KR20050117473A

KR20050117473A - 전계 전자 방출 소자 및 조명 장치

Info

Publication number: KR20050117473A
Application number: KR1020040101124A
Authority: KR
Inventors: 히라키아키오; 하바마사노리
Original assignee: 다이야라이토쟈판 가부시키가이샤
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2005-12-14
Also published as: EP1605489A3; TW200540910A; TWI349299B; EP1605489A2; KR101150089B1; US20050275329A1

Abstract

이 전계 전자 방출 소자는 표면에 요철을 갖는 선형의 도선과, 상기 도선의 요철 표면에 형성한, 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 구비하고 있다. 바람직하게는 상기 요철은 상기 도선 표면에의 홈 가공에 의해 형성되어 있다. 바람직하게는, 전자 방출부는 카본 나노 튜브, 카본 나노 월, 카본 파이버, 그라파이트 파이버, 아모르퍼스 카본 파이버, 다이아몬드 파이버에서 선택된 1종 또는 이들의 조합으로 이루어지는 미소 선형물로 이루어진다.

Description

전계 전자 방출 소자 및 조명 장치 {FIELD ELECTRON EMISSION DEVICE AND LIGHTING DEVICE}

본 발명은 전계 전자 방출 소자 및 조명 장치에 관한 것으로, 보다 자세히는, 고휘도 램프 등의 조명 광원이나 박형 디스플레이 등의 전자 빔 방출원에 적용할 수 있는 전계 전자 방출 소자 및 그 전계 전자 방출 소자를 갖춘 조명 장치에 관한 것이다.

전계 전자 방출 소자(음극)에 설치한 다수의 전자 방출부(에미터)로부터 전자를 양극을 향해 방출시키고, 그 방출시킨 전자를 양극에 도포한 형광체에 고속으로 가속하면서 충돌시켜, 그 형광체를 그 전자 충격에 의해 발광시켜서, 이 발광을 조명광으로서 이용하는 구성으로 한 조명 장치가 이미 제안되어 있다. 이러한 조명 장치는 전계 전자 방출 소자로부터의 전자 방출 형태에서, 발광면이 평면적인 면상 광원, 예컨대, 평면 디스플레이 등에는 적용할 수 있더라도, 일반적인 발광면이 선형적인 선형 광원형, 예컨대 직관형의 조명 장치에 적용하려면 기술적으로 해결할 과제가 있었다.

본 발명에 의한 전계 전자 방출 소자는 표면에 요철을 갖는 선형의 도선과, 상기 도선의 요철 표면에 형성한, 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 선형 도선의 표면의 길이 방향을 따라서 요철을 설치함으로써, 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 형성할 때에, 표면이 평평한 도선보다도 전자 방출부 생성 핵의 발생이 촉진되고, 발생한 전자 방출부 생성 핵이 합체 성장하여 전자 방출부가 형성되게 되어, 전자 방출부를 선형으로 형성할 수 있다. 더구나, 돌출된 볼록부에 형성된 전자 방출부의 선단에, 보다 강한 전계 집중이 생기기 때문에, 전자 방출이 현저히 촉진되어, 종래보다도 보다 저전압 구동이 가능하게 된다. 이 경우, 선형의 도선을 따라서 다수의 볼록부가 형성되므로, 도선의 전체에 걸쳐 전자 방출량을 균등하게 할 수 있으며, 전자 방출 밀도도 높게 할 수 있으므로, 고휘도를 요하는 조명 장치에의 적용에 보다 알맞은 것으로 된다.

여기서, 상기 「선형」이란, 직선형에 한정되지 않고, 나선형의 선형이나 파상의 선형 등의 곡선형, 직선형과 곡선형이 혼합된 선형 형상을 포함한다.

상기 「도선」은 속이 꽉 찬 형상, 속이 빈 중공 형상을 막론하는 것이며, 또한, 그 단면 형상은 특별히 한정되지 않고, 원형에 한하지 않으며, 타원형, 직사각형, 그 밖의 형상이라도 좋다.

상기 「요철」이란, 도선의 표면이 평평하지 않음을 말하며, 예컨대, 돌기, 오목부, 혹은 홈 등에 의해서 표면에 요철을 갖는 것을 말한다.

상기 「도선」은 요철을 표면의 전면에 갖는 것이라도 좋지만, 부분적으로 갖는 것이라도 좋다.

이 도선의 외경은 용도 등에 따라 적절하게 선택되는데, 선재 가공의 이유에서 바람직하게는 0.5∼2 mm 정도 이내이며, 보다 바람직하게는 1 mm 정도 이내이다. 또한, 이 도선의 외경에 대한 요철의 높이의 비는 막형성 조건의 이유에서 예컨대, 1 mmΦ의 도선에 대하여, M0.5∼M1(JlS 가는 나사(fine screw thread)) 정도인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 mmΦ 도선에 대하여, M1(J1S 가는 나사) 정도이다.

전자 전도성을 갖는 전자 방출부는 카본계의 재료, 예컨대, 카본 나노 튜브, 카본 나노 월, 다이아몬드 같은 카본, 그라파이트, 풀러렌(fullerene) 등으로 이루어지는 것이 비교적 낮은 전계에서 전자를 방출시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 요철의 형상에 한정되지 않지만, 예컨대 상기 요철을 나사 컷팅 등에 의한 홈 가공에 의해서 형성할 수 있다. 이 가공 형태에 의하면, 요철인 나사의 곡(谷)과 산(山)이, 비교적 예리한 형상이기 때문에, 전자 방출부를 형성할 때에, 핵의 발생이 한층 더 촉진된다. 또, 예리한 나사의 산에 형성된 전자 방출부의 선단에 전계가 집중되기 때문에, 전자 방출이 한층 더 촉진된다.

상기 요철은 도선의 표면 거칠기의 설정에 의해 형성하더라도 좋다. 예컨대, 도선을 연마나 선삭 등으로 기계 가공할 때의 가공선의 거칠기 혹은 도선 표면을 소요 표면 거칠기로 화학 처리했을 때의 표면 거칠기 등이 있다.

또한, 본 발명의 전계 전자 방출 소자는 서로 꼬아 맞춘 복수의 도선 중, 전자 방출부 형성의 촉매가 되는 촉매 금속의 도선을 포함하며, 이 촉매 금속 도선 위에, 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 형성하더라도 좋다. 본 발명에 적용되는 촉매 금속은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 Ni, Fe, Co의 적어도 어느 한 1종이다. 촉매 금속의 도선은 도선 자체가 촉매 금속으로 구성되어 있는 것이 바람직하지만, 도선 자체는 촉매 금속이 아니라 다른 금속으로 하고, 그 도선의 표면에, 촉매 금속을 형성하더라도 좋다.

