JP3790045B2 - 蛍光表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子線の衝撃による蛍光体の発光を利用した蛍光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光表示装置は、少なくとも一方が透明な真空容器の中で、電子放出部から放出される電子を蛍光体に衝突させてその蛍光体を発光させ、その発光光を利用する電子管である。この蛍光表示装置は、通常では、電子の働きを制御するためのグリッドを備えた３極管構造のものが最も多く用いられている。
そして、従来では、電子放出部にフィラメントと呼ばれる陰極を用い、ここより放出される熱電子を蛍光体に衝突発光させていた。
このような蛍光表示装置の中で、大画面ディスプレイ装置の画素を構成する画像管がある。
【０００３】
以下、画像管について図３を用いて説明する。
まず、円筒形のガラスバルブ３０１に、透光性を有するフェースガラス３０２が低融点フリットガラス３０３により接着固定され、それらで真空容器（外囲器）を構成している。そして、この中に、蛍光面３０４、陽極電極構体３０５、および、電子放出部を構成するカソード構体３０６が配置している。
そのフェースガラス３０２は、前面側には凸型レンズ状の球面部３０２ａが形成され、周縁部には鍔状に段差部３０２ｂが形成されている。また、内面３０２ｃの主要面には、蛍光面３０４およびＡｌメタルバック膜３０７が順次積層して形成されている。
【０００４】
また、フェースガラス３０２の内面３０２ｃの周辺部には、例えばステンレス材の薄板をプレス成形法により加工して形成され、弾性力を有する接触片３０７ａの一端側が挿入されている。また、その接触片３０７ａは、例えばカーボンまたは銀とフリットガラスとの混合体からなる導電性接着材により、Ａｌメタルバック膜３０７に接触してフェースガラス３０２の内面３０２ｃの所定部分に接着固定されている。そして、この接触片３０７ａの他端側は、ガラスバルブ３０１の内壁面方向に向けて延在されている。
【０００５】
一方、ガラスバルブ３０１底部を構成するステムガラス３０８には、リードピン３０９ａ〜３０９ｅが挿通され、加えて、排気管３０８ａが一体的に形成されている。また、このステムガラス３０８上には、そのリードピン３０９ａの先端部に陽極リード３１０が溶接により固定され、この陽極リード３１０の先端部に円筒状の陽極電極構体３０５が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
この陽極電極構体３０５は、例えばステンレス材の金属線をリング状に丸めて成形されたリング状陽極３０５ａと、このリング状陽極３０５ａの外周面に矩形状のステンレス材の薄板を巻き付けて重ね合った部分を３点で溶接などにより固定させて円筒形状に形成された円筒状陽極３０５ｂとから構成されている。
【０００６】
また、この陽極電極構体３０５は、陽極リード３１０の先端部に対してリング状陽極３０５ａと所定の箇所で溶接され、さらに陽極リード３１０の最先端部分で円筒状陽極３０５ｂの内側との接触部分で溶接されて固定されて配置される構造となっている。
さらにこのリング状陽極３０５ａの一部には、たとえば溶接などにより、Ｂａゲッター３０５ｃが取り付け固定されて配置されている。
【０００７】
また、リードピン３０９ｂ〜３０９ｅの先端部には、カソードリード３１１ｂ〜３１１ｅが溶接により固定され、このカソードリード３１１ｂ〜３１１ｅの先端部には、カソード構体３０６が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
このカソード構体３０６は、次に示すように構成されている。まず、セラミック基板３０６ａ上の中央部に背面電極３０６ｂが配置されている。また、その上部に所定の間隔を開けてフィラメントカソード３０６ｃが固定されている。そして、それらを覆うように、メッシュ部３０６ｅを有する楕円状のグリッドハウジング３０６ｄが、セラミック基板３０６ａ上に搭載されている。また、メッシュ部３０６ｅは、蛍光面３０４の方向に球面状に突出した形状となっている。
【０００８】
以上示したように構成される画像管は、まず、外部回路からリードピン３０９ｃ，３０９ｄに電圧（加熱電源）を供給することで、カソードリード３１１ｃ，３１１ｄを介し、フィラメントカソード３０６ｃに所定の電位を印加して熱電子が放出される状態とする。また、外部回路からリードピン３０９ｂに電圧を供給することで、カソードリード３１１ｂを介し、背面電極３０６ｂにフィラメントカソード３０６ｃに対して負の電位を印加する。加えて、外部回路からリードピン３０９ｅに電圧を供給することで、カソードリード３１１ｅを介し、フィラメントカソード３０６ｃに対して正の電位をグリッドハウジング３０６ｄに印加することで、グリッドハウジング３０６ｄのメッシュ部３０６ｅより電子ビームを放出させる。
【０００９】
そして、外部回路からリードピン３０９ａに高電圧を供給し、陽極リード３１０→陽極電極構体３０５（円筒状陽極３０５ｂ）→接触片３０７ａの経路をそれぞれ導通してＡｌメタルバック膜３０７にその高電圧が印加された状態とすることで、円筒状陽極３０５ｂにより放出された電子を加速し、Ａｌメタルバック膜３０７を貫通させて蛍光面３０４に衝撃させる。この結果、蛍光面３０４は電子衝撃により励起され、蛍光面３０４を構成する蛍光体に応じた発光色をフェースガラス３０２を透過して前面側に発光表示することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の蛍光表示装置に用いられていた電子放出部としてのフィラメント（フィラメントカソード）は、主に、直径７〜３０μｍのタングステンの細線に、電子放射性物質を塗布して形成している。その電子放出物質としては、一般に、酸化バリウム・酸化カルシウム・酸化ストロンチウムのいわゆる三元酸化物から構成するようにしている。
ここで、これら酸化物は、空気中ではきわめて不安定である。このため、フィラメントの作製においては、まず、炭酸バリウム・炭酸カルシウム・炭酸ストロンチウムを、タングステン細線に外形が３２〜３５μｍになるように塗布する。これらは、いわゆる炭酸塩の形である。そして、それを例えば、上述の画像管製造において各部品とともに組み込んだ上で、外囲器内を真空排気してエージングする段階で酸化物にしている。
【００１１】
したがって、従来の蛍光表示装置では、電子放出部として上述したようなフィラメントを用いるようにしているため、次に示すような問題点があった。
まず、非常に細く脆弱なフィラメントを架張して取り付け組み立てなければならないため、取り扱いに不便があった。また、上述したように、フィラメントカソードを作製するための工数も非常に多い状態であった。
次に、フィラメントカソードから放出される電子流は、フィラメントカソードの温度に大きく左右される。このため、フィラメントカソードの両端支持部からの放熱が大きいと、フィラメントの位置によって電子流にバラツキが生じてしまう。これは、用いる蛍光表示装置によっては、蛍光面の発光にむらが発生する要因となる。
また、フィラメントカソードの表面には、前述したように電子放射性物質が塗布されているが、これが蛍光表示装置の真空容器内における放出ガスに対して弱く、場合によっては、短時間に劣化してしまうことがあった。
【００１２】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、蛍光表示装置の電子放出部より、長期に安定して信頼性の高い状態で電子が放出できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の蛍光表示装置は、少なくとも一部が透光性を有する表示面を有して内部が真空排気された外囲器と、表示面の内側に形成された蛍光体からなる蛍光面と、外囲器内部に配置されて蛍光面に対して電子を放出するエミッタとから構成され、そのエミッタは、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束から構成され、その柱状グラファイトの長手方向に垂直な電子放出面が、柱状グラファイトの先端部の位置がそろって平坦に形成されているようにした。
