KR20100072181A

KR20100072181A - 음극체 및 그것을 사용한 형광관

Info

Publication number: KR20100072181A
Application number: KR1020107005351A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 오미; 데츠야 고토
Original assignee: 고쿠리츠 다이가쿠 호진 도호쿠 다이가쿠; 자이단호진 고쿠사이카가쿠 신고우자이단
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-06-30
Also published as: WO2009035074A1; TW200931478A; JP4849576B2; JPWO2009035074A1; US20100231118A1; CN101802967B; CN101802967A; EP2197020A1; EP2197020A4

Abstract

본 발명의 과제는 고휘도, 고효율로 장수명을 갖는 음극체를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 음극체는, 산화란탄을 함유하는 열전도율이 높은 금속 합금 에 의해 형성된 원통 형상 컵에, 저전자 온도로 스퍼터링할 수 있는 마그넷트론 스퍼터 장치를 사용하여 LaB₆ 막을 형성함으로써 제조된다.

Description

음극체 및 그것을 사용한 형광관{CATHODE BODY AND FLUORESCENT TUBE USING THE SAME}

본 발명은 음극체, 당해 음극체를 포함하는 형광관, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이런 종류의 음극체를 포함하는 냉음극 형광관은, 모니터나 액정 텔레비젼 등에 있어서의 액정 표시 장치의 백라이트용 광원 등에 사용되고 있고, 유리관에 의해 형성되어 내벽에 형광체를 도포한 형광관체, 전자를 방출하는 1 쌍의 냉전극체를 구비하고, 형광관체에는 Hg-Ar 등의 혼합 가스가 봉입되어 있다.

특허문헌 1 에는, 원통 컵 형상을 갖는 냉음극체를 구비한 냉음극 형광관이 제안되어 있다. 구체적으로 설명하면, 전자 방출용 원통 컵 형상의 냉음극체는, 니켈에 의해 형성된 원통 형상 컵과 당해 원통 형상 컵의 내벽면 및 외벽면에, 희토류 원소의 붕소화물을 주체로 한 에미터층을 갖고 있다. 또한, 특허문헌 1 은, 희토류 원소의 붕소화물로서 YB₆, GdB₆, LaB₆, CeB₆ 을 예시하고 있고, 이들 희토류 원소의 붕소화물은 미(微)분말 슬러리상(狀)으로 조정하여, 원통 형상 컵의 내벽면 및 외벽면에 흘려넣어 건조, 소결함으로써 형성되어 있다.

한편, 특허문헌 2 에는, La₂O₃, ThO₂, Y₂O₃ 에서 선택된 재료를 열전도율이 높은 재료, 예를 들어, 텅스텐과 혼합함으로써 원통 컵 형상의 냉음극체를 형성하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 2 에 나타낸 원통 컵 형상의 냉음극체는, 예를 들어, La₂O₃ 을 함유하는 텅스텐 합금 분말을 사출 성형, 즉, MIM (Metal Injection Molding) 함으로써 형성되어 있다.

또한, 특허문헌 3 은, 플라즈마 디스플레이 패널에 사용되는 방전 음극 장치를 개시하고 있다. 당해 방전 음극 장치는 유리 기판 상에, 하지 (下地) 전극으로서 형성된 알루미늄층과 알루미늄층 상에 형성된 LaB₆ 층을 갖고 있다. 또, 알루미늄층은, 소정 온도로 유지된 유리 기판 상에, 스퍼터링법, 진공 증착법, 혹은 이온 도금법에 의해 형성되고, 한편, LaB₆ 층은 알루미늄층 상에 스퍼터링법 등에 의해 형성되어 있다.

일본 공개특허공보 평10-144255공보 WO, 2004/075242 일본 공개특허공보 평5-250994호

특허문헌 1 은, 희토류 원소를 주체로 하는 슬러리를 Ni (니켈) 제 원통 형상 컵에 도포, 건조, 소결함으로써 에미터층을 형성하고 있다.

특허문헌 1 은, 에미터층을 원통 형상 컵의 개구단측에서 얇게 하고, 외부 인출 전극측에서 두껍게 하는 것을 개시하고 있다. 통상적으로 원통 형상 컵은, 0.6 ∼ 1.0 ㎜ 정도의 내경, 2 ∼ 3 ㎜ 정도의 길이를 갖고 있기 때문에, 슬러리를 도포, 건조, 및 소결하는 수법에 의해 에미터층을 형성한 경우, 원하는 두께로 도포하는 것은 어렵다. 또한, 도포, 건조, 소결함으로써 얻어진 에미터층은, Ni 와의 밀착성 면에서 불충분하고, 또 바인더에 함유되는 유기 물질이나 수분, 산소를 완전하게 제거하는 것은 곤란하며, 이 결과, 특허문헌 1 에서는 고휘도로 장수명의 냉음극체를 얻는 것은 곤란하다.