본 발명에 의하면, 도선을 서로 꼬아 맞추고 있으므로, 촉매 금속의 도선은 요철형으로 되며, 이 촉매 금속의 도선에 전자 방출부를 형성하고 있으므로, 전자 방출부의 선단에, 보다 강한 전계 집중이 생겨, 전자 방출이 현저히 촉진되는 것으로 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 고휘도가 필요한 조명 장치에의 적용에 보다 알맞은 것으로 된다.

본 발명의 전계 전자 방출 소자의 제조에 있어서, 전자 방출부를, 카본 나노 튜브나 카본 나노 월 등의 카본계의 미소 선형물로 구성하는 것이 바람직하며, 이 미소 선형물은 예컨대 플라즈마 공간에 높은 에너지를 투입할 수 있는 DC 플라즈마 CVD법에 의해서 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전계 전자 방출 소자의 다른 제조에 있어서, 선형의 도선에 홈 가공을 실시하고, 이 홈 가공을 실시한 선형의 도선에, 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 형성한다. 홈 가공은 도선의 전체 둘레에 홈을 형성하는 것이라도 좋고, 부분적으로 형성하는 것이라도 좋고, 또한, 나사 홈을 형성하는 것이라도 좋다. 한편, 바람직하게는, 홈 가공을 실시하기 전에, 선형의 도선에 전자 방출부 형성의 촉매가 되는 촉매 금속층을 형성할 수 있다. 이러한 경우에는 홈 이외의 볼록부의 표면에는 촉매 금속층이 존재하고 있기 때문에, 홈 이외의 볼록부에 있어서 전자 방출부를 선택적으로 형성할 수 있다.

본 발명의 조명 장치에 있어서, 진공 외부 주변 기기는 장방형상인 것이 바람직하며, 금속 막대를, 길이 방향으로 수납 배치하여, 전계 전자 방출 소자를, 길이 방향을 따라서 금속 막대와 대향 배치하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관해서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 전계 전자 방출 소자(선형 음극)를 구비한 조명 장치의 사시도이며, 도 2는 동 조명 장치의 종단 측면을 도시하는 단면도이며, 도 3은 도 2의 화살표 A-A선 방향에서 본 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 이 조명 장치(1)는 외관이 한 방향으로 긴 길이의 관 형상으로서 직관 형상을 이루며 내부를 진공 내지는 거의 진공의 기밀 상태로 된 진공 외부 주변 기기(10)를 갖춘다. 진공 외부 주변 기기(10)는 직관형 유리관(10a)과 이 직관형 유리관(10a)의 양단 개구를 밀봉하는 원판형 덮개(10b, 10b)에 의해 구성되어 있다. 진공 외부 주변 기기(10)의 재료는 유리 재료인데, 진공 외부 주변 기기(10)의 재료는 발광 광을 투과, 반투과 혹은 소요 투과율로 투과할 수 있는 재료라면 이용할 수 있다. 이 실시형태 이외의 형상으로서, 예컨대, 원판형 덮개(10b, 10b)의 양측 또는 일측을 생략하여 양단이 닫힌 유리관 혹은 일단 측이 닫힌 유리관(10)의 구성으로 할 수 있다.

유리관(10)의 내부에, 그 길이 방향을 따라서, 원판형 덮개(10b, 10b)에 양단이 고정되고, 외주면에 형광체(12)를 갖춘 단면 원형의 형광체를 지닌 양극(11)이 배치되어 있다. 선형 음극(전계 전자 방출 소자)(13)은 형광체를 지닌 양극(11)을 둘러싸는 형태로 배치되어 있다. 형광체를 지닌 양극(11)은 속이 찬 구조이지만, 중공 형상 구조라도 좋고, 또한, 형광체를 지닌 양극(11)의 소재는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 알루미늄, 구리, Ni, SUS 등으로 이루어진다. 또한, 형광체를 지닌 양극(11)의 표면은 형광체(12)의 접착성과, 형광체(12)의 발광을 반사 특성이 우수한 예컨대 경면 마무리로 되어 있다. 형광체(12)의 형성은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 형광체의 분무 도장이나, 시트형 형광체의 접착 등에 의해 형성할 수 있다. 형광체(12)의 재료는 전자 충격에 의해 발광 가능하면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 형광체(12)의 외주면은 발광면으로 된다. 형광체(12)의 소재는 백색 형광체 재료, 녹색 형광 재료, 청색 형광 재료, 적색 형광체 재료, 기타 등이 있으며, 그 조명 색에 따라서 적절히 선택하거나 조합하거나 하면 된다. 형광체(12)는 1색이라도 여러 색이라도 좋다.

전계 전자 방출 소자인 선형 음극(13)은 직선형의 도선(20)과, 전자 방출부(29)로 구성되어 있다. 도선(20)은 유리관(10) 내부에 그 길이 방향을 따라, 또한, 그 표면의 길이 방향으로 교대로 오목부(21)와 볼록부(22)를 갖는다. 선형 음극(13)의 외경은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 1 mm 정도의 외경이다. 전자 방출부(29)는 전자 전도성을 갖는다. 도선(20)의 표면의 오목부(21)와 볼록부(22)의 형성 수법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 도선(20)에 대하여 나사 컷팅 가공에 의해 형성하고 있다. 전자 방출부(29)의 전자 방출 형태에 특별히 한정되지 않는다. 전자 방출부(29)는 바람직하게는 카본 나노 튜브 또는 카본 나노 월 등의 카본계의 미소 선형물에 의해 구성되어 있다. 선형 음극(13)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 유리관(10)의 직선이나 곡선 형상에 맞출 수 있다.

선형 음극(13)은 형광체(12)의 원주 방향 등간격으로 복수 배치되어 있다. 그 배치 개수에는 한정되지 않는다. 선형 음극(13)의 소재는 전자 방출 특성이 우수한 금속이면 된다.

형광체(12)의 전면을 전자 충격에 의해 발광시키려면, 선형 음극(13)과 형광체(12)의 간격을 넓혀 고전위를 인가할 수 있게 하거나, 혹은 선형 음극(13)의 설치 개수를 늘려 형광체(12)의 원주 방향 상호 간격을 좁히거나 하면 된다.

스페이서(14)는 형광체(12)와 선형 음극(13)과의 이격 간격을 소정의 크기로 설정하기 위해서 이용된다. 스페이서(14)는 형광체(12)의 양단 각각에 바깥끼움한 1쌍의 고리체(14a)와, 각 고리체(14a) 각각의 원주 방향 소요 간격으로 설치한 지름 방향 외향의 복수의 돌기(14b)에 의해 구성되어 있다.