したがって、束に形成された複数の柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離が、ほぼ等しく形成された状態となる。
また、この発明の蛍光表示管の製造方法は、まず、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束を用意する。次に、その束の側面から柱状グラファイトの長手方向に垂直にレーザビームを照射することで、その束を切断して柱状グラファイトの先端の位置がそろった平坦な切断面を電子放出面とした柱状グラファイトの束からなるエミッタを形成する。そして、外囲器内に、電子放出面を蛍光面に向けてエミッタを配置するようにした。
したがって、束に形成された複数の柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離が、ほぼ等しい状態でエミッタが形成される。
また、加えて、エミッタの電子放出面にレーザビームを照射し、電子放出面に露出している柱状グラファイトの先端部を、カーボンナノチューブが燃焼を始める温度未満に加熱するようにした。
この結果、エミッタの電子放出面に露出している柱状グラファイトの先端部においては、カーボンナノチューブが露出した状態が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態における蛍光表示装置である画像管の構成を示す構成図である。
以下、この実施の形態における画像管の構成について、その製造方法とともに説明すると、まず、円筒形のガラスバルブ１０１にフェースガラス１０２が低融点フリットガラス１０３により接着固定され、真空容器（外囲器）が構成されている。
そして、この中に、蛍光面１０４、陽極電極構体１０５、および電子放出部を構成するカソード構体１０６を配置している。なお、当然であるが、それら蛍光面１０４、陽極電極構体１０５、および、電子放出部を構成するカソード構体１０６を配置した後で、フェースガラス１０２をガラスバルブ１０１に接着固定する。
【００１５】
そのフェースガラス１０２は、前面側には凸型レンズ状の球面部１０２ａが形成され、周縁部には鍔状に段差部１０２ｂが形成されている。このフェースガラス１０２の内面１０２ｃには、図示していないが、その周辺部分の一部に窪み状の凹部が形成されている。また、この内面１０２ｃの主要面には、蛍光面１０４が形成され、この蛍光面１０４表面にはＡｌメタルバック膜１０７が形成されている。
【００１６】
なお、凹部内には蛍光面１０４は形成されず、Ａｌメタルバック膜１０７のみが形成される構成となっている。この、凹部内には、弾性力を有する接触片１０７ａの一端側が挿入されている。この接触辺１０７ａは、例えばステンレス材の薄板をプレス成形法により加工して形成する。また、この接触片１０７ａは、例えばカーボンまたは銀とフリットガラスとの混合体からなる導電性接着材により、その凹部の部分に接着固定されている。そして、この接触片１０７ａの他端側は、ガラスバルブ１０１の内壁面方向に向けて延在されている。
【００１７】
ところで、蛍光面１０４は、白色蛍光体として、例えば、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ＋Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ混合蛍光体を溶媒に溶かした溶材を約２０μｍ程度の厚さに内面１０２ｃに印刷塗布し、これを乾燥することで形成する。なお、凹部内には蛍光面１０４は塗布しない状態としておく。
また、蛍光面１０４表面には、蒸着により約厚さ１５０ｎｍ程度にアルミニウム膜を成膜することで、Ａｌメタルバック膜１０７を形成する。ここで、凹部内には蛍光面１０４は塗布されていないので、Ａｌメタルバック膜１０７のみが形成された状態となる。
【００１８】
なお、このＡｌメタルバック膜１０７の厚さは薄すぎると、ピンホールが増加して蛍光面１０４の反射が減少する。一方、その厚さが厚すぎると、蛍光面１０４に対する電子ビームの電子の侵入が阻害されて発光が小さくなる。したがって、Ａｌメタルバック膜１０７の厚さのコントロールは重要である。このため、前述したように、Ａｌメタルバック膜１０７は厚さを約１５０ｎｍ程度とした方がよい。
なお、それら蛍光面１０４及びＡｌメタルバック膜１０７を形成した後、フェースガラス１０２を、例えば電気炉などにより５６０℃で３０分程度空気中で焼成し、塗布膜中の溶媒類を除去する。
【００１９】
そして、例えば、直径約２０mm，長さ約５０mmの両端が切断されたガラスバルブ１０１の一方の開口端に、フェースガラス１０２の周縁部に形成された鍔状の段差部１０２ｂ部分が、低融点フリットガラス１０３により接着固定されている。
一方、ガラスバルブ１０１底部を構成するステムガラス１０８には、リードピン１０９が挿通され排気管１０８ａが一体的に形成されている。また、このステムガラス１０８上には、そのリードピン１０９の先端部に陽極リード１１０が溶接により固定され、この陽極リード１１０の先端部に円筒状の陽極電極構体（電子加速電極）１０５が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
【００２０】
この陽極電極構体１０５は、次の部分から構成されている。
まず、例えばステンレス材の金属線（線径約０．５ｍｍ）をリング状に丸めて成形されたリング状陽極１０５ａ。
このリング状陽極１０５ａの外周面に、矩形状のステンレス材の薄板（板厚０．０１〜０．０２mm）を巻き付けて重ね合った部分を２点で溶接などにより固定させて円筒形状に形成された円筒状陽極１０５ｂ。
【００２１】
また、この陽極電極構体１０５は、陽極リード１１０の先端部に対してリング状陽極１０５ａと所定の箇所で溶接され、さらに、陽極リード１１０の最先端部分で円筒状陽極１０５ｂの内側との接触部分で溶接されて固定されて配置される構造となっている。さらにこのリング状陽極１０５ａの一部には、Ｂａゲッター１０５ｃが溶接などにより取り付け固定されて配置されている。なお、図１（ａ）において、陽極電極構体１０５やリードピン１０９に関しては、断面を示していない。
以上のことは、従来の画像管とほぼ同様である。
【００２２】
また、ステムガラス１０８には、リードピン１０９ａ，１０９ｂも挿通され、リードピン１０９ａ，１０９ｂの先端部には、カソードリード１１１ａ，１１１ｂが溶接により固定され、このカソードリード１１１ａ，１１１ｂの先端部には、カソード構体１０６が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
このカソード構体１０６は、次に示すように構成されている。まず、セラミック基板１０６ａ上の中央部に電極（導電板）１０６ｂが配置されている。また、図１（ｂ）に拡大表示したように、電極１０６ｂ上面の約３ｍｍφの領域に、柱状グラファイト１２１ａを束にすることで形成されたエミッタ１２１が、導電性接着剤１２２により固定配置されている。そして、それらを覆うように、メッシュ部（電子引き出し電極）１０６ｅを備えたハウジング１０６ｄが配置されている。
【００２３】