특허문헌 2 는, La₂O₃ 을 함유하는 텅스텐 합금 분말을 스티렌 등의 수지와 혼합하여 얻어진 펠릿을 금형에 사출 성형함으로써, 원통 컵 형상의 냉음극체를 형성하고 있다. 텅스텐과 같은 열전도율이 높은 재료를 사용함으로써, 냉음극체에 있어서의 열전도를 개선할 수 있는데, 냉음극체의 장기 수명화를 실현할 수 있지만, 전자 방출 특성 면에서 불충분하다. 따라서, 특허문헌 2 에서는 고휘도이며 고효율의 냉음극체를 얻는 것은 곤란하다.

특허문헌 3 은 LaB₆ 층과 알루미늄을 함유하는 방전 음극 패턴을 유리 기판 상에 스퍼터링법에 의해 형성하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 이 수법은, 평탄한 유리 기판에 알루미늄층 및 LaB₆ 층을 스퍼터링에 의해 형성하는 것을 전제로 하고 있고, 요철이 있는 원통 컵 형상의 냉음극체에 스퍼터링하는 수법에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다. 또, 특허문헌 3 은 유리 기판 이외의 재료에, 알루미늄을 개재하지 않고, LaB₆ 층을 밀착성이 양호하게 형성하는 것에 대하여 개시하고 있지 않다. 또한, 특허문헌 3 은 원통 컵 형상의 냉음극체에 있어서의 전자 방출 효율을 향상시키는 것에 대해서도 지적하고 있지 않다.

그래서, 본 발명의 일 기술적 과제는, 고휘도, 고효율로 장수명을 갖는 음극체를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는, 고휘도, 고효율로 장수명을 갖는 음극체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 원통 컵 형상의 음극체에 적합한 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 먼저, 일본 특허출원2007-99778호 등에 있어서, 타깃 상의 링 형상 플라즈마 영역을 시간적으로 이동시킴으로써, 타깃의 국소적인 마모를 방지함과 함께 플라즈마 밀도를 상승시켜, 성막 속도를 향상시킬 수 있는 마그넷트론 스퍼터 장치를 제안하였다. 당해 마그넷트론 스퍼터 장치는, 피처리 기판과 대향하여 타깃을 배치함과 함께, 타깃에 대해 피처리 기판과는 반대측에 자석 부재를 형성한 구성을 구비하고 있다.

구체적으로 설명하면, 상기한 마그넷트론 스퍼터 장치의 자석 부재는 회전축의 표면에 복수의 판자석을 나선 형상으로 부착한 회전 자석군과 회전 자석군의 주변에 타깃면과 평행하게, 또한, 타깃에 대해 수직으로 자화 (磁化) 된 고정 외주 판자석을 갖고 있다. 이 구성에 의하면, 회전 자석군을 회전시킴으로써, 회전 자석군과 고정 외주 판자석에 의해 타깃 상에 형성되는 자기장 패턴을 회전축 방향으로 연속적으로 이동시키고, 이것에 의해, 타깃 상의 플라즈마 영역을 시간과 함께 회전축 방향으로 연속적으로 이동시킬 수 있다.

당해 마그넷트론 스퍼터 장치를 사용함으로써, 타깃을 장기간에 걸쳐 균일하게 사용할 수 있음과 함께, 성막 속도를 향상시킬 수 있다.

본 발명자들의 실험에서는 상기한 마그넷트론 스퍼터 장치는, 본 발명에 관련된 원통 컵 형상의 음극체의 막형성에도 적용할 수 있는 것이 판명되었다.

즉, 본 발명의 일 양태에 의하면, 텅스텐 또는 몰리브덴을 주성분으로 하고, La₂O₃, ThO₂, 및 Y₂O₃ 으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 전극 부재와, 당해 전극 부재의 표면에, 스퍼터에 의해 형성된 희토류 원소의 붕소화물의 막을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체가 얻어진다.

