JPH11273553A - Electron emissive electrode, its manufacture, and cold cathode fluorescent tube - Google Patents

Electron emissive electrode, its manufacture, and cold cathode fluorescent tube

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JPH11273553A
JPH11273553A JP7621098A JP7621098A JPH11273553A JP H11273553 A JPH11273553 A JP H11273553A JP 7621098 A JP7621098 A JP 7621098A JP 7621098 A JP7621098 A JP 7621098A JP H11273553 A JPH11273553 A JP H11273553A
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fluorescent tube
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裕一 森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep discharge voltage stably low for a long duration in an electron emissive electrode (a cold cathode) to be employed for a cold cathode fluorescent tube. SOLUTION: Hydrogenated compounds of at least one element selected from a group of Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np are used as the electrode materials for an electron emissive electrode. The electron emissive electrode comprises a metal substrate 1 containing Ni and an electron emitting layer 2 formed on the metal substrate 1. The electron emitting layer 2 has high sputtering resistance and can emit electrons for a long duration by low electric discharge. The electron emissive electrode manufacture includes a film forming process of forming a metal film of above mentioned elements on the metal substrate 1 and a hydrogenating process of hydrogenating the metal film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の電子放出現
象を利用して放電を発生させる電子放出性電極、特に冷
陰極放出現象を利用した放電装置に好適な電子放出性電
極、該電子放出性電極の製造方法、及び冷陰極蛍光管に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting electrode for generating a discharge by utilizing an electron-emitting phenomenon of an object, and more particularly to an electron-emitting electrode suitable for a discharge device utilizing a cold-cathode emission phenomenon. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a neutral electrode and a cold cathode fluorescent tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、物体に存在している電子が空間
に放出される電子放出現象には熱電子放出現象、光電子
放出現象、冷陰極放出現象等が知られている。放電ラン
プ等の放電を利用した装置の電極として電子放出性の電
極材料を用いることが行われており、例えばコイル状の
フィラメントに電流を流して加熱することにより電子を
放出する熱電子放出現象を利用した熱陰極放電間(ther
mionic emission lamp)等が知られている。また、それ
とは異なり冷陰極放出現象を利用した電極を用いた各種
の放電を利用した装置も知られており、例えば強電界に
よる電子放出を利用したフィールドエミッタ(FED)
や、イオン衝撃による二次電子放出を利用した冷陰極放
電管(cold emission lamp)やプラズマディスプレイ装
置等が実用化されている。このような冷陰極放出現象に
より電子を放出する電子放出性電極は、液晶等の非自発
光表示装置のバックライトとしての冷陰極蛍光管に用い
られると共に、複写機に用いられ、また、単色又は多色
表示装置としてのプラズマディスプレイ装置及びVFD
(Vacuum Fluorescent Display)等の陰極として広い用
途への試みが続けられている。
2. Description of the Related Art In general, thermionic emission, photoelectron emission, cold cathode emission and the like are known as electron emission phenomena in which electrons existing in an object are emitted into space. Electrode-emitting electrode materials are used as electrodes of devices utilizing electric discharge such as discharge lamps.For example, a thermoelectron emission phenomenon in which electrons are emitted by flowing an electric current through a coil-shaped filament and heating it is used. The hot cathode discharge used (ther
mionic emission lamps) are known. On the other hand, a device using various kinds of discharges using electrodes utilizing the cold cathode emission phenomenon is also known, such as a field emitter (FED) using electron emission by a strong electric field.
Also, a cold-cathode discharge tube (cold emission lamp) using a secondary electron emission by ion bombardment, a plasma display device, and the like have been put to practical use. An electron-emitting electrode that emits electrons by such a cold-cathode emission phenomenon is used for a cold-cathode fluorescent tube as a backlight of a non-self-luminous display device such as a liquid crystal, and is used for a copying machine. Plasma display device and VFD as multicolor display device
(Vacuum Fluorescent Display) and the like, and a wide range of applications for cathodes are being continued.

【0003】冷陰極放出現象を利用した電極を用いた冷
陰極蛍光管やプラズマディスプレイ装置は、蛍光体が内
壁に設けられた容器とその容器の内部に封入された混合
希ガス及び水銀を備えており、当初は冷陰極蛍光管に入
射した光により光電子放出現象により発生した電子が電
極に与えられた電界により移動し、封入されたガス等と
衝突して電離しイオンを発生させる。このイオンが電極
に衝突して二次電子を放出することで電子放出性電極か
ら放出された電子が管内の水銀原子と衝突することで放
電を開始して紫外線を発生し、該紫外線により蛍光体が
励起され可視光を発光する。そして、電子放出性電極の
材料としては、例えば、ニッケル(Ni)やモリブデン
(Mo)などの比較的低仕事関数の元素からなる金属が
用いられている。このような材料からなる電子放出性電
極を備えた冷陰極蛍光管は一般に、その管径を小さくす
るに従い輝度(cd/m2 )が高くなる傾向があるの
で、冷陰極蛍光管を備えた装置自体を薄型化でき、液晶
表示装置のバックライトには好適であった。
A cold-cathode fluorescent tube or a plasma display device using electrodes utilizing the cold-cathode emission phenomenon includes a container having a phosphor provided on an inner wall thereof and a mixed rare gas and mercury sealed in the container. At first, electrons generated by a photoelectron emission phenomenon by light incident on the cold cathode fluorescent tube move by an electric field applied to the electrodes, and collide with a sealed gas or the like to ionize and generate ions. This ion collides with the electrode and emits secondary electrons, so that the electron emitted from the electron-emitting electrode collides with mercury atoms in the tube to start discharge and generate ultraviolet light, and the ultraviolet light causes a phosphor to be generated. Are excited to emit visible light. As a material of the electron emission electrode, for example, a metal made of an element having a relatively low work function such as nickel (Ni) or molybdenum (Mo) is used. In general, a cold cathode fluorescent tube provided with an electron-emitting electrode made of such a material tends to have a higher luminance (cd / m 2 ) as the tube diameter is reduced. It could be made thinner itself and was suitable for a backlight of a liquid crystal display device.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、冷陰極蛍光管
は、ランプ放電電圧が高く、結果としてランプ電力が大
きくなってしまい、特に、電池を用いる携帯用表示装置
にバックライトとして用いた場合に長時間表示が困難で
あるという問題があった。また、上述のような金属電極
では、放電により電子放出性材料がスパッタしてしま
い、管壁が汚染されるとともに、発光寿命が短くなる要
因となっていた。このような課題に対し様々な材料が模
索されてきている中、冷陰極は強電界によりエネルギー
障壁を押し下げて電子を放出するトンネル効果を利用し
ているため、著しくトンネリングを妨げる程度の厚さに
成膜された絶縁物は冷陰極の冷電子放出性材料として検
討の対象に入らなかった。
However, a cold cathode fluorescent tube has a high lamp discharge voltage, resulting in a large lamp power. Particularly, when the cold cathode fluorescent tube is used as a backlight in a portable display device using a battery. There is a problem that it is difficult to display for a long time. Further, in the above-described metal electrode, the electron-emitting material is sputtered by the discharge, thereby contaminating the tube wall and causing a short emission life. While various materials are being sought for such a problem, the cold cathode uses a tunnel effect that lowers the energy barrier by a strong electric field and emits electrons, so that the thickness of the cold cathode remarkably prevents tunneling. The formed insulator was not included in the study as a cold electron emitting material for the cold cathode.

【0005】すなわち、従来冷陰極の材料、特に冷陰極
蛍光管の冷陰極の材料として、以下のような性質が要求
されていた。 1、低仕事関数である。すなわち、低い放電電圧で電子
を放出することができる。 2、スパッタされにくく、冷陰極蛍光管の管壁を汚さな
い。また、冷陰極蛍光管に封入された水銀と反応しにく
い。 3、良電気伝導体である。これら、3つの条件を満たす
材料は少ない。例えば、低仕事関数のYの金属は、確か
に、放電電圧が低いが、放電を停止すると、Yと水銀の
反応が生ずる。
That is, conventionally, the following properties have been required as the material of the cold cathode, particularly the material of the cold cathode of the cold cathode fluorescent tube. 1. Low work function. That is, electrons can be emitted at a low discharge voltage. 2. It is not easily sputtered and does not stain the wall of the cold cathode fluorescent tube. Further, it hardly reacts with mercury sealed in the cold cathode fluorescent tube. 3. Good electrical conductor. There are few materials that satisfy these three conditions. For example, a low work function Y metal certainly has a low discharge voltage, but when the discharge is stopped, a reaction between Y and mercury occurs.

【0006】また、熱陰極管のエミッタに使用されてい
るストロンチウム等の各種酸化物は、水銀との反応もな
いが、良電気伝導体とは言いがたい材料である。このよ
うな材料でも、熱陰極管では、高温時に導電率が向上す
る半導体的性質により、適温に加熱させれば熱電子放出
電極として使用できるが、冷陰極管では室温レベルでも
十分な導電性が要求されるので、通常の酸化物は使用困
難であると考えられてきている。
[0006] Various oxides such as strontium used for the emitter of the hot cathode tube do not react with mercury, but are not good electrical conductors. Even with such a material, a hot cathode tube can be used as a thermionic emission electrode if heated to an appropriate temperature because of its semiconducting property of improving conductivity at high temperatures, but a cold cathode tube has sufficient conductivity even at room temperature level. As required, ordinary oxides have been considered difficult to use.

【0007】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、放電電圧が低く、かつ、長時間使用しても放電
電圧が安定な電子放出性電極、該電子放出性電極の製造
方法、及び冷陰極蛍光管を提供することを目的とするも
のである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in view of the above circumstances. An electron-emitting electrode having a low discharge voltage and a stable discharge voltage even when used for a long time, a method for manufacturing the electron-emitting electrode, And a cold cathode fluorescent tube.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
電子放出性電極は、Sc、Y、La、Ce、Gd、L
u、Th、U、Npのグループから選ばれる少なくとも
一つの元素の水素化物を有することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electron-emitting electrode comprising Sc, Y, La, Ce, Gd, and L.
It has a hydride of at least one element selected from the group consisting of u, Th, U, and Np.

【0009】請求項1に記載の発明によれば、水素化物
が低電圧で長期にわたって安定した冷電子放出を行うこ
とができる。前記水素化物は、請求項2に記載のよう
に、RH2-x (RはSc、Y、La、Ce、Gd、L
u、Th、U、Npのグループから選ばれる少なくとも
一つの元素、Hは水素、−1<x<1)でもよく、上記
水素化物は、基本的にRH2 で示される物質特有の結晶
構造を有するが、例えば、Rで示される元素や、H(水
素)元素の欠落や過剰な存在等により、ストイキオメト
リからずれたものを含むRH2-x で示されるものであ
り、電子放出性電極として必要な上述の条件、すなわ
ち、低仕事関数であること、スパッタされにくいこと、
水銀と反応しづらいこと、導電性が良いことを満たすも
のである。
According to the first aspect of the invention, the hydride can stably emit cold electrons at a low voltage for a long period of time. The hydride is, as described in claim 2, RH 2-x (R is Sc, Y, La, Ce, Gd, L
At least one element selected from the group consisting of u, Th, U, and Np, H may be hydrogen, -1 <x <1), and the hydride basically has a crystal structure unique to a substance represented by RH 2. However, for example, RH 2-x includes those deviated from stoichiometry due to the lack or excess of the element represented by R, the H (hydrogen) element, etc. The above conditions required as, that is, low work function, it is difficult to sputter,
It satisfies that it does not easily react with mercury and has good conductivity.

【0010】そして、電子放出性電極は、長時間使用し
ても、その放電電圧が上昇することがなく、従来のNi
電極等と比較して、低い放電電圧を有するとともに、N
i電極と同様の放電電圧の安定性を示すことができる。
[0010] The discharge voltage of the electron-emitting electrode does not increase even after being used for a long time.
It has a lower discharge voltage and a lower N
The same stability of the discharge voltage as that of the i-electrode can be exhibited.

