JP3299544B2 - 電界放出カソード及びその製造方法 - Google Patents
電界放出カソード及びその製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
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- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/304—Field emission cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels
Description
【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明はディスプレイパネルや陰極線管のような光源
又はこれに類似する装置に使用する電界放出カソード及
びこのような電界放出カソードの製造方法に関するもの
である。
又はこれに類似する装置に使用する電界放出カソード及
びこのような電界放出カソードの製造方法に関するもの
である。
発明の背景 好適な電界放出型の照明器具を開発するには、公知の
カソードよりも高効率の電界放出カソードが必要とされ
る。特に、仕事関数が低く、耐久度が高く、かつ、製造
コストが低く、更に非汚染材料から形成された電界放出
カソードを得ることができれば、可視発光用蛍光面と組
み合わせて使用される電界放出手段を有する光源以外に
も様々な光源を利用することが可能となる。
カソードよりも高効率の電界放出カソードが必要とされ
る。特に、仕事関数が低く、耐久度が高く、かつ、製造
コストが低く、更に非汚染材料から形成された電界放出
カソードを得ることができれば、可視発光用蛍光面と組
み合わせて使用される電界放出手段を有する光源以外に
も様々な光源を利用することが可能となる。
例えば一般的な蛍光灯に関して言えば、現在の蛍光灯
においては可視発光用蛍光材料を発光させるためにガス
放電が利用されており、このような蛍光灯においては環
境汚染の危険性を有する材料を含み、かつ、複雑な外部
電気部品を使用しなければならないという問題を有して
いる。従って、現在、このような問題を解決し得る新規
な電界放出手段が必要とされている。
においては可視発光用蛍光材料を発光させるためにガス
放電が利用されており、このような蛍光灯においては環
境汚染の危険性を有する材料を含み、かつ、複雑な外部
電気部品を使用しなければならないという問題を有して
いる。従って、現在、このような問題を解決し得る新規
な電界放出手段が必要とされている。
従来技術 米国特許第4728851号にはメモリー機能を有する発光
装置に設けられる電界放出カソードが開示されており、
該電界放出カソードはコロナ放電が発生する程度、具体
的には直径約0.2μｍの鋭利に形成された放出端部を有
する直径２μｍの１本の炭素繊維から構成されている。
装置に設けられる電界放出カソードが開示されており、
該電界放出カソードはコロナ放電が発生する程度、具体
的には直径約0.2μｍの鋭利に形成された放出端部を有
する直径２μｍの１本の炭素繊維から構成されている。
米国特許第4272699号には電子衝突型イオン源装置に
使用される電界放出カソードが開示されており、該電界
放出カソードは表面加工によって鋭利に形成されずに切
り取られた放出端部を有する直径２〜10μｍの炭素繊維
の束から構成されている。
使用される電界放出カソードが開示されており、該電界
放出カソードは表面加工によって鋭利に形成されずに切
り取られた放出端部を有する直径２〜10μｍの炭素繊維
の束から構成されている。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、電子の電界放出のための局部的に高
い電界強度を与えることが可能な表面形状を有する電界
放出カソードの製造方法を提供することにある。更に本
発明は、機械的かつ電気的な耐久度が高く、仕事関数の
低い電界放出カソードの製造方法を提供することを目的
とし、併せて照明器具のもたらす環境汚染を最小限に抑
えることのできる電界放出カソードの製造方法を提供す
ることも目的とする。また、本発明は電子放出時のスイ
ッチ時間が非常に短く、有益な幾何学的形状を有する電
界放出カソードの製造方法を提供することを目的とす
る。
い電界強度を与えることが可能な表面形状を有する電界
放出カソードの製造方法を提供することにある。更に本
発明は、機械的かつ電気的な耐久度が高く、仕事関数の
低い電界放出カソードの製造方法を提供することを目的
とし、併せて照明器具のもたらす環境汚染を最小限に抑
えることのできる電界放出カソードの製造方法を提供す