또 본 발명에 의하면, 도전체 기판 상에 카본 나노 파이버층을 갖고, 그 카본 나노 파이버층의 표면에, 스퍼터에 의해 형성된 희토류 원소의 붕소화물의 막을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체가 얻어진다.

또 본 발명에 의하면, 텅스텐, 몰리브덴 또는 실리콘 등을 주성분으로 하는 전극 부재의 표면에 마이크로 피라미드가 형성되고, 그 마이크로 피라미드의 표면에, 스퍼터에 의해 형성된 희토류 원소의 붕소화물의 막을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체가 얻어진다.

스퍼터 형성된 LaB₆ 막을 불활성 가스 분위기 중에서 어닐하는 것이 바람직하다. 그럼으로써 LaB₆ 막의 비저항을 낮출 수 있다.

본 발명에 의하면, 열전도율이 높은 텅스텐과, 높은 전자 방출 효율을 갖는 재료를 혼합한 전극 부재를 사용하고, 또한, 당해 전극 부재에 스퍼터링에 의해 전자 방출 효율이 높은 붕소화물막을 형성하고, 이것에 의해, 밀착성이 양호한 붕소화물막을 전극 부재에 피착할 수 있어, 고휘도 및 고효율이고, 게다가, 장수명의 음극체를 얻을 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 스퍼터링에 의해 형성되는 전자 방출 효율이 높은 붕소화물막을 얻을 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 음극체를 제조할 때에 사용되는 마그넷트론 스퍼터 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3 은 DC 방전에 의한 스퍼터 성막을 실시한 경우의, LaB₆ 막의 (100) 면의 피크 강도 및 시트 저항의 압력 의존성을 나타내는 도면이다.
도 4 는 LaB₆ 막의 (100) 면의 피크 강도 및 시트 저항의 규격화 이온 조사량 의존성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

실시예 1

도 1 은, 본 발명에 사용되는 마그넷트론 스퍼터 장치의 일례를 나타내는 도면이고, 도 2 는, 본 발명에 관련된 음극체의 제조에 사용되는 음극체 제조용 지그를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 에 나타낸 마그넷트론 스퍼터 장치는, 타깃 (1), 다각형 형상 (예를 들어, 정 16 각형 형상) 의 기둥 형상 회전축 (2), 기둥 형상 회전축 (2) 의 표면에 나선 형상으로 부착한 복수의 나선 형상 판자석군을 포함하는 회전 자석군 (3), 회전 자석군 (3) 을 둘러싸듯이, 당해 회전 자석군 (3) 의 외주에 배치한 고정 외주 판자석 (4), 고정 외주 판자석 (4) 에 대해, 타깃 (1) 과는 반대측에 형성된 외주 상자성체 (常磁性體) (5) 를 구비하고 있다. 또한, 타깃 (1) 에는, 배킹 플레이트 (6) 가 접착되고, 기둥 형상 회전축 (2) 및 나선 형상 판자석군 (3) 의 타깃 (1) 측 이외의 부분은 상자성체 (15) 에 의해 덮이고, 또한, 상자성체 (15) 는 하우징 (7) 에 의해 덮여 있다.

고정 외주 판자석 (4) 은, 타깃 (1) 에서 보면, 나선 형상 판자석군에 의해 구성된 회전 자석군 (3) 을 둘러싼 구조를 이루고, 여기에서는, 타깃 (2) 의 측이 S 극이 되도록 자화되어 있다. 고정 외주 판자석 (4) 과 나선 형상 판자석군의 각 판자석은 Nd-Fe-B 계 소결 자석에 의해 형성되어 있다.

또한, 도시된 처리실 내의 공간 (11) 에는, 플라즈마 차폐 부재 (16) 가 형성되고, 음극체 제조용 지그 (19) 가 설치되고, 감압되어 플라즈마 가스가 도입된다.

도시된 플라즈마 차폐 부재 (16) 는 기둥 형상 회전축 (2) 의 축 방향으로 연장되고, 타깃 (1) 을 음극 제조용 지그 (19) 에 대해 개구하는 슬릿 (18) 을 규정하고 있다. 플라즈마 차폐 부재 (16) 에 의해 차폐되어 있지 않은 영역 (즉, 슬릿 (18) 에 의해 타깃 (1) 에 대해 개구된 영역) 은, 자기장 강도가 강하고 고밀도로 저전자 온도의 플라즈마가 생성되고, 음극 제조용 지그 (19) 에 형성된 음극 부재에 차지 업 데미지나 이온 조사 데미지가 발생하지 않는 영역이고, 또한, 동시에 성막 레이트가 빠른 영역이다. 이 영역 이외의 영역을 플라즈마 차폐 부재 (16) 에 의해 차폐함으로써, 성막 레이트를 실질적으로 떨어뜨리지 않고 데미지가 발생하지 않는 성막을 할 수 있다.

