JP3686400B2 - Cathode electrode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体基板表面に電界放出型電子放出材料を配置したカソード電極とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
蛍光表示管やFED(Field Emission Display)などに代表される光源管の電子放出源として、電界放出型電子放出材料を有するカソード電極を使用することが提案されている。図4は、電界放出型電子放出材料を有するカソード電極を使用した従来の光源管の電極構造を模式的に示す断面図である。図4に示すように、従来の光源管は真空外囲器(図示せず)内において、カソード電極410に対向してアノード電極430が平行に配置されており、カソード電極410とアノード電極430の間にグリッド電極420がカソード電極410とアノード電極430のそれぞれに対して平行に配置されている。
【0003】
カソード電極410は導体基板411と電界放出型電子放出材料412とから構成されており、導体基板411のグリッド電極420に面した表面にカーボンナノチューブ等の電界放出型電子放出材料412が配置されている。グリッド電極420は、電子通過孔を有するメッシュ部420aとメッシュ部420aを保持する周辺部420bとから構成されている。アノード電極430は、カソード電極410から放出された電子が透過可能な厚さに形成された金属薄膜で構成され、カソード電極410と反対の面に蛍光体膜440が配置されている。
【0004】
この電極構造において、グリッド電極420はカソード電極410から電子を引き出す電子引き出し電極(制御電極)として作用する。すなわち、カソード電極410に対しグリッド電極420が正電位となるように高電圧を印加すると、カソード電極410の近傍に形成される強電界により電界放出型電子放出材料412から電子が放出される、いわゆる電界電子放出が起こり、カソード電極410より電子が引き出される。カソード電極410から引き出された電子のうちグリッド電極420のメッシュ部420aを通過したものは、アノード電極430に印加された正の高電圧によりさらに加速され、アノード電極430を透過しアノード電極430上に付着した蛍光体膜440に衝突する。この結果、蛍光体膜440が電子衝撃により励起され、その蛍光体に応じた色で発光する。
【0005】
ここで、カソード電極410から引き出された電子は、グリッド電極420のメッシュ部420aを通過してアノード電極430に流入するもの(アノード電流)の他に、グリッド電極420に流入するものもある(グリッド電流)。このグリッド電極420に流入する電子は光源管の発光には寄与しない。さらに、グリッド電流にはメッシュ部420aに衝突する電子によるものと周辺部420bに衝突する電子によるものがある。
【0006】
カソード電極410とグリッド電極420とを平行に設置すると、カソード電極410とグリッド電極420との間の等電位線もほぼ平行に分布することになる。すると、電子は等電位線に対して垂直にグリッド電極420に向かって引き出されるため、カソード電極410から垂直方向に、グリッド電極420に向かって引き出され、周辺部420bに衝突してグリッド電極420に流入する電子が存在する。すなわち、この周辺部420bに衝突する電子は、グリッド電流となり光源管の発光に寄与しない。このような電子の存在は、グリッド電流とアノード電流とを加えたトータル電流に対するアノード電流の比率(以下、この比率を電流分配率という)を低下させ、光源管の発光効率、ひいては発光輝度を低下させる原因となる。
【0007】
この問題を解決するため、図5に示すカソード電極が提案されている。図5は、電流分配率を向上させたカソード電極を使用した従来の光源管の電極構造を模式的に示す断面図である。図5の電極構造が図4と異なる点は、カソード電極510がグリッド電極520の方向に突出したドーム状の凸部510aを有することである。このカソード電極510によれば、グリッド電極520との距離が短い凸部510aの頂上では電界強度が強いために電子が放出されやすいが、凸部510aの頂上から周辺に向かって離れるにつれてグリッド電極520との距離が長くなり、電界強度も弱くなるので電子は放出されにくくなる。
【0008】
このため、カソード電極510のドーム周辺部510bがグリッド電極520の周辺部520bと対向するようにカソード電極510とグリッド電極520とを配置しても、ドーム周辺部510bからの電子の引き出しは抑制されるため、グリッド電極520の周辺部520bに衝突してグリッド電極520に流入する電子が減少するのでグリッド電流を低減することができ、電流分配率を向上させることが可能である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5に示したカソード電極を用いた光源管には、グリッド電極520のメッシュ部520aよりも広い範囲に電子が広がるという問題があった。すなわち、電子はカソード電極510とグリッド電極520の間の等電位線に対して垂直方向に放出される傾向があるが、カソード電極510がグリッド電極520に向けて凸形状を有する場合、カソード電極510とグリッド電極520との間の等電位線がグリッド電極520の方向に突出したなだらかな凸形状を有する、すなわちグリッド電極520に対して外側を向いた傾きを有するので、電界放出された電子はカソード電極510の頂部からグリッド電極520に垂直におろした軸線から離れる方向の速度成分を持って放出されるため、グリッド電極520のメッシュ部520aを通過した後も拡散を続け、メッシュ部520aの面積よりもさらに広がってしまう。このため、放出された電子がメッシュ部520aよりも広い範囲でアノード電極530に衝突することになり、蛍光体膜540の発光領域が広がる。この結果、発光領域の中心部に比べて周辺部に流入する電子の密度が少なくなるため、発光の均一性が低下するという現象や発光パターンの輪郭がぼやけるという現象が生じる。