ることも目的とする。また、本発明は電子放出時のスイ
ッチ時間が非常に短く、有益な幾何学的形状を有する電
界放出カソードの製造方法を提供することを目的とす
る。
本発明の他の目的は、局部的に高い電界強度を与える
ことができる表面形状を有する電界放出カソードを提供
することにある。更に本発明は、電子電界放出を促進さ
せる不規則なトポグラフィ（不規則部）を有する放出面
が設けられ、機械的かつ電気的な耐久度が高く、仕事関
数が低く、使用寿命が長く、エネルギー放出量が多く、
電子放出時のスイッチ時間が非常に短く、かつ、環境汚
染を最小限に抑えることが可能な電界放出カソードを提
供することを目的とする。
ことができる表面形状を有する電界放出カソードを提供
することにある。更に本発明は、電子電界放出を促進さ
せる不規則なトポグラフィ（不規則部）を有する放出面
が設けられ、機械的かつ電気的な耐久度が高く、仕事関
数が低く、使用寿命が長く、エネルギー放出量が多く、
電子放出時のスイッチ時間が非常に短く、かつ、環境汚
染を最小限に抑えることが可能な電界放出カソードを提
供することを目的とする。
更に、本発明は上述した電界放出カソードを利用する
ことによって、従来から使用されている一般的な照明装
置又は他の電子電界放出装置を改善することも目的の１
つとしている。
ことによって、従来から使用されている一般的な照明装
置又は他の電子電界放出装置を改善することも目的の１
つとしている。
本発明の製造方法には、第１物質を含有するように精
製された少なくとも１つの基体から構成された電界放出
カソードを電子電界放出を促進するための不規則部を有
する少なくとも１つの放出面を形成するために加工処
理、熱処理、浸蝕処理及び又は照射処理によって処理す
る加工工程と、該放出面に電子電界放出を誘発させるた
めに上記基体に調節可能な電界を与えて該放出面を変形
させ、この放出面の不規則部を維持するために当該カソ
ードの電界放出特性を実質的に劣化させずに最大動作電
圧に相当する電圧が印加されるまで電界強度を所定計画
通りに増加させる変形工程とが含まれている。更に、本
発明の製造方法には放出面で電子電界放出を誘発させる
ために電界強度を低下させる目的で第１物質よりも仕事
関数の低い第２物質を放出面に添加するために添加工程
を含ませてもよい。
製された少なくとも１つの基体から構成された電界放出
カソードを電子電界放出を促進するための不規則部を有
する少なくとも１つの放出面を形成するために加工処
理、熱処理、浸蝕処理及び又は照射処理によって処理す
る加工工程と、該放出面に電子電界放出を誘発させるた
めに上記基体に調節可能な電界を与えて該放出面を変形
させ、この放出面の不規則部を維持するために当該カソ
ードの電界放出特性を実質的に劣化させずに最大動作電
圧に相当する電圧が印加されるまで電界強度を所定計画
通りに増加させる変形工程とが含まれている。更に、本
発明の製造方法には放出面で電子電界放出を誘発させる
ために電界強度を低下させる目的で第１物質よりも仕事
関数の低い第２物質を放出面に添加するために添加工程
を含ませてもよい。
本発明の電界放出カソードに使用する好適な初期材料
を作製する方法の１つに、第１材料以外の物質を基体又
は初期材料から除去するため及び又はその構造を定常化
するために基体又は初期材料をアニール処理する方法が
ある。「定常化する」とは初期材料からなる基体のアモ
ルファス構造の形成を減少させることを意味する。
を作製する方法の１つに、第１材料以外の物質を基体又
は初期材料から除去するため及び又はその構造を定常化
するために基体又は初期材料をアニール処理する方法が
ある。「定常化する」とは初期材料からなる基体のアモ
ルファス構造の形成を減少させることを意味する。
本発明の電界放出カソードの基体の幾何学的形状は上
述した繊維に限定されずに、例えば層状、円錐状又はブ
ロック状のようなものであってもよい。「不規則部」に
は規則的な型模様で放出面上に形成された滑らかでない
形状をも含んだ意味である。
述した繊維に限定されずに、例えば層状、円錐状又はブ
ロック状のようなものであってもよい。「不規則部」に
は規則的な型模様で放出面上に形成された滑らかでない
形状をも含んだ意味である。
上記加工工程は、機械的な研磨処理、電気的な火花放
電処理又はイオン衝突処理によって行うと好ましい。特
に、変形工程と同時にイオン衝突処理による加工工程を
行うと非常に好適である。また、加工工程がイオン衝突
処理によって行われる場合、入射イオンに第２物質のイ
オンを利用することができるので、加工工程（及び変形
工程）と添加工程とを組み合せて行うことが可能とな
る。
電処理又はイオン衝突処理によって行うと好ましい。特