또, 배킹 플레이트 (6) 에는 냉매를 통과시키는 냉매 통로 (8) 가 형성되어 있고, 하우징 (7) 과 처리실을 형성하는 외벽 (14) 사이에는, 절연재 (9) 가 형성되어 있다. 하우징 (7) 에 접속된 피더선 (12) 은, 커버 (13) 를 통해 외부로 인출되어 있다. 피더선 (12) 에는, DC 전원, RF 전원, 및, 정합기 (도시하지 않음) 가 접속되어 있다.

이 구성으로는, DC 전원 및 RF 전원으로부터, 정합기, 피더선 (12) 및 하우징을 통하여 배킹 플레이트 (6) 및 타깃 (1) 에 플라즈마 여기 전력이 공급되어, 타깃 표면에 플라즈마가 여기된다. DC 전력만, 혹은, RF 전력만으로도 플라즈마의 여기는 가능하지만, 막질 제어성이나 성막 속도 제어성으로부터, 양방 인가하는 것이 바람직하다. 또, RF 전력의 주파수는, 통상 수 100 kHz 로부터 수 100 MHz 사이에서 선택되는데, 플라즈마의 고밀도 저전자 온도화라는 점에서 높은 주파수가 바람직하고, 본 실시형태에 있어서는 13.56 MHz 의 주파수를 사용하고 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 처리실 내의 공간 (11) 내에 설치된 음극체 제조용 지그 (19) 에는, 음극체를 형성하는 원통 형상 컵 (30) 이 복수개 장착되어 있다.

도 2 도 참조하면, 음극체 제조용 지그 (19) 는 원통 형상 컵 (30) 을 지지하는 복수개의 지지부 (32) 를 갖고 있다. 여기에서, 원통 형상 컵 (30) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 원통 형상 전극부 (301) 와, 당해 원통 형상 전극부 (301) 의 바닥부 중앙으로부터 원통 형상 전극부 (301) 와는 반대 방향으로 인출된 리드부 (302) 를 구비하고, 이 예의 경우, 원통 형상 전극부 (301) 와 리드부 (302) 는, 예를 들어, MIM (Metal Injection Molding) 등에 의해 일체화 성형되어 있는 것으로 한다.

음극체 제조용 지그 (19) 의 지지부 (32) 는, 원통 형상 컵 (30) 의 원통 형상 전극부 (301) 을 받아들이는 크기의 개구부를 규정하는 수용부 (321), 수용부 (321) 보다 소직경의 구멍을 규정하는 플랜지부 (322), 및, 수용부 (321) 와 플랜지부 (322) 사이를 접속하는 경사부 (323) 를 갖고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 원통 형상 전극부 (301) 는 음극체 제조 지그 (19) 의 지지부 (32) 에 삽입되어 위치되어 있다. 즉, 원통 형상 전극부 (301) 의 리드부 (302) 는 음극체 제조 지그 (19) 의 플랜지부 (322) 를 통과하고, 원통 형상 전극부 (301) 의 외측 단부는 음극체 제조 지그 (19) 의 경사부 (323) 에 접촉되어 있다.

여기에서, 도시된 원통 형상 컵 (30) 은 체적비로 4 % ∼ 6 % 의 산화란탄 (La₂O₃) 을 함유하는 텅스텐 (W) 에 의해 형성되고, 내경 1.4 ㎜, 외경 1.7 ㎜, 길이 4.2 ㎜ 의 원통 형상 전극부 (301) 에 리드부 (302) 를 갖고 있다. 길이는 예를 들어 1.0 ㎜ 정도로 짧게 해도 된다. 이 예에서는, 열전도성이 양호한 내화성 금속인 텅스텐에, 일함수가 2.8 ∼ 4.2 eV 로 작은 La₂O₃ 을 혼합함으로써 원통 형상 컵 (30) 을 형성하고 있다. 텅스텐을 사용함으로써, 원통 형상 컵 (30) 에 발생한 열을 효율적으로 배출할 수 있고, 또, 일함수가 작은 산화란탄을 혼합함으로써, 당해 원통 형상 컵 (30) 자체로부터도 전자를 방출할 수 있다. 또한, 원통 형상 컵 (30) 을 형성하는 열전도성이 높은 금속으로서 텅스텐 대신에, 몰리브덴 (Mo) 을 사용해도 된다.