【0010】
また、FEDのような表示画素の近傍にスペーサや外囲器が配置された光源管においては、グリッド電極520のメッシュ部520aを通過した電子の一部が拡散してスペーサや外囲器に衝突し、これらから複数の2次電子が放出する現象が生じる。複数の2次電子が放出された結果、スペーサや外囲器は帯電し、さらに電子の軌道を乱すこととなり、発光の均一性をより阻害する。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、電流分配率を向上させ、かつ放出電子の拡散を抑制したカソード電極とその製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、真空外囲器内に、蛍光体膜の付着したアノード電極と、このアノード電極に対向して配置された導体基板表面に電界放出型電子放出材料を配置したカソード電極と、アノード電極とカソード電極との間にアノード電極とカソード電極の双方より離間して略平行に配設されたグリッド電極とをそれぞれ少なくとも1つ有する光源管のカソード電極において、導体基板がグリッド電極の方向に突出したドーム状の凸部を少なくとも1つ有し、凸部が頂部にクレータ状の凹部を少なくとも1つ有することによって特徴づけられる。このカソード電極は、凸部の頂部に凹部に代えて穴を少なくとも1つ有するようにしてもよい。また、カソード電極の一構成例は、電界放出型電子放出材料が炭素からなるナノチューブ状繊維である。
【0012】
このカソード電極は、表面に電界放出型電子放出材料が配置された導体基板からなり、この導体基板がグリッド電極の方向に突出したドーム状の凸部を有し、凸部が頂部にクレータ状の凹部又は穴を有するので、このカソード電極の凸部が形成された面に対向してグリッド電極を平行に配置し、カソード電極とグリッド電極との間にグリッド電極側が正電圧となるように高電圧を印加すると、グリッド電極に最も近いカソード電極の凸部の頂部において、端部を形成する凹部又は穴の縁部分に電界が集中する。このため、カソード電極の凸部の頂部においても凹部又は穴の縁部分以外の場所からは電子が放出されにくくなるので、グリッド電流が低減されるとともに、放出された電子の拡散が生じにくくなる。
【0013】
本発明の製造方法は、導体基板表面に電界放出型電子放出材料を配置したカソード電極の製造方法であって、炭素からなるナノチューブ状繊維の生成核となる金属を含む導体基板に、この基板の両面を覆うナノチューブ状繊維を形成しない所定の金属からなる金属膜と導体基板の一面側に配置され金属膜を貫通して基板面を露出させた少なくとも1つの平面視略円形の貫通孔と露出された基板面の中央部に配置された少なくとも1つの凹部とを形成する工程と、金属膜と貫通孔と凹部とが形成された導体基板を炭素化合物からなるガスが所定の濃度で含まれる材料ガス雰囲気中で加熱して所定の温度に保持し、露出された基板面に炭素からなるナノチューブ状繊維を成長させ、ナノチューブ状繊維を有する炭素膜を形成する工程と、炭素膜が形成された導体基板を室温に戻すことにより炭素膜が形成された領域をドーム状に突出させる工程とを有することによって特徴づけられる。この場合、導体基板を構成する金属は鉄又は鉄を含む合金である。また、ナノチューブ状繊維を形成しない所定の金属としては、例えばアルミニウム、ニッケル、銅などが用いられる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本実施の形態にかかるカソード電極を備えたFEDの部分断面図である。図1に示すように、このFEDは、ガラス基板101と、ガラス基板101上にガラス基板101と接して配置されたカソード電極110と、カソード電極110の上方に所定距離離間して配置されたグリッド電極120と、グリッド電極120の上方に所定距離離間して配置されたアノード電極130と、アノード電極130の上方にアノード電極130と接して配置された蛍光体膜140と、ガラス基板101と対向して配置され、ガラス基板101との対向面に蛍光体膜140を固着した透明なフロントガラス102とを有し、ガラス基板101とフロントガラス102とは内部にカソード電極110とグリッド電極120とアノード電極130と蛍光体膜140とを含む真空外囲器を形成している。
【0015】
カソード電極110は、平面視帯状の形状を有するとともに、グリッド電極120の方向に突出したドーム状の凸部110aを複数有し、各凸部110aは頂部にクレータ状の凹部110bを有する。図2は、本実施の形態にかかるカソード電極の構造を模式的に示す断面図である。図2に示すように、カソード電極110は、頂部にクレータ状の凹部110bが形成されたドーム状の凸部110aを一面側に複数有する導体基板111と、この導体基板111の各凸部110aの表面と各凹部110bの表面とに配置された電界放出型電子放出材料112と、導体基板111の一面側の平坦部と他面側とに配置された金属膜113とから構成されている。
【0016】
