JP3106014B2 - Light source with electron beam source - Google Patents
Light source with electron beam sourceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電子線源から放出され
る電子流によってルミネセントスクリーンを発光させる
ように構成した電子線源を備える光源に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source having an electron beam source configured to cause a luminescent screen to emit light by an electron stream emitted from the electron beam source.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、電子線源から放出される電子
流によってルミネセントスクリーンを発光させる構成の
光源が提案されている。この種の電子線源としては、微
細な錐状に形成されたエミッタと、エミッタとの対向部
位に透孔を形成したゲート板とをミクロン単位の間隔で
近接させ、エミッタとゲート板との間に強い電界（１０
6 〜１０7 Ｖ／ｃｍ以上）を作用させることによって、
エミッタからゲート板の透孔を通して電子を放出させる
構成の電界放出型と称するものが知られている。すなわ
ち、エミッタの表面に強い電界を印加することによって
電位障壁を薄くし、量子力学的トンネル効果によってエ
ミッタ内の電子が障壁を通り抜けるようにして外部空間
に電子を放出させるのである。このような電界放出型の
電子線源を光源に用いるときには、多数のエミッタを配
列したものが用いられる。2. Description of the Related Art Conventionally, electrons emitted from an electron beam source have been used.
The luminescent screen emits light by the flow
Light sources have been proposed. For this type of electron beam source,
Emitter formed in the shape of a small cone and the opposing part of the emitter
With a gate plate with through holes
Close, and a strong electric field (10
6-107V / cm or more)
Emitting electrons from the emitter through a hole in the gate plate
A structure called a field emission type is known. Sand
That is, by applying a strong electric field to the surface of the emitter,
The potential barrier is thinned and quantum mechanical tunneling
External space is created by allowing electrons in the
To emit electrons. Such a field emission type
When using an electron beam source as the light source, a large number of
An array is used.
【０００３】ここに、エミッタの先端部には高密度の電
流が流れるから、電子放出時に生じるジュール熱によっ
てエミッタやゲート板が溶融しないように、エミッタや
ゲート板には一般にタングステンやモリブデンのような
高融点金属が用いられている。このような電子線源は、
ルミネセントスクリーンとともに内部を真空にした容器
内に配設される。たとえば、蛍光体層を容器の内周面に
被着してルミネセントスクリーンを形成し、ルミネセン
トスクリーンに対向するように電子線源を容器内に配設
するのである。このような構成の光源は、小型かつ低損
失であることから、表示用の発光素子としての利用が期
待されている。Since a high-density current flows through the tip of the emitter, the emitter and the gate plate are generally made of tungsten or molybdenum to prevent the emitter or the gate plate from melting due to Joule heat generated during electron emission. Refractory metals are used. Such an electron beam source
It is arranged in a container whose inside is evacuated together with the luminescent screen. For example, a phosphor layer is applied to the inner peripheral surface of a container to form a luminescent screen, and an electron beam source is disposed in the container so as to face the luminescent screen. The light source having such a configuration is expected to be used as a light emitting element for display because of its small size and low loss.
【０００４】ところで、電界放出型の電子線源の放出電
子流密度Ｊは、Fowler-Nohldheim（ファウラー・ノルド
ハイム）の関係として知られており、次式で表すことが
できる。 Ｊ＝Ａ（Ｅ2 ／φ） exp（Ｂφ3/2 ／Ｅ） ただし、Ａ，Ｂ：比例定数、φ：仕事関数、Ｅ：電界強
度 すなわち、仕事関数が小さいほど電子線源の電子放出能
力が高くなることがわかる。仕事関数は、一般に金属の
酸化物よりも金属の単体のほうが小さいから、電子線源
は表面を清浄にして容器内に収納されている。The emission electron current density J of a field emission type electron beam source is known as a Fowler-Nohldheim relationship and can be expressed by the following equation. J = A (E 2 / φ) exp (Bφ 3/2 / E) where A and B are proportional constants, φ is a work function, and E is an electric field strength. It turns out that becomes high. Since the work function of a simple metal is generally smaller than that of a metal oxide, the electron beam source is housed in a container with a clean surface.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、使用中
には時間が経過するのに伴って、電子線源の内部に残留
している酸素や、電子線源を構成する材料に吸蔵されて
いる気体が放出されるから、容器に収納する前に電子線
源の電子放出面を清浄にしていても、電子線源の表面に
酸化物などの仕事関数の大きな層が次第に形成され、結
果的に電子放出能力が低下するという問題が生じる。However, as time elapses during use, oxygen remaining inside the electron beam source and gas occluded in the material constituting the electron beam source are used. Therefore, even if the electron emission surface of the electron beam source is cleaned before being stored in the container, a layer having a large work function such as an oxide is gradually formed on the surface of the electron beam source, and as a result, the electron A problem arises in that the release capacity is reduced.