선형 음극(13)은 형광체(12) 양단 각각의 스페이서(14)의 돌기(14b) 사이에 가설되며, 형광체(12) 표면과의 사이에 지름 방향에 대하여 소정 간격을 두고 배치된다. 그 고리체(14a)는 형광체(12)에 접착하더라도 좋다. 선형 음극(13)은 스페이서(14)를 이용하지 않고, 유리관(10)의 내주측에 설치하더라도 좋다. 선형 음극(13)의 설치에 스페이서(14)를 이용하지 않을 때, 선형 음극(13)의 설치에는 유리관(10)의 내경을 세경(細徑)으로 하는 것이 바람직하다. 각 선형 음극(13) 각각은 환상의 도체(15)에 의해서, 서로 전기적으로 접속된다. 양극(11)과 선형 음극(13)의 일단 측과의 사이에는 전선(16)을 통해 펄스 전원(17)이 접속된다.

상의 구성을 갖춘 조명 장치(1)에 있어서는, 펄스 전원(17)으로부터 음극(11)에 플러스의 전압, 예컨대, 플러스의 펄스 전압을 인가하면, 선형 음극(13)을 구성하는 도선(20)의 요철(오목부(21)와 볼록부(22)) 표면의 전자 방출부(29)에 전계 집중이 강하게 생겨, 전자 방출부(29)로부터 전자가 인출되어 방출된다. 이 방출된 전자는 양극(11)에 의해 가속되어 형광체(12)에 전자 충돌하여, 형광체(12)가 발광한다. 이로써, 조명 장치(1)의 조명이 이루어진다. 이 조명 장치에서는 전자 방출부(29)로부터의 전자의 인출에 게이트를 필요로 하지 않는다. 이것은 선형 음극(13)의 도선(20)의 표면에 요철이 있어, 이 요철에 전계가 강하게 집중할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 이 조명 장치(1)에서는 구성이 간소하게 되는 동시에, 전압의 인가나 그 제어도 용이하게 된다. 또한, 게이트를 내부에 설치할 필요가 없으므로, 진공 외부 주변 기기(10)의 관 형상을 보다 미세하게 할 수 있다.

조명 장치(1)에 있어서는, 도선(20)의 외주면의 길이 방향으로 균등하게 요철 형상을 붙여, 전자 방출부(29)인 카본 나노 튜브의 발생 밀도를 그 길이 방향으로 높고 균등하게 할 수 있다. 이로써 전자 방출부(29)로부터 방출하는 전자의 방출 강도나 방출량을 균등하게 하여, 진공 외부 주변 기기(10)의 길이 방향 전체에 균등하게 고휘도로 조명 광을 발할 수 있다.

선형 음극(13)의 제조 방법을 설명한다.

우선, 도 4에 도시한 바와 같이, 예컨대, 외경 1 mm의 Ni로 이루어지는 중공의 도선(20)에, M1의 나사 컷팅 가공을 실시하여, 곡(21)과 산(22)으로 이루어지는 요철을 형성한다. 이 실시형태에서는, M1 거친 나사(coarse thread)의 나사 컷팅 가공을 실시하고 있고, 외경이 1 mm, 피치가 0.25 mm, 곡의 지름이 0.729 mm으로 되어 있다. 이어서, M1의 나사 컷팅 가공을 실시한 Ni로 이루어지는 도선(20)에 대하여, 도 5에 도시하는 DC 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 전자 방출부로서의 카본 나노 튜브를 형성한다.

상기 DC 플라즈마 CVD 장치는 진공실(V) 내에, Mo 금속제의 음극 전극판(K2)과 애노드 전극판(A34)을, 위아래로 대향 배치하여 평행 평판 전극을 구성하고, 양극 전극판(A34)과 음극 전극판(K2) 사이에 직류 전원(DC)으로부터, 소요의 직류 전압 예컨대 700 V가 인가된다. 진공실(V)은 도시하지 않은 진공 펌프가 접속하는 배기구(M1)와, 원료 가스를 도입하는 가스 도입구(M2)를 구비한다.

상기한 바와 같이 나사 컷팅 가공한 도선(20)을 음극 전극판(K2) 상의 도시하지 않은 기판 상에 적재한다. 원료 가스로서, 수소와 메탄의 혼합 가스 혹은 수소와 일산화탄소의 혼합 가스가 이용된다. 원료 가스는 가스 도입구(M2)로부터 진공실(V) 내로 도입된다. 직류 전원(DC)에 의해 양극 전극판(A34)과 음극 전극판(K2) 사이에 직류 전압이 인가된다. 이로써, 상기 진공실(V) 내에 600℃∼1000℃ 전후의 고온의 플라즈마가 발생한다. 도선(20)은 그 고온의 플라즈마에 노출되어진다. 이에 따라서, 도선(20)에 카본 나노 튜브 혹은 카본 나노 월이 성막된다. 카본 나노 튜브 혹은 카본 나노 월은 수 μm 정도의 길이로 성장한다.

도 6은 이상과 같은 식으로 하여, 예컨대, 카본 나노 튜브(29)에 의한 전자 방출부를 형성한 도선(20), 즉, 선형 음극(13)을 부분 확대하여 도시하는 단면도이다. 도선(20)의 요철 표면 중 특히 볼록부에 카본 나노 튜브(29)의 핵의 발생이 촉진되며, 발생한 핵이 합체 성장하여 카본 나노 튜브(29)가 형성된다. 이로써, 카본 나노 튜브(29)는 도선(20)의 요철 표면에 형성된다. 카본 나노 튜브(29)는 기판 상에 적재되는 도선(20)의 하면 측을 제외하고, 도선(20)의 거의 전체 둘레에 걸쳐 형성된다.

이와 같이, 선형의 도선(20)에 나사 컷팅 가공을 실시하여 요철을 형성하고 있기 때문에, 표면에 요철이 없는 평평한 도선에 비해서, 요철이 다수 존재하는 전자 방출부로서의 카본 나노 튜브를 용이하게 성막하는 것이 가능하게 된다. 더구나, 전술한 조명 장치를 구성했을 때에, 나사산(22)의 부분에서 카본 나노 튜브(29)가 돌출된 선단에 전계 집중이 발생하여 전자 방출이 촉진되게 되어, 저전압 구동이 가능하게 된다.

구체적으로는 도 1 내지 도 3과 같이, 외경 1 mm, 길이 10 cm의 선형 음극(13)에, 3 mm 간격으로, 외경 2 mm로 길이 10 cm의 형광체를 지닌 금속 양극을 구성하고, 10^-6 Torr의 진공하에서 펄스 전압 6 kV(1 kHz)을 인가함으로써 1 mA/cm²의 전류가 흘러, 20만 cd/m²의 발광 휘도를 얻었다. 이 실시형태에서는, JlS(일본 공업 규격)에 규정된 M1의 나사에 대응하는 나사 컷팅 가공을 실시했다.