この実施の形態において、導体基板111は、炭素からなるナノチューブ状繊維の生成核となる金属である鉄又は鉄を含む合金からなる。ここで、導体基板111の厚さは、例えば0.05〜0.20mm、ドーム状の凸部110aの高さは、例えば0.02〜0.20mm、クレータ状の凹部110bの深さは、例えば導体基板111の厚さの半分である。電界放出型電子放出材料112は、例えばカーボンナノチューブなどの炭素からなるナノチューブ状繊維からなる。このナノチューブ状繊維は炭素膜を形成し、導体基板111の凸部110aの表面と凹部110bの表面とを被覆している。金属膜113は、後述する熱CVD法による炭素からなるナノチューブ状繊維を形成する工程において、導体基板111の凸部110a及び凹部110bとなる領域以外に炭素からなるナノチューブ状繊維を形成させないようにするためのマスクであり、表面に炭素からなるナノチューブ状繊維が形成されない金属である、例えばアルミニウム、ニッケル及び銅のいずれかからなる。
【0017】
グリッド電極120は、平面視帯状の形状を有するとともに、カソード電極110の凸部110aと対向する領域に電子通過孔を有するメッシュ部120aが設けられており、カソード電極110のドーム周辺部110cと対向する領域にグリッド電極120の周辺部120bが設けられている。アノード電極130と蛍光体膜140は、グリッド電極120と1対1に対応するように帯状に形成されている。
【0018】
本実施の形態において、マトリクス状に配置されるFEDの各画素を点灯制御するため、平面視帯状に形成されたカソード電極110とグリッド電極120とは、互いに直交するマトリクスの行と列とにそれぞれ対応するように配置され、各行と各列とがそれぞれ真空外囲器の外部に配置されるカソード電源やグリッド電源と接続可能に構成されている。また、アノード電極130は真空外囲器の外部に配置されるアノード電源と接続可能に構成されている。
【0019】
カソード電極110間には、グリッド電極120をカソード電極110から所定距離に離間し保持するとともに、カソード電極110間を絶縁する第1の絶縁スペーサ103が配置されている。また、グリッド電極120間には、アノード電極130をグリッド電極120から所定距離に離間するとともに、グリッド電極120間及びアノード電極130間を絶縁する第2の絶縁スペーサ104が配置されている。なお、このFEDを構成する各部材については、カソード電極110を除き、従来のFEDに用いられている部材と同様であるので、説明を省略する。
【0020】
次に、図2を参照し、この実施の形態にかかるカソード電極の電子放出について説明する。このカソード電極110のドーム状の凸部110aが形成された面に対向してグリッド電極120を配置し、カソード電極110とグリッド電極120との間にグリッド電極120側が正電圧となるように高電圧を印加した場合、グリッド電極120との距離が最も短いカソード電極110の凸部110aの頂部に形成されている凹部110bの縁部分に電界が集中するため、この縁部分の炭素からなるナノチューブ状繊維からの電子放出が多くなる一方、グリッド電極120から離れる凸部110aの側面部分や凹部110bの底部付近からは電子が放出されにくくなる。
【0021】
このため、グリッド電極120のメッシュ部120aよりも広い範囲に電子が広がることがないので、発光均一性が低下する現象や発光パターンの輪郭がぼやける現象が抑制される。また、グリッド電極120の周辺部120bと対向するカソード電極110のドーム周辺部110cには、電子放出源となる炭素からなるナノチューブ状繊維が存在しないので電子放出がなく、グリッド電極120の周辺部120bに衝突してグリッド電極120に流入する電子をほぼなくすることができるのでグリッド電流を低減することができ、電流分配率が向上する。なお、カソード電極110のドーム状凸部110a頂上付近に形成される凹部110bは、その周縁部が平面視円形をなすように形成することができるが、円形に限られるものではなく、楕円又は多角形とすることも可能である。また、ドーム状に形成されたカソード電極110の頂部に凹部に代えて穴を設けてもよい。
【0022】
次に、この実施の形態にかかるカソード電極110の製造方法の一例について図3を参照して説明する。図3は、本実施の形態にかかるカソード電極の製造工程を模式的に示す説明図である。まず、図3(a)に示すように、鉄又は鉄を含む合金からなる基板301を用意する。基板301に鉄又は鉄を含む合金を用いるのは、熱CVD法により炭素からなるナノチューブ状繊維を形成することができるのは、鉄又は鉄を含む合金に限られているためである。
【0023】
ここで、鉄を用いる場合は工業用純鉄(99.96Fe)を使用するが、その純度は特に規定の純度が必要なわけではなく、例えば、純度97%や99.9%などでもよい。また、鉄を含む合金としては、例えば、SUS304などのステンレス鋼や42合金、42−6合金などが使用できるが、これに限られるものではない。この実施の形態では生産コストや入手の容易さを考慮して、厚さ0.05〜0.20mmの42−6合金の薄板を基板301に用いた。
【0024】
次に、図3(b)に示すように、基板301の一面側の凸部を形成する領域を除く基板301の全面にアルミニウム、ニッケル及び銅のいずれか1つの金属膜302を形成する。この実施の形態では、略円形に基板面の露出した領域がFEDの画素ピッチに対応した間隔でマトリクス状に残るように金属膜302を形成する。ここで、基板301の全面にアルミニウム、ニッケル及び銅のいずれか1つの金属膜302を形成するのは、熱CVD法ではこれらの金属膜301上には炭素からなるナノチューブ状繊維が形成されないためである。これらの金属膜302は周知のメッキ法や蒸着法などにより形成することができる。