に、変形工程と同時にイオン衝突処理による加工工程を
行うと非常に好適である。また、加工工程がイオン衝突
処理によって行われる場合、入射イオンに第２物質のイ
オンを利用することができるので、加工工程（及び変形
工程）と添加工程とを組み合せて行うことが可能とな
る。
また、本発明の基体を繊維の束で形成すれば、該基体
の放出端部にイオンを衝突させた際に該繊維束の各繊維
部の放出端部が分離又は離隔することになり、電子電界
放出における電子分布領域を拡大することができるので
好適である。
の放出端部にイオンを衝突させた際に該繊維束の各繊維
部の放出端部が分離又は離隔することになり、電子電界
放出における電子分布領域を拡大することができるので
好適である。
好ましくは、本発明の電界放出カソードの第１物質に
は炭素又はこれと同様の物質を使用する。このように炭
素を使用すると、その性質により製造時及び使用時にお
けるイオン衝突によって放出面の不規則部を成長させる
ことが可能となる。また、第２物質（添加物質）を使用
する場合、該第２物質にはセシウム又はその他仕事関数
の低い好適な材料を使用するのが好ましい。このような
物質を使用すると、該物質の固相、液相又は気相から若
しくは基体上の外部作用を通じて好適な導体基体を形成
する又は成長させることが可能となる。
は炭素又はこれと同様の物質を使用する。このように炭
素を使用すると、その性質により製造時及び使用時にお
けるイオン衝突によって放出面の不規則部を成長させる
ことが可能となる。また、第２物質（添加物質）を使用
する場合、該第２物質にはセシウム又はその他仕事関数
の低い好適な材料を使用するのが好ましい。このような
物質を使用すると、該物質の固相、液相又は気相から若
しくは基体上の外部作用を通じて好適な導体基体を形成
する又は成長させることが可能となる。
カソードの電界放出特性に関して、イオン衝突処理
（照射処理）及び必要とあらば添加処理（ドーピング処
理）による加工工程を行った後に残存した不規則部は極
めて重要となる。この不規則部は好ましくはセシウムが
ドーピングされた炭素の複数のピーク又はチップ（マイ
クロチップ）からなり、加工工程後のチップの曲率半径
は0.1〜100nmの範囲内であるのが好ましい。放出面の変
形工程は所謂燃焼処理であり、不規則部は電子電界放出
によって発生する熱によって融解し、そのピークが丸め
られる。この工程を行うにあたっては、本発明では最も
鋭い又は最も高い点（ピーク先端部）だけを丸めて、最
大動作電圧に相当する瞬時印加電圧に耐え得る不規則部
を残さなければならないので慎重に行う必要がある。
（照射処理）及び必要とあらば添加処理（ドーピング処
理）による加工工程を行った後に残存した不規則部は極
めて重要となる。この不規則部は好ましくはセシウムが
ドーピングされた炭素の複数のピーク又はチップ（マイ
クロチップ）からなり、加工工程後のチップの曲率半径
は0.1〜100nmの範囲内であるのが好ましい。放出面の変
形工程は所謂燃焼処理であり、不規則部は電子電界放出
によって発生する熱によって融解し、そのピークが丸め
られる。この工程を行うにあたっては、本発明では最も
鋭い又は最も高い点（ピーク先端部）だけを丸めて、最
大動作電圧に相当する瞬時印加電圧に耐え得る不規則部
を残さなければならないので慎重に行う必要がある。
好ましくは、放出端部のチップ（不規則部）における
所定値（融解限界点）を越える局部電流密度の発生確率
を抑えるために、上記変形工程における印加電圧を時間
に関して導き出される最大電圧に対して正比例的に又は
所定の連続曲線に従って増加させる。該チップが融解し
過ぎると放出面が滑らかになり、電界放出電流（電界強
度）が徐々に又は複数の段階に分けて増加する間に発生
する熱を効率良くチップから放出することができなくな
り非常に不利益となる。変形工程における印加電圧の基
準を定める方法として、第１に所定値を越えるチップの
不規則部における局部電流密度の発生確率を制限するこ
とであり、第２に放出面の不規則部の劣化を制限するよ
うに電界を増加させることである。
所定値（融解限界点）を越える局部電流密度の発生確率
を抑えるために、上記変形工程における印加電圧を時間
に関して導き出される最大電圧に対して正比例的に又は
所定の連続曲線に従って増加させる。該チップが融解し
過ぎると放出面が滑らかになり、電界放出電流（電界強
度）が徐々に又は複数の段階に分けて増加する間に発生
する熱を効率良くチップから放出することができなくな
り非常に不利益となる。変形工程における印加電圧の基
準を定める方法として、第１に所定値を越えるチップの
不規則部における局部電流密度の発生確率を制限するこ
とであり、第２に放出面の不規則部の劣化を制限するよ
