JP4594134B2 - Field emission vacuum tube - Google Patents
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Description
本発明は、三極管、多極管、蛍光灯、電界放射型表示装置等に用いて好適な電界放出型真空管に関するものである。 The present invention relates to a field emission vacuum tube suitable for use in a triode, a multipolar tube, a fluorescent lamp, a field emission display device, or the like.
近年の微細加工技術の進展により高電界において電子を放出する電界放出型電子源の製造技術の進歩は著しく、特に極めて小型な構造を有する電界放出型真空管が製造されている。このような電界放出型真空管は特許文献1等において各種提案されている。例えば、コーン型では、基板に垂直な方向に、アノード電極、ゲート電極、カソード電極を配置し、ゲート電極とカソード電極との間にゲート電圧を印加して強電界を発生させ、電界放出原理に従いカソード電極から電子を放出させ、さらにアノード電極に印加したアノード電圧により、電子をアノード電極に到達させるようにしたものである。また、プレーナ型では、基板に平行な方向にカソード電極、ゲート電極、アノード電極を配置し、カソード電極とゲート電極との間、カソード電極とアノード電極との間に、電圧を印加してカソード電極から電界放出の原理に基づいて電子を引き出して放出させ、この放出させた電子をアノード電極に向かわせるようにしたものである。しかしながら、コーン型もプレーナ型もアノード電極とカソード電極との対向面間に形成される電界が平行電界であるから、電子放出量を増大させるように大面積化を図り難く、また、同一の対向空間内にアノード電極とゲート電極とカソード電極とを配置しており、全体が一つの電界放出室となっていて、その室内では電界放出効率が高い領域や低い領域が存在し全体(マクロ的)としての電界放出効率が低い。また、電界も極めて高い電界を印加する必要があり、取り扱いにくい。
本発明により解決すべき課題は、大面積化が容易であり、その電子放出効率を向上することである。 The problem to be solved by the present invention is to easily increase the area and to improve the electron emission efficiency.
本発明による電界放出型真空管は、アノード電極とカソード電極とをゲート電極を間にして対向配置した電界放出型真空管において、真空容器を平面方向に複数の電界放出室に区画し、各電界放出室毎に筒状アノード電極と、筒状アノード電極で取り囲まれる形態の筒状ゲート電極と、筒状ゲート電極で取り囲まれる形態のワイヤ状カソード電極とを同心配置したことを特徴とするものである。 A field emission vacuum tube according to the present invention is a field emission vacuum tube in which an anode electrode and a cathode electrode are arranged to face each other with a gate electrode therebetween, and a vacuum vessel is partitioned into a plurality of field emission chambers in a plane direction. A cylindrical anode electrode, a cylindrical gate electrode surrounded by the cylindrical anode electrode, and a wire cathode electrode surrounded by the cylindrical gate electrode are arranged concentrically.
筒状アノード電極は、電界放出室の内壁面に蒸着等により形成した金属薄膜から構成することができるが、筒状アノード電極は、これに限定されるものではなく、電界放出室の内壁面から離れて設けることもできる。 The cylindrical anode electrode can be composed of a metal thin film formed on the inner wall surface of the field emission chamber by vapor deposition or the like. However, the cylindrical anode electrode is not limited to this, but from the inner wall surface of the field emission chamber. It can also be provided separately.
本発明によると、真空容器を平面方向に複数の電界放出室に区画しかつ各電界放出室それぞれにはアノード電極とゲート電極とカソード電極とを同心に配置したので、各電界放出室内部ではカソード電極から360度方向全周にわたり電子放出することができるので、電界放出型真空管全体でのマクロ的な電界放出効率が大きく向上するうえ、これら電極間にはそれほど高い電圧を印加する必要がなく、電界放出室それぞれは小さくて済むので大面積化が容易である。また、各電界放出室での電界も低く印加するだけで済むので扱い易い。 According to the present invention, the vacuum vessel is divided into a plurality of field emission chambers in the plane direction, and the anode electrode, the gate electrode, and the cathode electrode are arranged concentrically in each field emission chamber. Since electrons can be emitted from the electrodes over the entire 360 ° direction, the macroscopic field emission efficiency of the entire field emission vacuum tube is greatly improved, and it is not necessary to apply a high voltage between these electrodes. Since each field emission chamber can be small, it is easy to increase the area. In addition, the electric field in each field emission chamber is easy to handle because only a low electric field needs to be applied.
カソード電極の表面に電界集中補助用凹凸を設けるとともに、その凹凸表面に多数の電界集中用微細突起を有する炭素系薄膜を形成することが好ましい。この炭素系薄膜には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、フラーレンなどが含まれる。 It is preferable to provide an electric field concentration assisting unevenness on the surface of the cathode electrode and to form a carbon-based thin film having a large number of electric field concentration fine protrusions on the uneven surface. This carbon-based thin film includes carbon nanotubes, carbon nanowalls, diamond-like carbon, graphite, fullerene and the like.
各アノード電極、各ゲート電極および各カソード電極がそれぞれ共通に接続されていることが好ましい。 It is preferable that each anode electrode, each gate electrode, and each cathode electrode are connected in common.