【0025】
金属膜302形成後、図3(c)に示すように、個々の凸部を形成する領域の中央部にクレータ状の凹部301aを形成する。この実施の形態では、基板301にエッチング処理を行い、個々の略円形に基板面が露出した領域の中央部に深さが基板301の厚さの半分程度となるように、略円形のクレータを形成する。なお、凹部301aを形成方法はエッチングに限られるものではなく、例えば画素サイズと画素ピッチが大きな場合には機械的に加工してもよい。また、基板301に金属膜302を形成する前にクレータ状の凹部301aを形成するようにしてもよい。
【0026】
次に、図3(d)に示すように、例えば石英管などから構成された反応炉303内に、図3(a)〜(c)の工程を経た基板301を載置し、反応炉303の一方より原料ガスと水素ガス(キャリアガス)を流した状態で、ヒータ304により基板301を加熱する熱CVD工程を行う。原料ガスとしては、一酸化炭素,アセチレン,エチレン,エタン,プロピレン,プロパン,又はメタンガスなどのC1〜C3の炭化水素ガスを用いればよく、流量は20〜2000sccm程度とすればよい。また、基板301の加熱温度は、700〜1000℃程度とすればよい。以上の熱CVD工程を10〜60分間行うことで、基板301の露出面に炭素からなるナノチューブ状繊維を有する炭素膜305が形成される。
【0027】
電界放出型電子放出材料となる炭素からなるナノチューブ状繊維は、太さが2nm以上1μm未満程度で、長さが1μm以上100μm未満程度の炭素で構成された物質であり、グラファイトの単層が円筒状に閉じ、かつ円筒の先端部に五員環が形成された単層構造のカーボンナノチューブや、複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造のカーボンナノチューブであってもよいし、構造が乱れて欠陥をもつ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が詰まったグラファイトチューブでもよい。また、これらが混在したものであってもよい。
【0028】
熱CVD工程が終了し、基板301の温度が室温に戻る過程で基板301の炭素からなるナノチューブ状繊維を有する炭素膜305が形成された領域が突出する変形が生じ、図3(e)に示すようにドーム状の凸部305aが形成される。このようなドーム状の凸部305aが形成されるのは、基板301露出面に形成された炭素膜305と基板材料の熱膨張率が大きく異なるため、熱CVD工程での高温により膨張していた基板301が室温に戻る過程で一面側の炭素膜305形成領域と、炭素膜305形成領域の他面側とで収縮量に差が生じ、バイメタルのような変形が生じるためではないかと考えられる。
【0029】
以上の工程により、導電基板に対する電界放出型電子放出材料の配設と、頂部にクレータ状の凹部が形成されたドーム状の凸部の形成とを行う。この製造方法によれば、ドーム状の凸部の形成が電界放出型電子放出材料となる炭素からなるナノチューブ状繊維の形成により行われるので、従来のようにドーム状の凸部をプレス成型で形成する必要がない。このため、FEDのようなプレス成型では困難な微小な電子放出部が要求される場合であっても、凸部を形成することが可能である。
【0030】
この実施の形態では、FEDに用いるカソード電極を例にしたので、電子放出部となる凸部を複数有するものとして説明したが、凸部が1つであってもよい。また、カソード電極の凸部の頂部に凹部を1つ設けたカソード電極を例に説明したが、凸部の頂部に設ける凹部の数は1つに限られるものではなく、凹部の面積を小さくすることにより複数設けるようにしてもよい。この場合、電子放出領域がより均一化できるので、発光均一性をより高めることが期待できる。
【0031】
また、製造工程において、基板をFEDの全カソードを形成可能なサイズとし、凹部のエッチングを行う工程において、カソード電極間にスリットを形成するようにしてもよい。この場合、スリット形成部を基板の両面からエッチングされるようにすれば、凹部の形成と同時にスリット形成を行うことができる。これにより、1枚の基板からFEDの全カソードを同時に製造することができ、製造工程が簡単になる。
【0032】
この実施の形態にかかるカソード電極は、前述した製造工程により製造したため凸部以外を金属膜が覆っているが、この金属膜がなくともよい。また、凸部形成面の平坦部には炭素からなるナノチューブ状繊維が配置されないが、平坦部は凸部よりもグリッド電極から離れているため、電子が放出される可能性がさらに少ないので、この平坦部に炭素からなるナノチューブ状繊維が配置されていてもよい。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のカソード電極は、導体基板表面に電界放出型電子放出材料を配置しており、導体基板がグリッド電極の方向に突出したドーム状の凸部を少なくとも1つ有し、凸部が頂部にクレータ状の凹部又は穴を少なくとも1つ有することによりカソード電極の凸部の頂部において、端部を形成する凹部又は穴の縁部分に電界が集中するので、凹部又は穴の縁部分以外の場所からは電子が放出されにくくなる。これによりカソード電極から引き出される電子において光源管の発光に寄与しないグリッド電極の周辺部に衝突する電子が引き出されるのを防ぎ、グリッド電流を抑えることができるので、光源管の電流分配率が上昇するのに伴って光源管の発光輝度が向上する効果が得られる。また、カソード電極の凸部の側面部分から電子が引き出されるのを防ぐため拡散する電子が生じにくくなるので、発光均一性の向上効果や発光パターンの輪郭のぼやけを抑制する効果を有する。