うに電界を増加させることである。
変形工程を行うにあたって、電界が与えられることに
より放出面に衝突することになる残留ガス（イオン）を
含む真空中で放出面のチップ（不規則部）の電気的耐久
度を高めると有益である。この有益な効果は、電界強度
を上述のように制御しながら増加させるときに電気的及
び機械的な耐久度の高いチップが連続的に成長すること
に依存する。しかしながら、局部電流が増加し過ぎると
チップが融解しすぎてチップの電気的耐久性を低下させ
ることになり、また入射イオンのエネルギーを増加させ
過ぎると変形しすぎてチップの機械的耐久性を低下させ
ることになる。この変形工程は放出面に耐久度の高いチ
ップ（不規則部）を形成するための工程であり、該工程
を経て形成されたカソードを使用した場合には上述した
作用と同様にしてチップの再形成が行われることにな
る。
より放出面に衝突することになる残留ガス（イオン）を
含む真空中で放出面のチップ（不規則部）の電気的耐久
度を高めると有益である。この有益な効果は、電界強度
を上述のように制御しながら増加させるときに電気的及
び機械的な耐久度の高いチップが連続的に成長すること
に依存する。しかしながら、局部電流が増加し過ぎると
チップが融解しすぎてチップの電気的耐久性を低下させ
ることになり、また入射イオンのエネルギーを増加させ
過ぎると変形しすぎてチップの機械的耐久性を低下させ
ることになる。この変形工程は放出面に耐久度の高いチ
ップ（不規則部）を形成するための工程であり、該工程
を経て形成されたカソードを使用した場合には上述した
作用と同様にしてチップの再形成が行われることにな
る。
電界放出カソードの第１物質の構造は一般的にクリス
タル構造又は列理構造若しくはその両方である。尚、第
１物質が（微細な）列理構造である場合には不規則部の
構造は高密度の微細孔から形成される。また、上記電界
放出カソードは例えばパイログラフィによって形成され
た平板構造であってもよい。
タル構造又は列理構造若しくはその両方である。尚、第
１物質が（微細な）列理構造である場合には不規則部の
構造は高密度の微細孔から形成される。また、上記電界
放出カソードは例えばパイログラフィによって形成され
た平板構造であってもよい。
加工工程、添加工程（例えばイオン衝突処理）及び変
形工程は各々独立して行われてもよく、本発明が提供す
る作用効果を得ることができれば別の目的に使用しても
よい。また、これらの工程を様々に組み合わせて連続的
に、同時に又は繰り返して行うようにしてもよい。
形工程は各々独立して行われてもよく、本発明が提供す
る作用効果を得ることができれば別の目的に使用しても
よい。また、これらの工程を様々に組み合わせて連続的
に、同時に又は繰り返して行うようにしてもよい。
本発明の電界放出カソードは特殊な形状の照明器具に
使用されている好適な複合カソードと結合させてもよ
い。
使用されている好適な複合カソードと結合させてもよ
い。
本発明はランプ、蛍光灯、陰極線管だけでなく、その
他電子電界放出が必要とされる装置に対して使用するこ
とができる。また、本発明は単一のチップ（不規則部）
からなる電界放出カソードとして使用することも可能で
ある。
他電子電界放出が必要とされる装置に対して使用するこ
とができる。また、本発明は単一のチップ（不規則部）
からなる電界放出カソードとして使用することも可能で
ある。
実施例 本発明の電界放出カソード製造方法では第１物質を含
有した繊維材料から形成した電界放出カソードを、該繊
維材料からなる複数の繊維を機械的に又は融解によって
所定長に切断したものを束ねて繊維束を形成し、該繊維
部から第１物質以外の物質を除去するため及び又は繊維
内の物質の構造を定常化するために該繊維部をアニール
処理する加工工程を行う。
有した繊維材料から形成した電界放出カソードを、該繊
維材料からなる複数の繊維を機械的に又は融解によって
所定長に切断したものを束ねて繊維束を形成し、該繊維
部から第１物質以外の物質を除去するため及び又は繊維
内の物質の構造を定常化するために該繊維部をアニール
処理する加工工程を行う。
切断及びアニール処理をした後、上記繊維束の各繊維
には固有の不規則部を有する放出端部が形成されること
になる。その後、電子電界放出を促進させるために（不
規則部又は先端部でより強い局部電界を形成するため
に）、該放出端部の不規則性が増加し且つ改善されるよ
うにイオンで繊維の放出端部を照射する照射処理を行
う。そして、該繊維に調節可能な電圧を印加して当該カ
ソードの電界放出特性を実質的に劣化させずに最大動作
電圧に相当する電圧値まで該印加電圧を所定計画通りに
増加させて放出面を変形させる変形工程を行う。この照
射処理と変形工程は残留ガス（イオン）を含んだ真空中