なお、メッシュ部１０６ｅは、蛍光面１０４の方向にわずかに球面状に突出した形状となっている。ただし、メッシュ部１０６ｅは、平板状であってもよい。また、このハウジング１０６ｄは、板厚が約１００μｍ程度のステンレス板材をプレス成形することにより形成されている。また、メッシュ部１０６ｅは、例えば縦方向寸法が約６mm，横方向寸法が約４mmとし、高さが約１．２５mmの大きさで形成されている。そして、メッシュ部１０６ｅは、エミッタ１２１先端部より０．５〜１ｍｍ程度離間した状態とする。なお、これらの間隔は、接触しない状態でなるべく近づけた方がよい。
【００２４】
ここでエミッタ１２１に関してより詳細に説明すると、エミッタ１２１は、先端がそろった状態で束にされた複数の柱状グラファイト１２１ａから構成されているようにした。
柱状グラファイト１２１ａは、長さ数μｍから数ｍｍの針形状である。そしてこの柱状グラファイト１２１ａは、、図１（ｃ）に示すように、カーボンナノチューブ１２１ｂが、ほぼ同一方向を向いて集合した構造体である。なお、この図１（ｃ）は、柱状グラファイト１２１ａの電子放出面をみる斜視図である。
【００２５】
そして、カーボンナノチューブ１２１ｂは、例えば図１（ｄ）に示すように、完全にグラファイト化して筒状をなし、その直径は４〜５０ｎｍ程度であり、その長さは１μｍオーダである。このカーボンナノチューブは、図１（ｄ）では模式的に示したように、グラファイトの単層が円筒状に閉じた形状と、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となっている形状とがある。そして、それらの中心部分は、空洞となっている。また、その先端部は五員環が入ることにより閉じている。なお、おれることで先端が閉じていない場合もある。
【００２６】
次に、エミッタ１２１の作製に関して説明する。
まず、カーボンナノチューブは、ヘリウムガス中で２本の炭素電極を１〜２ｍｍ程度離した状態で直流アーク放電を起こしたときに、陽極側の炭素が蒸発して陰極側の炭素電極先端に凝集した堆積物中に形成される。
すなわち、炭素電極間のギャップを１ｍｍ程度に保った状態で、ヘリウム中で安定なアーク放電を持続させると、陽極の炭素電極の直径とほぼ同じ径をもつ円柱状の堆積物が、陰極先端に形成される。
【００２７】
その円柱状の堆積物は、外側の固い殻と、その内側のもろくて黒い芯との２つの領域から構成されている。そして、内側の芯は、堆積物柱の長さ方向にのびた繊維状の組織をもっている。その繊維状の組織が、上述した柱状グラファイトであり、堆積物柱を切り出すことなどにより、柱状グラファイトを得ることができる。なお、外側の固い殻は、グラファイトの多結晶体である。
【００２８】
そして、その柱状グラファイトにおいて、カーボンナノチューブは、炭素の多面体微粒子（ナノポリヘドロン：nanopolyhedoron）とともに、複数が集合している。
そのカーボンナノチューブは、図１（ｃ），（ｄ）では模式的に示したようにグラファイトの単層が円筒状に閉じた形状の他に、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となっている形状がある。そして、それらの中心部分は、空洞となっている。
【００２９】
以上説明したように、柱状グラファイト１２１ａを製造した後、まず、図２（ａ）に示すように、その柱状グラファイト１２１ａの束２０１を作製する。このとき、柱状グラファイト１２１ａの先端部がそろっていないと、束２０１の電子放出面２０１ａが凸凹な状態となっている。このように、電子放出面２０１ａが凸凹な状態では、均一な電子放出が得られない。一方で、柱状グラファイト１２１ａの先端部がそろうようにして、それらの束を形成し、電子放出面を平坦に形成することは容易ではない。
【００３０】
ここで、図２（ａ）に示すように、束２０１に側面より垂直にレーザビーム２１１を照射することで切断し、レーザ切断による切断面を形成することで、図２（ｂ）に示すように、平坦な電子放出面２０２ａが得られた束２０２を形成する。
この切断では、束２０１に対して垂直な状態としたレーザビーム２１１を、切断面を含む平面上で走査する。たとえば、ビーム径約１００μｍのＣＯ2 レーザビーム（連続発振）を出力６０〜２００Ｗ程度とし、走査速度約１０ｍｍ／ｓｅｃとして繰り返して照射すればよい。
【００３１】
ところで、束２０２の電子放出面２０２ａに垂直にレーザを照射することで、電子放出面２０２ａからの電子放出効率を向上させることができる。
電子放出面２０２ａにおいては、柱状グラファイト１２１ａの先端部が露出している状態となっている。ここで、前述したように、柱状グラファイト１２１ａは、カーボンナノチューブと、炭素の多面体微粒子（ナノポリヘドロン）とが複数が集合して構成されている。そして、電子はカーボンナノチューブ先端部から放出されやすい状態となっている。このため、電子放出面２０２ａにおいては、そのカーボンナノチューブの先端が、多く露出している状態の方がよい。
【００３２】
ところで、カーボンナノチューブとナノポリヘドロン等の他のカーボン粉とでは、その分解温度（燃焼開始温度）が異なる。カーボンナノチューブは、空気中で７００℃以上に加熱すると分解して燃焼を始める。一方、ナノポリヘドロン等の他のカーボン粉は、空気中で６５０℃以上に加熱すると分解して燃焼を始める。
したがって、レーザ照射により、その照射部位の温度が６５０℃を多少越える程度とすることで、電子放出面２０２ａにおいて、カーボンナノチューブ以外のカーボン粉を除去することができる。この結果、電子放出面２０２ａにおいては、カーボンナノチューブ先端部が露出している割合が増加し、電子放出面２０２ａからの電子放出効率を向上させることができる。
【００３３】
この選択除去のためのレーザビームの照射は、たとえば、電子放出面２０２ａに対して垂直な状態とした、たとえば、ビーム径１００〜２００μｍのＣＯ2 レーザビーム（パルス発振）を出力２００Ｗ程度とし、主走査速度約１０ｍｍ／ｓｅｃとして照射すればよい。また、このとき、レーザビームの副走査の間隔は、５０〜１００μｍ程度の柱状グラファイト直径の１／５〜５倍の範囲とすればよい。
以上示したようにして、束２０２を形成したら、その束２０２を電極１０６ｂ上に導電性接着剤１２２に接着固定することで、図２（ｃ）に示すように、電極１０６ｂ上に柱状グラファイトからなるエミッタ１２１が形成された状態が得られる。
なお、以上では、束２０２を形成してから、これを電極１０６ｂ上に固定するようにしたが、これに限るものではない。平坦になっていない電子放出面２０１ａの束２０１を電極１０６ｂ上に固定してから、前述した加工を行って、平坦とした電子放出面２０２ａを形成するようにしてもよい。
【００３４】
以上示したように、この実施の形態においては、エミッタ１２１を電極１０６ｂ上に固定配置し、そして、それらを覆うように、ハウジング１０６ｄをセラッミック基板１０６ａ上に搭載した状態とすることでカソード構体１０６を構成するようにした。
また、エミッタ１２１は、柱状グラファイト１２１ａを束にし、それをレーザビームで切断することで電子放出面を平らにすることで形成した。
したがって、エミッタ１２１が配置されたカソード構体１０６においては、複数のカーボンナノチューブが、その先端部がそろった状態でその長手方向を蛍光面１０４の方向に向けている状態となっている。加えて、エミッタ１２１の電子放出面においては、カーボンナノチューブがより多く露出した状態が得られている。
【００３５】
以上示したように構成されるこの実施の形態における画像管は、まず、外部回路からリードピン１０９ａ，１０９ｂに電圧を供給することで、カソードリード１１１ａ，１１１ｂを介して電極１０６とハウジング１０６ｄとの間に電界をかける。そして、このことにより、電極１０６上に固定配置されたエミッタ１２１のカーボンナノチューブ先端に高電界を集中させ、電子を引き出してメッシュ部１０６ｅより放出させる。すなわち、この実施の形態では、カソード構体１０６を、電界放出型冷陰極電子源の構成とした。
【００３６】