【0011】なお、Rで示される元素は、希土類元素
(アクチノイドを含む)であるSc(スカンジウム)、
Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウ
ム)、Gd(ガドリニウム)、Lu(ルテチウム)、T
h(トリウム)、U(ウラン)、Np(ネブツニウム)
のうちの一つの元素、もしくは複数の元素からなるもの
であるが、コストや、取り扱いやすさ等を考慮した場合
に、Yが最も適している。
The element represented by R is a rare earth element (including actinide) Sc (scandium),
Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Gd (gadolinium), Lu (lutetium), T
h (thorium), U (uranium), Np (nebutunium)
Of these, one element or a plurality of elements, but Y is most suitable in consideration of cost, ease of handling, and the like.

【0012】また、上記R元素の金属膜を水素化するこ
とにより上記水素化物を生成することで、該水素化物を
有する電子放出性電極をより容易に形成することができ
る。この際には、上記水素化される前のSc、Y、L
a、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npのグループから
選ばれる少なくとも一つの元素膜の厚さを13000Å
(オングストローム)未満にすることが好ましい。
Further, by generating the hydride by hydrogenating the metal film of the R element, an electron-emitting electrode having the hydride can be more easily formed. In this case, Sc, Y, L before hydrogenation
The thickness of at least one element film selected from the group consisting of a, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np is 13,000Å.
(Angstrom).

【0013】つまり、上記金属膜の厚さを13000Å
未満とすると次のような効果を奏することができる。上
記金属膜を水素化した場合に、金属膜に水素元素が入り
込んで上記水素化物の電子放出性電極となる。そして、
上記電子放出性電極を、例えば、冷陰極蛍光管の冷陰極
として耐久限度を越えるほど、長時間使用した際に、電
子放出性電極が放電等により損傷することになり、これ
により水素が冷陰極蛍光管内に放出されることになる。
That is, the thickness of the metal film is set to 13,000 °
When it is less than the above, the following effects can be obtained. When the metal film is hydrogenated, hydrogen element enters the metal film and becomes an electron-emitting electrode of the hydride. And
When the above-mentioned electron-emitting electrode is used for a long time as the cold cathode of a cold-cathode fluorescent tube, for example, as a cold cathode of a cold cathode fluorescent tube, the electron-emitting electrode will be damaged by discharge or the like when used for a long time. It will be released into the fluorescent tube.

【0014】そして、水素が冷陰極蛍光管内に放出され
ると、例えば、冷陰極蛍光管内において放出された水素
が水銀の電離を妨げ、放電による紫外線発生量を減少す
ることにより蛍光体による蛍光色が相対的に低下するこ
ととなり、結果として水銀の発光色が強く視認されるこ
とにより青みを帯びた発光が生じるなどの問題が生じる
可能性があり、冷陰極蛍光管内に放出される水素濃度が
高くなると冷陰極蛍光管が使用できなくなるが、金属膜
の厚さを13000Å未満とすることにより、金属膜に
含まれる水素の含有量を規制することができ、長時間使
用において水素が放出するようなことがあっても、水素
レベルが冷陰極蛍光管を使用できなくなるような濃度に
なるのを防止することができる。なお、後述するように
上記金属膜を水素化する際には、Rで示される元素がR
2 となるのに必要な水素量以上の水素が金属膜に入り
込んだ状態となる可能性があり、金属膜の厚さを規制す
るだけではなく、水素化された金属膜に含まれる水素の
含有量を必要以上に大きくしないようにする必要があ
る。
When hydrogen is released into the cold cathode fluorescent tube, for example, the hydrogen released in the cold cathode fluorescent tube hinders ionization of mercury and reduces the amount of ultraviolet rays generated by the discharge, thereby reducing the fluorescent color of the fluorescent material. Is relatively reduced, and as a result, the emission color of mercury is strongly recognized, which may cause a problem such as emission of bluish light. When the temperature is increased, the cold cathode fluorescent tube cannot be used. However, by setting the thickness of the metal film to less than 13,000 °, the content of hydrogen contained in the metal film can be regulated, so that hydrogen is released in long-time use. In any case, it is possible to prevent the hydrogen level from becoming such a concentration that the cold cathode fluorescent tube cannot be used. When the metal film is hydrogenated as described later, the element represented by R is R
There is a possibility that hydrogen more than the amount of hydrogen required to become H 2 may enter the metal film, which not only regulates the thickness of the metal film but also reduces the amount of hydrogen contained in the hydrogenated metal film. It is necessary not to increase the content more than necessary.

【0015】本発明の電子放出性電極は、例えば、導電
性の基材上に上記R元素の水素化物を含む電子放出層を
形成したものであり、この電子放出層は、上記Rで示さ
れる元素からなる金属層と、該金属層上に形成された上
記R元素の水素化物からなる水素化層とを有してもよ
い。上記構成によれば、Rで示される元素、すなわち、
希土類に含まれる元素の金属も水銀と反応する可能性が
ある点を除けば、冷陰極として適したものであるととも
に、金属としての導電性を示すものであり、電子放出層
が金属層と該金属層上に形成された水素化層とを備えた
場合に、金属層が水銀と反応しない水素化層に覆われた
状態となり、金属層が水銀と反応するのを防止すること
ができる。また、金属層が水素化層に接続された導体と
して作用することになる。
The electron-emitting electrode of the present invention is obtained by forming an electron-emitting layer containing a hydride of the above-mentioned R element on a conductive substrate, and the electron-emitting layer is represented by the above-mentioned R. A metal layer made of an element and a hydrogenated layer made of a hydride of the R element formed on the metal layer may be provided. According to the above configuration, the element represented by R, that is,
Except for the possibility that the metal of the element contained in the rare earth element may also react with mercury, it is suitable as a cold cathode and exhibits conductivity as a metal, and the electron emission layer has a metal layer and the metal layer. When the metal layer is provided with a hydrogenation layer formed on the metal layer, the metal layer is covered with a hydrogenation layer that does not react with mercury, so that the metal layer can be prevented from reacting with mercury. Also, the metal layer will act as a conductor connected to the hydrogenation layer.

【0016】また、電子放出層の形成に当たって、例え
ば、導電性の基材上に金属膜を形成した後に、この金属
膜を水素化するとともに、水素化に際して金属膜に含ま
れる水素の量を上述の理由により制限しようとした場合
に、金属膜の露出した表面側が先に水素化され、金属膜
の基材側の一部が水素化されず、金属層上に水素化層が
形成された状態となる可能性があるが、このような状態
となっても良好な電子放出性電極として機能することが
できる。また、基材上に電子放出層として、水素化物膜
を形成してもよく、基材上に上記金属層、水素化層を順
次形成してもよい。上記基材は導電性であるので、例え
ば、金属基材を電極として適した形状、例えば、平板状
や針状とし、その表面に上記水素化物からなる電子放出
層を形成し、かつ、金属基材に導線を接続することで電
極を比較的容易に製造することができる。
In forming the electron-emitting layer, for example, after forming a metal film on a conductive substrate, the metal film is hydrogenated, and the amount of hydrogen contained in the metal film at the time of hydrogenation is determined as described above. When the metal film is exposed to hydrogen, the exposed surface side of the metal film is first hydrogenated, part of the base material side of the metal film is not hydrogenated, and a hydrogenated layer is formed on the metal layer. However, even in such a state, it can function as a favorable electron-emitting electrode. Further, a hydride film may be formed as an electron-emitting layer on the base material, or the metal layer and the hydride layer may be sequentially formed on the base material. Since the base material is conductive, for example, a metal base material is formed in a shape suitable for an electrode, for example, a flat plate or a needle, and an electron emission layer made of the hydride is formed on the surface thereof, and the metal base is formed. The electrodes can be manufactured relatively easily by connecting the conductor to the material.

【0017】また、金属基材を従来から冷陰極として用
いられていた金属電極と同様の材質(例えばNi電極)
とすれば、電子放出層の耐久限度を越えるような長時間
の使用により、電子放出層が使用不可能なほど損傷して
も、金属基材自体が従来の金属電極とほぼ同様に機能す
るので、放電電圧は高くなることになるが、電子放出性
電極が突然機能しなくなるようなことがない。例えば、
この電子放出性電極を冷陰極蛍光管に用いた場合に、電
子放出層の耐久限度を越えるような長時間の使用により
電子放出層が損傷しても、冷陰極蛍光管がいきなり消灯
するようなことはなく、金属基材から電子が放出されて
冷陰極蛍光管が点灯可能な状態に保持されることにな
る。
Further, the metal substrate is made of the same material as a metal electrode conventionally used as a cold cathode (for example, a Ni electrode).
Therefore, even if the electron-emitting layer is damaged so that it cannot be used due to long-term use exceeding the durability limit of the electron-emitting layer, the metal substrate itself functions almost in the same manner as a conventional metal electrode. Although the discharge voltage is increased, the electron-emitting electrode does not suddenly stop functioning. For example,
When this electron-emitting electrode is used in a cold cathode fluorescent tube, even if the electron-emitting layer is damaged by a long-time use exceeding the durability limit of the electron-emitting layer, the cold-cathode fluorescent tube suddenly goes out. That is, electrons are emitted from the metal substrate, and the cold cathode fluorescent tube is maintained in a lit state.

【0018】請求項3に記載の発明は、加えてSc、
Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npのグルー
プから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物を有する
ことを特徴とする。水素化された電極材料の表面が上記
酸化物(酸化層)で覆われる場合、上述に示される元素
は、希土類元素及びアクチノイドに分類されるものであ
り、希土類元素に含まれる元素の酸化物は、安定性に多
少の難があるものの、電子放出性電極の材料として用い
た場合に放電電圧を低くすることが可能なものである。
The invention according to claim 3 further comprises Sc,
It has an oxide of at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np. When the surface of the hydrogenated electrode material is covered with the oxide (oxide layer), the above-mentioned elements are classified into rare earth elements and actinoids, and the oxides of the elements contained in the rare earth elements are Although it has some difficulty in stability, it can reduce the discharge voltage when used as a material for an electron-emitting electrode.

【0019】そして、上記酸化層の厚みが2000Å以
下であれば、上述のように電子放出層の表層部分に酸化
層が合っても放電電圧を低く保つことができるだけでは
なく、電子放出性電極としての安定性が阻害されること
がなく、請求項1記載の構成と同様の効果を奏すること
ができる。なお、基材上に上記元素の金属膜を形成し、
水素を含む雰囲気中で、金属膜を水素化するものとした
場合に、例えば、雰囲気中に不純物濃度の酸素分子が含
まれたり、例えば、水等の酸素元素を含む化合物(酸素
含有物)が不純物濃度でも含まれていたりすると、上記
金属膜の表面が酸化される可能性がある。
If the thickness of the oxide layer is 2000 mm or less, the discharge voltage can be kept low even if the oxide layer is in contact with the surface layer of the electron emission layer as described above. The same effect as the configuration according to claim 1 can be obtained without hindering the stability of the device. In addition, a metal film of the above element is formed on a base material,
When the metal film is to be hydrogenated in an atmosphere containing hydrogen, for example, an oxygen molecule having an impurity concentration is contained in the atmosphere, or a compound (oxygen-containing substance) containing an oxygen element such as water is contained in the atmosphere. If the metal film is contained even at the impurity concentration, the surface of the metal film may be oxidized.

【0020】さらに、本出願人らは、水素ガスの存在下
においては、雰囲気中に酸素元素が僅かにしか存在しな
くとも、酸素元素の上記金属膜中への浸透が促進され、
金属膜が酸化されやすくなることを見いだしており、上
記金属膜を水素を含む雰囲気中で水素化した場合に、酸
素元素が不純物濃度でも存在すると、金属膜の少なくと
も表層部分が酸化される可能性が極めて高いが、上述の
ように電子放出層の表層部分に酸化層が形成されても、
良好な電子放出性電極として機能することができること
を確認している。
Further, the present applicants have found that in the presence of hydrogen gas, even if the oxygen element is only slightly present in the atmosphere, the penetration of the oxygen element into the metal film is promoted,
It has been found that the metal film is easily oxidized, and when the metal film is hydrogenated in an atmosphere containing hydrogen, at least the surface portion of the metal film may be oxidized if the oxygen element is present even at an impurity concentration. Is extremely high, but even if an oxide layer is formed on the surface layer of the electron emission layer as described above,
It has been confirmed that it can function as a good electron-emitting electrode.