【０００６】とくに、エミッタやゲート板を構成するタ
ングステンやモリブデンは酸化しやすく、酸化タングス
テンや酸化モリブデンは金属単体に比較して大幅に融点
が低下して蒸散しやすくなり、また仕事関数も増加す
る。たとえば、タングステン、モリブデンの仕事関数は
それぞれ４．５ｅＶ、４．１５ｅＶであるのに対して、
酸化タングステン、酸化モリブデンの仕事関数はそれぞ
れ４．９５〜５．３４ｅＶ、４．２５ｅＶであって、電
子放出能力が低下するという問題がある。また、酸化モ
リブデンでは、比較的低温で昇華するという問題もあ
る。In particular, tungsten and molybdenum constituting the emitter and the gate plate are easily oxidized, and tungsten oxide and molybdenum oxide have a much lower melting point and are more likely to evaporate than a single metal, and the work function also increases. . For example, while the work functions of tungsten and molybdenum are 4.5 eV and 4.15 eV, respectively,
The work functions of tungsten oxide and molybdenum oxide are 4.95 to 5.34 eV and 4.25 eV, respectively, and there is a problem that the electron emission ability is reduced. Further, molybdenum oxide has a problem that it sublimates at a relatively low temperature.
【０００７】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、電子線源の電子放出面に酸化物の層が形成さ
れないようにし、電子線源の電子放出能力の低下を抑制
した電子線源を備える光源を提供しようとするものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to prevent an oxide layer from being formed on an electron emission surface of an electron beam source and to suppress a decrease in the electron emission capability of the electron beam source. It is intended to provide a light source having a source.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、電子流を発生する電子線源と、電子線
源からの電子流により発光するルミネセントスクリーン
とを低圧の還元性気体を封入した容器内に設けているの
である。According to the present invention, in order to achieve the above object, an electron beam source for generating an electron stream and a luminescent screen emitting light by the electron stream from the electron beam source are provided with a low-pressure reducing property. It is provided in a container in which gas is sealed.
【０００９】[0009]
【作用】上記構成によれば、還元性気体を容器内に封入
しているから、電子線源の電子放出面に酸化物が形成さ
れても還元性気体によって還元され、結果的に電子線源
の電子放出面への酸化物の層の形成が抑制されるのであ
る。According to the above construction, since the reducing gas is sealed in the container, even if an oxide is formed on the electron emission surface of the electron beam source, the oxide is reduced by the reducing gas, and consequently the electron beam source is reduced. The formation of an oxide layer on the electron emission surface of the substrate is suppressed.
