JPH11260244A - 電子放出装置 - Google Patents
電子放出装置Info
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- JPH11260244A JPH11260244A JP5392698A JP5392698A JPH11260244A JP H11260244 A JPH11260244 A JP H11260244A JP 5392698 A JP5392698 A JP 5392698A JP 5392698 A JP5392698 A JP 5392698A JP H11260244 A JPH11260244 A JP H11260244A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 電子放出部１０３ａを、その凹部１１１
にカーボンナノチューブの集合体を詰め込んで構成する
ようにした。
ができるようにすることを目的とする。 【解決手段】 電子放出部１０３ａを、その凹部１１１
にカーボンナノチューブの集合体を詰め込んで構成する
ようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ブラウン管に用
いられる電子銃などの、真空配置された中で電子を放出
する電子放出装置に関する。
いられる電子銃などの、真空配置された中で電子を放出
する電子放出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子放出装置としては、例えばテレビジ
ョンに用いられる受像管の構成要素としての電子銃があ
る。この電子銃（カソード）の基本的な構成は、図２に
示すように、先端部が閉じた構成の陰極筒２０１の先端
に、電子放出層２０２が形成されている。また、陰極筒
２０１の内部にはヒータ２０３が備えられている。この
陰極筒２０１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２０２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。
ョンに用いられる受像管の構成要素としての電子銃があ
る。この電子銃（カソード）の基本的な構成は、図２に
示すように、先端部が閉じた構成の陰極筒２０１の先端
に、電子放出層２０２が形成されている。また、陰極筒
２０１の内部にはヒータ２０３が備えられている。この
陰極筒２０１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２０２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２０２は、ヒータ２０
３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２０２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２０４で集
められ、第２グリッド２０５，第２グリッド２０６，ホ
ーカス電極である第４グリッド２０７，第５グリッド２
０８を通過して蛍光面２０９に収束される（図２
（ｂ））。
３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２０２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２０４で集
められ、第２グリッド２０５，第２グリッド２０６，ホ
ーカス電極である第４グリッド２０７，第５グリッド２
０８を通過して蛍光面２０９に収束される（図２
（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２０２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２０２は熱で劣化するという問題があった。
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２０２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２０２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。
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】この発明の電子放出装置
は、表面に複数の凹部を備えかつその凹部に円筒状のグ
ラファイトからなるカーボンナノチューブの集合体が詰
められた電子放出部と、電子放出部の電子放出側に対向
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、電子放出部と電子引き出し電極との間に電位を印
加すると、電子放出部の凹部に詰め込まれたカーボンナ
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。
は、表面に複数の凹部を備えかつその凹部に円筒状のグ
ラファイトからなるカーボンナノチューブの集合体が詰
められた電子放出部と、電子放出部の電子放出側に対向
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、電子放出部と電子引き出し電極との間に電位を印
加すると、電子放出部の凹部に詰め込まれたカーボンナ
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
ける電子放出装置の要部構成を示す構成図である。ここ
では、電子銃を例に取り説明する。この電子銃（電子放
出装置）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上に先
端部に電子放出部１０３ａを備えた陰極１０３を配置し
ている。また、陰極１０３の先端部延長上に、基台１０
１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、電子放出部１０３ａ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に対する陰極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。
参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態にお
ける電子放出装置の要部構成を示す構成図である。ここ
では、電子銃を例に取り説明する。この電子銃（電子放
出装置）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上に先
端部に電子放出部１０３ａを備えた陰極１０３を配置し
ている。また、陰極１０３の先端部延長上に、基台１０
１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、電子放出部１０３ａ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に対する陰極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、図１
（ｂ），（ｃ）に示すように、電子放出部１０３ａに複
数の凹部１１１を備え、そこにカーボンナノチューブの
集合体を備えるようにした。なお、図１（ｂ）は平面
図、図１（ｃ）はそのＡＡ’断面を示している。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、凹部１１１に詰め込まれている。この電子放出部１
０３ａは、厚さ５ｍｍ程度で５ｍｍφ程度に形成され、
また、穴径０．５ｍｍ程度とした凹部１１１を複数備え
るようにした。また、この電子放出部１０３ａの材料と
しては、例えばニッケル合金，ステンレス鋼，４２６合
金などを用いるようにすればよい。
（ｂ），（ｃ）に示すように、電子放出部１０３ａに複
数の凹部１１１を備え、そこにカーボンナノチューブの
集合体を備えるようにした。なお、図１（ｂ）は平面
図、図１（ｃ）はそのＡＡ’断面を示している。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、凹部１１１に詰め込まれている。この電子放出部１
０３ａは、厚さ５ｍｍ程度で５ｍｍφ程度に形成され、
また、穴径０．５ｍｍ程度とした凹部１１１を複数備え
るようにした。また、この電子放出部１０３ａの材料と
しては、例えばニッケル合金，ステンレス鋼，４２６合
金などを用いるようにすればよい。
【０００９】そして、その凹部１１１には、カーボンナ
ノチューブの集合体からなる柱状グラファイトの粉体
を、５〜６ｋｇｗ程度の圧力で押し詰めればよい。例え
ば、柱状グラファイトの粉体を、電子放出部１０３ａの
凹部１１１形成面にかぶせるように載せて、その上より
ローラーなどで圧力を加えるようにして形成すればよ
い。また、ドクターブレード法などに刷り込むようにし
てもよい。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４〜５０
ｎｍ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。
ノチューブの集合体からなる柱状グラファイトの粉体
を、５〜６ｋｇｗ程度の圧力で押し詰めればよい。例え
ば、柱状グラファイトの粉体を、電子放出部１０３ａの
凹部１１１形成面にかぶせるように載せて、その上より
ローラーなどで圧力を加えるようにして形成すればよ