【0021】本発明の請求項4記載の電子放出性電極の
製造方法は、Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、T
h、U、Npのグループから選ばれる少なくとも一つの
元素を有する金属膜を水素ガスを含む雰囲気中で水素化
することを特徴とする。
The method for manufacturing an electron-emitting electrode according to claim 4 of the present invention is characterized in that Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, T
A metal film having at least one element selected from the group consisting of h, U, and Np is hydrogenated in an atmosphere containing hydrogen gas.

【0022】上記構成によれば、上記元素からなる金属
膜を形成した後にこれを水素化することで、上記電極材
料を含み、電子放出層となる薄膜を容易に形成すること
ができる。すなわち、上記水素化物を含有する電子放出
層を備えた電子放出性電極を容易に製造することができ
る。
According to the above configuration, by forming a metal film made of the above element and then hydrogenating the metal film, it is possible to easily form a thin film containing the above electrode material and serving as an electron emission layer. That is, an electron-emitting electrode having the electron-emitting layer containing the hydride can be easily manufactured.

【0023】本発明の請求項5記載の電子放出性電極の
製造方法は、上記水素化工程において、10ppm以
上、0.5体積%以下の水素ガスを含む不活性ガス雰囲
気中において上記金属膜の水素化が行われることを特徴
とする。上記構成によれば、金属膜の水素化における水
素濃度を0.5体積%以下とすることにより、金属膜に
余分な水素が含まれるのを防止し、電子放出性電極から
水素が放出されることにより生じる悪影響を防止するこ
とができる。なお、上記元素からなる金属膜を水素化す
る際に、上記金属膜を高濃度の水素ガスに接触させる
と、Rで示される元素がRH2 となるのに必要な水素元
素以上の水素が金属膜に含まれる状態となり、このよう
に水素化された金属膜を冷陰極の一部として、例えば、
冷陰極蛍光管に用いた場合には、冷陰極蛍光管内に水素
ガスが放出され、上述のように冷陰極蛍光管の発光を妨
げることになる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electron-emitting electrode, the metal film is formed in an inert gas atmosphere containing 10 ppm or more and 0.5% by volume or less of hydrogen gas in the hydrogenation step. It is characterized in that hydrogenation is performed. According to the above configuration, by setting the hydrogen concentration in the hydrogenation of the metal film to 0.5% by volume or less, the metal film is prevented from containing extra hydrogen, and hydrogen is released from the electron-emitting electrode. This can prevent adverse effects caused by this. Note that when the metal film made of the above element is hydrogenated, if the metal film is brought into contact with high-concentration hydrogen gas, hydrogen more than a hydrogen element necessary for the element represented by R to become RH 2 As a part of the cold cathode, such a hydrogenated metal film becomes a state included in the film, for example,
When used in a cold cathode fluorescent tube, hydrogen gas is released into the cold cathode fluorescent tube, which hinders the light emission of the cold cathode fluorescent tube as described above.

【0024】本発明の請求項6記載の電子放出性電極の
製造方法は、上記水素化工程において水素ガスを含む雰
囲気中で、上記金属膜を200℃以上、700℃以下で
加熱処理することを特徴とする。上記構成によれば、水
素ガスを含む雰囲気中で、上記金属膜を200℃以上、
700℃以下で加熱処理することにより、Rで示される
金属膜において、RH2- x で示されるRの水素化物を製
造することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for producing an electron-emitting electrode, the metal film is heat-treated at a temperature of 200 ° C. or more and 700 ° C. or less in an atmosphere containing a hydrogen gas in the hydrogenation step. Features. According to the above configuration, the metal film is heated to 200 ° C. or more in an atmosphere containing hydrogen gas.
By performing the heat treatment at 700 ° C. or lower, a hydride of R represented by RH 2- x can be produced in the metal film represented by R.

【0025】すなわち、処理温度が200℃以下では、
Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npの
グループから選ばれる少なくとも一つの元素からなる金
属膜を水素化することが困難であり、電子放出性電極と
して実用上十分な量のRH2- x を生成することができな
い。また、処理温度が700℃を越える場合において
は、雰囲気中に例えば、水や酸素分子の状態で不純物と
して酸素元素が含まれる場合に、上記元素群から選択さ
れる元素の金属膜の酸化が促進され、上記金属膜の水素
化が困難となる。
That is, when the processing temperature is 200 ° C. or less,
It is difficult to hydrogenate a metal film made of at least one element selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np, which is practically sufficient as an electron-emitting electrode. RH 2- x cannot be generated. When the processing temperature exceeds 700 ° C., when the atmosphere contains, for example, oxygen element as an impurity in the state of water or oxygen molecules, the oxidation of the metal film of the element selected from the above element group is promoted. This makes hydrogenation of the metal film difficult.

【0026】すなわち、本出願人らは、水素と酸素の共
存下において、上記元素を含む希土類元素又はアクチノ
イドの金属を熱処理した場合に、上記金属への酸素元素
の浸透が促進され、僅かな酸素濃度でも金属が酸化され
やすい状態となることを見いだしており、上記処理温度
が700℃を越えると、不純物濃度の酸素が存在するだ
けで、上記金属が酸化してしまう可能性が高く、処理温
度を700℃以下とすることが好ましい。なお、700
℃以下未満においても、上記金属膜の表面でわずかな酸
化膜が形成されるが、金属膜の水素化も行われ、実用上
必要な水素化物を得ることが可能である。
That is, the present inventors have found that when a rare earth element or an actinide metal containing the above-mentioned elements is heat-treated in the presence of hydrogen and oxygen, the penetration of the oxygen element into the metal is promoted, and It has been found that even if the concentration is high, the metal is liable to be oxidized. When the processing temperature exceeds 700 ° C., the possibility that the metal is oxidized due to the presence of oxygen having an impurity concentration is high. Is preferably set to 700 ° C. or lower. Note that 700
Even if the temperature is lower than or equal to lower than ℃, a slight oxide film is formed on the surface of the metal film, but the metal film is also hydrogenated, so that a hydride necessary for practical use can be obtained.

【0027】本発明の請求項7に記載の冷陰極蛍光管
は、Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、N
pのグループから選ばれる少なくとも一つの元素の水素
化物を有する電子放出性電極を備えることを特徴とす
る。上記水素化物を有することにより電子放出性電極の
放電特性が安定し、また低い電圧で冷電子を放出するこ
とができる。
The cold cathode fluorescent tube according to claim 7 of the present invention comprises Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, N
An electron-emitting electrode having a hydride of at least one element selected from the group p is provided. By having the hydride, the discharge characteristics of the electron-emitting electrode can be stabilized, and cold electrons can be emitted at a low voltage.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態の電子
放出性電極、電子放出性電極の製造方法及び電子放出性
電極を用いた冷陰極蛍光管を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an electron-emitting electrode, a method for manufacturing an electron-emitting electrode, and a cold cathode fluorescent tube using the electron-emitting electrode according to embodiments of the present invention will be described.

【0029】本実施形態では、電子放出性電極の電子放
出性材料として水素化化合物RH2- x (RはSc、Y、
La、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npのグループか
ら選ばれる少なくとも一つの元素、Hは水素)を適用す
るものであり、一例として水素化イットリウムについて
示す。そこで、水素化イットリウムの物性を調査するた
め、石英ガラス基板上に実質的にイットリウム元素のみ
からなるイットリウム膜(極僅かの水素を含有)を40
00Å〜13000Åの膜厚で成膜し、このイットリウ
ム膜を水素ガスを数ppm〜100体積%の範囲で含む
アルゴン(Ar)ガス雰囲気(水素ガスが100%の場
合にArが0%)中で数十℃から700℃を越える範囲
で加熱してイットリウム膜を水素化する処理を行い、水
素化イットリウム膜の作成を試みた。
In this embodiment, the hydrogenated compound RH 2- x (R is Sc, Y,
At least one element selected from the group consisting of La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np, and H is hydrogen), is shown as an example for yttrium hydride. Therefore, in order to investigate the physical properties of yttrium hydride, a yttrium film (containing a very small amount of hydrogen) substantially consisting only of the yttrium element was formed on a quartz glass substrate.
This yttrium film is formed in an argon (Ar) gas atmosphere containing hydrogen gas in the range of several ppm to 100% by volume (0% Ar when hydrogen gas is 100%). Heating was performed at a temperature in the range of several tens of degrees C to over 700 degrees C to hydrogenate the yttrium film, and an attempt was made to form a yttrium hydride film.

【0030】図1に上記水素化処理により得られた水素
化イットリウム膜のX線回折のデフラクション結果を示
す。このデフラクションパターンからガラス基板上に成
膜された物質は、水素原子の存在によりイットリウム原
子が面心立方の配列をとる水素化イットリウムと同定で
きる。
FIG. 1 shows the result of X-ray diffraction of the yttrium hydride film obtained by the above hydrogenation treatment. From the diffraction pattern, the substance formed on the glass substrate can be identified as yttrium hydride in which yttrium atoms take a face-centered cubic arrangement due to the presence of hydrogen atoms.

【0031】図2は、RBS(ラザフォードバックスキ
ャッタリング)により分析された水素化イットリウムの
厚さ方向の元素成分を示すグラフである。この膜の表面
には薄い酸化層が形成されているが、後述するように酸
化層が表面にない方が初期放電電圧を若干低くすること
ができるという結果が得られた。図から明らかなように
水素とイットリウムのモル比はほぼ2:1となり、他の
元素が確認されないことから得られた水素化イットリウ
ム膜の化学式がYH2 であることが示唆される。そし
て、このように作成された石英ガラス基板上に作成され
た水素化イットリウム膜に対して反射率の測定試験と透
過率の測定試験を行い、反射率の測定結果を図3に示
し、透過率の測定結果を図4に示す。
FIG. 2 is a graph showing the elemental components in the thickness direction of yttrium hydride analyzed by RBS (Rutherford back scattering). Although a thin oxide layer was formed on the surface of this film, as described later, the result that the initial discharge voltage could be slightly lowered without the oxide layer on the surface was obtained. As is apparent from the figure, the molar ratio of hydrogen to yttrium was almost 2: 1, and no other element was confirmed, suggesting that the chemical formula of the obtained yttrium hydride film was YH 2 . Then, a reflectance measurement test and a transmittance measurement test were performed on the yttrium hydride film formed on the quartz glass substrate thus formed, and the reflectance measurement results are shown in FIG. FIG. 4 shows the measurement results.

【0032】図3に示される反射率の測定結果から、水
素化イットリウム膜の反射率は、水素化イットリウム面
及びガラス面で0.5eVから1.5eVまでに急速に
減少し、極小を持ったあと、増加する。すなわち、約
1.5eVに極小のピークがある。そして、このピーク
のエネルギーから5eVまでの高エネルギー側の反射率
は、エネルギー0eV時の反射率に比べて小さい。通常
のイットリウム金属の場合、ガラス面での反射率が急速
に落ち込まないので、ガラス基板に接触するイットリウ
ムまで、水素化されていることが図2及び図3から明ら
かである。図4に示される透過率の測定結果から、1.
8eV近傍に透過率のピークとなるバンドパスが見られ
る。なお、1eVは、光の波長でおよそ1250nmに
対応する。
From the measurement results of the reflectivity shown in FIG. 3, the reflectivity of the yttrium hydride film rapidly decreased from 0.5 eV to 1.5 eV on the yttrium hydride surface and the glass surface, and had a minimum. And it increases. That is, there is a minimum peak at about 1.5 eV. The reflectivity on the high energy side from the energy of this peak to 5 eV is smaller than the reflectivity at the energy of 0 eV. In the case of ordinary yttrium metal, since the reflectance on the glass surface does not drop rapidly, it is apparent from FIGS. 2 and 3 that yttrium has been hydrogenated up to yttrium in contact with the glass substrate. From the transmittance measurement results shown in FIG.
A bandpass having a peak transmittance is observed around 8 eV. Note that 1 eV corresponds to a wavelength of light of about 1250 nm.