여기에서, 원통 형상 컵 (30) 의 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 먼저, La₂O₃ 을 체적비로 3 % 함유하는 텅스텐 합금 분말과 수지 분말과 혼합하였다. 수지 분말로서는 스티렌을 사용하고, 텅스텐 합금 분말과 스티렌의 혼합비는 체적비로 0.5 : 1 이었다. 다음으로, 소결 보조제로서 Ni 를 미량 첨가하여 펠릿을 얻었다. 이와 같이 하여 얻어진 펠릿을 사용하여, 원통 형상 컵 형상의 금형에, 150 ℃ 의 온도에서 사출 성형 (MIM) 을 실시함으로써, 컵 형상의 성형품을 제작한다. 제작된 성형품을 수소 분위기 중에서 가열함으로써 탈지하여, 원통 형상 컵 (30) 을 얻었다.

이와 같이 하여 얻어진 원통 형상 컵 (30) 을 도 1 및 2 에 나타낸 음극 제조용 지그 (19) 에 장착하고, 타깃 (1) 으로서 LaB₆ 소결체가 세트된 마그넷트론 스퍼터 장치의 처리실 (11) 에 반입하였다.

처리실 내 (11) 에 아르곤을 도입하여 20 mTorr (2.7 Pa) 정도의 압력으로 하고, 음극 제조용 지그 (19) 의 온도를 300 ℃ 까지 가열하여 스퍼터링을 실시하였다.

도 2 로 돌아오면, 스퍼터링 후의 원통 형상 컵 (30) 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 원통 형상 전극부 (302) 의 깊이와 내경의 비인 애스펙트 비가 1 인 영역에는, 두꺼운 LaB₆ 막 (341) 이 형성되고, 음극 제조용 지그 (19) 에서 보다 하측에 위치하는 부분에는, 얇은 LaB₆ 막 (342) 이 형성되어 있다. 또한, 원통 형상 전극부 (302) 의 내부 바닥면에는, 매우 얇은 LaB₆ 막 (바닥면 LaB₆ 막) (343) 이 형성되어 있다.

도시된 예에서는, 두꺼운 LaB₆ 막 (341), 얇은 LaB₆ 막 (342), 및, 바닥면 LaB₆ 막 (343) 은, 각각 300 ㎚, 60 ㎚, 및 10 ㎚ 였다.

상기한 LaB₆ 막을 갖는 음극체는, 장시간에 걸쳐 고효율 및 고휘도를 유지할 수 있는 것이 본 발명자들의 실험에 의해 확인되었다.

예를 들어, 첨가물을 함유하지 않는 몰리브덴 전극이어도, 그 표면에 Ar 플라즈마의 DC 파워 900 W, 기판 (301) (즉 지그 (19)) 의 온도 300 ℃ , 진공도 20 mTorr (2.7 Pa) 의 조건에서 스퍼터링에 의해 LaB₆ 막을 형성하고, 이것을 800 ℃ 에서 어닐한 전극을 1 쌍의 냉음극으로서 사용하고, 이것을 길이 300 ㎜, 직경 3 ㎜ 의 유리관에 봉입하고, 6 mA 의 램프 전류를 흘리는 냉음극 형광관에 대해 램프 전압을 측정했는데, 550 ∼ 553 Vrms 의 램프 전압에서 양호하고 LaB₆ 막이 없는 전극을 사용한 냉음극 형광등에서는 램프 전압이 566 Vrms 필요했던 것과 비교하면, 램프 전압이 13 V ∼ 16 V 나 저하하였다. 즉, 발광에 필요한 전력을 저감할 수 있어 효율이 높은 램프가 얻어지는 것이 확인되었다.

