を依然として放出し得る。そのような脱落した粒子は、例えば、真空環境内でのアーク放電および電極短絡を引き起こす、真空環境の汚染をもたらす。一般に、そのような電界放出カソード装置に関連する非固着粒子の供給源は、接着層または基板自体への表面堆積／電界放出材料の一部の接着不足を含み、非埋め込み粒子が装置の動作中に緩むことを引き起こし得る。また、カソード表面（例えば、電界放出材料層）は、一般に平坦ではなく、山、谷、および洞穴などのでこぼこした表面モルフォロジを含み（例えば、図１参照）、これは、標準的なクリーニング手順によって容易にまたは完全には除去されていない非埋め込み粒子を捕捉および保持し得る。

したがって、カソード表面に固着して埋め込みまたは接着されていない粒子を所望通り除去するために、電界放出カソード装置を効果的にクリーニングするための方法およびシステムの必要性が存在し、そのような改善は、真空環境内でのアーク放電および／または電極短絡を最小化または排除することになる。

上記および他の必要性は、以下の例示的実施形態を非限定的に含み、１つの特定の態様では、電界放出カソード装置をクリーニングする方法であって、電界放出カソード装置は、電界放出層が係合した基板を含む、方法を提供する、本開示の態様によって満たされる。そのような方法は、基板が電界放出層の上に配置されるように（例えば、カソード、すなわち、基板上に堆積した電界放出層が、「上下逆さま」であるように）、電界放出カソード装置を振動装置と係合することと、電界放出層から非埋め込み粒子を脱落させることによって電界放出カソード装置をクリーニングするために、振動装置を用いてＸ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、電界放出カソード装置を振動させることとを含む。

別の例示的態様は、電界放出カソード装置をクリーニングするためのシステムであって、電界放出カソード装置は、電界放出層が係合した基板を含む、システムを提供する。そのようなシステムは、基板が電界放出層の上に配置されるように（例えば、カソード、すなわち、基板上に堆積した電界放出層が、「上下逆さま」であるように）、電界放出カソード装置を受け取るよう構成された振動装置を備える。振動装置は、電界放出層から非埋め込み粒子を脱落させることによって電界放出カソード装置をクリーニングするために、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、電界放出カソード装置を振動させるようさらに構成される。

本開示は、したがって、以下の例示的実施形態を非限定的に含む：

例示的実施形態１：電界放出カソード装置をクリーニングする方法であって、電界放出カソード装置は、電界放出層が係合した基板を含み、前述の方法は、基板が電界放出層の上に配置されるように、電界放出カソード装置を振動装置と係合することと、電界放出層から非埋め込み粒子を脱落させることによって電界放出カソード装置をクリーニングするために、振動装置を用いてＸ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、電界放出カソード装置を振動させることとを含む、方法。

例示的実施形態２：電界放出カソード装置を振動させることと連携して、加圧気流を電界放出層に向けることを含む、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載の方法。

例示的実施形態３：電界放出カソード装置を振動させることと連携して、電界放出層から、通常、電界放出層と係合した非埋め込み粒子を保持する、静電荷を除去することを含む、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載の方法。

例示的実施形態４：電界放出カソード装置を振動させることと連携して、電界放出層に隣接しかつ間隔をあけて配置された電極に少なくとも約１ｋＶの電圧を印加することを含み、電極によって生成された電場が、電界放出層から非埋め込み粒子を引き付ける、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載の方法。

例示的実施形態５：電界放出カソード装置を振動させることは、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に、約１Ｈｚ～約１ｋＨｚの所定の振動数、および約１ｍｍ～約１ｃｍの所定の振幅で、約１分～約１０時間の所定の期間、電界放出カソード装置を振動させることを含む、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載の方法。

例示的実施形態６：電界放出カソード装置をクリーニングするためのシステムであって、電界放出カソード装置は、電界放出層が係合した基板を含み、前述のシステムは、基板が電界放出層の上に配置されるように、電界放出カソード装置を受け取るよう構成された振動装置であって、振動装置は、電界放出層から非埋め込み粒子を脱落させることによって電界放出カソード装置をクリーニングするために、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、電界放出カソード装置を振動させるようさらに構成される、振動装置を備える、システム。

例示的実施形態７：電界放出カソード装置を振動させる振動装置と連携して、加圧気流を電界放出層に向けるように振動装置に隣接して構成された空気放出装置を備える、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載のシステム。

例示的実施形態８：振動装置に隣接して配置され、電界放出カソード装置を振動させる振動装置と連携して、電界放出層から、通常、電界放出層と係合した非埋め込み粒子を保持する、静電荷を除去するように構成された、イオン化装置または静電気除去装置を備える、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載のシステム。