また、本発明の製造方法によれば、導体基板上の炭素からなるナノチューブ状繊維の形成箇所にドーム状の凸部が自発的に形成されるので、製造工程が簡略化される効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態にかかるカソード電極を備えたFEDの部分断面図である。
【図2】 実施の形態にかかるカソード電極の構造を模式的に示す断面図である。
【図3】 実施の形態にかかるカソード電極の製造工程を模式的に示す説明図である。
【図4】 電界放出型電子放出材料を有するカソード電極を使用した従来の光源管の電極構造を模式的に示す断面図である。
【図5】 電流分配率を向上させたカソード電極を使用した従来の光源管の電極構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
101…ガラス基板、102…フロントガラス、103,104…絶縁スペーサ、110,410,510…カソード電極、110a,305a,510a…凸部、110b,301a,305b…凹部、110c,510b…ドーム周辺部、111,411,511…導体基板、112,412,512…電界放出型電子放出材料、113,302…金属膜、120,420,520…グリッド電極、120a,420a,520a…メッシュ部、120b,420b,520b…周辺部、130,430,530…アノード電極、140,440,540…蛍光体膜、301…基板、303…反応炉、304…ヒータ、305…炭素膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cathode electrode in which a field emission type electron emission material is arranged on a surface of a conductor substrate, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As an electron emission source of a light source tube typified by a fluorescent display tube or a field emission display (FED), it has been proposed to use a cathode electrode having a field emission type electron emission material. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an electrode structure of a conventional light source tube using a cathode electrode having a field emission type electron emission material. As shown in FIG. 4, the conventional light source tube has an
[0003]
The
[0004]
In this electrode structure, the
[0005]
Here, electrons extracted from the
[0006]
When the
[0007]
In order to solve this problem, a cathode electrode shown in FIG. 5 has been proposed. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an electrode structure of a conventional light source tube using a cathode electrode with improved current distribution ratio. The electrode structure in FIG. 5 is different from that in FIG. 4 in that the cathode electrode 510 has a dome-
[0008]
For this reason, even if the cathode electrode 510 and the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the light source tube using the cathode electrode shown in FIG. 5 has a problem that electrons spread over a wider range than the
[0010]
In addition, in a light source tube in which a spacer or an envelope is arranged in the vicinity of a display pixel such as an FED, a part of electrons that have passed through the