도 7은 선형 음극(13)의 다른 변형을 도시하는 단면도이다. 이 선형 음극은 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 외경 1 mm의 Cu로 이루어지는 도선(30)의 표면에, 카본 나노 튜브의 성장을 재촉하는 촉매 금속층으로서, Ni층(31)을, 증착이나 전해 도금 등의 수법에 의해서 수 μm 정도의 두께로 형성한다. 이어서, 그 도선(31)의 표면에, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 나선형의 홈(32)을 형성한다. 이 홈 가공에 의해 형성되는 홈(32)은 피치(L1)가 0.2 mm, 깊이(L2)가 0.11∼0.15 mm, 볼록 부분의 폭(L3)이 0.05∼0.1 mm이다. 이 홈(32)에 의해서, 도선(30)의 표면에 요철이 형성된다. 홈(32)이 형성되어 있지 않은 볼록 부분은 홈 가공에 의해 절삭되지 않고, 촉매 금속층인 Ni층(31)이 잔존하고 있다.

이 도선(30)에, 도 5의 DC 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 전자 방출부인 카본 나노 튜브를 성막한다. 이 DC 플라즈마 CVD 장치에 의한 카본 나노 튜브의 성막시에, 도 7에 도시하는 것과 같이, Ni층(31)이 존재하고 또한 돌출된 볼록 부분에서 핵의 발생이 촉진된다. 생긴 핵은 합체 성장하여 카본 나노 튜브(33)가 형성된다. 이로써, 카본 나노 튜브(33)는 도선(30) 상에 선택적으로 형성된다. 이와 같이, 카본 나노 튜브(33)는 도 7에 도시한 바와 같이, Ni층(31)이 존재하고 있는 돌출된 볼록 부분에 형성되기 때문에, 조명 장치 등을 구성했을 때에, 볼록 부분의 카본 나노 튜브(33)의 선단에 전계가 집중되어, 전자 방출이 촉진되게 된다. 또한, 홈이 형성되어 있지 않은 Ni층(31) 상에, 카본 나노 튜브(33)를 선택적으로 형성할 수 있기 때문에, 카본 나노 튜브가 밀집하여 배치되는 일이 없고, 적절한 간격으로 배치할 수 있어, 양호한 전자 방출 특성을 얻을 수 있다.

도 9는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시한다. 이 선형 음극은 촉매 금속인 Ni로 이루어지는 도선(34)과, Cu로 이루어지는 도선(35)을 서로 꼰 선재(linear material)를 구성하고, 이 서로 꼰 선재에 도 5의 DC 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 전자 방출부인 카본 나노 튜브(CNT)를 성막한다. 이 DC 플라즈마 CVD 장치에 의한 카본 나노 튜브의 성막시에, 촉매 금속인 Ni의 도선(34)에, 카본 나노 튜브(CNT)가 선택적으로 형성된다. 이에 따라서, 카본 나노 튜브(CNT)가 도선(34) 상에 형성된다.

도 10은 선형 음극의 또 다른 변형을 도시한다. 도 11(a)에 도시하는 것과 같이, 외경 1 mm의 Cu 등의 도선(37) 상에, 카본 나노 튜브의 성장을 재촉하는 촉매 금속층으로서, Ni층(38)을 증착한다. Ni층(38)의 막 두께는 예컨대 2 μm이다. 이어서, 고온으로 가열 처리함으로써, 도 11(b)에 도시한 바와 같이, Ni층(38)을 형성하고 있었던 Ni(38)가 간격을 두고 섬(island)형으로 석출된다. 이 Ni(38)의 석출 패턴은 Ni의 증착막의 두께 등에 따라서 변화시킬 수 있다. 이어서, 도선(37)에, 도 5의 DC 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 전자 방출부인 카본 나노 튜브를 성막한다. 이 DC 플라즈마 CVD 장치에 의한 카본 나노 튜브의 성막시에, 도 10에 도시한 바와 같이, 촉매 금속인 Ni(38) 상에, 카본 나노 튜브(CNT)가 형성된다. 이로써, 카본 나노 튜브(CNT)가 도선(37) 상에 선택적으로 형성된다.

이와 같이 Ni(38) 상에 카본 나노 튜브(CNT)를 선택적으로 형성할 수 있기 때문에, 카본 나노 튜브가 밀집 배치되는 일이 없이, 적절한 간격으로 배치할 수 있어, 양호한 전자 방출 특성을 얻을 수 있다.

한편, 도선의 표면에는 바늘형체의 미소한 선단을, 도선에 압압(pressing))하여 그 표면에 오목부를 형성하거나, 미립자를 도선에 분무하여 그 표면에 요철을 형성하더라도 좋다. 전자 방출부는 카본 나노 월이나 다이아몬드 같은 카본 등의 다른 카본계의 재료를 성막하더라도 좋다. 전자 방출부는 열 CVD, RF 플라즈마 CVD, 마이크로파 플라즈마 CVD 혹은 캐소딕 아크 등에 의해 형성하더라도 좋다. 도선은 환상으로 하여, 환상 광원으로 하여도 좋다.

도 12 내지 도 14를 참조하여, 선형 음극의 또 다른 변형을 설명한다. 미리 제작해 둔 미소 선형물을 카본계의 용매에 분산시켜 슬러리(slurry)를 작성한다. 카본계의 용매로서는 테레핀유, 장뇌유, 송근유, 동식물유(야자유, 팜유) 등을 들 수 있다. 카본 막을 성막하는 도선(40)으로서, 직경 1 mm 정도의 텅스텐의 선재를 준비한다. 도선(40)의 표면에는 다수의 오목부(41)가 형성되고 있고, 나머지 부위는 볼록부(42)가 된다. 도선(40)의 형상은 선재에 한하지 않고, 판재 등이라도 좋고, 또한 재질도 텅스텐에 한하지 않고, Ni, 스테인레스, Fe 등이라도 좋다.

이어서, 상기 슬러리를 도선(40)의 표면에 도포한다. 도선(40)의 표면에는 다수의 오목부(41)가 형성되고 있기 때문에, 도선(40)의 표면에 슬러리를 도포함으로써, 슬러리가 오목부(41)로 들어가 전면에 도포된다. 이 상태에서, 도선(40)의 표면의 슬러리를 공기로 불어날리거나 진동으로 떨어뜨리거나, 다른 방법에 의해, 볼록부(42)에 붙은 슬러리만을 제거한다. 이로써, 오목부(41)에만 슬러리를 남긴다.