【００１０】[0010]
（実施例１）図１に示すように、ガラスにより形成され
た透光性の容器１の中に、電界放出型の電子線源２が配
設され、電子線源２の電子放出面の前方にはＩＴＯなど
の透明電極３ａに蛍光体層３ｂを被着したルミネセント
スクリーン３が対置される。また、電子線源２の近傍に
は、電子線源２から放出された電子流を制御するグリッ
ド４が配設される。ルミネセントスクリーン３の透明電
極３ａは陽極となり、陰極である電子線源２から放出さ
れグリッド４を通過した電子流を加速して蛍光体層３ｂ
に衝突させる。蛍光体層３ｂとして電子流を可視光に変
換する物質を用いれば、可視光線を取り出すことができ
るのである。また、容器１の中にはゲッタ５が配設され
ており、容器１を封止した後にゲッタ５によって残留酸
素を吸着することができるようにしてある。(Embodiment 1) As shown in FIG. 1, a field emission type electron beam source 2 is disposed in a translucent container 1 made of glass, and is provided in front of an electron emission surface of the electron beam source 2. A luminescent screen 3 in which a phosphor layer 3b is adhered to a transparent electrode 3a such as ITO is provided. A grid 4 for controlling the flow of electrons emitted from the electron beam source 2 is provided near the electron beam source 2. The transparent electrode 3a of the luminescent screen 3 serves as an anode, accelerates an electron flow emitted from the electron beam source 2 as a cathode and passed through the grid 4, and accelerates the phosphor layer 3b.
Collision. If a substance that converts an electron flow into visible light is used as the phosphor layer 3b, visible light can be extracted. Further, a getter 5 is provided in the container 1 so that residual oxygen can be adsorbed by the getter 5 after the container 1 is sealed.
【００１１】ところで、容器１の中には還元性気体とし
て１０-4Ｔｏｒｒ程度の一酸化炭素を封入してある。こ
のような構成の光源について、時間の経過に伴う一酸化
炭素の質量を質量分析計で測定したところ、図２のよう
な結果が得られた。ここに、実線は一酸化炭素の分圧、
破線は容器１の中の全圧、一点鎖線は電子線源２の温度
を示す。光源を作成したときには容器１の内周面や蛍光
体層３ｂに種々の気体が吸着されており、これらの気体
が電子線源２に吸着されてエミッタの仕事関数を増加さ
せると考えられる。実際に、電子線源２の電子放出能力
は容器１の内部の真空度と相関があり、真空度が低くな
ると電子放出能力が低下することが知られている。Incidentally, the vessel 1 is filled with carbon monoxide of about 10 -4 Torr as a reducing gas. With respect to the light source having such a configuration, the mass of carbon monoxide over time was measured with a mass spectrometer, and the result as shown in FIG. 2 was obtained. Here, the solid line is the partial pressure of carbon monoxide,
The broken line indicates the total pressure in the container 1, and the dashed line indicates the temperature of the electron beam source 2. When the light source is prepared, various gases are adsorbed on the inner peripheral surface of the container 1 and the phosphor layer 3b, and it is considered that these gases are adsorbed by the electron beam source 2 to increase the work function of the emitter. Actually, it is known that the electron emission capability of the electron beam source 2 has a correlation with the degree of vacuum inside the container 1, and the lower the degree of vacuum, the lower the electron emission capability.
【００１２】電子線源２のエミッタとゲート板との間の
印加電圧と電子電流との関係について、電子線源２を真
空チャンバ内に配置した場合と、上述の容器１の中に配
置した場合とを比較したところ、図３のような結果が得
られた。ここに、容器１内の場合を実線で示し、真空チ
ャンバ内の場合を破線で示してある。この図より明らか
なように、電子放出能力は、一酸化炭素を容器１の中に
封入したほうが、真空チャンバ内に比較して同等かやや
向上するという結果が得られた。これは、一酸化炭素に
よって電子線源２の表面の酸化物が除去された結果と考
えられる。Regarding the relationship between the applied voltage and the electron current between the emitter of the electron beam source 2 and the gate plate, the case where the electron beam source 2 is arranged in a vacuum chamber and the case where the electron beam source 2 is arranged in the above-described container 1 As a result, a result as shown in FIG. 3 was obtained. Here, the case inside the container 1 is shown by a solid line, and the case inside the vacuum chamber is shown by a broken line. As is apparent from this figure, the result that the electron emission ability was equal to or slightly improved when the carbon monoxide was sealed in the container 1 as compared with the inside of the vacuum chamber. This is considered to be the result of removing the oxide on the surface of the electron beam source 2 by carbon monoxide.
