JP3792859B2

JP3792859B2 - 電子銃

Info

Publication number: JP3792859B2
Application number: JP27162597A
Authority: JP
Inventors: 佐四郎上村
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: JPH11111158A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ブラウン管などに用いられる電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子銃は、例えばテレビジョンに用いられる受像管の構成要素である。この電子銃（カソード）の基本的な構成は、図３に示すように、先端部が閉じた構成の陰極筒３０１の先端に、電子放出層３０２が形成されている。また、陰極筒３０１の内部にはヒータ３０３が備えられている。
この陰極筒３０１は、マグネシウムや珪素などの還元剤をドープした高純度のＮｉから構成し、厚さは０．１ｍｍ程度である。また、電子放出層３０２は、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。
【０００３】
そして、電子放出層３０２は、ヒータ３０３により８００℃程度に加熱されると、主にバリウムが還元されて遊離し、この遊離されたバリウムが電子放出層３０２表面に向かい、これが電子放出を容易にしている。
放出された電子ビームは、第１グリッド３０４で集められ、第２グリッド３０５，第３グリッド３０６，ホーカス電極である第４グリッド３０７，第５グリッド３０８を通過して蛍光面３０９に収束される（図３（ｂ））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのバリウムは使用中にガスと反応して消耗するので、常に電子放出層３０２内部から補給されるように作られている。しかし、多くの電子を放出させるために高電流を流そうとしても、そのバリウムの補給が十分にはできない。加えて、電子放出のために加熱されるが、電子放出層３０２は熱で劣化するという問題があった。
【０００５】
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、耐性がありより多くの電子を放出させることができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の電子銃は、円筒状のグラファイトからなるカーボンナノチューブがナノポリヘドロンとともに集合した柱状グラファイトから構成された電子放出源と、その電子放出源の電子放出側に所定の距離離れて配置されてその先端部より電子を引き出すための電子引き出し電極とを備えるようにした。
このように構成したので、電子放出源と電子引き出し電極との間に電位を印加すると、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。
【０００７】
【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電子銃の要部構成を示す構成図である。この電子銃は、基台１０１上にｘｙ方向に移動可能な可動ステージ１０２を備え、その可動ステージ１０２上に針状エミッタ（電子放出源）１０３を配置している。また、針状エミッタ１０３の先端部延長上に、基台１０１に固定された状態で引き出し電極１０４が配置されている。なお、この引き出し電極１０４には、アパーチャ１０４ａが形成されている。
つまり、この実施の形態では、針状エミッタ１０３と引き出し電極１０４とによる電界放出型冷陰極電子源で電子銃を構成するようにした。また、可動ステージ１０２を移動させて、アパーチャ１０４ａに対する針状エミッタ１０３の先端部の位置と向きを制御することで、電子引き出し効率の最適化を図ることができる。
【０００８】
そして、この実施の形態においては、針状エミッタ１０３をカーボンナノチューブの集合体から構成するようにした。より詳しく説明すれば、カーボンナノチューブの集合体からなる長さ数１０μｍの針形状の柱状グラファイト複数が、その長手方向をほぼ同一方向に向けて束ねられた状態に、針状エミッタ１０３が構成されている。そして、針状エミッタ１０３は、長さ５ｍｍ程度で１〜３ｍｍφに形成され、その先端部の０．５〜１ｍｍ程度のところが、先細となるように加工形成されている。
ここで、カーボンナノチューブについて説明すると、これは、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。そして、図１（ｅ）に示すように、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。
【０００９】
この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。
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。