이어서, 슬러리를 도포한 도선(40)을 어닐링하고, 탄소계의 용매를 고화시켜, 미소 선형물(43)의 기초부에 탄화물(44)을 형성한다. 이로써 미소 선형물(43)은 도선(40)의 표면에 화학 결합된다. 이상에 의해, 도선(40)의 표면의 오목부(41)에만 미소 선형물(43)이 형성되어, 카본계의 막을 선택 성막할 수 있다.

이와 같이 구성된 카본계 막의 성막 방법에 의하면, 도선(40)의 요철 표면에 카본계의 막을 용이하게 성막할 수 있기 때문에, 양산에 적합하다. 도선(40)의 표면의 오목부(41)에만 카본계 막을 선택적으로 성막할 수 있어, 카본계 막의 성막 부위를 미리 설정하여 필요 부위에 카본계 막을 효율적으로 성막할 수 있다.

도 15를 참조하여 선형 음극의 또 다른 변형을 설명하면, 도선(40)의 표면에는 요철이 형성되어 있다. 이 오목부(41)에 물(45)을 공급한다. 도선(40)의 표면에, 미소 선형물을 탄소계의 용매에 분산시켜 이루어지는 슬러리를 도포한다. 물(45)의 발수 작용에 의해, 슬러리는 볼록부(42)에만 도포된다. 이어서, 슬러리를 도포한 도선(40)을 어닐링한다. 이에 따라서, 미소 선형물(43)의 기초부에 카본계 막(44)이 형성된다. 이상에 의해, 도선(40) 표면의 볼록부(42)에만 미소 선형물(43)이 형성된다. 도선(40)의 표면에 요철이 없고, 도선(40)의 전표면에 카본계 막을 성막하더라도 좋다.

본 실시형태는 박형의 조명 기구나 디스플레이 표시 장치 혹은 액정 표시 장치의 백라이트 등의 선형 광원으로서 사용하는 선재 표면에 탄소막을 성막하는 방법으로서 유용하다.

도 16을 참조하여 선형 음극의 또 다른 변형을 설명하면, 이 선형 음극은 카본 나노 튜브 등의 미소 선형물의 배치 간격을 제어하여 양호한 전자 방출 특성을 얻을 수 있다. 이 선형 음극은 초미립자에 미소 선형물을 혼재 배치한 도선에 전자 전도성 막을 형성한 것이다. 초미립자는 금속, 그라파이트, 다이아몬드 등의 초미립자이다. 미소 선형물은 미소하고 가늘고 길며, 직선형이나 곡선형의 것이 있고, 원형, 타원형, 직사각형, 다각형이나 그 밖의 형상의 단면을 갖춘다. 미소 선형물은 종횡비가 높고, 초미립자의 사이즈보다도 길다. 기판에는 금속 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 혹은 세라믹스 기판 등이 있으며, 도선은 초미립자 및 미소 선형물을 배치할 수 있는 직경을 갖은 금속제가 바람직하다. 미소 선형물은 카본을 주성분으로 하며, 또한, 높은 종횡비를 갖는 것이 바람직하다. 높은 종횡비로서는 1∼수백인 것이 바람직하고, 5∼100인 것이 보다 바람직하다. 미소 선형물로서는 카본 나노 튜브, 카본 나노 월, 카본 파이버, 그라파이트 파이버, 아모르퍼스 카본 파이버, 다이아몬드 파이버의 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 카본 나노 튜브 등은 높은 종횡비를 지니고, 전계가 집중하기 쉬워, 비교적 낮은 전압으로 전자를 방출시킬 수 있고, 또한, 수명도 긴 것으로 된다. 미소 선형물은 그 길이가, 초미립자의 사이즈보다도 큰 것인 것이 바람직하다. 초미립자에 대하여, 초미립자의 사이즈보다도 길이가 큰 미소 선형물을 의도적으로 혼재시킴으로써, 길이가 긴 미소 선형물은 그 단부가 초미립자에 비해서 기판 위 혹은 도선 위에 높게 돌출되기 때문에, 이 부분에 전계가 집중하여 전자가 방출되게 되어, 설계에 따른 균일하고 높은 전자 방출 사이트 밀도를 갖는 전자 방출 소자를 실현할 수 있다. 초미립자의 사이즈는 백 나노미터 오더에서부터 마이크로미터 오더인 것이 바람직하며, 미소 선형물의 길이는 마이크로미터 오더에서부터 십 마이크로미터 오더인 것이 바람직하고, 미소 선형물의 지름은 나노미터 오더에서부터 백 나노미터 오더인 것이 바람직하다. 또한, 전자 전도성 막의 두께는 나노미터 오더에서부터 백 나노미터 오더인 것이 바람직하다. 백 나노미터 오더에서부터 마이크로미터 오더란 100 nm∼9 μm의 범위를 말한다. 마이크로미터 오더에서부터 십 마이크로미터 오더란 1 μm∼99 μm의 범위를 말한다. 나노미터 오더에서부터 백 나노미터 오더란, 1 nm∼999 nm의 범위를 말한다.

상기 전계 전자 방출 소자의 제조 방법은 초미립자에 미소 선형물을 혼재시켜, 기판 위 또는 도선 위에 배치하는 제1 공정과, 초미립자에 미소 선형물이 혼재되어 배치된 기판 위 또는 도선 위에, 전자 전도성 막을 형성하는 제2 공정을 포함한다.

본 실시형태에 의하면, 기판 위 또는 도선 위에, 초미립자에 미소 선형물을 혼재시켜 배치하여, 전자 전도성 막을 형성하기 때문에, 소요 사이즈의 초미립자에 대하여 소요 길이의 미소 선형물을 설계적으로 혼재시킴으로써, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물의 배치 간격을 제어할 수 있어, 종래예의 카본 나노 튜브와 같이 밀집하여 배치되는 일이 없고, 균일하고 높은 전자 방출 밀도의 전자 방출 소자가 실현된다. 제1 공정은 초미립자에 미소 선형물을 혼재시킨 콜로이드 용액을, 기판 또는 도선에 도포하는 공정 또는 콜로이드 용액에 기판 또는 도선을 담구는 공정 중 어느 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 미소 선형물의 길이는 초미립자의 사이즈보다도 큰 것인 것이 바람직하다. 초미립자에 대하여, 초미립자의 사이즈보다도 길이가 큰 미소 선형물을 의도적으로 혼재시킴으로써, 길이가 큰 미소 선형물은 그 단부가, 초미립자에 비해 기판 위 또는 도선 위에 높게 돌출되기 때문에, 이 부분에 전계가 집중하여 전자가 방출되게 되어, 설계에 따른 균일하고 높은 전자 방출 사이트 밀도를 갖는 전자 방출 소자를 실현할 수 있다. 미소 선형물은 그 길이가 상기 초미립자의 사이즈보다도 큰 것인 것이 바람직하다. 도 16(a)에 도시한 바와 같이 도선(51)의 표면에 초미립자(52)에 미소 선형물(54)을 혼재 배치한다. 초미립자(52)는 백 나노미터 오더에서부터 마이크로미터 오더 범위 내의 특정한 사이즈, 예컨대, 평균 입자 지름이 수백 nm이다. 초미립자를 세정 정제 분산하고, 그 분산액을 원심 분리하여, 그 웃물의 콜로이드 용액에 알코올을 가하여 전량 조정한다. 또한, 불화수소를 가하여 원심 분리하고, 상청액을 미립자 콜로이드 용액으로 한다. 이 미립자 콜로이드 용액 중에, 미소 선형물을 혼합 분산 처리하고, 그 처리액에 도선 또는 기판을 수분간 담구어, 건조하면, 도 16(b)에 도시하는 도선이나 기판 상에, 초미립자(52)에 미소 선형물(54)이 혼재되어 배치 형성된다. 한편, 도선이나 기판(51)을 회전시켜 상기 처리액을 적하하거나 분무하거나 하더라도 좋다.