で同時に行うと好ましい。照射処理におけるイオン衝突
処理には第１物質よりも仕事関数の低い第２物質のイオ
ンを利用してもよい。
には固有の不規則部を有する放出端部が形成されること
になる。その後、電子電界放出を促進させるために（不
規則部又は先端部でより強い局部電界を形成するため
に）、該放出端部の不規則性が増加し且つ改善されるよ
うにイオンで繊維の放出端部を照射する照射処理を行
う。そして、該繊維に調節可能な電圧を印加して当該カ
ソードの電界放出特性を実質的に劣化させずに最大動作
電圧に相当する電圧値まで該印加電圧を所定計画通りに
増加させて放出面を変形させる変形工程を行う。この照
射処理と変形工程は残留ガス（イオン）を含んだ真空中
で同時に行うと好ましい。照射処理におけるイオン衝突
処理には第１物質よりも仕事関数の低い第２物質のイオ
ンを利用してもよい。
以下、本発明の実施例を図面を参照してより詳細に説
明する。
明する。
先ず、商品化されているポリアクリルニトリルカーボ
ン繊維又は炭素を含有する他の好適な材料を使用して該
カーボン繊維を機械的に切断してカソードを形成する。
図１及び図２に示すように、本発明の電界放出カソード
は放出端部（２）を有するカーボン繊維（３）からなる
繊維束（１）から構成されている。繊維束（１）は100
本又はそれ以上のカーボン繊維（３）からなり、該カー
ボン繊維は数μｍの直径を有する。尚、繊維束を明瞭に
示すため図１及び図２には繊維束（１）の一部のみが示
されている。
ン繊維又は炭素を含有する他の好適な材料を使用して該
カーボン繊維を機械的に切断してカソードを形成する。
図１及び図２に示すように、本発明の電界放出カソード
は放出端部（２）を有するカーボン繊維（３）からなる
繊維束（１）から構成されている。繊維束（１）は100
本又はそれ以上のカーボン繊維（３）からなり、該カー
ボン繊維は数μｍの直径を有する。尚、繊維束を明瞭に
示すため図１及び図２には繊維束（１）の一部のみが示
されている。
加工工程において、切断された繊維束は好ましくは空
気中でアニール処理される。このアニール処理条件は約
1.5時間で温度を約500℃まで連続的に増加させ、500℃
で約８〜10分間温度を維持するように設定する。このア
ニール処理によって放出面の不規則部を効果的に成長さ
せることができ、放出面の電界放出特性を改善すること
ができる。図１にはアニール処理後の放出端部（２）を
有するカーボン繊維（３）からなる繊維束（１）の一部
が示されている。また、図３にはアニール処理後の１本
の繊維（４）の放出端部の外形（５）が示されており、
この外形（５）は小さな不規則部を有している。
気中でアニール処理される。このアニール処理条件は約
1.5時間で温度を約500℃まで連続的に増加させ、500℃
で約８〜10分間温度を維持するように設定する。このア
ニール処理によって放出面の不規則部を効果的に成長さ
せることができ、放出面の電界放出特性を改善すること
ができる。図１にはアニール処理後の放出端部（２）を
有するカーボン繊維（３）からなる繊維束（１）の一部
が示されている。また、図３にはアニール処理後の１本
の繊維（４）の放出端部の外形（５）が示されており、
この外形（５）は小さな不規則部を有している。
加工工程の次は真空チャンバー内で変形工程を行う。
該真空チャンバー内の内部圧力は約10-6Torrに定められ
ており、従って該真空チャンバー内にはある程度の残留
ガスが含まれ、そしてカソードに十分な電界を与えて放
出端部からの電子放出を誘発させる。このように電界を
与えることによって残留ガスのイオンが放出端部の放出
面に向かって加速して該放出面に衝突し、新しい不規則
部を形成することになる。電界強度が増加すると、電子
放出は最も鋭利な不規則部（ピーク）を形成するまでに
至り、局部的に溶解が始まる。電界強度をゆっくりと増
加させた場合には、溶解は制限されて実質的に不規則部
は維持され、放出端部の電界放出特性も維持されること
になる。好ましくは、電界を０から最大動作電圧まで５
段階に分けて一定に増加させる。この場合、一段階の時
間は数分、例えば10分程度とする。
該真空チャンバー内の内部圧力は約10-6Torrに定められ
ており、従って該真空チャンバー内にはある程度の残留
ガスが含まれ、そしてカソードに十分な電界を与えて放
出端部からの電子放出を誘発させる。このように電界を
与えることによって残留ガスのイオンが放出端部の放出
面に向かって加速して該放出面に衝突し、新しい不規則
部を形成することになる。電界強度が増加すると、電子
放出は最も鋭利な不規則部（ピーク）を形成するまでに
至り、局部的に溶解が始まる。電界強度をゆっくりと増