【００１０】
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。そして、図１（ｆ）に示すように、柱状グラファイト１３１は、カーボンナノチューブ１３２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（ｅ）は、柱状グラファイトを途中で切った断面をみる斜視図である。
なお、カーボンナノチューブは、図１（ｄ），（ｅ）では、グラファイトの単層が円筒状に閉じた形状として模式的に示した。しかし、これに限るものではなく、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もある。そして、それらの中心部分は、空洞となっている。
【００１１】
以上示したように、この実施の形態においては、カーボンナノチューブによる針状エミッタ１０３と引き出し電極１０４とによる電界放出型冷陰極電子源で電子銃を構成するようにした。この結果、この実施の形態によれば、電流密度（エミッション量）として１０Ａ／ｃｍ² の性能が得られた。また、理論的には、４００Ａ／ｃｍ² の性能が得られる。
そして、可動ステージ１０２による針状エミッタ１０３の位置制御ができるので、針状エミッタ１０３の先端部が劣化して削られてきても、針状エミッタ１０３の配置を引き出し電極１０４側へ移動させることができ、電子放出効率を維持していくことが容易に可能となる。
【００１２】
ところで、上述では、柱状グラファイトをその長手方向をほぼ同一方向に向けて束ねることでエミッタを構成するようにしたが、これに限るものではない。図２に示すように、陰極筒２０１の先端部に複数の柱状グラファイト（エミッタ）２０２を配置し、陰極筒２０１と取り出し電極２０３との間に電界をかけることで、柱状グラファイト２０２より電子を取り出すようにしてもよい。この柱状グラファイト２０２は、例えば、導電性接着剤により陰極筒２０１に固定すればよい。
この場合、図２（ａ）に示すように、柱状グラファイト２０２の長手方向の向きを、電子取り出し方向になるべく揃えるようにして配置した方がよい。
【００１３】
図２（ｃ）は柱状グラファイトの長手方向の向きによるエミッション量の違いを示す特性図である。図２（ｃ）において、（ｃ−１）は、図２（ａ）に示したように、柱状グラファイト２０２の長手方向の向きが、ほぼ電子取り出し方向を向いた状態の場合のエミッション量を示している。また、（ｃ−２）は、図２（ｂ）に示したように、柱状グラファイト２０２の長手方向の向きが、あまり電子取り出し方向を向いていない状態の場合のエミッション量を示している。
図２（ｃ）から明らかなように、柱状グラファイトの長手方向の向きが、電子取り出し方向の向いていた方が、より多くのエミッション量を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、円筒状のグラファイトからなるカーボンナノチューブから構成された電子放出源と、その電子放出源の電子放出側に所定の距離離れて配置されてその先端部より電子を引き出すための電子引き出し電極とを備えるようにした。
このように構成したので、電子銃は、電子放出源と電子引き出し電極との間に電位を印加すると、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の構成となる。
そして、この発明によれば、従来のように使用中にガスと反応して熱電子発生源が消耗するなどのことが無く、より長期に安定してより多くの電子を放出させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における電子銃の要部構成を示す構成図である。
【図２】この発明の他の実施の形態における電子銃の要部構成を示す説明図である。
【図３】従来の電子銃の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１…基台、１０２…可動ステージ、１０３…針状エミッタ（電子放出源）、１０４…引き出し電極、１０４ａ…アパーチャ、１３１…柱状グラファイト、１３２…カーボンナノチューブ。

Claims

円筒状のグラファイトからなるカーボンナノチューブがナノポリヘドロンとともに集合した柱状グラファイトから構成された電子放出源と、
前記電子放出源の電子放出側に所定の距離離れて配置されてその先端部より電子を引き出すための電子引き出し電極と
を備えたことを特徴とする電子銃。
請求項１記載の電子銃において、
前記柱状グラファイトは、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ものである
ことを特徴とする電子銃。
請求項２記載の電子銃において、
前記電子放出源は、前記柱状グラファイト複数がその長手方向が同一方向を向いた集合体から構成され、針状に形成されていることを特徴とする電子銃。
請求項１〜３記載の電子銃において、
前記電子放出源は、前記電子引き出し電極との相対位置を変更できる移動可能な可動ステージ上に固定されていることを特徴とする電子銃。