이어서, 도 16(b)에 도시하는 것과 같이 CVD법을 이용하여 저온에서 전자 전도성 막인 비정질 탄소막(DLC)(55)를, 수100 nm의 두께로 형성하여 전계 전자 방출 소자를 얻는다. 이 비정질 탄소막(55)은 미소 선형물(54)의 기계적, 전기적인 접합을 한다. 이상의 제조에 의해 얻어진 전계 전자 방출 소자는 냉음극으로서 진공(10^-7 Torr 정도) 속에서 형광체를 도포한 양극에 대향 배치되고, 전압 인가에 의해 진공 중에 전자가 인출되어 형광체에 전자 충돌하여 여기 발광시키는 것이다. 미소 선형물의 하나인 카본 나노 튜브는 전계가 집중하면, 양극을 향하여 일어나기 때문에, 카본 나노 튜브를 직립시키기 위한 특수한 정렬을 할 필요가 없다. 초미립자(52)의 사이즈보다도 긴 카본 나노 튜브를 설계적으로 혼재시키면, 카본 나노 튜브는 다른 부분보다도 높게 돌기형으로 되어 전계가 집중하여 전자를 설계적으로 방출할 수 있게 된다. 이 전계가 집중하는 부분의 수나 간격은 카본 나노 튜브의 혼합 비율 등에 따라 설계·규정할 수 있다. 따라서, 카본 나노 튜브의 배치를 설계적으로 제어할 수 있어, 카본 나노 튜브를 적절한 간격으로 배치함으로써, 종래예와 같이, 카본 나노 튜브가 밀집하여 배치된다고 하는 일이 없이, 양호한 전자 방출 특성을 얻을 수 있다. 카본 나노 튜브의 배치 간격은 스크리닝(screening) 효과를 고려하면, 카본 나노 튜브의 길이(L)에 대하여, L∼3L인 것이 바람직하다. 이 실시형태의 전자 방출 소자는 수백 nm 사이즈의 다이아몬드 등의 초미립자 사이의 수백 nm의 간격에 혼재된 카본 나노 튜브 등의 미소 선형물에 전계가 집중하여 전자 방출 사이트로 되어 전자를 방출시킬 수 있다. 전계는 차폐 효과에 의해, 어떤 전자 방출 사이트로부터의 방출 전류가 감소하면 다른 전자 방출 사이트에 전계가 집중하게 되기 때문에, 전자 방출원으로서 작용하는 사이트의 수가 매우 많으므로, 장기 수명화가 보증된다.

초미립자로서는 다이아몬드 이외에, 금이나 니켈 등의 금속의 초미립자, 그라파이트의 초미립자(sp² 성분이 높은 탄소의 초미립자)가 있다. 기판은 유리, 플라스틱, 실리콘, 세라믹스, 몰리브덴, 금속으로 작성하더라도 좋고, 높은 전자 전도도를 보이는 n⁺ 실리콘, 그라파이트, 금속 등을 이용하여 전계 방출 전자의 공급원으로 할 수도 있다. 전자 전도성 막에는 SP² 성분이 많은 DLC막이나 그라파이트막 혹은 금속막이라도 좋다. CVD법은 유자장 마이크로파 플라즈마 CVD법이 있으며, 또한, 캐소딕 아크법, 이온 플레이팅법, 열 필라멘트법을 이용하더라도 좋다. 미소 선형물에는 카본 나노 월, 카본 파이버, 그라파이트 파이버, 아모르퍼스 카본 파이버, 다이아몬드 파이버 등이 있다. 사이즈가 다른 초미립자를 추가 혼재시키더라도 좋다.

본 발명의 또 다른 실시형태를 설명하면, 이 실시형태의 전계 전자 방출 소자는 기판 또는 도선 위에 소요의 배치로 전자 전도성을 갖는 미소 선형물을 형성하여 구성된다. 소요의 배치란, 밀집하지 않는 배치를 말하며, 초미립자의 사이즈의 선택이나 활성화 처리를 실시하는 부위 등에 따라 규정되는 설계적인 배치를 말한다. 이 실시형태에서는 기판 또는 도선 상에, 소요 배치로 전자 전도성을 갖는 미소 선형물을 형성하고 있기 때문에, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물의 배치 간격을 제어하여 전자 방출 밀도를 높고 또 균일하게 할 수 있다. 기판 또는 도선은 전자 전도성을 갖더라도 좋다. 기판은 금속, n형 실리콘, 그라파이트 등의 기판인 것이 바람직하다. 또한, 도선은 금속인 것이 바람직하다. 초미립자는 금속 입자나 그라파이트 입자 등이 바람직하며, 초미립자 사이즈는 마이크로미터 오더에서부터 십 마이크로미터 오더이다. 초미립자는 기판 또는 도선에 시딩(seeding)하는 것이 바람직하다.

이 실시형태에 의하면, 기판 또는 도선 상에 설치한 초미립자 상에 미소 선형물을 형성하기 때문에, 마이크로미터 오더 등의 소요 사이즈의 초미립자를 설계적으로 이용함으로써, 초미립자의 사이즈에 따른 소요 배치로 미소 선형물을 형성하는 것이 가능하게 되고, 따라서, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물의 배치 간격을 제어하여, 균일하고 높은 전자 방출 밀도의 전자 방출 소자가 실현된다. 기판 또는 상기 도선을 전자 전도성을 갖는 것으로 하고, 미소 선형물을 기판 또는 도선 상에 형성한 촉매 금속 상에 형성할 수 있다. 촉매 금속으로서는 Ni, Fe, Co의 적어도 어느 한 1종에서 선택할 수 있다.