또한 LaB₆ 막의 스퍼터링에 의한 성막 조건으로서는, 먼저 성막 전에 플라즈마로 전극재 표면을 클리닝하는 것이 바람직하다. 예를 들어 Ar 플라즈마로 90 mTorr (12 Pa), RF 300 W 가 적당하다. 스퍼터시의 챔버의 압력은 20 mTorr (2.7 Pa) 부근 (Ar 플라즈마로 전자 온도 1.9 eV 정도, 이온 조사 에너지 10 eV 정도) 에서 비저항이 최소가 된다 (어닐전에 200 μΩcm 정도). 이 때 성막 레이트는 90 ㎚/분이지만, 압력을 10 mTorr (1.3 Pa) 로 하면 성막 레이트는 다시 100 ㎚/분 이상으로 올라, 비저항은 약간 밖에 증가하지 않는다. 따라서 압력은 5 ∼ 35 mTorr (0.67 Pa ∼ 4.7 Pa) 가 바람직하다. 기판 온도 (스테이지 온도) 를 높이면 비저항은 더욱 낮아져, Ar 20 mTorr (2.7 Pa) 에서 기판 온도 300 ℃ 로 했을 때, 175 μΩcm 정도가 된다. 나아가, 성막 후 어닐함으로써 비저항은 더욱 낮아져, 고순도 Ar 중 800 ℃ 어닐에서 100 μΩcm 정도가 된다. 어닐 온도는 400 ℃ ∼ 1000 ℃ 가 바람직하다. 어닐 시간은 30 분 이상이면 된다. 예를 들어 3 시간 이하로 충분하다. 어닐의 분위기는 불활성 가스가 바람직하다.

다음으로, 스퍼터링에 의한 LaB₆ 성막의 최적 조건을 검증하기 위해, 다음과 같은 실험을 실시하였다. Si 기판 상에 열산화에 의해 SiO₂ 막을 90 ㎚ 형성하고, 그 위에 도 1 의 회전 마그넷 스퍼터 장치를 사용하여 LaB₆ 막을 80 ㎚ 의 두께로 성막하였다. 그 때에 다음의 파라미터를 변화시켜, 배향성 (XRD 측정) 및 저항율을 측정하였다.

·성막 압력 (5 mTorr ∼ 90 mTorr, SI 단위로는 0.67 Pa ∼ 12 Pa)

·이온 조사 에너지 (9 eV ∼ 80 eV)

·규격화 이온 조사량 (Ar+/LaB₆=1 ∼ 20 정도)

XRD 측정의 결과는, 회전 마그넷 스퍼터 장치에 의해 스퍼터 성막된 LaB₆ 막은, 결정면이 (210), (200), (110) 인 강도는 극히 작은 한편, (100) 결정면의 강도가 매우 크고, 막질이 우수한 것이 판명되었다. 종래의 스퍼터링 성막에서는 (100) 강도가 약한 것과 비교하면, 이것이 본 발명의 특징 중 하나라고 할 수 있다.

도 3 에는, 본 발명에 의한 LaB₆ 막에 있어서의 이와 같은 (100) 의 피크 강도 및 시트 저항의 압력 의존성을 나타내고 있다. 이것은, Ar 가스를 사용하여 DC 900 W 를 인가하여 플라즈마를 형성한 경우의 데이터이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, Ar 20 mTorr (2.7 Pa) 정도 이하의 DC 방전에서는, 시트 저항은 매우 낮지만 (비저항치로, 200μΩcm 정도), (100) 피크 강도가 작고, 결정성이 나쁜 것을 알 수 있다. 한편, Ar 50 mTorr (6.7 Pa) 부근의 DC 방전에서는, 거의 (100) 배향의 LaB₆ 막이 얻어지지만, 저항이 높아진다 (비저항치로, 1000 μΩcm 정도).

이에 대하여, 규격화 이온 조사량을 1 정도에서 20 정도까지 변화시킨 이 (100) 피크 강도와 시트 저항의 변화를 나타내는 도면 4 를 참조하면, RF-DC 결합 방전에 의해, 이온 조사 에너지를 10 eV 정도 이하로 억제하여 규격화 이온 조사량을 5 ∼ 17 정도까지 증가시키면, 저항은 낮아지고 (비저항치로, 300 ∼ 400 μΩcm), 결정성도 향상되는 것을 알 수 있었다. 도 4 의 결과는, 압력이 Ar 50 mTorr (6.7 Pa), 이온 조사 에너지는 모두 거의 9.0 eV, 타깃 전력 밀도는 모두 거의 2 W/㎠ 이다. 또한, 도 4 에 있어서, DC 방전은 900 W 이고, 그 때의 규격화 이온 조사량 (Ar+/LaB₆) 은 1.3 이고, RF-DC 방전에서는 RF 주파수는 13.56 MHz, RF 전력은 600 W 이다. 규격화 이온 조사량 (Ar+/LaB₆) 이 8.3 일 때의 DC 는 -270 V, 10.1 에서는 -240 V, 16.5 에서는 -180 V 이다.