例示的実施形態９：振動装置に隣接し、電界放出層と間隔をあけて配置された電極、および電界放出カソード装置を振動させる振動装置と連携して少なくとも約１ｋＶの電圧を電極に印加するように構成された電圧源を備え、電極によって生成された電場が、電界放出層から非埋め込み粒子を引き付ける、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載のシステム。

例示的実施形態１０：振動装置は、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に、約１Ｈｚ～約１ｋＨｚの所定の振動数、および約１ｍｍ～約１ｃｍの所定の振幅で、約１分～約１０時間の所定の期間、電界放出カソード装置を振動させるように構成される、いずれかの先行する例示的実施形態またはその組み合わせに記載のシステム。

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下で簡単に説明される添付の図面とともに以下の詳細な説明を読むことで明らかとなろう。本開示は、本開示に記載される２つ、３つ、４つまたはそれ以上の特徴または要素の任意の組み合わせを、そのような特徴または要素が、本明細書の特定の実施形態の説明において明示的に組み合わされるか、またはその他の方法で記載されるかに関係なく含む。本開示は、総合的に読まれることを意図され、その結果、本開示のいずれかの別個の特徴または要素は、その態様および実施形態のいずれかにおいて、本開示の文脈上明白に別段の指示がない限り、意図した通りに、すなわち組み合わせ可能であると見なされるべきである。

本明細書の概要は、本開示の基本的な理解を提供するために、単にいくつかの例示的態様を要約する目的で提供されることが理解されるであろう。したがって、上記の例示的態様は、単なる例であり、本開示の範囲または趣旨を狭めるものと決して解釈されるべきではないことが理解されるであろう。本開示の範囲は多くの潜在的態様を包含し、その一部は、本明細書で要約されたものに加えて、以下にさらに記載されることが理解されるであろう。さらに、他の態様、および本明細書に開示されるそのような態様の利点は、記載される態様の原理を例として示す添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかとなろう。

このように、本開示を一般的な用語で記載してきたが、ここで、必ずしも正確な縮尺率ではない添付の図面を参照する。

電界放出カソード装置およびカソード基板と係合した電界放出材料堆積層の性質を概略的に示す。 本開示の一態様に係る、電界放出カソード装置を受け取り、クリーニングするための振動装置の側面図を概略的に示す。 図２Ａに示された本開示の態様に係る、電界放出カソード装置を受け取り、クリーニングするための振動装置の底面図を概略的に示す。 本開示の一態様に係る、電界放出カソード装置を受け取り、クリーニングするためのシステムの側面図を概略的に示す。 本開示の代替の態様に係る、電界放出カソード装置を受け取り、クリーニングするためのシステムの側面図を概略的に示す。 本開示の別の代替の態様に係る、電界放出カソード装置を受け取り、クリーニングするためのシステムの側面図を概略的に示す。

次に、本開示が、添付の図面を参照しながら以下により完全に記載され、本開示の全てではないが一部の態様が示される。実際、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書に記載される態様に限定されると解釈されるべきではなく、むしろこれらの態様は、本開示が、適用される法的要件を満たすように提供される。全体を通して、同様の符号は同様の要素を指す。

図２Ａ、図２Ｂ、および図３～５は、電界放出カソード装置（例えば、図１参照）をクリーニングするための方法およびシステムの様々な態様を示し、そのような電界放出カソード装置は、概して、基板（通常、ステンレス鋼、タングステン、モリブデン、ドープシリコンなどの金属または他の導電性材料で構成される）、基板上に堆積した電界放出材料の層、および必要に応じて、基板と電界放出材料との間に配置された接着材料の追加の層（図示せず）を備える、カソードを含む。

１つの例示的態様では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、電界放出カソード装置５０をクリーニングするためのシステム１００は、その基板２５が電界放出層７５の上に配置されるように（例えば、カソード５０、すなわち、基板２５上に堆積した電界放出層７５が、「上下逆さま」であるように）、電界放出カソード装置５０を受け取るよう構成された振動装置２００（例えば、振動台）を備える。カソード装置５０は、基板２５が電界放出層７５の上に配置されるために（例えば、カソード５０が「上下逆さま」であると見なされるように）水平面に配置され得るが、そうである必要はない。例えば、カソード５０は、基板２５の少なくとも一部が電界放出層７５の少なくとも一部の上に配置されるように（例えば、カソード装置５０が「上下逆さま」であると見なされるように）、振動台２００と電界放出層７５との間に基板２５が配置された状態で、水平面に対して傾斜しているかまたは傾いていてもよい。他の例では、例えば、基板２５が円筒形であり、電界放出層７５が基板２５の円筒面上に堆積し、カソード装置５０が振動台２００によって水平配向で受け取られる場合、基板２５の少なくとも一部は、電界放出層７５の少なくとも一部の上に配置されることになる（例えば、その結果、カソード装置５０は「上下逆さま」であると見なされる）。