이 실시형태에 의하면, 기판 또는 도선 상에 형성된 촉매 금속 위에, 미소 선형물을 형성하기 때문에, 촉매 금속을, 소요의 배치, 예컨대 간격을 지닌 섬형으로 형성해 둠으로써, 미소 선형물을, 섬형으로 형성하는 것이 가능하게 되고, 따라서, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물의 배치 간격을 제어할 수 있어, 균일하고 높은 전자 방출 밀도의 전자 방출 소자가 실현된다. 기판 또는 도선이 전자 전도성을 지니고, 미소 선형물을, 상기 기판 위 또는 상기 도선 위의 활성화 처리된 부위에 형성할 수도 있다. 활성화 처리로서는 예컨대, 기판 위 또는 도선 위에 스크래치(scratch)를 형성하여 표면을 활성화하는 것이 바람직하다. 기판 또는 도선은 Ni, Fe, Co의 적어도 어느 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다. 기판 위 또는 도선 위의 활성화 처리된 부위에, 미소 선형물을 형성하면, 미소 선형물을 소요 배치로 형성하는 것이 가능하게 되고, 따라서, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물의 배치 간격을 제어할 수 있어, 균일하고 높은 전자 방출 밀도의 전자 방출 소자가 실현된다.

전계 전자 방출 소자의 제조 방법은 기판 또는 도선 상에, 전자 전도성을 지지는 초미립자를 배치하는 공정과, 상기 초미립자 상에, 전자 전도성을 지니는 미소 선형물을 형성하는 공정을 포함한다. 기판 위 또는 도선 위에 초미립자를 배치하는 공정에서는 초미립자의 콜로이드 용액을, 기판 또는 도선에 도포하거나 혹은 그 콜로이드 용액에, 기판 또는 도선을 담구는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서는, 기판 또는 도선 상에 배치된 초미립자 위에, 미소 선형물을 형성하기 때문에, 마이크로미터 오더 등의 소요 사이즈의 초미립자를 설계적으로 배치함으로써, 초미립자의 사이즈에 따른 소요 배치로 미소 선형물을 형성하는 것이 가능하게 되고, 따라서, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물의 배치 간격을 제어할 수 있어, 균일하고 높은 전자 방출 밀도의 전자 방출 소자를 실현할 수 있다.

실시형태의 전계 전자 방출 소자의 제조 방법은 기판 또는 도선 상에, 촉매 금속을 섬형으로 형성하는 공정과, 상기 기판 또는 상기 도선의 상기 촉매 금속 상에, 전자 전도성을 갖는 미소 선형물을 형성하는 공정을 포함한다. 기판 또는 도선 상에, 촉매 금속을 섬형으로 형성하는 공정은 촉매 금속을, 기판 위 또는 도선 위에 얇게 형성하고, 고온으로 가열 처리하여, 촉매 금속을, 기판 위 또는 도선 위에, 섬형으로 석출시키거나, 혹은 촉매 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 기판 또는 도선을, 고온으로 가열 처리하여, 그 표면에, 촉매 금속을, 섬형으로 석출시켜 형성하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에 의하면, 촉매 금속을, 기판 위 또는 도선 위에, 섬형으로 석출시켜 그 위에 미소 선형물을 형성할 수 있고, 따라서, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물이 밀집하는 일이 없이 그 배치 간격을 제어할 수 있어, 균일하고 높은 전자 방출 밀도의 전자 방출 소자가 실현된다.

실시형태의 전계 전자 방출 소자의 제조 방법은 기판 위 또는 도선 위에 활성화 처리를 실시하는 공정과, 상기 기판 위 또는 상기 도선 위의 상기 활성화 처리된 부위에, 전자 전도성을 지니는 미소 선형물을 형성하는 공정을 포함한다. 이 실시형태에 의하면, 기판 또는 도선 상의 활성화 처리된 부위에, 미소 선형물을 형성하기 때문에, 소요 배치가 되도록 활성화 처리를 실시하는, 예컨대, 스크래치를 형성해 둠으로써, 미소 선형물을 소요 배치로 형성하는 것이 가능하게 되고, 따라서, 전자 방출 사이트가 되는 미소 선형물의 배치 간격을 제어할 수 있어, 카본 나노 튜브가 밀집 배치되는 일이 없이, 균일하고 높은 전자 방출 밀도의 전자 방출 소자가 실현된다.

도 17은 선형 음극의 또 다른 변형을 도시한 도면이다. 도 17(a)에 도시한 바와 같이 금속 기판(51) 상에, 전자 전도성을 갖는 초미립자(52)를 배치한다. 초미립자(52)는 마이크로미터 오더에서부터 십 마이크로미터 오더의 범위 내의 특정한 사이즈, 예컨대, 평균 입자 지름이 수 μm이다. 초미립자(52)를, 세정 정제 분산하고, 그 분산액을 원심 분리하여, 상청액의 콜로이드 용액에 알코올을 가하여 전량 조정한다. 또한, 불화수소를 가하여 원심 분리하여, 상청액을 미립자 콜로이드 용액인 처리액으로 한다.

이 처리액에, 금속 기판(51)을 수분간 담구고, 건조하면, 도 17(a)에 도시하는 금속 기판(51) 상에, 초미립자(52)를 수 μm 간격으로 배치 형성할 수 있다. 금속 기판(51)을 회전시켜 상기 처리액을 적하하거나 분무하거나 하여도 좋다. 콜로이드 용액은 액 중에서, 초미립자(52)가 거의 단일 입자의 형태로 서로 집합되지 일없이 분산하여 현탁하고 있기 때문에, 이러한 콜로이드 용액으로, 금속 기판(51)을 처리함으로써, 상기 단일 입자를 금속 기판(51) 상에 배치 형성할 수 있다.

이어서, 도 17(b)에 도시한 바와 같이, DC 플라즈마 CVD법에 의해 미소 선형물(54)을 초미립자(52) 상에 선택적으로 형성한다. 이 초미립자(52) 상의 미소 선형물(54)의 선택적인 성장은 결정 성장 이론에 의해서 설명할 수 있다.

한편, 도 18(a)에 도시한 바와 같이 금속 기판(21) 상에 미소 선형물의 성장을 재촉하는 촉매 금속으로서, 예컨대, Ni 박막(55)을, 증착 형성한다. 이어서, 고온에서 가열 처리함으로써, 도 18(b)에 도시하는 것과 같이, Ni가 적당 간격으로 섬형으로 석출된다. 이어서, 도 18(c)에 도시한 바와 같이, CVD법으로 미소 선형물(54)을, 아일런드형으로 석출된 촉매 금속인 Ni(55) 상에, 선택 성장시킨다. 이와 같이, 금속 기판(51) 상에 섬형으로 석출시킨 촉매 금속 위에 미소 선형물을 선택적으로 형성하기 때문에, 미소 선형물(51)이 밀집 배치되지 않게 되어, 양호한 전자 방출 특성을 얻을 수 있다.