【0033】これらの光学データから以下のことを仮定
することが可能である。仮定1.反射率の極小値はプラ
ズマ端である。仮定2.透過率のデータの内、1.8e
Vより低エネルギー側は、光が反射してしまうことで透
過率が低くなっている。また、1.8eVより高エネル
ギー側はバンド間遷移による吸収により透過率が低くな
っている。そして、プラズマ端のエネルギーから計算し
たキャリアー濃度は、通常の金属の十分の一程度とな
る。また、上述のように石英ガラス基板上に形成された
イットリウム膜の抵抗率は、実測で0.09mΩ/cm
であり導電性を示していることが確認された。
From these optical data, the following can be assumed. Assumption 1. The minimum value of the reflectance is the plasma edge. Assumption 2. 1.8e of the transmittance data
On the lower energy side than V, light is reflected, so that the transmittance is low. On the other hand, on the higher energy side than 1.8 eV, the transmittance is low due to absorption due to interband transition. Then, the carrier concentration calculated from the energy at the plasma edge is about one tenth of that of a normal metal. The resistivity of the yttrium film formed on the quartz glass substrate as described above is 0.09 mΩ / cm
And it was confirmed that the film showed conductivity.

【0034】図5(a)、(b)に化学式がYH2 の水
素化イットリウムの予想される面心立方格子型の結晶構
造を示す。中性子回折からは、水素が、図5(a)に示
すように、Yの四面体の中心(四配位)か、図5(b)
に示すように、Yの八面体の中心(八配位)をとること
が示されている。本件発明における水素化イットリウム
は、四配位構造、或いは八配位構造、或いは四配位及び
八配位が構造領域が混在する場合のいずれであってもよ
い。
FIGS. 5A and 5B show the expected face-centered cubic lattice type crystal structure of yttrium hydride having the chemical formula of YH 2 . From the neutron diffraction, as shown in FIG. 5 (a), hydrogen was detected at the center (tetra-coordinate) of the tetrahedron of Y, or as shown in FIG.
As shown in the figure, the center of the octahedron of Y (octa-coordinate) is taken. The yttrium hydride in the present invention may have any of a tetracoordinate structure, an octacoordinate structure, or a structure in which tetracoordinate and octacoordinate are mixed in a structural region.

【0035】本来は、Yの四面体の中心(四配位)の水
素だけでも水素化イットリウムとなることから、同一結
晶構造を維持したままでかなりの固溶範囲(Yに対する
水素の割合の範囲)を持つことができる。従って、ここ
で述べる水素化イットリウムとは、基本的にYH2 の結
晶構造をほぼ維持した状態で、Yに対する水素元素の割
合が1:2からずれたものを含むものであり、実際に
は、YH2-x (−1<x<1)のことである。
Originally, only hydrogen at the center (tetracoordinate) of the tetrahedron of Y becomes yttrium hydride. Therefore, a considerable solid solution range (the range of the ratio of hydrogen to Y ). Therefore, the yttrium hydride described herein includes those in which the ratio of the hydrogen element to Y deviates from 1: 2 while the crystal structure of YH 2 is substantially maintained. YH 2-x (-1 <x <1).

【0036】また、電極材料としては、希土類元素のう
ちのYの水素化物に限定されるものではなく、他に希土
類元素(アクチノイドを含む)のうちのSc、La、C
e、Gd、Lu、Th、U、Npのグループから選ばれ
る元素の水素化物を用いることができる。また、電極材
料中にSc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、
Npのグループから選ばれる複数の元素の水素化物が含
まれていても良い。すなわち、この一例の電極材料は、
RH2-x (RはSc、Y、La、Ce、Gd、Lu、T
h、U、Npのグループから選ばれる少なくとも一つの
元素、Hは水素、−1<x<1)で示されるものであ
る。
The electrode material is not limited to the hydride of Y among the rare earth elements, but may be other materials such as Sc, La, and C among the rare earth elements (including actinoids).
A hydride of an element selected from the group consisting of e, Gd, Lu, Th, U, and Np can be used. Also, Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U,
A hydride of a plurality of elements selected from the group of Np may be contained. That is, the electrode material of this example is
RH 2-x (R is Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, T
H is at least one element selected from the group consisting of h, U, and Np, and H is hydrogen, represented by -1 <x <1).

【0037】また、これらRで示される元素の水素化物
は、基本的にYの水素化物と同様に、導電性を有するも
のであり、電子放出性電極として使用可能である。ま
た、RH2-x で示される電極材料は、Rに対する水素元
素の割合が1:2からずれたものとなっていても、基本
的にRH2 で示される物質が取ることができる結晶構造
を有するものである。
The hydrides of the elements represented by R basically have conductivity like the hydrides of Y, and can be used as electron-emitting electrodes. Further, the electrode material represented by RH 2-x has a crystal structure that can be basically taken by the substance represented by RH 2 even if the ratio of the hydrogen element to R deviates from 1: 2. Have

【0038】次に、上記電極材料からなる電子放出性電
極について説明する。この一例の冷電子放出性電極10
は、例えば、図6に示されるように、配線3に接続され
た金属基材(基材)1上に形成された電子放出層2から
なるものである。そして、上記金属基板1及び配線3
は、例えば、NiもしくはNi及びCrを含有するもの
である。
Next, an electron emitting electrode made of the above electrode material will be described. Cold electron emission electrode 10 of this example
Is composed of, for example, an electron emission layer 2 formed on a metal base (base) 1 connected to the wiring 3 as shown in FIG. Then, the metal substrate 1 and the wiring 3
Contains, for example, Ni or Ni and Cr.

【0039】なお、金属基材1、すなわち、上部に電子
放出層2が形成される基材は、導電性或は半導体性を示
すものであり、かつ、比較的スパッタされにくい元素の
単体或いは複数種の混合材料からなるものであり、上述
の元素以外に、例えば、Mo(モリブデン)やアルミニ
ウム(Al)等を挙げることができる。上記電子放出層
2は、RH2-x (RはSc、Y、La、Ce、Gd、L
u、Th、U、Npのグループから選ばれる少なくとも
一つの元素、Hは水素、−1<x<1)で示される電極
材料を含有するものである。また、電子放出層2は、後
述する電子放出性電極の製造方法により製造された場合
に、以下のような構造を有するものである。
The metal substrate 1, that is, the substrate on which the electron emission layer 2 is formed has conductivity or semiconductivity, and is composed of a single element or a plurality of elements that are relatively hard to be sputtered. It is made of a kind of mixed material, and in addition to the above-mentioned elements, for example, Mo (molybdenum), aluminum (Al), or the like can be given. The electron emission layer 2 is made of RH 2-x (R is Sc, Y, La, Ce, Gd, L
At least one element selected from the group consisting of u, Th, U, and Np, and H contains hydrogen and an electrode material represented by -1 <x <1). The electron emission layer 2 has the following structure when manufactured by a method for manufacturing an electron emission electrode described later.

【0040】また上記電子放出層2と金属基材1との間
に電子放出層2の上記R元素を含む非水素化金属の層を
介在しても良い。すなわち、金属基材1上にR元素を成
膜し、R元素の水素化処理を最深部まで行わずにR元素
を残すことにより非水素化金属層を形成することができ
る。
Further, a layer of the non-hydrogenated metal containing the R element of the electron emitting layer 2 may be interposed between the electron emitting layer 2 and the metal substrate 1. That is, a non-hydrogenated metal layer can be formed by forming an R element on the metal substrate 1 and leaving the R element without performing the hydrogenation treatment of the R element to the deepest part.

【0041】そして、Rで示される元素の金属膜を水素
化することにより形成された電子放出層2においては、
水素化処理における水素濃度(水素分圧)のわずかな違
いによって特性のばらつきが生じやすく、元となるR金
属膜の膜厚を薄く制御する方が、特に13000Å未
満、より望ましくは6000Å以下で比較的容易に良好
な水素化イットリウム膜を製造することができ、特に、
このイットリウム膜を有する電極を冷陰極蛍光管に適用
する場合、上記金属膜の膜厚を13000Å未満とする
ことにより、後述するように水素化された金属膜に含ま
れる水素ガスの放出による放電特性にもたらす悪影響を
抑制することができる。なお、ここでいう膜厚は、水素
化される前のR金属膜の膜厚である。
In the electron emission layer 2 formed by hydrogenating the metal film of the element represented by R,
Due to slight differences in hydrogen concentration (hydrogen partial pressure) in the hydrogenation treatment, characteristic variations are likely to occur, and it is particularly preferable to control the thickness of the base R metal film to be thinner, particularly at less than 13000 °, more preferably at 6000 ° or less. A good yttrium hydride film can be easily produced,
When the electrode having the yttrium film is applied to a cold cathode fluorescent tube, by setting the thickness of the metal film to less than 13,000 °, discharge characteristics due to release of hydrogen gas contained in the hydrogenated metal film will be described later. Can be suppressed. Here, the film thickness is the film thickness of the R metal film before being hydrogenated.

【0042】上記非水素化金属層は、希土類元素のうち
の上述のRで示される元素の単体もしくは複数種が混合
した状態の金属であり、この金属は、基本的に低仕事関
数の導体であり、水銀と反応しないかぎり電子放出性電
極の材料として適したものである。この非水素化金属層
は、水素化が容易な状態であれば単体でなくR元素を含
む化合物でも良い。また、非水素化金属層は、水素化層
に覆われているため、放電を行う雰囲気中に水銀が存在
しても、直接水銀と接触することがなく、水銀と反応し
にくい。
The non-hydrogenated metal layer is a metal in the state of a single element or a mixture of plural elements of the above-mentioned R among the rare earth elements, and this metal is basically a conductor having a low work function. As long as it does not react with mercury, it is suitable as a material for an electron-emitting electrode. This non-hydrogenated metal layer may be a compound containing the R element instead of a simple substance as long as it can be easily hydrogenated. Further, since the non-hydrogenated metal layer is covered with the hydrogenated layer, even if mercury is present in the atmosphere where the discharge is performed, the non-metallic metal layer does not directly contact with mercury and does not easily react with mercury.

【0043】上記電子放出層2は、この一例の上述の電
極材料からなるものであり、後述するように放電電圧が
低いとともに、長時間使用しても放電電圧の上昇がほと
んど見られず安定性の高いものである。なお、Rで示さ
れる元素からなる金属膜を水素化する際に、雰囲気中に
含まれる微量な酸素や酸素含有物の存在により、水素化
層の表面上に薄い酸化被膜が形成されるが、水素化層が
露出している方が放電電圧が若干低いので、ない方がよ
り望ましい。
The electron emission layer 2 is made of the above-mentioned electrode material of this example, and has a low discharge voltage as described later, and shows little increase in the discharge voltage even when used for a long time. Is high. When hydrogenating a metal film made of an element represented by R, a thin oxide film is formed on the surface of the hydrogenated layer due to the presence of a small amount of oxygen or an oxygen-containing substance contained in the atmosphere. The exposed voltage is slightly lower when the hydrogenated layer is exposed.