カソード装置５０が振動装置２００によって受け取られ、支持されると、振動装置２００は、電界放出層７５から非埋め込み粒子を脱落させることによって電界放出カソード装置５０をクリーニングするために、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、電界放出カソード装置５０を振動させるようさらに構成される。例えば、振動装置２００は、Ｘ、Ｙ、および／またはＺ方向に、約数Ｈｚ（例えば１Ｈｚ）～約数百Ｈｚ（例えば１ｋＨｚ）の所定の振動数、ならびに約１ｍｍ～約１ｃｍの所定の振動／変位振幅で、約数分（例えば１分）～約数時間（例えば１０時間）の所定の期間、電界放出カソード装置５０を振動させるように構成される。電界放出カソード装置５０の振動は、本明細書に記載された方向、振動数、振幅、および期間のパラメータのいずれかもしくは全てのまたはそれらに関連する、多くの異なる条件および条件の組み合わせの下で行われ得ることを当業者なら理解するであろう。さらに、振動装置２００（例えば、振動台）は、振動パラメータのいずれかまたは全てを選択するために、それと通信する好適なプログラム可能コントローラ３００を有し得る。

前述のように、本明細書に開示されるクリーニング方法の１つの目的／機能は、非埋め込みまたは非固着粒子を、電界放出カソード装置５０から、より具体的には、その電界放出層７５および／または接着層から除去することである。したがって、いくつかの態様では、振動装置２００（例えば、振動台）を使用するカソード装置５０の振動に、他のクリーニング装置を使用する他のクリーニングステップが付随して（またはその前もしくは後に）起こり得る。

例えば、一態様（例えば、図３参照）では、空気放出装置４００が、振動装置２００に隣接し、加圧気流４５０を電界放出層７５に向けるように構成され、その結果、気流４５０は電界放出層７５および／または接着層が堆積している表面に衝突する。開示されたように、気流４５０（または任意の好適なガス流）は、電界放出カソード装置５０を振動させる振動装置２００と連携してカソード装置５０に適用され、前述の気流４５０の関連性は、振動台２００による振動と同時または連続的（前もしくは後のいずれか）に起こるものであり得る。

別の態様では、イオン化装置または静電気除去装置５００（例えば、図４参照）が、振動装置２００に隣接して配置され、電界放出層７５から静電荷５５０を除去するように構成される。通常、そのような静電荷５５０は、電界放出層７５および／または接着層と係合した非埋め込み／非固着粒子を保持する傾向がある。開示されたように、静電荷５５０の除去は、電界放出カソード装置５０を振動させる振動装置２００と連携してカソード装置５０に行われ、前述の静電荷除去の関連性は、振動台２００による振動と同時または連続的（前もしくは後のいずれか）に起こるものであり得る。

さらに別の態様では、電極６００（例えば、図５参照）が、振動装置２００に隣接し、電界放出層７５と間隔をあけて配置され、電圧源６５０が、少なくとも約数千ボルト（例えば少なくとも１ｋＶ）の電圧を電極６００に印加するように構成される。高電圧を印加された電極６００によって生成された電場は、したがって、電界放出層７５および／または接着層から非埋め込み／非固着粒子を引き付ける。開示されたように、非埋め込み／非固着粒子を引き付けてカソード装置５０から離す電場を印加することは、電界放出カソード装置５０を振動させる振動装置２００と連携して行われ、前述の電場粒子除去処置の関連性は、振動台２００による振動と同時または連続的（前もしくは後のいずれか）に起こるものであり得る。

これらの追加のクリーニング処置のいずれかまたは全ては、別個にまたは併用して、振動台２００による振動と組み合わされて、カソード装置５０のクリーニングを達成し得ることを当業者ならさらに理解するであろう。本開示のそのような態様は、したがって、カソード表面に固着して埋め込みまたは接着されていない粒子を効果的に除去するために、電界放出カソード装置を効果的にクリーニングするための方法およびシステムを提供し、そのような改善されたクリーニング方法およびシステムは、例示的電界放出カソード装置が動作する真空環境内でのアーク放電および／または電極短絡を最小化または排除するのに寄与する。