そして、外部回路からリードピン１０９に高電圧を供給し、陽極リード１１０→陽極電極構体１０５（円筒状陽極１０５ｂ）→接触片１０７ａの経路をそれぞれ導通してＡｌメタルバック膜１０７にその高電圧が印加された状態とすることで、放出された電子を円筒状陽極１０５ｂにより加速し、Ａｌメタルバック膜１０７を貫通させて蛍光面１０４に衝撃させる。この結果、蛍光面１０４は電子衝撃により励起し、蛍光面１０４を構成する蛍光体に応じた発光色を、フェースガラス１０２を透過して前面側に発光表示することになる。
【００３７】
以上示したように、この実施の形態によれば、電子放出部をカーボンナノチューブから構成し、これを電界放出型冷陰極電子源として用いるようにした。
したがって、この実施の形態によれば、電子放出部は、フィラメントのような脆弱な部品を用いるようにしていないので、取り扱いが容易で、真空容器内における放出ガスによる劣化などがない。
また、フィラメントの加熱電源も必要がないので、リードピンの数が減らせ、消費電力も抑制できるようになる。
そして、電極１０６ｂとハウジング１０６ｄとの間に電界を形成すと、エミッタ１２１におけるほぼすべてのカーボンナノチューブ先端より電子が放出され、蛍光面１０４に導かれることになるので、より高い輝度を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、上記実施の形態では、画像管について説明したが、これに限るものではない。この発明は、真空容器内に蛍光体からなる発光部と、これを発光させるための電子放出源とを備えた、その他の蛍光表示装置にも適用できることはいうまでもない。
例えば、フェースガラスと蛍光面との間に光学フィルターを配置し、発光色を変化させた画像管にも同様に適用できる。また、同一の真空容器内に、複数の蛍光面を備えて多色化をした画像管にも同様に適用できる。
また、所望の形状とした蛍光面により、所望の形状のキャラクタを表示する平型管に適用することも可能である。
また、エミッタとこれに対向配置するドット状の蛍光面とを、二次元的に複数配置した平面ディスプレイ（ＦＥＤ）に適用するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、少なくとも一部が透光性を有する表示面を有して内部が真空排気された外囲器と、表示面の内側に形成された蛍光体からなる蛍光面と、外囲器内部に配置されて蛍光面に対して電子を放出するエミッタとから構成され、そのエミッタは、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束から構成され、その柱状グラファイトの長手方向に垂直な電子放出面が、柱状グラファイトの先端部の位置がそろって平坦に形成されているようにした。
したがって、束に形成された複数の柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離が、ほぼ等しく形成された状態となる。そして、エミッタと電子引き出し電極との間に電位を印加すると、エミッタを構成するカーボンナノチューブの先端に高電界が集中して電子が引き出される電界放出型冷陰極電子源となる。
そして、この発明によれば、フィラメントなどや化学的に不安定な電子放射性物質などの脆弱な部品を用いることなく電子放出部を構成するようにしたので、まず、取り扱いが容易になり、また、劣化しにくいものとなる。この結果、この発明によれば、長期に安定して信頼性の高い状態で電子が放出できるようになるという効果がある。加えて、電子放出面となる切断面が、平坦に形成されているので、均一な電子放出状態が得られる。
【００４０】
また、この発明の蛍光表示管の製造方法は、まず、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束を用意する。次に、その束の側面から柱状グラファイトの長手方向に垂直にレーザビームを照射することで、その束を切断して柱状グラファイトの先端の位置がそろった平坦な切断面を電子放出面とした柱状グラファイトの束からなるエミッタを形成する。そして、外囲器内に、電子放出面を蛍光面に向けてエミッタを配置するようにした。
また、加えて、エミッタの電子放出面にレーザビームを照射し、電子放出面に露出している柱状グラファイトの先端部を、カーボンナノチューブが燃焼を始める温度度未満に加熱するようにした。
この結果、このエミッタと電子引き出し電極とで、電界放出型冷陰極電子源が構成できる。このように、この発明によれば、蛍光表示装置の電子放出部を、フィラメントのような脆弱な部品を用いることなく作製できるようになり、ひいては、蛍光表示装置をより容易に製造できるようになる。
また、エミッタを構成する柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離がほぼ等しい状態とすることが容易にでき、したがって、均一な電子放出状態を容易に得ることができる。また、実際に電子が放出されるカーボンナノチューブを容易に露出した状態とでき、したがって、電子放出特性の向上を容易に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による画像管の構成を示す構成図である。
【図２】 この発明による画像管におけるエミッタの作製に関して説明するための説明図である。
【図３】 従来の画像管の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１０１…ガラスバルブ、１０２…フェースガラス、１０３…低融点フリットガラス、１０４…蛍光面、１０５…陽極電極構体、１０５ａ…リング状陽極、１０５ｂ…円筒状陽極、１０５ｃ…Ｂａゲッター、１０６…カソード構体、１０６ａ…セラミック基板、１０６ｂ…電極（導電板）、１０６ｄ…ハウジング、１０６ｅ…メッシュ部（電子引き出し電極）、１０７…Ａｌメタルバック膜、１０７ａ…接触片、１０８…ステムガラス、１０８ａ…排気管、１０９，１０９ａ，１０９ｂ…リードピン、１１０…陽極リード、１１１ａ，１１１ｂ…カソードリード、１２１…エミッタ、１２１ａ…柱状グラファイト、１２１ｂ…カーボンナノチューブ、１２２…導電性接着剤。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子線の衝撃による蛍光体の発光を利用した蛍光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光表示装置は、少なくとも一方が透明な真空容器の中で、電子放出部から放出される電子を蛍光体に衝突させてその蛍光体を発光させ、その発光光を利用する電子管である。この蛍光表示装置は、通常では、電子の働きを制御するためのグリッドを備えた３極管構造のものが最も多く用いられている。
そして、従来では、電子放出部にフィラメントと呼ばれる陰極を用い、ここより放出される熱電子を蛍光体に衝突発光させていた。
このような蛍光表示装置の中で、大画面ディスプレイ装置の画素を構成する画像管がある。
【０００３】
以下、画像管について図３を用いて説明する。
まず、円筒形のガラスバルブ３０１に、透光性を有するフェースガラス３０２が低融点フリットガラス３０３により接着固定され、それらで真空容器（外囲器）を構成している。そして、この中に、蛍光面３０４、陽極電極構体３０５、および、電子放出部を構成するカソード構体３０６が配置している。
そのフェースガラス３０２は、前面側には凸型レンズ状の球面部３０２ａが形成され、周縁部には鍔状に段差部３０２ｂが形成されている。また、内面３０２ｃの主要面には、蛍光面３０４およびＡｌメタルバック膜３０７が順次積層して形成されている。
【０００４】