【0044】しかしながら基本的に、イットリウムの酸
化物は、安定性を除いて冷電子放出性電極の材料に適し
たものである。特に組成比がY23よりもYOに近い酸
化物は、Y23よりも低電圧放電する点で優れている。
また、水素の共存下で、上記金属膜を酸化した場合に
は、水素により酸素の金属膜への浸透が促進される傾向
があり、金属膜の表面部分において、Rで示される元素
がY23の状態に酸化される前に、酸素が金属膜内に浸
透することにより、金属膜の表層部分においては、Yで
示される元素がYOもしくはYOとY23との間の状態
となる可能性が高い。いずれにおいても酸化層は、水素
化層が露出している電極程ではないにしても放出性電極
として低い放電電圧を示す。
Basically, however, yttrium oxide is suitable for the material of the cold electron-emitting electrode except for stability. Particularly oxide closer to YO than the composition ratio of Y 2 O 3 is superior in terms of low voltage discharge than Y 2 O 3.
When the metal film is oxidized in the coexistence of hydrogen, the penetration of oxygen into the metal film tends to be promoted by the hydrogen, and the element represented by R is Y 2 at the surface of the metal film. Before being oxidized to the state of O 3 , oxygen penetrates into the metal film, so that the element represented by Y becomes YO or the state between YO and Y 2 O 3 in the surface layer portion of the metal film. Likely to be. In any case, the oxidized layer exhibits a low discharge voltage as an emissive electrode, although not as much as the electrode where the hydrogenated layer is exposed.

【0045】従って、水素化層上に薄い酸化層が形成さ
れても電子放出性電極の初期放電性能に極端に悪影響を
与えることなく、特に酸化層の厚みが2000Å以下と
なっていれば、酸化層が放電により経時的にスパッタさ
れて水素化層が露出するので、長期にわたって安定した
放電が可能となる点において表面に酸化層のない水素化
電極と実質的に同じである。
Therefore, even if a thin oxide layer is formed on the hydrogenated layer, the initial discharge performance of the electron-emitting electrode is not extremely adversely affected. Since the layer is sputtered over time by discharge to expose the hydrogenated layer, it is substantially the same as a hydrogenated electrode having no oxide layer on the surface in that stable discharge can be performed for a long period of time.

【0046】この冷電子放出性電極10を用いた直管型
冷陰極蛍光管20を図7に示す。冷陰極蛍光管20は、
励起状態で所定の波長域の光を発光する蛍光材料22が
内壁に被膜されたガラス管21内に、電子放出層2が対
向するように一対の前記冷電子放出性電極10が配置さ
れた構造からなり、ガラス管21内には、アルゴン等の
希ガス及び水銀が封入されている。また図8に示すよう
に、ホロー型冷電子放出性電極30を適用しても良い。
冷電子放出性電極30は、配線33に接続された円筒状
の基材31の内面に電子放出層32を設けた構造になっ
ている。電子放出層2,32は、いずれも水素化化合物
RH2-x (RはSc、Y、La、Ce、Gd、Lu、T
h、U、Npのグループから選ばれる少なくとも一つの
元素、Hは水素、−1<x<1)からなる。
FIG. 7 shows a straight-tube cold-cathode fluorescent tube 20 using the cold-electron-emitting electrode 10. The cold cathode fluorescent tube 20
A structure in which a pair of the cold electron-emitting electrodes 10 are arranged in a glass tube 21 having an inner wall coated with a fluorescent material 22 that emits light in a predetermined wavelength range in an excited state such that the electron-emitting layer 2 faces the glass tube 21. A rare gas such as argon and mercury are sealed in the glass tube 21. Further, as shown in FIG. 8, a hollow cold electron emitting electrode 30 may be applied.
The cold electron emission electrode 30 has a structure in which an electron emission layer 32 is provided on the inner surface of a cylindrical base material 31 connected to a wiring 33. Each of the electron emission layers 2 and 32 is formed of a hydrogenated compound RH 2-x (R is Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, T
At least one element selected from the group consisting of h, U, and Np, and H is hydrogen, -1 <x <1).

【0047】このホロー型冷電子放出性電極30を用い
た直管型冷陰極蛍光管40を図9に示す。冷陰極蛍光管
40は、励起状態で所定の波長域の光を発光する蛍光材
料32が内壁に被膜されたガラス管31内に、電子放出
層32が対向するように一対の冷電子放出性電極30が
配置された構造からなり、ガラス管31内には、アルゴ
ン等の希ガス及び水銀が封入されている。水素化イット
リウムを電子放出層とした電極を備えた冷陰極蛍光管
は、直管に限らずL字型、コの字型、U字型、W字型等
いずれの形状にも用いることができる。
FIG. 9 shows a straight-tube cold-cathode fluorescent tube 40 using the hollow-type cold electron-emitting electrode 30. The cold cathode fluorescent tube 40 has a pair of cold electron emitting electrodes in a glass tube 31 whose inner wall is coated with a fluorescent material 32 that emits light in a predetermined wavelength range in an excited state such that the electron emitting layer 32 faces. The glass tube 31 is filled with a rare gas such as argon and mercury. The cold-cathode fluorescent tube provided with an electrode using yttrium hydride as an electron-emitting layer can be used not only in a straight tube but also in any shape such as an L-shape, a U-shape, a U-shape, and a W-shape. .

【0048】次に、上記電子放出性電極の製造方法を説
明する。この一例の電子放出性電極の製造においては、
上述のように、Rで示される金属(Sc、Y、La、C
e、Gd、Lu、Th、U、Npのグループから選ばれ
る少なくとも一つの元素)の金属膜を基材上に成膜する
成膜工程と、次いで、この金属膜を水素ガスを含む雰囲
気下で加熱処理することにより水素化する水素化工程と
を行うことで上記電子放出性電極を製造する。
Next, a method for manufacturing the above-mentioned electron-emitting electrode will be described. In the manufacture of this example of an electron-emitting electrode,
As described above, the metal represented by R (Sc, Y, La, C
e, Gd, Lu, Th, U, at least one element selected from the group consisting of Np) on a substrate, and then forming the metal film under an atmosphere containing hydrogen gas. The above-mentioned electron-emitting electrode is manufactured by performing a hydrogenation step of hydrogenating by heat treatment.

【0049】成膜工程においては、周知の方法、例え
ば、蒸着やスパッタ等により基材上にRで示される金属
膜を形成する。なお、基材としては、この一例におい
て、上述のようにNiを含有する金属を用いる。すなわ
ち、基材は、従来のNi電極と同様の材質のものが用い
られる。このようにすれば、上記電極材料を含有する電
子放出層の耐用期間を越えるような長時間の使用を行
い、電子放出層が損傷し、電子放出層がほとんどなくな
ってしまうような状態となっても、基材が、Ni電極と
して機能し、従来の電極と同じレベルまで放電電圧等が
高くなってしまうが、電子放出層の耐用期間を越えて
も、急に電子放出性電極が機能しなくなるようなことが
ない。
In the film forming step, a metal film represented by R is formed on a substrate by a known method, for example, vapor deposition or sputtering. In this example, as the base material, a metal containing Ni is used as described above. That is, the substrate is made of the same material as the conventional Ni electrode. In this case, the electron emission layer containing the electrode material is used for a long time that exceeds the service life of the electron emission layer, and the electron emission layer is damaged and the electron emission layer is almost eliminated. Also, the base material functions as a Ni electrode, and the discharge voltage and the like increase to the same level as the conventional electrode, but the electron-emitting electrode suddenly stops functioning even if the lifetime of the electron-emitting layer is exceeded. There is no such thing.

【0050】また、後述するように金属膜の水素化に際
しては、金属膜に余分な水素が入り込む可能性が高く、
成膜工程において成膜される水素化前の金属膜Rの厚み
は、13000Å未満とされることが好ましい。特に6
000Å以下の場合、水素化工程における雰囲気中の水
素分圧の微妙な差があっても放電特性にばらつきが小さ
く、製造制御しやすく、4000Å程度が特にばらつき
が小さく好ましい。金属膜の厚みを例えば13000Å
以上とした場合には、水素化処理温度によって異なる
が、金属膜を水素化して製造された電子放出性電極から
放出される水素が多くなり、冷陰極蛍光管にこの電子放
出性電極を用いた場合に、冷陰極蛍光管の発光に悪影響
がでる可能性がある。
Further, as described later, when hydrogenating a metal film, there is a high possibility that extra hydrogen enters the metal film.
It is preferable that the thickness of the metal film R before hydrogenation formed in the film forming step is less than 13000 °. Especially 6
When the temperature is less than 000 °, even if there is a slight difference in the partial pressure of hydrogen in the atmosphere in the hydrogenation step, the variation in the discharge characteristics is small, the production control is easy, and the variation around 4000 ° is particularly small and preferable. For example, the thickness of the metal film is 13,000Å
In the case described above, the amount of hydrogen released from the electron-emitting electrode manufactured by hydrogenating the metal film increases, depending on the hydrogenation temperature, and this electron-emitting electrode was used for a cold cathode fluorescent tube. In this case, the light emission of the cold cathode fluorescent tube may be adversely affected.

【0051】また、金属膜Rの厚みを例えば13000
Å以上とした電子放出性電極を用いた冷陰極蛍光管を電
子放出性電極の耐用期間を越える時間用いた場合に、電
子放出性電極が損傷することになるが、この際に、損傷
した電子放出層から放出される水素レベルが高くなる
と、基材を上述のようにNi電極と同様のものとして
も、その時点で冷陰極蛍光管が使用できなくなるが、金
属膜の厚みが13000Å未満であれば、電子放出層が
放電により損傷することにより放出される水素レベルを
低く抑えることができるので、電子放出性電極が損傷し
ても冷陰極蛍光管が急に使用できない状態となるのを防
止することができる。
The thickness of the metal film R is, for example, 13,000.
If a cold cathode fluorescent tube using an electron-emitting electrode with a length of Å or more is used for a time that exceeds the lifetime of the electron-emitting electrode, the electron-emitting electrode will be damaged. When the level of hydrogen released from the emission layer increases, the cold cathode fluorescent tube cannot be used at that time even if the base material is the same as the Ni electrode as described above, but if the thickness of the metal film is less than 13,000 °, If the electron emission layer is damaged by the discharge, the level of hydrogen released by the damage can be kept low, so that even if the electron emission electrode is damaged, the cold cathode fluorescent tube is prevented from suddenly becoming unusable. be able to.

【0052】上記水素化工程においては、例えば、炉を
用い、この炉内に金属膜Rが成膜された基材を入れると
ともに、炉内を水素ガスを含む不活性ガス雰囲気とし、
炉を加熱することになる。図10は、Rで示される元素
の水素化工程における雰囲気中の水素濃度(水素分圧)
及び水素化処理温度の範囲をグラフとして図示したもの
である。
In the hydrogenation step, for example, a furnace is used, a substrate on which the metal film R is formed is placed in the furnace, and the furnace is set to an inert gas atmosphere containing hydrogen gas.
The furnace will be heated. FIG. 10 shows the hydrogen concentration (hydrogen partial pressure) in the atmosphere in the hydrogenation step of the element represented by R.
And a graph showing the range of the hydrotreating temperature.

【0053】領域M及び領域Nは水素化イットリウムが
形成できる領域であり、そのうち領域Mは冷陰極蛍光管
の電極として望ましい性質の水素化イットリウムが得ら
れる領域である。ここで、不活性ガスとしてAr(アル
ゴン)を用いている。そして、炉内雰囲気中の水素ガス
濃度が10ppm〜100体積%の範囲で水素化膜が形
成することができた。そして、水素ガス濃度が10pp
m未満では、十分にRで示される元素の金属の水素化を
行えない場合があり、確実に上記金属を水素化するため
には、水素ガス濃度が50ppm以上であることが好ま
しい。
The region M and the region N are regions where yttrium hydride can be formed, and the region M is a region where yttrium hydride having a desirable property as an electrode of a cold cathode fluorescent tube can be obtained. Here, Ar (argon) is used as the inert gas. Then, a hydrogenated film could be formed when the hydrogen gas concentration in the furnace atmosphere was in the range of 10 ppm to 100% by volume. And the hydrogen gas concentration is 10pp
If it is less than m, the metal of the element represented by R may not be sufficiently hydrogenated. In order to reliably hydrogenate the metal, the hydrogen gas concentration is preferably 50 ppm or more.