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cathode electrode that improves the current distribution ratio and suppresses the diffusion of emitted electrons, and a method for manufacturing the cathode electrode.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides an anode electrode having a phosphor film attached in a vacuum envelope, and a field emission type electron emission material on the surface of a conductor substrate disposed opposite to the anode electrode. In the cathode electrode of the light source tube, the conductor having at least one arranged cathode electrode and at least one grid electrode arranged between the anode electrode and the cathode electrode so as to be separated from both the anode electrode and the cathode electrode and substantially parallel to each other. The substrate is characterized by having at least one dome-like convex portion protruding in the direction of the grid electrode, and the convex portion having at least one crater-like concave portion at the top. The cathode electrode may have at least one hole in place of the concave portion at the top of the convex portion. In addition, one configuration example of the cathode electrode is a nanotube-like fiber in which the field emission type electron emission material is made of carbon.
[0012]
The cathode electrode is made of a conductor substrate having a field emission type electron emission material disposed on the surface, the conductor substrate has a dome-like projection protruding in the direction of the grid electrode, and the projection has a crater shape on the top. Since there is a recess or hole, the grid electrode is placed in parallel to face the surface where the projection of the cathode electrode is formed, and a high voltage is applied so that the grid electrode side is a positive voltage between the cathode electrode and the grid electrode. Is applied, the electric field concentrates on the edge of the concave portion or hole forming the end at the top of the convex portion of the cathode electrode closest to the grid electrode. This makes it difficult for electrons to be emitted from places other than the edge of the concave portion or the hole even at the top of the convex portion of the cathode electrode, so that the grid current is reduced and the diffusion of the emitted electrons is difficult to occur.