【００１３】（実施例２）本実施例は、容器１に還元性
気体として１０-4Ｔｏｒｒの水素ガスを封入したもので
ある。この光源について電子線源２から電子放出を開始
する前に、光源の全体を加熱して電子線源２の表面の酸
化物を水素ガスによって還元した。図４に示すように、
容器１の中を真空にした場合Ｖと、容器１の中に水素ガ
スを封入した場合Ｈとを比較すると、水素ガスを封入し
た場合Ｈのほうが明らかに電子放出能力が向上すること
がわかった。(Embodiment 2) In this embodiment, a hydrogen gas of 10 -4 Torr is sealed in a container 1 as a reducing gas. Before starting emission of electrons from the electron beam source 2 for this light source, the entire light source was heated to reduce oxides on the surface of the electron beam source 2 with hydrogen gas. As shown in FIG.
Comparing V when the inside of the container 1 was evacuated and H when the hydrogen gas was sealed in the container 1, it was found that the electron emission ability was clearly improved when the hydrogen gas was sealed. .
【００１４】また、容器１内に気体を封入すると、電子
と気体分子との衝突によって気体分子が電離し、電離に
よって生じたイオンが電子線源に衝突してイオン衝撃が
生じ電子線源２に損傷を与える場合があるが、本実施例
の構成では、還元性を有する気体分子の中ではもっとも
質量の小さい水素ガスを封入しているので、イオン衝撃
による電子線源２の損傷がほとんど生じないのである。
他の構成は実施例１と同様であるから説明を省略する。When gas is sealed in the container 1, gas molecules are ionized by collision of electrons and gas molecules, and ions generated by the ionization collide with an electron beam source to cause ion bombardment and cause the electron beam source 2 to undergo ion bombardment. Although damage may be caused, in the configuration of the present embodiment, hydrogen gas having the smallest mass among gas molecules having reducing properties is sealed, so that the electron beam source 2 is hardly damaged by ion bombardment. It is.
The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
【００１５】[0015]
【発明の効果】本発明は上述のように、電子流を発生す
る電子線源と、電子線源からの電子流により発光するル
ミネセントスクリーンとを低圧の還元性気体を封入した
容器内に設けているものであり、還元性気体を容器内に
封入しているから、電子線源の電子放出面に酸化物が形
成されても還元性気体によって還元され、結果的に電子
線源の電子放出面への酸化物の層の形成が抑制されると
いう利点を有する。As described above, according to the present invention, an electron beam source for generating an electron flow and a luminescent screen for emitting light by the electron flow from the electron beam source are provided in a container filled with a low-pressure reducing gas. Since the reducing gas is sealed in the container, even if an oxide is formed on the electron emission surface of the electron beam source, it is reduced by the reducing gas, and as a result, the electron emission of the electron beam source This has the advantage that formation of an oxide layer on a surface is suppressed.
【図１】実施例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment.
【図２】実施例１の動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the first embodiment.
【図３】実施例１の動作説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the first embodiment.
【図４】実施例２の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the second embodiment.
１ 容器 ２ 電子線源 ３ ルミネセントスクリーン 1 container 2 electron beam source 3 luminescent screen
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−54664（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−114353（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−502307（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 63/06 H01J 29/94 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-64-54664 (JP, A) JP-A-5-114353 (JP, A) JP-A-1-502307 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 63/06 H01J 29/94
Claims (1)
からの電子流により発光するルミネセントスクリーンと
を低圧の還元性気体を封入した容器内に設けたことを特
徴とする電子線源を備える光源。1. An electron beam, wherein an electron beam source for generating an electron flow and a luminescent screen for emitting light by the electron flow from the electron beam source are provided in a container filled with a low-pressure reducing gas. Light source with source.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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ID=17110875
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1992
- 1992-09-14 JP JP04243913A patent/JP3106014B2/en not_active Expired - Fee Related
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