加させた場合には、溶解は制限されて実質的に不規則部
は維持され、放出端部の電界放出特性も維持されること
になる。好ましくは、電界を０から最大動作電圧まで５
段階に分けて一定に増加させる。この場合、一段階の時
間は数分、例えば10分程度とする。
図２には照射工程後の放出端部（２）を有するカーボ
ン繊維（３）からなる繊維束（１）の一部が示されてお
り、該繊維束がこの図に示すような状態となることによ
って更に有益な効果が奏される。放出端部（２）は僅か
に離隔しており、放出される電子は広い範囲に分散する
ことができる。図４には照射工程後の１本の繊維（６）
の放出端部の外形（７）が示されており、この外形
（５）は高く鋭い不規則部（８）を有している。図５に
は変形工程後の１本の繊維（９）の放出端部の外形（1
0）が示されており、この外形（５）は高く且つ僅かに
丸まった不規則部（11）を有している。
ン繊維（３）からなる繊維束（１）の一部が示されてお
り、該繊維束がこの図に示すような状態となることによ
って更に有益な効果が奏される。放出端部（２）は僅か
に離隔しており、放出される電子は広い範囲に分散する
ことができる。図４には照射工程後の１本の繊維（６）
の放出端部の外形（７）が示されており、この外形
（５）は高く鋭い不規則部（８）を有している。図５に
は変形工程後の１本の繊維（９）の放出端部の外形（1
0）が示されており、この外形（５）は高く且つ僅かに
丸まった不規則部（11）を有している。
放出端部の照射工程（イオン衝突処理）はセシウム又
はこれに類する仕事関数の低い材料のイオンを使用して
行うのが好ましい。この工程において、当該イオンは放
出端部の放出面内にドーピングされ、これにより放出端
部の仕事関数を低下させることができる。また、残留ガ
スのイオンの衝突によって放出端部の不規則部を鋭いも
のとすることができる。
はこれに類する仕事関数の低い材料のイオンを使用して
行うのが好ましい。この工程において、当該イオンは放
出端部の放出面内にドーピングされ、これにより放出端
部の仕事関数を低下させることができる。また、残留ガ
スのイオンの衝突によって放出端部の不規則部を鋭いも
のとすることができる。
変形工程は、本発明による電界放出カソードの製造工
程と別の部分で行ってもよい。例えば、変形工程を繊維
（基体）が真空チャンバー内で処理されるとき及び又は
繊維（基体）が照明器具若しくは電子放出装置に取り付
けられるとき行ってもよい。
程と別の部分で行ってもよい。例えば、変形工程を繊維
（基体）が真空チャンバー内で処理されるとき及び又は
繊維（基体）が照明器具若しくは電子放出装置に取り付
けられるとき行ってもよい。
図６には導体基板（17）上に配設された繊維束（１）
からなる電界放出カソードを好ましくはマトリックス内
に有する光源が示されている。該マトリックスと同一平
面内における繊維束（１）の放出端部の上方には該放出
端部に10mm程度近接して配設された各繊維束を中心とし
た開口を有する変調器（12）が設けられている。導体基
体（17）及び変調器（12）は真空ガラス管の内部に位置
する誘電体支持部（18）に支持されており、該真空ガラ
ス管には上部境界ガラス板（15）と下部境界ガラス板
（16）とが設けられている。繊維束（１）及び変調器
（12）に対向するように、上部境界ガラス板（15）の内
面に透明なアノード（13）及び放出電子のターゲット部
材として発光層（14）が設けられている。アノード（1
3）、変調器（12）及び導体基板（17）には繊維束
（１）からの電子を変調器（12）を介してアノード（1
3）に接続された発光層（14）まで案内するための電圧
を印加するために各々第１電位、第２電位及び第３電位
を有する電気ターミナル（A,B,C）が各々接続されてい
る。電子が発光層（14）に衝突した場合、光がアノード
（13）及び真空ガラス管を透過して放出される。
からなる電界放出カソードを好ましくはマトリックス内
に有する光源が示されている。該マトリックスと同一平
面内における繊維束（１）の放出端部の上方には該放出
端部に10mm程度近接して配設された各繊維束を中心とし
た開口を有する変調器（12）が設けられている。導体基
体（17）及び変調器（12）は真空ガラス管の内部に位置
する誘電体支持部（18）に支持されており、該真空ガラ
ス管には上部境界ガラス板（15）と下部境界ガラス板
（16）とが設けられている。繊維束（１）及び変調器
（12）に対向するように、上部境界ガラス板（15）の内
面に透明なアノード（13）及び放出電子のターゲット部
材として発光層（14）が設けられている。アノード（1
3）、変調器（12）及び導体基板（17）には繊維束
（１）からの電子を変調器（12）を介してアノード（1