[0013]
The manufacturing method of the present invention is a manufacturing method of a cathode electrode in which a field emission type electron emitting material is arranged on the surface of a conductive substrate, and the conductive substrate containing a metal that forms a nuclei of nanotube-shaped fibers made of carbon is formed on the conductive substrate. A metal film made of a predetermined metal that does not form nanotube-like fibers covering both surfaces and at least one through hole that is disposed on one side of the conductor substrate and that penetrates the metal film and exposes the substrate surface is exposed in plan view. A material gas containing a gas composed of a carbon compound at a predetermined concentration in a step of forming at least one recess disposed in the center of the substrate surface, and a conductor substrate in which the metal film, the through-hole, and the recess are formed Heating in an atmosphere and maintaining at a predetermined temperature, growing nanotube-like fibers made of carbon on the exposed substrate surface, and forming a carbon film having nanotube-like fibers; It characterized by a step of projecting the area where the carbon film is formed by returning made a conductor substrate to room temperature in a dome shape. In this case, the metal constituting the conductive substrate is iron or an alloy containing iron. In addition, as the predetermined metal that does not form the nanotube-like fiber, for example, aluminum, nickel, copper, or the like is used.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an FED provided with a cathode electrode according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the FED includes a
[0015]
The
[0016]
In this embodiment, the
[0017]
The
[0018]
In the present embodiment, in order to control lighting of each pixel of the FED arranged in a matrix, the
[0019]
A first insulating
[0020]
Next, electron emission of the cathode electrode according to this embodiment will be described with reference to FIG. A
[0021]
For this reason, since electrons do not spread over a wider range than the
[0022]
Next, an example of a manufacturing method of the
[0023]
Here, when using iron, industrial pure iron (99.96Fe) is used, but the purity is not particularly required, and may be, for example, 97% or 99.9%. Moreover, as an alloy containing iron, for example, stainless steel such as SUS304, 42 alloy, 42-6 alloy, or the like can be used, but is not limited thereto. In this embodiment, a thin plate of 42-6 alloy having a thickness of 0.05 to 0.20 mm was used for the
[0024]
Next, as illustrated in FIG. 3B, a
[0025]
After the formation of the
[0026]
Next, as shown in FIG. 3D, the
[0027]
A nanotube-like fiber made of carbon, which is a field emission electron-emitting material, is a substance composed of carbon having a thickness of about 2 nm to less than 1 μm and a length of about 1 μm to less than 100 μm. Single-walled carbon nanotubes with a five-membered ring formed at the tip of the cylinder and multiple graphite layers nested in a multilayer structure, and each graphite layer is closed in a cylindrical shape It may be a carbon nanotube having a structure, a hollow graphite tube having a disordered structure and a defect, or a graphite tube in which carbon is packed in a tube. Moreover, these may be mixed.
[0028]
In the process where the thermal CVD process is completed and the temperature of the
[0029]
Through the above steps, the field emission electron emission material is disposed on the conductive substrate, and the dome-shaped convex portion having the crater-shaped concave portion formed at the top is formed. According to this manufacturing method, the dome-shaped convex portion is formed by the formation of a nanotube-like fiber made of carbon, which is a field emission type electron emission material, so that the dome-shaped convex portion is formed by press molding as in the past. There is no need to do. For this reason, even if it is a case where the fine electron emission part difficult by press molding like FED is requested | required, it is possible to form a convex part.
[0030]
In this embodiment, since the cathode electrode used for the FED is taken as an example, it has been described as having a plurality of convex portions serving as electron emission portions, but there may be one convex portion. Moreover, although the cathode electrode provided with one concave portion on the top of the convex portion of the cathode electrode has been described as an example, the number of concave portions provided on the top of the convex portion is not limited to one, and the area of the concave portion is reduced. A plurality of them may be provided. In this case, since the electron emission region can be made more uniform, it can be expected that the emission uniformity is further improved.
[0031]
Further, in the manufacturing process, the substrate may be sized so that all cathodes of the FED can be formed, and the slit may be formed between the cathode electrodes in the process of etching the recess. In this case, if the slit forming portion is etched from both sides of the substrate, the slit can be formed simultaneously with the formation of the recess. As a result, all the cathodes of the FED can be manufactured simultaneously from a single substrate, and the manufacturing process is simplified.
[0032]
Since the cathode electrode according to this embodiment is manufactured by the manufacturing process described above, the metal film covers the portions other than the convex portions, but this metal film may not be provided. In addition, the carbon nanotube-like fibers are not arranged on the flat part of the convex part forming surface, but since the flat part is farther from the grid electrode than the convex part, there is less possibility of electrons being emitted. Nanotube fibers made of carbon may be arranged on the flat portion.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, the cathode electrode of the present invention has a field emission type electron-emitting material disposed on the surface of a conductor substrate, and the conductor substrate has at least one dome-shaped protrusion protruding in the direction of the grid electrode. Since the convex portion has at least one crater-shaped concave portion or hole at the top, the electric field concentrates on the edge portion of the concave portion or hole forming the end portion at the top of the convex portion of the cathode electrode. Electrons are less likely to be emitted from locations other than the edge portion. As a result, electrons withdrawing from the cathode electrode can be prevented from colliding with the periphery of the grid electrode that does not contribute to light emission of the light source tube, and the grid current can be suppressed, thereby increasing the current distribution ratio of the light source tube. As a result, an effect of improving the light emission luminance of the light source tube is obtained. Further, since electrons are not easily diffused in order to prevent electrons from being drawn out from the side surface portion of the convex portion of the cathode electrode, it has an effect of improving the light emission uniformity and suppressing the blurring of the contour of the light emission pattern.