한편, 도 19(a)에 도시한 바와 같이, 금속 기판(51) 상의 소요 부위에 활성화 처리로서 스크래치(60)를 형성하고 Ni 기판(51)의 활성 표면을 노출시키고, 도 19(b)에 도시하는 바와 같이 CVD법으로 미소 선형물(54)을 스크래치(60)의 형성 부위에 선택 형성하여, 전계가 집중하여 전자를 방출하는 미소 선형물(54)의 배치를 설계적으로 제어할 수 있어, 미소 선형물(54)을 적절한 간격으로 배치함으로써, 양호한 전자 방출 특성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 전계 전자 방출 소자(선형 음극)를 구비한 조명 장치의 사시도.

도 2는 도 1의 종단 측면도.

도 3은 도 2의 A-A선을 따른 단면도.

도 4는 도 1의 선형 음극의 확대 사시도.

도 5는 DC 플라즈마 CVD 장치의 개략 구성도.

도 6은 도 1의 선형 음극의 일부 확대 단면도.

도 7은 선형 음극의 일부 확대 단면도.

도 8(a)는 선형 음극의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 8(b)는 도 8(a)에 도시하는 공정에 대하여 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.

도 9는 선형 음극의 변형예의 확대 사시도.

도 10은 또 다른 변형예의 선형 음극의 일부 확대 단면도.

도 11(a)는 도 10의 선형 음극의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 11(b)는 도 10의 선형 음극의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.

도 12는 선형 음극의 다른 변형을 도시하는 사시도.

도 13은 도 12의 일부를 확대하여 나타내는 사시도.

도 14는 도 12의 선형 음극의 부분 확대 단면도.

도 15는 다른 선형 음극의 부분 확대 단면도.

도 16(a)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도, 도 16(b)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도.

도 17(a)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도, 도 17(b)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도.

도 18(a)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도, 도 18(b)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도.

도 19(a)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도, 도 19(b)는 선형 음극의 또 다른 변형을 도시하는 단면도.

Claims

표면에 요철을 갖는 선형의 도선과,

상기 도선의 요철 표면에 형성한, 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 구비하는 전계 전자 방출 소자.
제1항에 있어서, 상기 요철은 상기 도선 표면에의 홈 가공에 의해 형성한 것인 전계 전자 방출 소자.
제1항에 있어서, 상기 요철은 상기 도선 표면의 표면 거칠기의 설정에 의해 형성한 것인 전계 전자 방출 소자.
복수의 선을 꼬아 이루어지는 선재료를 구비하고,

상기 복수의 선은 상기 전자 방출부 형성의 촉매가 되는 촉매 금속의 도선을 포함하며,

상기 촉매 금속의 도선 상에 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 형성하여 이루어지는 전계 전자 방출 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 방출부는 카본 나노 튜브, 카본 나노 월, 카본 파이버, 그라파이트 파이버, 아모르퍼스 카본 파이버, 다이아몬드 파이버에서 선택된 1종 또는 이들의 조합으로 이루어지는 미소 선형물로 이루어지는 전계 전자 방출 소자.
내부를 진공 밀봉한 진공 외부 주변 기기와,

상기 진공 외부 주변 기기 내부에 수납 배치한 형광체를 지닌 양극과,

상기 형광체를 지닌 양극과 간격을 두고 대향 배치한 선형 음극을 구비하고,

상기 선형 음극은 표면에 요철을 갖는 선형의 도선과, 상기 도선의 요철 표면에 형성한, 전자 전도성을 갖는 전자 방출부를 구비한 전계 전자 방출 소자로 구성되어 있는 조명 장치.
제6항에 있어서, 진공 외부 주변 기기는 긴 길이 형상의 진공 밀봉관인 조명 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 전자 방출부는 카본 나노 튜브, 카본 나노 월, 카본 파이버, 그라파이트 파이버, 아모르퍼스 카본 파이버, 다이아몬드 파이버에서 선택된 1종 또는 이들의 조합으로 이루어지는 미소 선형물인 조명 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 외부 주변 기기가 각 관형태의 유리관으로 이루어지고, 상기 형광체를 지닌 양극이 상기 진공 외부 주변 기기의 길이 방향을 따라서 설치되어 있고, 상기 선형 음극이 상기 형광체를 지닌 양극의 길이 방향을 따라서 대향 배치되어 있는 조명 장치.
내부가 거의 진공으로 밀봉된 진공 외부 주변 기기와,

상기 진공 외부 주변 기기 내부에 배치된 형광체를 지닌 양극과,

상기 진공 외부 주변 기기 내부에 형광체를 지닌 양극과 대향 배치된 선형 음극을 구비하고,

상기 선형 음극은 표면에 요철을 갖는 선형의 도선과, 상기 도선의 요철 표면에 형성한 전자 방출부를 구비하며, 상기 전자 방출부는 상기 도선의 요철 표면 상에, 초미립자에 카본계 미소 선형물이 혼재되어 배치되며, 전자 전도성 막이 형성되어 있는 조명 장치.
제10항에 있어서, 상기 미소 선형물은 카본 나노 튜브, 카본 나노 월, 카본 파이버, 그라파이트 파이버, 아모르퍼스 파이버, 다이아몬드 파이버의 적어도 어느 하나로 이루어지는 조명 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 미소 선형물의 길이는 상기 초미립자의 사이즈보다도 큰 것인 조명 장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초미립자의 사이즈는, 백 나노미터 오더에서부터 마이크로미터 오더이며, 상기 미소 선형물의 길이는 마이크로미터 오더에서부터 십 마이크로미터 오더이며, 상기 미소 선형물의 지름은 나노미터 오더에서부터 백 나노미터 오더인 조명 장치.
제10항에 있어서, 미소 선형물은 도선 상에 소요 배치로 형성되어 있는 조명 장치.
제10항에 있어서, 상기 미소 선형물은 상기 도선 상에 배치된 전자 전도성을 갖는 초미립자 상에 형성되어 있는 조명 장치.
제10항에 있어서, 상기 미소 선형물은 상기 도선 상에 형성된 촉매 금속 상에 형성되는 조명 장치.
제16항에 있어서, 상기 촉매 금속은 Ni, Fe, Co 중 적어도 어느 1종으로 이루어지는 조명 장치.
제10항에 있어서, 상기 미소 선형물은 상기 도선 상의 활성화 처리된 부위에 형성되는 조명 장치.
제10항에 있어서, 상기 도선은 Ni, Fe, Co 중 적어도 어느 1종으로 이루어지는 조명 장치.