3）に接続された発光層（14）まで案内するための電圧
を印加するために各々第１電位、第２電位及び第３電位
を有する電気ターミナル（A,B,C）が各々接続されてい
る。電子が発光層（14）に衝突した場合、光がアノード
（13）及び真空ガラス管を透過して放出される。
図面の簡単な説明 図１は、繊維を切断してアニール処理をした後の本発
明による１つの電界放出カソードを構成する複数の繊維
からなる束の一部を示したものである。
明による１つの電界放出カソードを構成する複数の繊維
からなる束の一部を示したものである。
図２は、イオン衝突処理後の図１における繊維を示し
たものであり、切断された繊維の放出端部に離隔が生じ
ている。
たものであり、切断された繊維の放出端部に離隔が生じ
ている。
図３は、加工工程を経た表面、特に図１の繊維束のう
ちの１つの繊維の端面の粗い外形を示したものである。
ちの１つの繊維の端面の粗い外形を示したものである。
図４は、変形工程を経た放出面、特に図２の繊維束の
うちの１つの繊維の端面の鋭利な外形を示したものであ
る。
うちの１つの繊維の端面の鋭利な外形を示したものであ
る。
図５は、調節可能な電圧を利用して変形させた後にお
ける加工工程及び変形工程を経た放出面、特に図２の繊
維束のうちの１つの繊維の端面の丸められた外形を示し
たものである。
ける加工工程及び変形工程を経た放出面、特に図２の繊
維束のうちの１つの繊維の端面の丸められた外形を示し
たものである。
図６は、真空ガラス管内部に位置する変調器、アノー
ド及び発光層を備えた照明器具の基板上のマトリックス
に配設された本発明による電界放出カソードを示したも
のである。
ド及び発光層を備えた照明器具の基板上のマトリックス
に配設された本発明による電界放出カソードを示したも
のである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シェシーン、イー・ピー ロシア連邦、141730、モスクワ、ブキン スコー アベニュー （番地なし) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 1/304
Claims (21)
- 【請求項１】電気伝導性の第１物質を含有し且つ少なく
とも１つの不規則部を有する放出面が設けられた少なく
とも１つの基体からなる電界放出カソードの製造方法に
おいて、 前記放出面からの電子電界放出を誘発させるために、前
記基体に調節可能な電界を与え、前記放出面の前記不規
則部の劣化を制限するように前記電界強度を増加させて
前記放出面を変形させる変形工程を含むことを特徴とす
る製造方法。 - 【請求項２】電子電界放出を促進させるために、前記基
体の前記放出面を機械的処理、浸蝕処理、照射処理又は
アニール処理のうちの少なくとも１つの手段によって処
理する加工工程を含むことを特徴とする請求項１記載の
製造方法。 - 【請求項３】前記変形工程において、前記電界を低い電
界強度から前記電界放出カソードの動作電界強度まで所
定の大きさ及び時間で段階的に増加させることを特徴と
する請求項１又は２記載の製造方法。 - 【請求項４】電子電界放出を促進させるために前記放出
面の少なくとも１つの不規則部を改善する目的で前記放
出面を加工するための工程と、前記変形工程とを同時に
行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載
の製造方法。 - 【請求項５】電子電界放出を促進させるために前記放出
面の少なくとも１つの不規則部を改善する目的で前記放
出面を加工するための工程と、前記変形工程とを連続的
に行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記
載の製造方法。 - 【請求項６】前記変形工程と照射処理による加工工程と
を残留ガスを含む真空内で同時に行い、かつ前記電界強
度を該残留ガスのイオンが前記放出面上に照射されるよ
うに設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項記載の製造方法。 - 【請求項７】前記第１物質を含有する材料で形成した前
記電界放出カソードを、（ａ）前記第１物質以外の物質
を前記材料から除去すること、（ｂ）前記材料の内部構
造を定常化すること、（ｃ）前記材料の表面構造を定常
化すること、のうち少なくとも１つを達成することので
きるような温度条件でアニール処理するアニール工程を
含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載
の製造方法。 - 【請求項８】前記第１物質よりも仕事関数の低い第２物
質を前記放出面に添加する添加工程を含むことを特徴と