また、フェースガラス３０２の内面３０２ｃの周辺部には、例えばステンレス材の薄板をプレス成形法により加工して形成され、弾性力を有する接触片３０７ａの一端側が挿入されている。また、その接触片３０７ａは、例えばカーボンまたは銀とフリットガラスとの混合体からなる導電性接着材により、Ａｌメタルバック膜３０７に接触してフェースガラス３０２の内面３０２ｃの所定部分に接着固定されている。そして、この接触片３０７ａの他端側は、ガラスバルブ３０１の内壁面方向に向けて延在されている。
【０００５】
一方、ガラスバルブ３０１底部を構成するステムガラス３０８には、リードピン３０９ａ〜３０９ｅが挿通され、加えて、排気管３０８ａが一体的に形成されている。また、このステムガラス３０８上には、そのリードピン３０９ａの先端部に陽極リード３１０が溶接により固定され、この陽極リード３１０の先端部に円筒状の陽極電極構体３０５が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
この陽極電極構体３０５は、例えばステンレス材の金属線をリング状に丸めて成形されたリング状陽極３０５ａと、このリング状陽極３０５ａの外周面に矩形状のステンレス材の薄板を巻き付けて重ね合った部分を３点で溶接などにより固定させて円筒形状に形成された円筒状陽極３０５ｂとから構成されている。
【０００６】
また、この陽極電極構体３０５は、陽極リード３１０の先端部に対してリング状陽極３０５ａと所定の箇所で溶接され、さらに陽極リード３１０の最先端部分で円筒状陽極３０５ｂの内側との接触部分で溶接されて固定されて配置される構造となっている。
さらにこのリング状陽極３０５ａの一部には、たとえば溶接などにより、Ｂａゲッター３０５ｃが取り付け固定されて配置されている。
【０００７】
また、リードピン３０９ｂ〜３０９ｅの先端部には、カソードリード３１１ｂ〜３１１ｅが溶接により固定され、このカソードリード３１１ｂ〜３１１ｅの先端部には、カソード構体３０６が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
このカソード構体３０６は、次に示すように構成されている。まず、セラミック基板３０６ａ上の中央部に背面電極３０６ｂが配置されている。また、その上部に所定の間隔を開けてフィラメントカソード３０６ｃが固定されている。そして、それらを覆うように、メッシュ部３０６ｅを有する楕円状のグリッドハウジング３０６ｄが、セラミック基板３０６ａ上に搭載されている。また、メッシュ部３０６ｅは、蛍光面３０４の方向に球面状に突出した形状となっている。
【０００８】
以上示したように構成される画像管は、まず、外部回路からリードピン３０９ｃ，３０９ｄに電圧（加熱電源）を供給することで、カソードリード３１１ｃ，３１１ｄを介し、フィラメントカソード３０６ｃに所定の電位を印加して熱電子が放出される状態とする。また、外部回路からリードピン３０９ｂに電圧を供給することで、カソードリード３１１ｂを介し、背面電極３０６ｂにフィラメントカソード３０６ｃに対して負の電位を印加する。加えて、外部回路からリードピン３０９ｅに電圧を供給することで、カソードリード３１１ｅを介し、フィラメントカソード３０６ｃに対して正の電位をグリッドハウジング３０６ｄに印加することで、グリッドハウジング３０６ｄのメッシュ部３０６ｅより電子ビームを放出させる。
【０００９】
そして、外部回路からリードピン３０９ａに高電圧を供給し、陽極リード３１０→陽極電極構体３０５（円筒状陽極３０５ｂ）→接触片３０７ａの経路をそれぞれ導通してＡｌメタルバック膜３０７にその高電圧が印加された状態とすることで、円筒状陽極３０５ｂにより放出された電子を加速し、Ａｌメタルバック膜３０７を貫通させて蛍光面３０４に衝撃させる。この結果、蛍光面３０４は電子衝撃により励起され、蛍光面３０４を構成する蛍光体に応じた発光色をフェースガラス３０２を透過して前面側に発光表示することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の蛍光表示装置に用いられていた電子放出部としてのフィラメント（フィラメントカソード）は、主に、直径７〜３０μｍのタングステンの細線に、電子放射性物質を塗布して形成している。その電子放出物質としては、一般に、酸化バリウム・酸化カルシウム・酸化ストロンチウムのいわゆる三元酸化物から構成するようにしている。
ここで、これら酸化物は、空気中ではきわめて不安定である。このため、フィラメントの作製においては、まず、炭酸バリウム・炭酸カルシウム・炭酸ストロンチウムを、タングステン細線に外形が３２〜３５μｍになるように塗布する。これらは、いわゆる炭酸塩の形である。そして、それを例えば、上述の画像管製造において各部品とともに組み込んだ上で、外囲器内を真空排気してエージングする段階で酸化物にしている。
【００１１】
したがって、従来の蛍光表示装置では、電子放出部として上述したようなフィラメントを用いるようにしているため、次に示すような問題点があった。
まず、非常に細く脆弱なフィラメントを架張して取り付け組み立てなければならないため、取り扱いに不便があった。また、上述したように、フィラメントカソードを作製するための工数も非常に多い状態であった。
次に、フィラメントカソードから放出される電子流は、フィラメントカソードの温度に大きく左右される。このため、フィラメントカソードの両端支持部からの放熱が大きいと、フィラメントの位置によって電子流にバラツキが生じてしまう。これは、用いる蛍光表示装置によっては、蛍光面の発光にむらが発生する要因となる。
また、フィラメントカソードの表面には、前述したように電子放射性物質が塗布されているが、これが蛍光表示装置の真空容器内における放出ガスに対して弱く、場合によっては、短時間に劣化してしまうことがあった。
【００１２】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、蛍光表示装置の電子放出部より、長期に安定して信頼性の高い状態で電子が放出できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の蛍光表示装置は、少なくとも一部が透光性を有する表示面を有して内部が真空排気された外囲器と、表示面の内側に形成された蛍光体からなる蛍光面と、外囲器内部に配置されて蛍光面に対して電子を放出するエミッタとから構成され、そのエミッタは、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束から構成され、その柱状グラファイトの長手方向に垂直な電子放出面が、柱状グラファイトの先端部の位置がそろって平坦に形成されているようにした。
したがって、束に形成された複数の柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離が、ほぼ等しく形成された状態となる。
また、この発明の蛍光表示管の製造方法は、まず、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束を用意する。次に、その束の側面から柱状グラファイトの長手方向に垂直にレーザビームを照射することで、その束を切断して柱状グラファイトの先端の位置がそろった平坦な切断面を電子放出面とした柱状グラファイトの束からなるエミッタを形成する。そして、外囲器内に、電子放出面を蛍光面に向けてエミッタを配置するようにした。
したがって、束に形成された複数の柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離が、ほぼ等しい状態でエミッタが形成される。
また、加えて、エミッタの電子放出面にレーザビームを照射し、電子放出面に露出している柱状グラファイトの先端部を、カーボンナノチューブが燃焼を始める温度未満に加熱するようにした。