상기 서술한 실시예는, 냉음극관용 음극체에 대해 설명했지만, 본 발명은 면발광형 형광 발광 장치에도 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은 캐소드 기판과, 애노드 기판을 대향시켜, 캐소드 기판 상에 캐소드 전극 및 에미터를 형성하는 한편, 애노드 기판 상에 애노드 전극을 갖고, 에미터에 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 그라파이트 파이버 등을 사용한 면발광형 형광 발광 장치에 적용하여 효과를 높일 수 있다. 즉, 상기한 에미터에 본 발명에 관련된 LaB₆ 막을 회전 마그넷 스퍼터 장치에 의한 스퍼터에 의해 형성함으로써, 고효율, 고휘도로 장수명 발광 장치를 구성할 수 있다.

또한, 본 발명은 열음극관용 음극체에도 적용할 수 있다.

즉, 텅스텐 혹은, La₂O₃, Th₂O₃ 을 2 ∼ 4 % 함유한 텅스텐 표면에 LaB₆ 박막을 형성한 것을 열음극 형광등용 음극체로서 사용한다.

이 음극체를 사용한 형광등의 관구 (管球) 표면에 패턴이 형성된 무반사 플라스틱막을 부착함으로써 종래품보다 효율이 30 ∼ 40 % 향상된다.

또한, 본 발명을 열음극관용의 음극체로서 사용하는 경우에는, 당해 음극체를 전구형 형광등 (백열전구용의 소켓에 직접 장착하여 사용할 수 있는 형광등) 에 사용할 수도 있다.

이 경우, 전극간의 거리가 짧아져, 관벽에 있어서의 전자·이온 재결합에 의한 전압 강하가 억제되기 때문에, 발광 효율이 종래품의 2 ∼ 2.5 배가 된다.

관형 형광등과 비교하여 전구형 형광등은 전극간 거리가 짧기 때문에, 관벽의 영향이 작고, 전극 재료의 효과가 보다 크게 반영되는 것으로 생각된다.

이상, 본 발명을 La₂O₃, ThO₂, 및 Y₂O₃ 으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 W 또는 Mo 전극 부재를 대상으로 설명했는데, 텅스텐 또는 몰리브덴을 주성분으로 하는 음극체 일반, 혹은 그 밖의 재료의 기판의 표면에 본 발명에 의한 스퍼터에 의해 LaB₆ 막을 형성해도 우수한 효과가 얻어진다.

또 도전체 기판 상에 카본 나노 파이버층을 갖고, 그 카본 나노 파이버층의 표면에, 본 발명에 의한 스퍼터에 의해 형성된 희토류 원소의 붕소화물의 막을 형성함으로써 더욱 우수한 음극체를 얻을 수 있다. 카본 나노 파이버층 표면에는 무수하게 날카로운 미세 돌기가 형성되어 있어, 전자 방출 효과가 높기 때문이다. 텅스텐, 몰리브덴 또는 실리콘 등을 주성분으로 하는 전극 부재의 표면에 마이크로 피라미드를 다수 형성하고, 그 마이크로 피라미드의 표면에 스퍼터에 의해 희토류 원소의 붕소화물의 막을 형성해도 동일하게 우수한 효과가 얻어진다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 단순히, 원통 형상 컵을 구비한 냉음극체뿐만 아니라, 필라멘트를 구비한 열음극체 및 에미터를 갖는 면발광형 형광 발광 장치에도 동일하게 적용할 수 있다.

1 타깃
2 기둥 형상 회전축
3 회전 자석군
4 고정 외주 자석
5 외주 상자성체
6 배킹 플레이트
7 하우징
8 냉매 통로
9 절연재
11 처리실 내의 공간
12 피더선
13 커버
14 외벽
15 상자성체
16 플라즈마 차폐 부재
18 슬릿
19 음극체 제조용 지그
30 원통 형상 컵
301 원통 형상 전극부
302 리드부
321 수용부
322 플랜지부
323 경사부
341 두꺼운 LaB₆ 막
342 얇은 LaB₆ 막
343 바닥면 LaB₆ 막

