201241870 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種對冷陰極施加電壓而自該冷陰極放出 電子之冷陰極裝置，即關於一種依據電場放出之原理之電子 源。 【先前技術】 先前’已知有專利文獻1所揭示之冷陰極裝置。於專利文 獻1中’如本申請案說明書所隨附之圖5(相當於專利文獻1 之圖4)所示’揭示有一種冷陰極裝置，其具有：複數根芯 柱銷（stempin)102，其設置於作為容器之玻蹲管1〇1之一端 部101a;石英板103’其於該玻璃管1〇1之内部固定於芯柱 銷102之適當部位；冷陰極104，其係由該石英板1 所支 持’及燈絲105 ’其设置於冷陰極104之周圍且連接於2個 芯柱銷102。 於此冷陰極裝置中，燈絲105係藉由碳糊黏著於冷陰極 104。而且，通過芯柱銷1〇2及燈絲105對冷陰極1〇4施加 特定之電壓。藉由此電壓施加而自冷陰極1〇4放出電子。此 時，燈絲105係藉由通電而發熱，並藉此加熱冷陰極1〇4。 專利文獻1之[0006]段落中係記載有：藉由上述加熱冷陰極 104，可使自冷陰極104所放出之電子之放出量穩定。 即，於習知之冷陰極裝置中，燈絲1〇5主要目的係為了對 冷陰極104施加用以放出電子之特定之電壓所設置者，且其 101103991 4 201241870 次要目的係為了使來自冷陰極1〇4之電子之放出量穩定而 作為加熱器發揮功能者。因此，作為加熱器而發揮功能之燈 絲105係僅用以達成電子之放出量之穩定化才進行發熱，並 無法實現用以發揮電子之放出量之穩定化以外之功能而進 行發熱^ [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]曰本專利特開2008-226760號公報（第3〜4 頁、圖4) 【發明内容】 (發明所欲解決之問題） 通常’於圖5所示之冷陰極裝置中’坡璃管1〇1之内部係 設定為真空或接近真空之減壓狀態（以下稱作高真空片大 態），例如1χ10-δ帕斯卡。其理由在於用以促進高效率之電 子之產生。將玻璃管101之内部設定為高真空狀態係藉由於 冷陰極裝置之製造過程中利用例如泵等排氣裝置將玻場管 101之内部排氣而進行。 然而，於習知之冷陰極襞置中，無法將破璃管101之内部 設定為充分之高真空狀態，而無法效率良好地進行電子之產 生。其理由在於：因為於冷陰極104預先吸附有氣體，而於 完成冷陰極裝置後該吸附氣體自冷陰極漏出，因此使玻璃管 101内部之真空度變差。
S 101103991 5 201241870 本毛月係雲於先前襄置之上述問題點而完成者，其目的衣 於提供#可獨立於對冷陰極所施加之電壓且正確地設定 對於配置在冷陰極周圍之加熱器之通電量，而可提高容器内 之”工度帛以彳f到電子產生效率極高之冷陰極裝置。 又-目的在於提供一種可如上述穩定地並確實地製造電 子產生效率極高之冷陰極裝置之製造方法。 (解決問題之手段） 本發明之冷陰極裝置，其特徵在於具有：冷陰極，其藉由 電壓之施加而放出電子；加熱器，其加熱上述冷陰極；支持 體，其支持上述冷陰極且具有導電性；容器，其包圍上述冷 陰極上述加熱器及上述支持體；加熱器端子，其露出於上 述容器之外部且連接於上述加熱器；及支持體端子，其露出 於上述容器之外部且連接於上述支持體；且，上述加熱器端 子與上述支持體端子係電性相互獨立，所謂電性獨立係指 處於電性相互絕緣之狀態。 根據本發明，加熱器端子與支持體端子係電性相互獨立。 因此，可對冷陰極正確地施加用以放出電子之電壓，而且， 了獨立地且正確地對加熱森施加用以加熱冷陰極使吸附氣 體放出之電壓，而有別於用以放出電子之電壓。 其結果，根據本發明，藉由於容器之排氣時使冷陰極之吸 附氣體自冷陰極放出，而可將容器之内部設定為高度之真空 狀態，其結果，可大量地且穩定地進行自冷陰極之電子之放 101103991 Λ 201241870 出，即可提高電子產生之效率。 