この結果、エミッタの電子放出面に露出している柱状グラファイトの先端部においては、カーボンナノチューブが露出した状態が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態における蛍光表示装置である画像管の構成を示す構成図である。
以下、この実施の形態における画像管の構成について、その製造方法とともに説明すると、まず、円筒形のガラスバルブ１０１にフェースガラス１０２が低融点フリットガラス１０３により接着固定され、真空容器（外囲器）が構成されている。
そして、この中に、蛍光面１０４、陽極電極構体１０５、および電子放出部を構成するカソード構体１０６を配置している。なお、当然であるが、それら蛍光面１０４、陽極電極構体１０５、および、電子放出部を構成するカソード構体１０６を配置した後で、フェースガラス１０２をガラスバルブ１０１に接着固定する。
【００１５】
そのフェースガラス１０２は、前面側には凸型レンズ状の球面部１０２ａが形成され、周縁部には鍔状に段差部１０２ｂが形成されている。このフェースガラス１０２の内面１０２ｃには、図示していないが、その周辺部分の一部に窪み状の凹部が形成されている。また、この内面１０２ｃの主要面には、蛍光面１０４が形成され、この蛍光面１０４表面にはＡｌメタルバック膜１０７が形成されている。
【００１６】
なお、凹部内には蛍光面１０４は形成されず、Ａｌメタルバック膜１０７のみが形成される構成となっている。この、凹部内には、弾性力を有する接触片１０７ａの一端側が挿入されている。この接触辺１０７ａは、例えばステンレス材の薄板をプレス成形法により加工して形成する。また、この接触片１０７ａは、例えばカーボンまたは銀とフリットガラスとの混合体からなる導電性接着材により、その凹部の部分に接着固定されている。そして、この接触片１０７ａの他端側は、ガラスバルブ１０１の内壁面方向に向けて延在されている。
【００１７】
ところで、蛍光面１０４は、白色蛍光体として、例えば、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ＋Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ混合蛍光体を溶媒に溶かした溶材を約２０μｍ程度の厚さに内面１０２ｃに印刷塗布し、これを乾燥することで形成する。なお、凹部内には蛍光面１０４は塗布しない状態としておく。
また、蛍光面１０４表面には、蒸着により約厚さ１５０ｎｍ程度にアルミニウム膜を成膜することで、Ａｌメタルバック膜１０７を形成する。ここで、凹部内には蛍光面１０４は塗布されていないので、Ａｌメタルバック膜１０７のみが形成された状態となる。
【００１８】
なお、このＡｌメタルバック膜１０７の厚さは薄すぎると、ピンホールが増加して蛍光面１０４の反射が減少する。一方、その厚さが厚すぎると、蛍光面１０４に対する電子ビームの電子の侵入が阻害されて発光が小さくなる。したがって、Ａｌメタルバック膜１０７の厚さのコントロールは重要である。このため、前述したように、Ａｌメタルバック膜１０７は厚さを約１５０ｎｍ程度とした方がよい。
なお、それら蛍光面１０４及びＡｌメタルバック膜１０７を形成した後、フェースガラス１０２を、例えば電気炉などにより５６０℃で３０分程度空気中で焼成し、塗布膜中の溶媒類を除去する。
【００１９】
そして、例えば、直径約２０mm，長さ約５０mmの両端が切断されたガラスバルブ１０１の一方の開口端に、フェースガラス１０２の周縁部に形成された鍔状の段差部１０２ｂ部分が、低融点フリットガラス１０３により接着固定されている。
一方、ガラスバルブ１０１底部を構成するステムガラス１０８には、リードピン１０９が挿通され排気管１０８ａが一体的に形成されている。また、このステムガラス１０８上には、そのリードピン１０９の先端部に陽極リード１１０が溶接により固定され、この陽極リード１１０の先端部に円筒状の陽極電極構体（電子加速電極）１０５が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
【００２０】
この陽極電極構体１０５は、次の部分から構成されている。
まず、例えばステンレス材の金属線（線径約０．５ｍｍ）をリング状に丸めて成形されたリング状陽極１０５ａ。
このリング状陽極１０５ａの外周面に、矩形状のステンレス材の薄板（板厚０．０１〜０．０２mm）を巻き付けて重ね合った部分を２点で溶接などにより固定させて円筒形状に形成された円筒状陽極１０５ｂ。
【００２１】
また、この陽極電極構体１０５は、陽極リード１１０の先端部に対してリング状陽極１０５ａと所定の箇所で溶接され、さらに、陽極リード１１０の最先端部分で円筒状陽極１０５ｂの内側との接触部分で溶接されて固定されて配置される構造となっている。さらにこのリング状陽極１０５ａの一部には、Ｂａゲッター１０５ｃが溶接などにより取り付け固定されて配置されている。なお、図１（ａ）において、陽極電極構体１０５やリードピン１０９に関しては、断面を示していない。
以上のことは、従来の画像管とほぼ同様である。
【００２２】
また、ステムガラス１０８には、リードピン１０９ａ，１０９ｂも挿通され、リードピン１０９ａ，１０９ｂの先端部には、カソードリード１１１ａ，１１１ｂが溶接により固定され、このカソードリード１１１ａ，１１１ｂの先端部には、カソード構体１０６が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
このカソード構体１０６は、次に示すように構成されている。まず、セラミック基板１０６ａ上の中央部に電極（導電板）１０６ｂが配置されている。また、図１（ｂ）に拡大表示したように、電極１０６ｂ上面の約３ｍｍφの領域に、柱状グラファイト１２１ａを束にすることで形成されたエミッタ１２１が、導電性接着剤１２２により固定配置されている。そして、それらを覆うように、メッシュ部（電子引き出し電極）１０６ｅを備えたハウジング１０６ｄが配置されている。
【００２３】
なお、メッシュ部１０６ｅは、蛍光面１０４の方向にわずかに球面状に突出した形状となっている。ただし、メッシュ部１０６ｅは、平板状であってもよい。また、このハウジング１０６ｄは、板厚が約１００μｍ程度のステンレス板材をプレス成形することにより形成されている。また、メッシュ部１０６ｅは、例えば縦方向寸法が約６mm，横方向寸法が約４mmとし、高さが約１．２５mmの大きさで形成されている。そして、メッシュ部１０６ｅは、エミッタ１２１先端部より０．５〜１ｍｍ程度離間した状態とする。なお、これらの間隔は、接触しない状態でなるべく近づけた方がよい。
【００２４】
ここでエミッタ１２１に関してより詳細に説明すると、エミッタ１２１は、先端がそろった状態で束にされた複数の柱状グラファイト１２１ａから構成されているようにした。
柱状グラファイト１２１ａは、長さ数μｍから数ｍｍの針形状である。そしてこの柱状グラファイト１２１ａは、、図１（ｃ）に示すように、カーボンナノチューブ１２１ｂが、ほぼ同一方向を向いて集合した構造体である。なお、この図１（ｃ）は、柱状グラファイト１２１ａの電子放出面をみる斜視図である。
【００２５】
そして、カーボンナノチューブ１２１ｂは、例えば図１（ｄ）に示すように、完全にグラファイト化して筒状をなし、その直径は４〜５０ｎｍ程度であり、その長さは１μｍオーダである。このカーボンナノチューブは、図１（ｄ）では模式的に示したように、グラファイトの単層が円筒状に閉じた形状と、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となっている形状とがある。そして、それらの中心部分は、空洞となっている。また、その先端部は五員環が入ることにより閉じている。なお、おれることで先端が閉じていない場合もある。
【００２６】
次に、エミッタ１２１の作製に関して説明する。