In addition, according to the manufacturing method of the present invention, since the dome-shaped convex portion is spontaneously formed at the formation position of the nanotube-shaped fiber made of carbon on the conductor substrate, an effect of simplifying the manufacturing process can be obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an FED including a cathode electrode according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a cathode electrode according to an embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a manufacturing process of the cathode electrode according to the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an electrode structure of a conventional light source tube using a cathode electrode having a field emission type electron emission material.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an electrode structure of a conventional light source tube using a cathode electrode with an improved current distribution rate.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記導体基板は前記グリッド電極の方向に突出したドーム状の凸部を少なくとも1つ有し、
前記凸部は頂部に前記グリッド電極と対向する方向に凹んだクレータ状の凹部を少なくとも1つ有する
ことを特徴とするカソード電極。In a vacuum envelope, an anode electrode having a phosphor film attached thereto, a cathode electrode in which a field emission type electron emission material is arranged on the surface of a conductor substrate arranged to face the anode electrode, the anode electrode and the cathode In a cathode electrode of a light source tube having at least one grid electrode disposed between and substantially parallel to and spaced from both the anode electrode and the cathode electrode,
The conductor substrate has at least one dome-shaped protrusion protruding in the direction of the grid electrode;
The cathode has at least one crater-like recess recessed in a direction facing the grid electrode at the top.
前記凸部は頂部に前記凹部に代えて穴を少なくとも1つ有する
ことを特徴とするカソード電極。The cathode electrode according to claim 1.
The convex portion has at least one hole in place of the concave portion at the top thereof.
前記電界放出型電子放出材料は、炭素からなるナノチューブ状繊維である
ことを特徴とするカソード電極。The cathode electrode according to claim 1 or 2,
The cathode electrode, wherein the field emission type electron emission material is a nanotube-like fiber made of carbon.
炭素からなるナノチューブ状繊維の生成核となる金属を含む導体基板に、この基板の両面を覆う前記ナノチューブ状繊維を形成しない所定の金属からなる金属膜と前記導体基板の一面側に配置され前記金属膜を貫通して基板面を露出させた少なくとも1つの平面視略円形の貫通孔と露出された前記基板面の中央部に配置された少なくとも1つの凹部とを形成する工程と、
前記金属膜と前記貫通孔と前記凹部とが形成された前記導体基板を炭素化合物からなるガスが所定の濃度で含まれる材料ガス雰囲気中で加熱して所定の温度に保持し、露出された前記基板面に炭素からなるナノチューブ状繊維を成長させ、前記ナノチューブ状繊維を有する炭素膜を形成する工程と、
前記炭素膜が形成された前記導体基板を室温に戻すことにより前記炭素膜が形成された領域をドーム状に突出させる工程と
を有することを特徴とするカソード電極の製造方法。A method of manufacturing a cathode electrode in which a field emission type electron emission material is disposed on a surface of a conductive substrate,
A metal substrate made of a predetermined metal that does not form the nanotube-like fibers covering both surfaces of the conductive substrate including a metal serving as a nucleus of the nanotube-shaped fiber made of carbon, and the metal disposed on one side of the conductive substrate. Forming at least one through hole having a substantially circular shape in plan view that penetrates the film and exposing the substrate surface, and at least one recess disposed in the central portion of the exposed substrate surface;
The conductor substrate in which the metal film, the through hole, and the recess are formed is heated in a material gas atmosphere containing a gas composed of a carbon compound at a predetermined concentration to be held at a predetermined temperature, and exposed. Growing nanotube-like fibers made of carbon on the substrate surface, and forming a carbon film having the nanotube-like fibers;
And a step of projecting the region on which the carbon film is formed into a dome shape by returning the conductive substrate on which the carbon film is formed to room temperature.
前記導体基板を構成する金属は、鉄又は鉄を含む合金である
ことを特徴とするカソード電極の製造方法。In the manufacturing method of the cathode electrode according to claim 4,
The method for producing a cathode electrode, wherein the metal constituting the conductive substrate is iron or an alloy containing iron.
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