する請求項１〜７のいずれか１項記載の製造方法。 - 【請求項９】前記第１物質よりも仕事関数の低い第２物
質を前記放出面に添加する添加工程を含み、該添加工程
と照射処理による加工工程とを組み合わせた、該第２物
質の粒子を前記放出面に照射する工程を含むことを特徴
とする請求項２〜６のいずれか１項記載の製造方法。 - 【請求項１０】前記基体を切断した繊維で構成し、か
つ、前記放出面が該切断繊維の端面であることを特徴と
する請求項１〜９のいずれか１項記載の製造方法。 - 【請求項１１】前記電界放出カソードを前記切断繊維を
複数束ねた繊維束から形成し、前記全工程を束ねられた
前記切断繊維の放出端部を離隔させるように行うことを
特徴とする請求項10記載の製造方法。 - 【請求項１２】少なくとも１つの不規則部を有する少な
くとも１つの放出面が設けられ、電気伝導性の第１物質
を含有した少なくとも１つの基体からなる電界放出カソ
ードにおいて、 前記放出面が、前記基体に調節可能な電界を与えて前記
放出面の前記不規則部の劣化を制限するように前記電界
強度を増加させることによって変形していることを特徴
とする電界放出カソード。 - 【請求項１３】前記第１物質よりも仕事関数の低い第２
物質を前記放出面に添加したことを特徴とする請求項12
記載の電界放出カソード。 - 【請求項１４】前記第１物質が炭素であることを特徴と
する請求項12又は13記載の電界放出カソード。 - 【請求項１５】前記第２物質がセシウムであることを特
徴とする請求項13又は14記載の電界放出カソード。 - 【請求項１６】少なくとも１つの不規則部を有する少な
くとも１つの放出面が設けられ、電気伝導性の第１物質
を含有した少なくとも１つの基体からなり、前記放出面
が前記基体に調節可能な電界を与えて前記放出面の前記
不規則部の劣化を制限するように前記電界を増加させる
ことによって変形している少なくとも１つの電界放出カ
ソードと、 前記電界放出カソードから離隔して配設された変調手段
と、 アノードと、 ターゲット手段と、 真空チャンバーと、 から構成され、前記電界放出カソード、前記変調手段及
び前記アノードを各々第１電位、第２電位及び第３電位
に接続し、かつ、前記ターゲット部材上に向って前記電
界放出カソードからの電子電界放出を誘発させるように
配設されていることを特徴とする電界放出装置。 - 【請求項１７】前記ターゲット部材が発光部材であり、
前記真空チャンバーが光透過部材からなり、電子が前記
ターゲット部材上に向って放出されることにより前記タ
ーゲット部材が前記真空チャンバーの外部に光を放出す
るように構成されたことを特徴とする請求項16記載の電
界放出装置。 - 【請求項１８】前記放出面が前記第１物質よりも仕事関
数の低い第２物質を含有していることを特徴とする請求
項16又は17記載の電界放出装置。 - 【請求項１９】少なくとも１つの不規則部を有する少な
くとも１つの放出面を変形させる前記変形工程におい
て、曲率半径が0.1〜100nmであることを特徴とする請求
項１〜11のいずれか１項記載の製造方法。 - 【請求項２０】前記少なくとも１つの不規則部におい
て、曲率半径が0.1〜100nmであることを特徴とする請求
項12〜15のいずれか１項記載の電界放出カソード。 - 【請求項２１】前記少なくとも１つの不規則部におい
て、曲率半径が0.1〜100nmであることを特徴とする請求
項16〜18のいずれか１項記載の電界放出装置。
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|---|---|---|---|
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| US9500554-2 | 1995-06-06 | ||
| US08/467,825 US5588893A (en) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Field emission cathode and methods in the production thereof |
| PCT/SE1996/000209 WO1996025753A1 (en) | 1995-02-15 | 1996-02-15 | A field emission cathode and methods in the production thereof |
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|---|---|
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