まず、カーボンナノチューブは、ヘリウムガス中で２本の炭素電極を１〜２ｍｍ程度離した状態で直流アーク放電を起こしたときに、陽極側の炭素が蒸発して陰極側の炭素電極先端に凝集した堆積物中に形成される。
すなわち、炭素電極間のギャップを１ｍｍ程度に保った状態で、ヘリウム中で安定なアーク放電を持続させると、陽極の炭素電極の直径とほぼ同じ径をもつ円柱状の堆積物が、陰極先端に形成される。
【００２７】
その円柱状の堆積物は、外側の固い殻と、その内側のもろくて黒い芯との２つの領域から構成されている。そして、内側の芯は、堆積物柱の長さ方向にのびた繊維状の組織をもっている。その繊維状の組織が、上述した柱状グラファイトであり、堆積物柱を切り出すことなどにより、柱状グラファイトを得ることができる。なお、外側の固い殻は、グラファイトの多結晶体である。
【００２８】
そして、その柱状グラファイトにおいて、カーボンナノチューブは、炭素の多面体微粒子（ナノポリヘドロン：nanopolyhedoron）とともに、複数が集合している。
そのカーボンナノチューブは、図１（ｃ），（ｄ）では模式的に示したようにグラファイトの単層が円筒状に閉じた形状の他に、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となっている形状がある。そして、それらの中心部分は、空洞となっている。
【００２９】
以上説明したように、柱状グラファイト１２１ａを製造した後、まず、図２（ａ）に示すように、その柱状グラファイト１２１ａの束２０１を作製する。このとき、柱状グラファイト１２１ａの先端部がそろっていないと、束２０１の電子放出面２０１ａが凸凹な状態となっている。このように、電子放出面２０１ａが凸凹な状態では、均一な電子放出が得られない。一方で、柱状グラファイト１２１ａの先端部がそろうようにして、それらの束を形成し、電子放出面を平坦に形成することは容易ではない。
【００３０】
ここで、図２（ａ）に示すように、束２０１に側面より垂直にレーザビーム２１１を照射することで切断し、レーザ切断による切断面を形成することで、図２（ｂ）に示すように、平坦な電子放出面２０２ａが得られた束２０２を形成する。
この切断では、束２０１に対して垂直な状態としたレーザビーム２１１を、切断面を含む平面上で走査する。たとえば、ビーム径約１００μｍのＣＯ2 レーザビーム（連続発振）を出力６０〜２００Ｗ程度とし、走査速度約１０ｍｍ／ｓｅｃとして繰り返して照射すればよい。
【００３１】
ところで、束２０２の電子放出面２０２ａに垂直にレーザを照射することで、電子放出面２０２ａからの電子放出効率を向上させることができる。
電子放出面２０２ａにおいては、柱状グラファイト１２１ａの先端部が露出している状態となっている。ここで、前述したように、柱状グラファイト１２１ａは、カーボンナノチューブと、炭素の多面体微粒子（ナノポリヘドロン）とが複数が集合して構成されている。そして、電子はカーボンナノチューブ先端部から放出されやすい状態となっている。このため、電子放出面２０２ａにおいては、そのカーボンナノチューブの先端が、多く露出している状態の方がよい。
【００３２】
ところで、カーボンナノチューブとナノポリヘドロン等の他のカーボン粉とでは、その分解温度（燃焼開始温度）が異なる。カーボンナノチューブは、空気中で７００℃以上に加熱すると分解して燃焼を始める。一方、ナノポリヘドロン等の他のカーボン粉は、空気中で６５０℃以上に加熱すると分解して燃焼を始める。
したがって、レーザ照射により、その照射部位の温度が６５０℃を多少越える程度とすることで、電子放出面２０２ａにおいて、カーボンナノチューブ以外のカーボン粉を除去することができる。この結果、電子放出面２０２ａにおいては、カーボンナノチューブ先端部が露出している割合が増加し、電子放出面２０２ａからの電子放出効率を向上させることができる。
【００３３】
この選択除去のためのレーザビームの照射は、たとえば、電子放出面２０２ａに対して垂直な状態とした、たとえば、ビーム径１００〜２００μｍのＣＯ2 レーザビーム（パルス発振）を出力２００Ｗ程度とし、主走査速度約１０ｍｍ／ｓｅｃとして照射すればよい。また、このとき、レーザビームの副走査の間隔は、５０〜１００μｍ程度の柱状グラファイト直径の１／５〜５倍の範囲とすればよい。
以上示したようにして、束２０２を形成したら、その束２０２を電極１０６ｂ上に導電性接着剤１２２に接着固定することで、図２（ｃ）に示すように、電極１０６ｂ上に柱状グラファイトからなるエミッタ１２１が形成された状態が得られる。
なお、以上では、束２０２を形成してから、これを電極１０６ｂ上に固定するようにしたが、これに限るものではない。平坦になっていない電子放出面２０１ａの束２０１を電極１０６ｂ上に固定してから、前述した加工を行って、平坦とした電子放出面２０２ａを形成するようにしてもよい。
【００３４】
以上示したように、この実施の形態においては、エミッタ１２１を電極１０６ｂ上に固定配置し、そして、それらを覆うように、ハウジング１０６ｄをセラッミック基板１０６ａ上に搭載した状態とすることでカソード構体１０６を構成するようにした。
また、エミッタ１２１は、柱状グラファイト１２１ａを束にし、それをレーザビームで切断することで電子放出面を平らにすることで形成した。
したがって、エミッタ１２１が配置されたカソード構体１０６においては、複数のカーボンナノチューブが、その先端部がそろった状態でその長手方向を蛍光面１０４の方向に向けている状態となっている。加えて、エミッタ１２１の電子放出面においては、カーボンナノチューブがより多く露出した状態が得られている。
【００３５】
以上示したように構成されるこの実施の形態における画像管は、まず、外部回路からリードピン１０９ａ，１０９ｂに電圧を供給することで、カソードリード１１１ａ，１１１ｂを介して電極１０６とハウジング１０６ｄとの間に電界をかける。そして、このことにより、電極１０６上に固定配置されたエミッタ１２１のカーボンナノチューブ先端に高電界を集中させ、電子を引き出してメッシュ部１０６ｅより放出させる。すなわち、この実施の形態では、カソード構体１０６を、電界放出型冷陰極電子源の構成とした。
【００３６】
そして、外部回路からリードピン１０９に高電圧を供給し、陽極リード１１０→陽極電極構体１０５（円筒状陽極１０５ｂ）→接触片１０７ａの経路をそれぞれ導通してＡｌメタルバック膜１０７にその高電圧が印加された状態とすることで、放出された電子を円筒状陽極１０５ｂにより加速し、Ａｌメタルバック膜１０７を貫通させて蛍光面１０４に衝撃させる。この結果、蛍光面１０４は電子衝撃により励起し、蛍光面１０４を構成する蛍光体に応じた発光色を、フェースガラス１０２を透過して前面側に発光表示することになる。
【００３７】
以上示したように、この実施の形態によれば、電子放出部をカーボンナノチューブから構成し、これを電界放出型冷陰極電子源として用いるようにした。
したがって、この実施の形態によれば、電子放出部は、フィラメントのような脆弱な部品を用いるようにしていないので、取り扱いが容易で、真空容器内における放出ガスによる劣化などがない。
また、フィラメントの加熱電源も必要がないので、リードピンの数が減らせ、消費電力も抑制できるようになる。
そして、電極１０６ｂとハウジング１０６ｄとの間に電界を形成すと、エミッタ１２１におけるほぼすべてのカーボンナノチューブ先端より電子が放出され、蛍光面１０４に導かれることになるので、より高い輝度を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、上記実施の形態では、画像管について説明したが、これに限るものではない。この発明は、真空容器内に蛍光体からなる発光部と、これを発光させるための電子放出源とを備えた、その他の蛍光表示装置にも適用できることはいうまでもない。