【0054】しかし、Rで示される金属は、例えば、1
00体積%の水素(H2 )下で、Yの金属を水素化した
場合に、X線回折で、水素化合物(水素化イットリウ
ム)の生成が確認できたが、水素が、上述したYの4配
位や8配位以外の不安定な場所に入ることがあり、この
固溶分を含む水素が経時的に放出される。イットリウム
の水素化後に得られる水素化イットリウム膜を再び加熱
処理してこの膜から放出される水素の量は、水素化時の
水素濃度にしたがい大幅に変化することが確認された。
However, the metal represented by R is, for example, 1
When the metal of Y was hydrogenated under 00% by volume of hydrogen (H 2 ), the formation of a hydrogen compound (yttrium hydride) was confirmed by X-ray diffraction. It may enter an unstable place other than coordination or octa-coordination, and hydrogen containing this solid solution is released over time. It was confirmed that the amount of hydrogen released from the yttrium hydride film obtained after the hydrogenation of yttrium was again heat-treated and changed greatly according to the hydrogen concentration at the time of hydrogenation.

【0055】すなわち、水素化する際の雰囲気中の水素
分圧が高いと、金属膜を水素化した生成された電子放出
層の水素化イットリウムの結晶以外の不安定な場所に、
不安定な水素が多量に含まれた状態となる。そして、こ
のように不安定な水素を余分に含んだ電子放出性電極を
備える冷陰極蛍光管を使用した際には、蛍光管内の電子
放出性電極から放出された水素が、放電に悪影響を与え
ることになる。従って、冷陰極蛍光管の電極として望ま
しい性質の水素化イットリウムを得るための水素化の際
の雰囲気中における水素ガス濃度は、0.5体積%以下
であることが好ましい。また、水素ガス濃度は、より好
ましくは500ppm以下であり、さらに好ましくは、
100ppm程度である。
That is, if the hydrogen partial pressure in the atmosphere at the time of hydrogenation is high, the electron emission layer generated by hydrogenating the metal film is placed in an unstable place other than the yttrium hydride crystal.
A large amount of unstable hydrogen is contained. When a cold cathode fluorescent tube including an electron emitting electrode containing extra unstable hydrogen is used, hydrogen released from the electron emitting electrode in the fluorescent tube has a bad influence on discharge. Will be. Therefore, it is preferable that the hydrogen gas concentration in the atmosphere at the time of hydrogenation for obtaining yttrium hydride having desirable properties as an electrode of the cold cathode fluorescent tube is 0.5% by volume or less. Further, the hydrogen gas concentration is more preferably 500 ppm or less, more preferably,
It is about 100 ppm.

【0056】すなわち、水素化の際の雰囲気中の水素濃
度は、10ppm以上、0.5体積%以下が望ましく、
より望ましくは50ppm以上、500ppm以下とな
る。上記不活性ガスとは、基本的に希ガスであるが、こ
こではアルゴンガス以外の希ガスを用いるものとしても
良い。
That is, the hydrogen concentration in the atmosphere at the time of hydrogenation is desirably 10 ppm or more and 0.5 volume% or less.
More preferably, it is 50 ppm or more and 500 ppm or less. The inert gas is basically a rare gas, but a rare gas other than an argon gas may be used here.

【0057】なお、上記雰囲気中には、基本的に酸素ガ
スや、酸素含有物が含まれていないことが好ましいが、
使用される希ガスや水素ガス濃度が制御できれば、微量
の酸素や酸素含有物が含まれていても良く、上述のよう
に不純物レベルの酸素により電子放出層の表面に極薄い
酸化層が形成されても、十分に電子放出性電極として機
能することができる。
It is preferable that the above atmosphere basically contains no oxygen gas or oxygen-containing substance.
As long as the concentration of the rare gas or hydrogen gas used can be controlled, a trace amount of oxygen or an oxygen-containing substance may be contained. As described above, an extremely thin oxide layer is formed on the surface of the electron emission layer by the impurity-level oxygen. However, it can sufficiently function as an electron-emitting electrode.

【0058】そして、水素化工程における加熱温度(炉
内の温度)は、200℃以上、700℃以下であること
が好ましい。200℃未満の温度では、Rで示される金
属の水素化が進行せず、Rで示される金属の水素化が困
難となる場合がある。より好ましい水素化工程における
加熱温度は、300℃以上である。一方、水素化処理温
度が700℃を越えると、水素の存在がRで示される元
素の酸化物の形成を促す傾向が強く、上述のように水素
化工程での希ガス雰囲気中に存在する微量の酸素により
元素Rの酸化が進行し還元が困難な、酸化物が生成さ
れ、Rで示される元素の水素化物を得ることが困難なも
のとなる。
The heating temperature (temperature in the furnace) in the hydrogenation step is preferably 200 ° C. or more and 700 ° C. or less. At a temperature lower than 200 ° C., hydrogenation of the metal represented by R does not progress, and hydrogenation of the metal represented by R may be difficult. The heating temperature in the more preferred hydrogenation step is 300 ° C. or higher. On the other hand, when the hydrogenation temperature exceeds 700 ° C., the presence of hydrogen tends to promote the formation of an oxide of the element represented by R, and as described above, the presence of a trace amount of hydrogen in the rare gas atmosphere in the hydrogenation step. Oxygen causes the oxidation of the element R to proceed, which is difficult to reduce, to form an oxide, which makes it difficult to obtain a hydride of the element represented by R.

【0059】従って、微量の酸素や酸素含有物が存在す
る状態では、水素化工程における加熱温度を700℃以
下とすることが好ましく、さらに、600℃以下とする
ことがより好ましい。また、水素化工程の加熱処理にお
ける昇温速度は、特に限定されるものではないが、例え
ば、10℃/分から30℃/分程度が好ましく、さら
に、20℃/分程度とすることがより好ましい。また、
加熱処理後の降温速度は、10℃/分から1℃/分とす
ることが好ましく、さらに、3℃/分程度とすることが
より好ましい。
Therefore, in a state where a trace amount of oxygen or an oxygen-containing substance is present, the heating temperature in the hydrogenation step is preferably set to 700 ° C. or lower, more preferably 600 ° C. or lower. The rate of temperature rise in the heat treatment in the hydrogenation step is not particularly limited, but is preferably, for example, about 10 ° C./min to about 30 ° C./min, and more preferably about 20 ° C./min. . Also,
The rate of temperature decrease after the heat treatment is preferably from 10 ° C./min to 1 ° C./min, and more preferably about 3 ° C./min.

【0060】そして、以上のような電極材料を用いた電
子放出性電極は、その放電電圧が低く、従来のNi電極
等と比較して効率を30%以上改善することができるだ
けではなく、従来のNi電極等と同等の寿命を維持する
ことができる。すなわち、この一例の電子放出性電極
は、長時間使用しても従来のNi電極と同様に放電電圧
が上昇するようなことがなく、放電電圧が安定している
とともに、従来のNi電極に比較して、消費電力を小さ
くすることができる。
The electron-emitting electrode using the above-mentioned electrode material has a low discharge voltage, and can not only improve the efficiency by 30% or more than the conventional Ni electrode and the like, but also can improve the efficiency. A life equivalent to that of a Ni electrode or the like can be maintained. That is, this example of the electron-emitting electrode does not increase the discharge voltage even when used for a long time like the conventional Ni electrode, stabilizes the discharge voltage, and is compared with the conventional Ni electrode. Thus, power consumption can be reduced.

【0061】従って、この電子放出性電極を用いた冷陰
極蛍光管を、例えば、携帯型の電池を用いる電子機器の
液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、
バックライトに必要な消費電力を低減して、携帯型電子
機器の電池によって使用可能な時間を延長することがで
き、かつ、放電電圧が長期に渡って安定なので、長期の
使用により消費電力が増加するようなことがない。ま
た、この電子放出性電極は、実用上の使用範囲が放電電
圧の不安定さにより狭められることがない。
Therefore, by using a cold cathode fluorescent tube using this electron-emitting electrode as, for example, a backlight of a liquid crystal display of an electronic device using a portable battery,
The power consumption required for the backlight can be reduced to extend the time that can be used with the battery of the portable electronic device, and the discharge voltage is stable for a long time, so the power consumption increases over a long period of use Nothing to do. Further, the practical use range of the electron-emitting electrode is not narrowed by the instability of the discharge voltage.

【0062】従って、この一例の電子放出性電極は、液
晶表示装置のバックライトや複写機等として使用可能な
冷陰極蛍光管に限らず、特に単色又は多色発光のプラズ
マディスプレイ装置(Plasma Display Panel)等のイオ
ンによる二次電子放出を利用した放電装置の電極として
好適に応用することができ、これらの製品において、放
電電圧の低減と、放電電圧の安定化を図ることができ、
消費電力を低減することができる。また、他のVFD
(Vacuum Fluorescent Display)にも応用することがで
きる。
Therefore, the electron-emitting electrode of this example is not limited to a cold cathode fluorescent tube usable as a backlight or a copying machine of a liquid crystal display device, and particularly, a plasma display device (Plasma Display Panel) for monochromatic or multicolor emission. ) Can be suitably applied as an electrode of a discharge device utilizing secondary electron emission by ions, and in these products, the discharge voltage can be reduced and the discharge voltage can be stabilized.
Power consumption can be reduced. In addition, other VFD
(Vacuum Fluorescent Display).

【0063】[0063]

【実施例】以下に、本発明の電子放出性電極及び冷陰極
蛍光管の特性について行った試験について説明する。試
験1 まず、Yの金属膜(膜厚1.3μm程度)を形成
した後に、この金属膜を水素化し、次いで、真空炉で加
熱することにより、水素化に際して金属膜に入り込んだ
水素を放出させ、放出される水素ガス量を検出した。そ
して、水素化工程における雰囲気としては、アルゴンガ
スに水素ガスを添加したものを用いるとともに、この際
の水素ガス濃度を、5体積%、500ppm、100p
pmとして水素化を行った。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, tests performed on the characteristics of the electron-emitting electrode and the cold cathode fluorescent tube of the present invention will be described. Test 1 First, after a Y metal film (thickness: about 1.3 μm) was formed, this metal film was hydrogenated, and then heated in a vacuum furnace to release hydrogen that had entered the metal film during hydrogenation. And the amount of hydrogen gas released was detected. As the atmosphere in the hydrogenation step, an atmosphere obtained by adding a hydrogen gas to an argon gas is used, and the hydrogen gas concentration at this time is 5 vol%, 500 ppm, 100 p.
Hydrogenation was performed at pm.

【0064】水素化工程における処理温度(炉の温度)
を、300℃、350℃、400℃、450℃として水
素化を行った結果を図11に示す。図中、横軸に水素化
工程における処理温度、縦軸に水素化後に水素化イット
リウム膜を加熱し、この膜から放出された水素ガス量の
相対値をとっている。図11に示すように、同温で水素
化工程における水素ガス濃度を100ppmから500
ppmに増やすと、明らかに放出される水素ガス量が増
えており、この温度範囲では、水素化工程の処理温度が
高い試料ほど、放出ガス量が少ない。図中の範囲では、
水素放出量は、水素化処理温度に対し1次関数的な挙動
を示す。
Processing temperature in the hydrogenation step (furnace temperature)
Are hydrogenated at 300 ° C., 350 ° C., 400 ° C., and 450 ° C., and the results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the processing temperature in the hydrogenation step, and the vertical axis represents the relative value of the amount of hydrogen gas released from the yttrium hydride film heated after hydrogenation. As shown in FIG. 11, the hydrogen gas concentration in the hydrogenation step was increased from 100 ppm to 500 ppm at the same temperature.
When the amount is increased to ppm, the amount of hydrogen gas released clearly increases, and in this temperature range, the amount of released gas decreases as the processing temperature of the hydrogenation step increases. In the range in the figure,
The amount of released hydrogen shows a linear function behavior with respect to the hydrotreating temperature.

【0065】なお、水素化処理時の雰囲気中の水素ガス
濃度を5%として製造した試料については、冷陰極蛍光
管の電極材料として不適な程度に、水素化後の水素の放
出量が多くなった。
In the case of a sample manufactured by setting the hydrogen gas concentration in the atmosphere during the hydrogenation process to 5%, the amount of released hydrogen after the hydrogenation was increased to an extent unsuitable as an electrode material for a cold cathode fluorescent tube. Was.