Claims

텅스텐 또는 몰리브덴을 주성분으로 하고, La₂O₃, ThO₂, 및 Y₂O₃ 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 전극 부재와, 당해 전극 부재의 표면에, 스퍼터에 의해 형성된 희토류 원소의 붕소화물의 막을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체.
제 1 항에 있어서,
상기 희토류 원소의 붕소화물은, LaB₄, LaB₆, YbB₆, GaB₆, CeB₆ 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 붕소화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 음극체.
제 2 항에 있어서,
선택된 적어도 하나의 상기 희토류 원소의 붕소화물은, LaB₆ 인 것을 특징으로 하는 음극체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 부재는, 원통 형상 전극부와, 당해 원통 형상 전극부로부터 인출된 리드부를 구비하고, 상기 원통 형상 전극부와 상기 리드부는 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 음극체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 텅스텐 또는 몰리브덴은 체적비로 4 ∼ 6 % 의 La₂O₃ 을 함유하는 것을 특징으로 하는 음극체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 음극체를 냉음극으로서 사용한, 형광관.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 음극체를 열음극으로서 사용한, 형광관.
텅스텐 또는 몰리브덴을 주성분으로 하는 음극체 표면, 도전체 기판 상에 형성된 카본 나노 파이버층 표면, 또는 전극 부재에 형성된 마이크로 피라미드 표면중 적어도 일부에, 플라즈마 스퍼터 장치에 의해 LaB₆ 막을 스퍼터 형성하는 것을 특징으로 하는 음극체의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 음극체로서 원통 형상 전극부와 리드부를 일체화한 원통 형상 컵을 준비하고, 당해 원통 형상 컵을 복수개 지지하는 지지부를 구비한 음극체 제조 지그에 장착하고, 상기 원통 형상 컵을 장착한 음극체 제조 지그를 LaB₆ 로 이루어지는 타깃을 구비한 상기 마그넷트론 스퍼터 장치에 반입하여, 상기 LaB₆ 막을 스퍼터 형성하는 것을 특징으로 하는 음극체의 제조 방법.
원통 형상 전극부와 리드부를 구비한 음극체를 제조하기 위해서 사용되는 음극체 제조 지그로서, 상기 음극체를 지지하는 지지부를 구비하고, 상기 지지부는, 상기 원통 형상 컵의 원통 형상 전극부를 받아들이는 개구부를 구비한 수용부와, 상기 원통 형상 컵의 리드부를 통과시키는 플랜지부와, 상기 수용부와 상기 플랜지부를 접속하는 경사부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 음극체 제조 지그.
스퍼터에 의해 형성된 LaB₆ 막을 갖는 에미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광형 형광 발광 장치.
텅스텐 또는 몰리브덴을 주성분으로 하는 음극체로서, 표면에 스퍼터에 의해 형성된 LaB₆ 막을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체.
도전체 기판 상에 카본 나노 파이버층을 갖고, 그 카본 나노 파이버층의 표면에, 스퍼터에 의해 형성된 희토류 원소의 붕소화물의 막을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체.
전극 부재의 표면에 마이크로 피라미드가 형성되고, 그 마이크로 피라미드의 표면에, 스퍼터에 의해 형성된 희토류 원소의 붕소화물의 막을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체.
제 14 항에 있어서,
상기 전극 부재는, 텅스텐, 몰리브덴 또는 실리콘을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 음극체.
기판 상에 LaB₆ 막을 스퍼터 형성하는 공정과, 그 LaB₆ 막을 불활성 가스 분위기 중에서 어닐하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 음극체의 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 어닐 공정에 있어서, 어닐 온도를 400 ℃ ∼ 1000 ℃ 로 하는 것을 특징으로 하는 음극체의 제조 방법.
기판 상에 LaB₆ 막을 스퍼터 형성하는 공정을 갖는 음극체의 제조 방법에 있어서, 그 LaB₆ 막을 RF-DC 결합 방전에 의해, 규격화 이온 조사량을 5 ∼ 17 로 하여 스퍼터 형성하는 것을 특징으로 하는 음극체의 제조 방법.
기판 상에 LaB₆ 막을 스퍼터 형성하는 공정을 갖는 LaB₆ 막의 제조 방법에 있어서, 그 LaB₆ 막을, RF-DC 결합 방전에 의해, 규격화 이온 조사량을 5 ∼ 17 로 하여 스퍼터 형성하는 것을 특징으로 하는 LaB₆ 막의 제조 방법.
제 19 항에 있어서,
기판 상에 LaB₆ 막을 스퍼터 형성하는 공정 후에, 그 LaB₆ 막을 불활성 가스 분위기 중에서 어닐하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 LaB₆ 막의 제조 방법.