本明細書に記載された本発明の多くの修正および他の実施形態が、前述の説明および関連する図面に提示された技術の利益を得る、これらの開示された実施形態が関係する当業者には思い浮かぶであろう。したがって、本発明の実施形態は開示された特定の実施形態に限定されず、修正および他の実施形態が本発明の範囲内に含まれるよう意図されることを理解すべきである。さらに、前述の説明および関連する図面は、要素および／または機能の特定の例示的組み合わせに関連する例示的実施形態を記載しているが、要素および／または機能の異なる組み合わせが、本開示の範囲を逸脱することなく代替の実施形態によって提供され得ることを理解すべきである。この点で、例えば、上に明示的に記載されたものと異なる要素および／または機能の組み合わせも、本開示の範囲内であるように企図される。特定の用語が本明細書で採用されているが、それらは一般的かつ説明的な意味のみで使用され、限定を目的とするものではない。

第１、第２などの用語が、様々なステップまたは計算を記載するために本明細書で使用され得るが、これらのステップまたは計算は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解すべきである。これらの用語は、ある操作または計算を別のものと区別するためにのみ使用される。例えば、第１の計算は第２の計算と呼ばれ得、同様に、本開示の範囲を逸脱することなく、第２のステップは第１のステップと呼ばれ得る。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語および「／」記号は、関連して記載された項目の１つ以上のいずれかおよび全ての組み合わせを含む。

本明細書で使用される場合、単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明白に別段の指示がない限り、複数形も含むよう意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、述べられた特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないことがさらに理解されるであろう。したがって、本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を記載するためのものであり、限定することを意図するものではない。

Claims (10)

1. 電界放出カソード装置をクリーニングする方法であって、前記電界放出カソード装置は、電界放出層が係合した基板を含み、前記方法は、
   前記基板が前記電界放出層の上に配置されるように、前記電界放出カソード装置を振動装置と係合することと、
   前記電界放出層から非埋め込み粒子を脱落させることによって前記電界放出カソード装置をクリーニングするために、前記振動装置を用いてＸ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、前記電界放出カソード装置を振動させることと
   を含む、方法。
2. 前記電界放出カソード装置を振動させることと連携して、加圧気流を前記電界放出層に向けることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記電界放出カソード装置を振動させることと連携して、前記電界放出層から、通常、前記電界放出層と係合した前記非埋め込み粒子を保持する、静電荷を除去することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記電界放出カソード装置を振動させることと連携して、前記電界放出層に隣接しかつ間隔をあけて配置された電極に少なくとも約１ｋＶの電圧を印加することを含み、前記電極によって生成された電場が、前記電界放出層から前記非埋め込み粒子を引き付ける、請求項１に記載の方法。
5. 前記電界放出カソード装置を振動させることは、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に、約１Ｈｚ～約１ｋＨｚの所定の振動数、および約１ｍｍ～約１ｃｍの所定の振幅で、約１分～約１０時間の所定の期間、前記電界放出カソード装置を振動させることを含む、請求項１に記載の方法。
6. 電界放出カソード装置をクリーニングするためのシステムであって、前記電界放出カソード装置は、電界放出層が係合した基板を含み、前記システムは、
   前記基板が前記電界放出層の上に配置されるように、前記電界放出カソード装置を受け取るよう構成された振動装置であって、前記振動装置は、前記電界放出層から非埋め込み粒子を脱落させることによって前記電界放出カソード装置をクリーニングするために、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に所定の振動数および所定の振幅で所定の期間、前記電界放出カソード装置を振動させるようさらに構成される、振動装置
   を備える、システム。
7. 前記電界放出カソード装置を振動させる前記振動装置と連携して、加圧気流を前記電界放出層に向けるように前記振動装置に隣接して構成された空気放出装置を備える、請求項６に記載のシステム。
8. 前記振動装置に隣接して配置され、前記電界放出カソード装置を振動させる前記振動装置と連携して、前記電界放出層から、通常、前記電界放出層と係合した前記非埋め込み粒子を保持する、静電荷を除去するように構成された、イオン化装置または静電気除去装置を備える、請求項６に記載のシステム。
9. 前記振動装置に隣接し、前記電界放出層と間隔をあけて配置された電極と、前記電界放出カソード装置を振動させる前記振動装置と連携して少なくとも約１ｋＶの電圧を前記電極に印加するように構成された電圧源とを備え、前記電極によって生成された電場が、前記電界放出層から前記非埋め込み粒子を引き付ける、請求項６に記載のシステム。
10. 前記振動装置は、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向に、約１Ｈｚ～約１ｋＨｚの所定の振動数、および約１ｍｍ～約１ｃｍの所定の振幅で、約１分～約１０時間の所定の期間、前記電界放出カソード装置を振動させるように構成される、請求項６に記載のシステム。