【0066】また、水素化工程における水素濃度を5%
以上として、水素化イットリウムを含有する電子放出性
電極をいくつか作成し、これを図7に示す管長63m
m、管径2.6mmの冷陰極蛍光管の冷陰極として用い
た。この冷陰極蛍光管をランプ電流が5mAの状態で長
時間連続点灯したところ、数百時間内に異常放電となっ
た。これは、水素化イットリウムとして結晶中に含まれ
る以外の不安定な水素が多量に含まれるためと思われ
る。
Further, the hydrogen concentration in the hydrogenation step is set to 5%
As described above, a number of electron-emitting electrodes containing yttrium hydride were prepared, and these were connected to a 63 m long tube shown in FIG.
m, used as a cold cathode of a cold cathode fluorescent tube having a tube diameter of 2.6 mm. When this cold cathode fluorescent tube was continuously lit for a long time at a lamp current of 5 mA, abnormal discharge occurred within several hundred hours. This is presumably because a large amount of unstable hydrogen other than that contained in the crystal as yttrium hydride was contained.

【0067】試験2 図12では、最適水素化処理温度
を求めるために水素化イットリウム膜から放出される水
素ガスの量と水素化処理温度をプロットした。ここで用
いられる炉は試験1で用いられた炉と異なるため、多少
異なる値をとった。図12に示すように、水素化処理温
度が200℃未満の各試料においては、処理温度による
放出ガス量が少なく、水素化工程において、冷陰極蛍光
管の電極材料として充分な程度に水素化イットリウムが
形成されていない場合が多い。また、700℃より高い
温度で水素化処理を行った場合、放出ガス量が低く、特
性の良い水素化イットリウムが形成されていない場合が
多い。
Test 2 In FIG. 12, the amount of hydrogen gas released from the yttrium hydride film and the hydrogenation temperature were plotted in order to determine the optimum hydrogenation temperature. Since the furnace used here was different from the furnace used in Test 1, slightly different values were taken. As shown in FIG. 12, in each of the samples having a hydrogenation treatment temperature of less than 200 ° C., the amount of gas released due to the treatment temperature was small, and in the hydrogenation step, yttrium hydride was sufficiently used as an electrode material for a cold cathode fluorescent tube. Are not formed in many cases. Further, when the hydrogenation treatment is performed at a temperature higher than 700 ° C., the amount of released gas is low, and yttrium hydride having good characteristics is not formed in many cases.

【0068】これは、上述のように、700℃より高い
処理温度では、微量の水素ガスの存在がY酸化物の形成
を促す傾向が大きく、一度酸化された酸化イットリウム
を還元して最終生成物として水素化イットリウムを得る
ことが極端に困難となるためである。なお、700℃よ
り低温でも表面に極薄い酸化イットリウム層(例えば、
23)が形成されるが、水素化イットリウムの表面に
形成される酸化層の厚みは、数百Å以下であることが、
X線回折(薄膜法)やHFSの分析でも確認された。ま
た、酸化層の厚みが、2000Å以下であれば、電子放
出性電極の性能が大きく変わることがないので、700
℃以下の処理温度で水素化するものとすることにより、
この一例の電子放出性電極を製造することができる。
This is because, as described above, at a processing temperature higher than 700 ° C., the presence of a trace amount of hydrogen gas tends to promote the formation of Y oxide, so that once oxidized yttrium oxide is reduced, the final product is reduced. Is extremely difficult to obtain yttrium hydride. It should be noted that an extremely thin yttrium oxide layer (for example,
Y 2 O 3 ) is formed, and the thickness of the oxide layer formed on the surface of yttrium hydride is preferably several hundreds mm or less.
It was also confirmed by X-ray diffraction (thin film method) and HFS analysis. If the thickness of the oxide layer is 2000 ° or less, the performance of the electron-emitting electrode does not greatly change.
By hydrogenating at a processing temperature of ℃ or less,
The electron-emitting electrode of this example can be manufactured.

【0069】試験3 次に、成膜工程において、Ni基
材上にYの金属膜を膜厚を1.3μm(13000Å)
で成膜し、水素化工程において、アルゴンガス中の水素
ガス濃度を0.5体積%として、電子放出性電極を製造
した。そして、この電子放出性電極を用いて図7に示す
のと同様の冷陰極蛍光管を作成した。そして、この冷陰
極蛍光管を用いた過電流寿命試験を行った。
Test 3 Next, in a film forming step, a Y metal film was formed on a Ni base material to a thickness of 1.3 μm (13000 °).
In the hydrogenation step, the hydrogen gas concentration in the argon gas was set to 0.5% by volume to produce an electron-emitting electrode. Then, a cold cathode fluorescent tube similar to that shown in FIG. 7 was prepared using this electron-emitting electrode. Then, an overcurrent life test using this cold cathode fluorescent tube was performed.

【0070】すなわち、管電流を通常(5mA以下)よ
り高い7mAとして上記の冷陰極蛍光管を連続点灯し
た。その結果を図13に示す。図13に示すように、こ
の冷陰極蛍光管は、1000時間を越える当たりで、異
常放電を起こし、異常放電後、急激に管電圧が上昇し、
実質的にランプの寿命となるとともに、周囲の温度上昇
を招いた。
That is, the above-mentioned cold cathode fluorescent tube was continuously lit by setting the tube current to 7 mA, which is higher than usual (5 mA or less). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 13, this cold cathode fluorescent tube causes abnormal discharge in about 1000 hours, and after the abnormal discharge, the tube voltage rapidly rises.
This substantially increases the life of the lamp and increases the ambient temperature.

【0071】この試験で用いられた電子放出性電極は、
水素化前のイットリウム膜の膜厚が1.3μm(上述の
上限を越える値)と厚く、水素化工程における水素濃度
も0.5体積%(上述の上限値)と比較的高いために、
放出される水素ガス量が多く、電子放出層の破壊により
異常放電が発生した。
The electron-emitting electrode used in this test was:
Since the thickness of the yttrium film before hydrogenation is as thick as 1.3 μm (a value exceeding the above-mentioned upper limit) and the hydrogen concentration in the hydrogenation step is relatively high at 0.5% by volume (the above-mentioned upper limit),
The amount of hydrogen gas released was large, and abnormal discharge occurred due to the destruction of the electron emission layer.

【0072】しかし、水素化工程における水素濃度を上
述の範囲内とするとともに、水素化前の金属膜の膜厚を
薄くすれば、電子放出層が破壊されても、放出される水
素量が少なく、異常放電が生じるのを防止することがで
きる。そして、電子放出層破壊時の異常放電を防止でき
れば、電子放出層が破壊されても、基材であるNi基材
が電子放出性電極として機能し、管電圧がNi電極レベ
ルまで上昇するものの、電子放出層が破壊されても冷陰
極蛍光管が急に消灯するのを防止できることになる。
However, if the hydrogen concentration in the hydrogenation step is within the above range and the thickness of the metal film before hydrogenation is reduced, the amount of hydrogen released is small even if the electron emission layer is destroyed. And abnormal discharge can be prevented. And, if abnormal discharge at the time of electron emission layer destruction can be prevented, even if the electron emission layer is destroyed, the Ni substrate as a substrate functions as an electron-emitting electrode, and the tube voltage rises to the Ni electrode level, Even if the electron emission layer is destroyed, the cold cathode fluorescent tube can be prevented from suddenly turning off.

【0073】試験4 水素化前の膜厚が13000Å未
満である以外は、試験3と同じ条件で電子放出性電極を
製造し、これを用いて冷陰極蛍光管を作成し、過電流試
験を行ったところ、水素化イットリウムからなる電子放
出層破壊後、管電圧がNi電極レベルに上昇した状態で
安定した状態となった。従って、水素化前の金属膜の膜
厚を13000Å未満とすることにより、電子放出層の
耐用期間を越える長時間の使用を行って電子放出層が破
壊された際に、そこで冷陰極蛍光管が異常放電を起こし
て急に消えてしまうのを防止することができる。
Test 4 An electron-emitting electrode was manufactured under the same conditions as in Test 3 except that the film thickness before hydrogenation was less than 13,000 °, and a cold cathode fluorescent tube was prepared using this to conduct an overcurrent test. As a result, after the electron-emitting layer made of yttrium hydride was destroyed, the state was stabilized with the tube voltage rising to the level of the Ni electrode. Therefore, by setting the thickness of the metal film before hydrogenation to less than 13,000 °, when the electron-emitting layer is destroyed due to long-time use exceeding the lifetime of the electron-emitting layer, the cold-cathode fluorescent tube is placed there. It is possible to prevent sudden discharge from occurring due to abnormal discharge.

【0074】試験5 この試験においては、水素化前の
膜厚を10000Åとし、水素化に際する水素濃度を5
00ppmとするとともに、水素化に際する熱処理温度
を上述の条件の範囲で作成した冷電子放出性電極を用い
た図7に示す形状の冷陰極蛍光管20の連続点灯試験を
行った。ガラス管21は、外径2.6mm、長さが6
3.5mmのものを用いた。図14にこの水素化イット
リウム冷電子放出性電極の冷陰極蛍光管20及び比較例
として冷電子放出性電極の電子放出層にNiを用いる点
を除き冷陰極蛍光管20と同じ規格の蛍光管の放電特性
を示す。実線は、本件発明の冷陰極蛍光管20であり、
破線がNi電極を用いた冷陰極蛍光管である。図14に
示されるように、この冷陰極蛍光管においては、100
時間を越えても明らかな放電電圧の上昇はなく、200
0時間以上連続点灯しても、点灯初期との放電電圧の差
は僅かなものとなっている。
Test 5 In this test, the film thickness before hydrogenation was set at 10,000 ° and the hydrogen concentration during hydrogenation was set at 5%.
A continuous lighting test of the cold cathode fluorescent tube 20 having the shape shown in FIG. 7 was performed using the cold electron-emitting electrode prepared at the heat treatment temperature for hydrogenation under the above-mentioned conditions while setting the temperature at 00 ppm. The glass tube 21 has an outer diameter of 2.6 mm and a length of 6
3.5 mm one was used. FIG. 14 shows a cold cathode fluorescent tube 20 of this yttrium hydride cold electron emitting electrode and a fluorescent tube of the same standard as the cold cathode fluorescent tube 20 except that Ni is used in the electron emitting layer of the cold electron emitting electrode as a comparative example. It shows discharge characteristics. The solid line is the cold cathode fluorescent tube 20 of the present invention,
A broken line indicates a cold cathode fluorescent tube using a Ni electrode. As shown in FIG. 14, in this cold cathode fluorescent tube, 100
There is no apparent increase in the discharge voltage over time,
Even if lighting is continued for 0 hours or more, the difference in discharge voltage from the initial lighting is small.

【0075】すなわち、この冷電子放出性電極は、安定
性に優れており、Ni電極程度の安定性を示している。
なお、図14におけるNi電極の放電電圧は、従来の測
定結果から冷陰極放電管にしたときのおよその平均値で
あり、実際は多少のばらつきがある。そして、この実施
例における電子放出性電極は、Ni電極に比較して30
%程度、その効率が向上している。すなわち、水素化イ
ットリウムを用いた電子放出性電極は、その放電電圧が
低く消費電力を低減することができるとともに、Ni電
極とほぼ同様の寿命を持たせることが可能なものであ
る。
That is, this cold electron-emitting electrode is excellent in stability, and shows stability similar to that of a Ni electrode.
It should be noted that the discharge voltage of the Ni electrode in FIG. 14 is an approximate average value when a cold cathode discharge tube is used based on the conventional measurement results, and actually has some variation. Further, the electron-emitting electrode in this example is 30 times smaller than the Ni electrode.
%, The efficiency has improved. In other words, the electron-emitting electrode using yttrium hydride has a low discharge voltage, can reduce power consumption, and can have a life similar to that of the Ni electrode.