例えば、フェースガラスと蛍光面との間に光学フィルターを配置し、発光色を変化させた画像管にも同様に適用できる。また、同一の真空容器内に、複数の蛍光面を備えて多色化をした画像管にも同様に適用できる。
また、所望の形状とした蛍光面により、所望の形状のキャラクタを表示する平型管に適用することも可能である。
また、エミッタとこれに対向配置するドット状の蛍光面とを、二次元的に複数配置した平面ディスプレイ（ＦＥＤ）に適用するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、少なくとも一部が透光性を有する表示面を有して内部が真空排気された外囲器と、表示面の内側に形成された蛍光体からなる蛍光面と、外囲器内部に配置されて蛍光面に対して電子を放出するエミッタとから構成され、そのエミッタは、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束から構成され、その柱状グラファイトの長手方向に垂直な電子放出面が、柱状グラファイトの先端部の位置がそろって平坦に形成されているようにした。
したがって、束に形成された複数の柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離が、ほぼ等しく形成された状態となる。そして、エミッタと電子引き出し電極との間に電位を印加すると、エミッタを構成するカーボンナノチューブの先端に高電界が集中して電子が引き出される電界放出型冷陰極電子源となる。
そして、この発明によれば、フィラメントなどや化学的に不安定な電子放射性物質などの脆弱な部品を用いることなく電子放出部を構成するようにしたので、まず、取り扱いが容易になり、また、劣化しにくいものとなる。この結果、この発明によれば、長期に安定して信頼性の高い状態で電子が放出できるようになるという効果がある。加えて、電子放出面となる切断面が、平坦に形成されているので、均一な電子放出状態が得られる。
【００４０】
また、この発明の蛍光表示管の製造方法は、まず、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束を用意する。次に、その束の側面から柱状グラファイトの長手方向に垂直にレーザビームを照射することで、その束を切断して柱状グラファイトの先端の位置がそろった平坦な切断面を電子放出面とした柱状グラファイトの束からなるエミッタを形成する。そして、外囲器内に、電子放出面を蛍光面に向けてエミッタを配置するようにした。
また、加えて、エミッタの電子放出面にレーザビームを照射し、電子放出面に露出している柱状グラファイトの先端部を、カーボンナノチューブが燃焼を始める温度度未満に加熱するようにした。
この結果、このエミッタと電子引き出し電極とで、電界放出型冷陰極電子源が構成できる。このように、この発明によれば、蛍光表示装置の電子放出部を、フィラメントのような脆弱な部品を用いることなく作製できるようになり、ひいては、蛍光表示装置をより容易に製造できるようになる。
また、エミッタを構成する柱状グラファイトのそれぞれの先端部と蛍光面との距離がほぼ等しい状態とすることが容易にでき、したがって、均一な電子放出状態を容易に得ることができる。また、実際に電子が放出されるカーボンナノチューブを容易に露出した状態とでき、したがって、電子放出特性の向上を容易に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による画像管の構成を示す構成図である。
【図２】 この発明による画像管におけるエミッタの作製に関して説明するための説明図である。
【図３】 従来の画像管の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１０１…ガラスバルブ、１０２…フェースガラス、１０３…低融点フリットガラス、１０４…蛍光面、１０５…陽極電極構体、１０５ａ…リング状陽極、１０５ｂ…円筒状陽極、１０５ｃ…Ｂａゲッター、１０６…カソード構体、１０６ａ…セラミック基板、１０６ｂ…電極（導電板）、１０６ｄ…ハウジング、１０６ｅ…メッシュ部（電子引き出し電極）、１０７…Ａｌメタルバック膜、１０７ａ…接触片、１０８…ステムガラス、１０８ａ…排気管、１０９，１０９ａ，１０９ｂ…リードピン、１１０…陽極リード、１１１ａ，１１１ｂ…カソードリード、１２１…エミッタ、１２１ａ…柱状グラファイト、１２１ｂ…カーボンナノチューブ、１２２…導電性接着剤。
Claims (11)
- 少なくとも一部が透光性を有する表示面を有して内部が真空排気された外囲器と、
前記表示面の内側に形成された蛍光体からなる蛍光面と、
前記外囲器内部に配置されて前記蛍光面に対して電子を放出するエミッタと
から構成され、
前記エミッタは、円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束から構成され、前記柱状グラファイトの長手方向に垂直な電子放出面が、前記柱状グラファイトの先端部の位置がそろって平坦に形成されている
ことを特徴とする蛍光表示装置。 - 請求項１記載の蛍光表示装置において、
前記エミッタの電子放出側に配置された前記エミッタより電子を引き出すための電子引き出し電極を新たに備えたことを特徴とする蛍光表示装置。 - 請求項２記載の蛍光表示装置において、
前記引き出し電極は、前記蛍光面と前記エミッタとの間に配置されることを特徴とする蛍光表示装置。 - 請求項１〜３記載の蛍光表示装置において、
前記蛍光面と前記表示面との間に光学フィルターが配置されることを特徴とする蛍光表示装置。 - 請求項２〜４記載の蛍光表示装置において、
前記蛍光面表面に形成された金属膜と、
前記蛍光面と前記電子引き出し電極との間に配置され、前記電子引き出し電極より高い電位が印加される電子加速電極と
を備えたことを特徴とする蛍光表示装置。 - 請求項５記載の蛍光表示装置において、
前記金属膜と前記電子加速電極とは電気的に接続されていることを特徴とする蛍光表示装置。 - 請求項１〜６いずれか１項記載の蛍光表示装置において、
前記エミッタは、表面を前記蛍光面に向けて配置された板状の導電板上に導電性を有する接着剤で固定されていることを特徴とする蛍光表示装置。 - 請求項１〜７いずれか１項記載の蛍光表示装置において、
前記蛍光面に所定の電位が印加されることを特徴とする蛍光表示装置。 - 少なくとも一部が透光性を有する表示面を有しかつ内部が真空排気された外囲器と、前記表示面の内側に形成された蛍光体からなり電子の衝撃により発光する蛍光面を備えた蛍光表示管の製造方法において、
円筒状のグラファイトの層からなる複数のカーボンナノチューブが長手方向を同一方向に向けて炭素の多面体粒子とともに集合した集合体である柱状グラファイトの束を用意し、
前記柱状グラファイトの束の側面から前記柱状グラファイトの長手方向に垂直にレーザビームを照射することで、前記柱状グラファイトの束を切断して前記柱状グラファイトの先端の位置がそろった平坦な切断面を電子放出面とした前記柱状グラファイトの束からなるエミッタを形成し、
前記外囲器内に、前記電子放出面を前記蛍光面に向けて前記エミッタを配置する
ことを特徴とする蛍光表示装置の製造方法。 - 請求項９記載の蛍光表示装置の製造方法において、
前記エミッタの前記電子放出面にレーザビームを照射し、前記電子放出面に露出している前記柱状グラファイトの先端部を、カーボンナノチューブが燃焼を始める温度未満に加熱する
ことを特徴とする蛍光表示装置の製造方法。 - 請求項９または１０記載の蛍光表示装置の製造方法において、
前記エミッタは、前記外囲器内で表面を前記蛍光面に向けて配置した板状の導電板上に、導電性を有する接着剤で固定することにより形成される
ことを特徴とする蛍光表示装置の製造方法。
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