い。また、ドクターブレード法などに刷り込むようにし
てもよい。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４〜５０
ｎｍ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。
【００１０】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。
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。
【００１１】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。
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。
【００１２】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を複数備えた凹部１１１に
詰めた構成の電子放出部１０３ａ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 以上の性能
が得られた。また、理論的には、４００Ａ／ｃｍ2 の性
能が得られる。また、カーノンナノチューブは、電子放
出部１０３ａの凹部１１１に詰め込まれることで固定さ
れ、バインダなどで固定されているわけではない。この
ため、カーボンナノチューブがバインダなどにより覆わ
れることがなく、カーボンナノチューブ先端部よりエミ
ッションがでやすい状態となっている。
ては、カーボンナノチューブを複数備えた凹部１１１に
詰めた構成の電子放出部１０３ａ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 以上の性能
が得られた。また、理論的には、４００Ａ／ｃｍ2 の性
能が得られる。また、カーノンナノチューブは、電子放
出部１０３ａの凹部１１１に詰め込まれることで固定さ
れ、バインダなどで固定されているわけではない。この
ため、カーボンナノチューブがバインダなどにより覆わ
れることがなく、カーボンナノチューブ先端部よりエミ
ッションがでやすい状態となっている。
【００１３】ところで、上述では、電子銃を例に取り説
明したが、電子放出装置の適用対象としてはこれに限る
ものではない。例えば、蛍光表示装置の電子放出源とし
て用いるようにしてもよいことはいうまでもない。この
場合、蛍光表示装置を構成する真空容器内に電子放出部
を配置し、それに対向して蛍光体層が形成された陽極を
その真空容器内に配置し、電子放出部から放出された電
子を蛍光体層に衝撃させる構成とすればよい。ここで、
陽極を引き出し電極として用いるようにしてもよく、ま
た、蛍光体層と電子放出部との間に引出し電極を備える
構成としてもよい。
明したが、電子放出装置の適用対象としてはこれに限る
ものではない。例えば、蛍光表示装置の電子放出源とし
て用いるようにしてもよいことはいうまでもない。この
場合、蛍光表示装置を構成する真空容器内に電子放出部
を配置し、それに対向して蛍光体層が形成された陽極を
その真空容器内に配置し、電子放出部から放出された電
子を蛍光体層に衝撃させる構成とすればよい。ここで、
陽極を引き出し電極として用いるようにしてもよく、ま
た、蛍光体層と電子放出部との間に引出し電極を備える
構成としてもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、表
面に複数の凹部を備えかつその凹部に円筒状のグラファ
イトからなるカーボンナノチューブの集合体が詰められ
た電子放出部と、電子放出部の電子放出側に対向配置さ
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、
電子放出部と電子引き出し電極との間に電位を印加する
と、電子放出部の凹部に詰め込まれたカーボンナノチュ
ーブの先端に高電界が集中して電子が引き出される。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。
面に複数の凹部を備えかつその凹部に円筒状のグラファ
イトからなるカーボンナノチューブの集合体が詰められ
た電子放出部と、電子放出部の電子放出側に対向配置さ
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、
電子放出部と電子引き出し電極との間に電位を印加する
と、電子放出部の凹部に詰め込まれたカーボンナノチュ
ーブの先端に高電界が集中して電子が引き出される。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１】 この発明の実施の形態における電子放出装置
の要部構成を示す構成図である。
の要部構成を示す構成図である。
【図２】 従来の電子放出装置の構成を示す説明図であ
る。
る。
１０１…基台、１０２…可動ステージ、１０３…陰極、
１０３ａ…電子放出部、１０４…引き出し電極、１１１
…凹部、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。
１０３ａ…電子放出部、１０４…引き出し電極、１１１
…凹部、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 (2)
- 【請求項１】 電子放出側の表面に複数の凹部を備えか
つその凹部に円筒状のグラファイトからなるカーボンナ
ノチューブの集合体が詰められた電子放出部と、 前記電子放出部の電子放出側に対向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放出装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の電子放出装置において、 前記電子放出部は、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放出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5392698A JP3828270B2 (ja) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | 電子放出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5392698A JP3828270B2 (ja) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | 電子放出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11260244A true JPH11260244A (ja) | 1999-09-24 |
| JP3828270B2 JP3828270B2 (ja) | 2006-10-04 |
Family
ID=12956339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5392698A Expired - Fee Related JP3828270B2 (ja) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | 電子放出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3828270B2 (ja) |
Cited By (14)
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| US6586889B1 (en) | 2000-06-21 | 2003-07-01 | Si Diamond Technology, Inc. | MEMS field emission device |
| US6664728B2 (en) | 2000-09-22 | 2003-12-16 | Nano-Proprietary, Inc. | Carbon nanotubes with nitrogen content |
| US6700454B2 (en) | 2001-06-29 | 2004-03-02 | Zvi Yaniv | Integrated RF array using carbon nanotube cathodes |
| JP2004511884A (ja) * | 2000-10-06 | 2004-04-15 | ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ − チャペル ヒル | 電子電界放出カソードを使用するｘ線発生機構 |
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| US6897603B2 (en) | 2001-08-24 | 2005-05-24 | Si Diamond Technology, Inc. | Catalyst for carbon nanotube growth |
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-
1998
- 1998-03-05 JP JP5392698A patent/JP3828270B2/ja not_active Expired - Fee Related
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