較佳為：本發明之冷陰極裝置具有電源，該電源對上述加 熱益端子供給大小為可將上述冷陰極加熱至吸附於上述冷 陰極之氣體自該冷陰極放出之溫度的電流。而且’較佳為將 該溫度設定為係由勘t〜1G()(rc之範_所選擇任音之 溫磨。 〜< 根據此構成，於將作為冷陰極裝置之構成要素之容器之内 P進订排κ而使其成為真空狀態時，可使冷陰極之吸附 自違冷陰極充分地放出，因此，可使容器内之 地 保持為真空狀態。 八長期地 於本發明之冷陰極裝置中，上述支持體可構成為棒狀 可使上述冷陰極插入之凹部。根據此構成，可使‘ 陰極之周圍構成為小型且易於作業。 τ 於本發明之冷陰極裝置中，上述冷陰 及其他高炫點材料所形成。又，冷陰極可•二二、鷄、知、 之奈米材料，例如由奈米碳管所形成。猎由4細微構造 接著’本發明之冷陰極裝置 成之冷陰極裝置之製造錢，該tmrrr所形 其藉由電壓之施加 置-有.冷陰極’ 極;支持體，，二:：’加熱器’其加熱上述冷陰 包圍上迷冷，極 冷陰極且具有導電性;及容器1 裝置之製泛方\1 以料_;且，該冷陰極 __法，其特徵在於具有··於藉由上述加熱器將: 7 201241870 述冷陰極域至吸㈣上料陰極之“自料陰極放出 之溫度為止之狀態下’將上述容器之内Α ^ 。遵行排氣之步驟。 根據本發明之冷陰極裝置之製造方法，士 + Λ ^ 田於可使收容有進 行電子^放出之冷陰極之容㈣内部長期地保持為高度之 真空狀邊，因此可和、疋地且確實地製造電子產生 冷陰極裝置。 ' ^ (發明效果） 根據本發明之冷陰極裝置’加熱器端子與支持體端子係電 性相互獨立。因此，可正確地對冷陰極施加用以放出電子之 電壓，而且，可獨立地且正確地對加熱器施加用以加熱冷陰 極使吸附氣體放出之電壓，而有別於用以放出電子之電壓。 其結果’藉由於容器之排氣時使冷陰極之吸附氣體自冷陰 極放出’而可將容器之内部設定為高度之真空狀態，其結 果’可大量地且穩定地進行自冷陰極之電子之放出，即可提 高電子產生效率。 根據本發明自冷陰極裝置之製造方法，由於可使收容有進 行電子之放出之冷陰極之容器的内部長期地保持為高度之 真空狀態’因此可穩定地且確實地製造電子產生效率極高之 冷陰極裝置。 【實施方式】 以下’根據實施形態說明本發明之冷陰極裝置。再者，本 發明當然並不限定於此實施形態。又，於後續之說明中雖然 101103991 8 201241870 會參照圖式，但於該圖式中，為了易於理解地表示特徵之部 分’而存在有以與貫際不同之比率表示構成要素之情形。 圖1係表示包含本發明之冷陰極裝置之一實施形態之電 子束放出裝置之一實施形悲。圖2係表示依照圖1之八_a 之俯視剖面圖。於此等圖中，冷陰極裝置i具有：作為容器 之玻璃管2、冷陰極3、作為加熱器之燈絲4、作為支持冷 陰極3之支持聽之支持轴6、及作為貫通玻璃管2之端部％ 所設置端子之複數個(於本實施形態中為3個）芯柱銷7a〜 7c ° 電子束放出裝£ 11 #有：上述冷陰極襄£玉、設置於玻 璃管2另^部之電子滲_ 12、作為電子萃取電極 ㈣—electrode)之柵極電極13、及作為貫通玻璃管2 之端部2a所設置端子之芯柱銷7d。芯柱銷7a〜7d係經由 複數根電線8電性連接有電源14。 冷陰極3係放出電子之要素，有時被稱為 f雜3係錢^柱形狀，且放出電子側之前端形成為圓錐 狀之尖銳形狀。冷陰極3例如由導電材料、例如由碳所形 成。較佳為冷陰極3由微小粒子之集合體 例如奈米碳管所形成。 * 支持軸6係形成為直徑較冷陰極3 6於其下端固著於玻璃管2之下 主形狀。支持軸 著。支持W係、由例如Ni(錄’例如藉由點焊而黏 )Ta(@)、殘_高熔點且 101103991 201241870 具有導電性之㈣卿成。讀轴6係連接於作為支持體端 子而發揮功能之芯柱銷7c。 於支持軸6之前端設置有圓柱狀之凹部16，且於該凹部 16中插入有冷陰極3。