【0076】また、初期放電が170V程度であるのに
100時間を経過すると放電電圧が165V程度に下が
っている。これは、初期放電時の電子放電性に水素化イ
ットリウムの表面に発生した酸化層が関与したためにや
や高く、100時間後では表面の酸化層がスパッタさ
れ、電子放出層表面に水素化イットリウムが露出したた
めに低下したと思われる。このことは、別途製造した、
表面にほとんど酸化層が形成されていない水素化イット
リウム電極を有する放電管の初期放電が165V程度で
あり、その電圧を経時的に維持した結果が得られたこと
から確認されている。
The discharge voltage drops to about 165 V after 100 hours even though the initial discharge is about 170 V. This is slightly higher because the oxide layer generated on the surface of yttrium hydride was involved in the electron discharge property at the time of initial discharge, and after 100 hours, the oxide layer on the surface was sputtered and yttrium hydride was exposed on the surface of the electron emission layer. It seems that it has dropped because of this. This is separately manufactured,
It has been confirmed that the initial discharge of a discharge tube having an yttrium hydride electrode having almost no oxide layer formed on its surface was about 165 V, and that the voltage was maintained over time, and the result was obtained.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明の請求項1記載の電子放出性電極
は、Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、N
pのグループから選ばれる少なくとも一つの元素の水素
化物を有することを特徴とする。
The electron-emitting electrode according to the first aspect of the present invention has Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and N.
It has a hydride of at least one element selected from the group of p.

【0078】請求項1に記載の発明によれば、水素化物
が低電圧で長期にわたって安定した冷電子放出を行うこ
とができる。前記水素化物は、RH2-x (RはSc、
Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npのグルー
プから選ばれる少なくとも一つの元素、Hは水素、−1
<x<1)でもよく、上記水素化物は、基本的にRH2
で示される物質特有の結晶構造を有するが、例えば、R
で示される元素や、H(水素)元素の欠落や過剰な存在
等により、ストイキオメトリからずれたものを含むRH
2-x で示されるものであり、電子放出性電極として必要
な上述の条件、すなわち、低仕事関数であること、スパ
ッタされにくいこと、水銀と反応しづらいこと、導電性
が良いことを満たすものである。
According to the first aspect of the invention, the hydride can stably emit cold electrons at a low voltage for a long period of time. The hydride is RH 2-x (R is Sc,
At least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np;
<X <1), and the hydride is basically RH 2
Has a crystal structure unique to the substance represented by
RH including those deviated from stoichiometry due to the lack of element (H) or the presence of excess H (hydrogen) element
It is indicated by 2-x and satisfies the above-mentioned conditions necessary for an electron-emitting electrode, that is, it has a low work function, is hardly sputtered, hardly reacts with mercury, and has good conductivity. It is.

【0079】そして、電子放出性電極は、長時間使用し
ても、その放電電圧が上昇することがなく、従来のNi
電極等と比較して、低い放電電圧を有するとともに、N
i電極と同様の放電電圧の安定性を示すことができる。
The discharge voltage of the electron-emitting electrode does not increase even when used for a long time.
It has a lower discharge voltage and a lower N
The same stability of the discharge voltage as that of the i-electrode can be exhibited.

【0080】請求項3に記載の発明は、加えてSc、
Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npのグルー
プから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物を有する
ことを特徴とする。
The invention according to claim 3 further comprises Sc,
It has an oxide of at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np.

【0081】上記構成によれば、水素化された電極材料
の表面が酸化物で覆われる場合、上述に示される元素
は、希土類元素及びアクチノイドに分類されるものであ
り、希土類元素に含まれる元素の酸化物は、安定性に多
少の難があるものの、電子放出性電極の材料として用い
た場合に放電電圧を低くすることが可能なものである。
According to the above configuration, when the surface of the hydrogenated electrode material is covered with the oxide, the above-mentioned elements are classified into rare earth elements and actinoids, and the elements contained in the rare earth elements Although the oxide has some difficulty in stability, it can reduce the discharge voltage when used as a material for an electron-emitting electrode.

【0082】そして、上記酸化層の厚みが2000Å以
下であれば、上述のように電子放出層の表層部分に酸化
層が合っても放電電圧を低く保つことができるだけでは
なく、電子放出性電極としての安定性が阻害されること
がなく、請求項1記載の構成と同様の効果を奏すること
ができる。
When the thickness of the oxide layer is 2000 mm or less, the discharge voltage can be kept low even if the oxide layer is fitted on the surface of the electron emission layer as described above. The same effect as the configuration according to claim 1 can be obtained without hindering the stability of the device.

【0083】本発明の請求項4記載の電子放出性電極の
製造方法は、Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、T
h、U、Npのグループから選ばれる少なくとも一つの
元素を有する金属膜を水素ガスを含む雰囲気中で水素化
することを特徴とする。
The method for manufacturing an electron-emitting electrode according to the fourth aspect of the present invention is characterized in that Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, T
A metal film having at least one element selected from the group consisting of h, U, and Np is hydrogenated in an atmosphere containing hydrogen gas.

【0084】上記構成によれば、上記に示される元素か
らなる金属膜を形成した後にこれを水素化することで、
上記電極材料を含み、電子放出層となる薄膜を容易に形
成することができる。すなわち、上記電極材料を含有す
る電子放出層を有する電子放出性電極を容易に製造する
ことができる。
According to the above structure, after forming the metal film made of the element shown above, this is hydrogenated,
A thin film including the above-mentioned electrode material and serving as an electron emission layer can be easily formed. That is, an electron-emitting electrode having an electron-emitting layer containing the above electrode material can be easily manufactured.

【0085】本発明の請求項7に記載の冷陰極蛍光管
は、Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、N
pのグループから選ばれる少なくとも一つの元素の水素
化物を有する電子放出性電極を備えることを特徴とし、
上記水素化物を有することにより電子放出性電極の放電
特性が安定し、また低い電圧で冷電子を放出することが
できる。
The cold-cathode fluorescent tube according to claim 7 of the present invention comprises Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, N
comprising an electron-emitting electrode having a hydride of at least one element selected from the group of p,
By having the hydride, the discharge characteristics of the electron-emitting electrode can be stabilized, and cold electrons can be emitted at a low voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態の電極材料として用いられる
水素化イットリウムのX線回折のパターンを示す図面で
ある。
FIG. 1 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern of yttrium hydride used as an electrode material according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態の電極材料として用いられる
水素化イットリウムの元素成分を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing elemental components of yttrium hydride used as an electrode material according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態の電極材料として用いられる
水素化イットリウムの反射率を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the reflectance of yttrium hydride used as an electrode material according to an embodiment of the present invention.

【図4】上記電極材料として用いられる水素化イットリ
ウムの透過率を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the transmittance of yttrium hydride used as the electrode material.

【図5】(a)、(b)はともに上記電極材料として用
いられる水素化イットリウムの結晶構造を示す図面であ
る。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a crystal structure of yttrium hydride used as the electrode material.

【図6】本発明の実施形態の電子放出性電極の概略構造
を示す図面である。
FIG. 6 is a drawing showing a schematic structure of an electron-emitting electrode according to an embodiment of the present invention.

【図7】上記電子放出性電極を備えた冷陰極管を示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a cold-cathode tube provided with the electron-emitting electrode.

【図8】本発明の実施形態のホロー型電子放出性電極の
概略構造を示す図面である。
FIG. 8 is a view showing a schematic structure of a hollow electron-emitting electrode according to an embodiment of the present invention.

【図9】上記ホロー型電子放出性電極を備えた冷陰極管
を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a cold cathode tube provided with the hollow-type electron-emitting electrode.

【図10】上記電子放出性電極の製造の水素化工程にお
ける水素化可能な水素濃度範囲と処理温度範囲、及び電
極材料として好適な水素濃度範囲と処理温度範囲を示す
グラフである。
FIG. 10 is a graph showing a hydrogen concentration range that can be hydrogenated and a processing temperature range, and a hydrogen concentration range and a processing temperature range suitable as an electrode material in a hydrogenation step in the production of the electron-emitting electrode.

【図11】上記電子放出性電極の製造の水素化工程にお
いて、水素濃度と処理温度を変えた場合の減圧下での水
素の放出量を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the amount of hydrogen released under reduced pressure when the hydrogen concentration and the processing temperature are changed in the hydrogenation step in the production of the electron-emitting electrode.

【図12】上記電子放出性電極の製造の水素化工程にお
いて、水素濃度と処理温度を変えた場合の真空中での水
素の放出量を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the amount of hydrogen released in vacuum when the hydrogen concentration and the processing temperature are changed in the hydrogenation step in the production of the electron-emitting electrode.

【図13】上記電子放出性電極を用いた冷陰極蛍光管の
過電流寿命試験の結果を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the results of an overcurrent life test of a cold cathode fluorescent tube using the electron-emitting electrode.

【図14】良好な条件で製造された上記電子放出性電極
を用いた冷陰極蛍光管の連続点灯試験の結果を示すグラ
フである。
FIG. 14 is a graph showing the results of a continuous lighting test of a cold cathode fluorescent tube using the electron-emitting electrode manufactured under favorable conditions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 冷電子放出性電極 20 冷陰極蛍光管 30 冷電子放出性電極 40 冷陰極蛍光管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cold electron emission electrode 20 Cold cathode fluorescent tube 30 Cold electron emission electrode 40 Cold cathode fluorescent tube

フロントページの続き (72)発明者 森 裕一 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社技術研究所内 (72)発明者 平間 浩則 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社技術研究所内Continued on the front page (72) Inventor Yuichi Mori 1-3-1 Edanishi, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Stanley Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hironori Hirama 1-3-3, Edanishi, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 1 Stanley Electric Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、T
h、U、Npのグループから選ばれる少なくとも一つの
元素の水素化物を有することを特徴とする電子放出性電
極。
1. Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, T
An electron-emitting electrode comprising a hydride of at least one element selected from the group consisting of h, U, and Np.
【請求項2】 前記水素化物は、RH2-x (RはSc、
Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npのグルー
プから選ばれる少なくとも一つの元素、Hは水素、−1
<x<1)で示されることを特徴とする請求項1記載の
電子放出性電極。
2. The hydride is RH 2-x (R is Sc,
At least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np;
2. The electron-emitting electrode according to claim 1, wherein x <1.
【請求項3】 Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、T
h、U、Npのグループから選ばれる少なくとも一つの
元素の酸化物を有することを特徴とする請求項1または
2記載の電子放出性電極。
3. Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, T
The electron-emitting electrode according to claim 1, further comprising an oxide of at least one element selected from the group consisting of h, U, and Np.
【請求項4】 電子放出性電極の製造方法であって、 Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、Npの
グループから選ばれる少なくとも一つの元素を有する金
属膜を水素ガスを含む雰囲気中で水素化することを特徴
とする電子放出性電極の製造方法。
4. A method for manufacturing an electron-emitting electrode, comprising: forming a metal film containing at least one element selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, Th, U, and Np with hydrogen gas. A method for producing an electron-emitting electrode, wherein the method comprises hydrogenating in an atmosphere containing hydrogen.
【請求項5】 10ppm以上、0.5体積%以下の水
素ガスを含む不活性ガス雰囲気中において前記金属膜の
水素化が行われることを特徴とする請求項4記載の電子
放出性電極の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein the metal film is hydrogenated in an inert gas atmosphere containing 10 ppm or more and 0.5 vol% or less of hydrogen gas. Method.
【請求項6】 前記水素化工程において水素ガスを含む
雰囲気中で、前記金属膜を200℃以上、700℃以下
で加熱処理することを特徴とする請求項4または5記載
の電子放出性電極の製造方法。
6. The electron emitting electrode according to claim 4, wherein the metal film is subjected to a heat treatment at a temperature of 200 ° C. or more and 700 ° C. or less in an atmosphere containing a hydrogen gas in the hydrogenation step. Production method.
【請求項7】 Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、T
h、U、Npのグループから選ばれる少なくとも一つの
元素の水素化物を有する電子放出性電極を備えることを
特徴とする冷陰極蛍光管。
7. Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu, T
A cold cathode fluorescent tube comprising an electron-emitting electrode having a hydride of at least one element selected from the group consisting of h, U, and Np.
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