本発明によれば、マクロ的な電界放出特性に優れた電界放出型真空管を提供することができる。 According to the present invention, a field emission type vacuum tube excellent in macro field emission characteristics can be provided.
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明すると、図1は実施の形態の電界放出型真空管を示す一部破断斜視図、図2は同電界放出型真空管の一部破断平面図、図3は図2のA−A線に沿う断面図である。これらの図を参照して、この電界放出型真空管は、平面視矩形形状の容器10を有する。この容器10は、前面パネル10a、背面パネル10b、側面パネル10cから囲まれてなるとともに、内部が仕切りパネル10dにより多数の電界放出室10eに区画されている。各パネル10a,10b,10c,10dはガラス等からなる。各電界放出室10eの内側壁面(側面パネル10cと仕切りパネル10dのパネル面で構成される)にはスパッタリングやEB蒸着等により導電材としてアルミニウム等の金属薄膜12が形成されている。金属薄膜12はそれぞれアノード電極12を構成する。なお、接続の形態の図示は略するが、各アノード電極12は外部端子Aに共通に接続され、アノード電圧が共通に印加可能になっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a field emission vacuum tube according to the embodiment, and FIG. 2 shows one of the field emission vacuum tubes. FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. Referring to these drawings, this field emission vacuum tube has a
各電界放出室10eの内部には、それぞれ、各アノード電極12と同心的に配置された円筒形でかつ多数の貫通孔を備えた円筒部材14がゲート電極14として配置されている。なお、接続の形態の図示は略するが、各ゲート電極14は外部端子Gに共通に接続され、ゲート電圧が共通に印加可能になっている。
Inside each
各ゲート電極14の内部には、それぞれ、該ゲート電極14と同心的に導電性ワイヤ16が延びて配置されている。導電性ワイヤ16それぞれはカソード電極16を構成するとともにその外表面に多数のナノチューブ状あるいはナノウォール状の微細突起18aを有する炭素系薄膜18が電子放出部18として形成されている。なお、接続の形態の図示は略するが、各カソード電極16は外部端子Kに共通に接続されている。導電性ワイヤ16それぞれの表面は電界集中をより発生しやすくする表面粗さを有する凹凸16aに積極的に設定されており、この表面粗さの凹凸16aは炭素系薄膜18だけの微細突起18aにさらに全体の凹凸を形成しており微細突起18aでの電界集中を助長する電界集中補助部として作用する。この表面粗さは微視的であるが、可視的な凹凸でもよい。例えば、複数の導線を撚り合わせてなる凹凸や、導線表面をねじ切り加工する凹凸でもよい。
Inside each
以上の構成を備えた実施の形態の電界放出型真空管においては、全体に必要とする電流を例えば10Aとし、電界放出室10eの数を100とした場合、各電界放出室10eそれぞれで行われる電子放出においては、電流を0.1A分担するだけで済むので、各電界放出室10eそれぞれにおける電極間にはそれほど高い電圧を印加する必要がなくなり、低圧電源でも本電界放出型真空管を容易に駆動することができる。
In the field emission vacuum tube of the embodiment having the above configuration, when the current required for the whole is, for example, 10 A and the number of the
また、電界放出室10eそれぞれは小さくて済むので各電界放出室10e内部を真空に保持することも容易であり、全体の耐久性も向上する。
Further, since each
さらに、アノード電極12と、ゲート電極14と、カソード電極16とが同心配置されているので、電極の対向間に形成される電界は円筒形となり、カソード電極16から360度全周に電子放出させることができその電子放出効率は極めて高くなるとともに、これら各電界放出室10eを集合した全体の電界放出効率を著しく向上することができる。また、電界放出室10eは小さいので電界放出室10e内の電界も低く印加するだけで電子放出を行うことが可能である。
Further, since the
なお、電界放出室10eは図4で示すように円形でもよく、図5で示すように六角形等の多角形でもよいことは勿論である。円形の場合はより電界がより円筒形になり電界放出効率が向上し、また、図5のように六角形の場合は、真空容器10の強度を高めることができる。
Needless to say, the
10 真空容器
10e 電界放出室
12 金属薄膜(カソード電極)
14 円筒部材(ゲート電極)
16 導電性ワイヤ(カソード電極)
16a 導電性ワイヤ
16b 炭素系薄膜
A アノード電極用外部端子
G ゲート電極用外部端子
K カソード電極用外部端子
10
14 Cylindrical member (gate electrode)
16 Conductive wire (cathode electrode)
16a Conductive wire 16b Carbon-based thin film A External terminal for anode electrode G External terminal for gate electrode K External terminal for cathode electrode
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JPH08510858A (en) * | 1993-06-02 | 1996-11-12 | マイクロイレクトラニクス、アンド、カムピュータ、テクナラジ、コーパレイシャン | Amorphous diamond film flat field emission cathode |
JPH09259824A (en) * | 1996-03-27 | 1997-10-03 | Mitsubishi Electric Corp | Variable color lighting system, and method of driving variable color lighting system |
JPH10125217A (en) * | 1996-10-23 | 1998-05-15 | Toyota Motor Corp | Cathode for vacuum tube |
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