冷陰極3插入於凹部16中後藉由黏 著劑，例如碳黏著劑固接於支持轴6。 燈絲4具有捲繞為線圈狀之部分，且該線圈狀部分貫通有 冷陰極3。藉此，於燈絲4發熱時加熱冷陰極3。又，可科 由燈絲4防止冷陰極3之位置位移。燈絲4之兩端分別連^ 於作為加熱器端子而發揮功能之芯柱銷7&及71^燈絲4例 如藉由W(鎢）所形成。 構成電子束放出裝置11之栅極電極13之外觀形狀於本實 施形態中係如圖2所示之圓形形狀。然而，柵極電極13之 外觀形狀亦可為矩形狀、及其他任意形狀。柵極電極具 有將多根細線材排列為網狀之構成。於圖1中，栅極電極 13連接於1個芯柱端子7d。 設置於玻璃管2之端子側之端部2a之相反側之端部的電 子滲透膜12氣密地保持玻璃管2之内部，並且由可使電子 通過之材質及構造所形成。 電源14包含圖3所示之第1電源電路i4a、與圖4所示 之第2電源電路14b。可根據需要選擇使用第1電源電路 與第2電源電路14b。 第1電源電路14a係對連接於燈絲4之加熱器端子7&與 10 101103991 201241870 %子7b之間施加電壓V1之 以於燈絲4流通特定大小電流之電心=V1係用 係韻至特定之溫度為止。 猎由峨，燈絲4 質。尤^所形成之冷陰極3具有易。及附大氣中之氣體之性
陰極k卜於猎由例如奈米材料等表面積較大之材料形成A 4所加更進—步促進吸附氣體之性質。藉由_ …、之冷陰極3之溫度，係對於可 附於冷陰極3中之氣體而言充分高又溫卢:：； "吸 為戰〜⑽代之溫度範圍内之適當皿二：…’例如 熱即使該:3中’㈣燈絲4施加電:^，燈絲4就會發 朝向該冷H極3至對㈣*料於冷陰極3之氣體
卜部放出而言充分之溫度，即為30〇ΐ〜 1000 c之之適#溫度。 L 第2料路⑷細使連接於燈絲4之加㈣端子7a ㈣^r7b、與連接於支持轴6之支持體端子7C成為 π共通地連接，且_成為共通之端子施 步對連接於拇極電極13之端子-施加電壓 之，：。、電壓^係經由支持軸6對冷陰極3所施加之 芦V3D匕冷陰極书壓V2例如為負數十kV。又，柵極電 ^歹如相對於冷陰極3為正1500 V左右。 (冷陰極I置1及電子束放*裝置11之製造方法） 下對冷陰極裳置1及電子束放出襄置11之製造方法 101103991
S 201241870 進行說明。 最初，相當於圖1之玻璃管2 管2分離。於此狀能之…之端部23之部分係與玻璃 定有芯柱鎖7a〜t 之特定位置在貫通狀態下固 由點相接於作為支持體端子 之心柱銷7c之部位之表面。 接，例如焊^^ 將燈絲4之兩端分別連 於Λ… 端子之芯柱鎖乃及7b。接著， 下财场㈣，例如魏後，或者於支持軸 自A下·Γ。卩16内塗上黏著劑，例如碳糊後，使冷陰極3 端^ ^㈣絲4之線圈繞捲部分，並將冷陰極3之下 持轴6軸6 ^部16内’然後將冷陰極3固接於支 持軸6之上端。 於，形態中，燈絲4係發揮使冷陰極3加熱至特定溫 、又之4用者’由於燈絲4並不具有將用以放出電子之電壓對 冷陰桎3施加之作用，因此，無需使燈絲*與冷陰極$藉由 碳糊等相互黏著。 、接著，將柵極電極13配設於冷陰極3上方之特定位置， 並且藉由導電線17導通柵極電極13與芯柱销％。接著， 使玻璃& 2覆蓋於端部2a±，然後，將電源之電路構成 設定為如圖3所示之第1電源電路14a。藉由此電路設定， 進行對燈絲4通電而使該燈絲4發熱，並加熱冷陰極3，其 結果，使吸附於該冷陰極3之氣體自該冷陰極3放出。〃 101103991 12 201241870 使電源14與設定為第1電 具體而言，於較該設定時序早二時::::電:構成同步’ 地、或於較該設定時序慢特定時間之後，開始 理。：處理係藉由例如排氣泵等排_ 料™_處理，使朗管2内部之空氣進行排 氣’並且將自冷陰極3所放出之氣體進行排氣。此排氣處理 之結果，玻璃管2之内部係設定為高度之真空狀態，例如 1x 10'6帕斯卡左右之減壓狀態。 由於藉由此排氣處理將冷陰極3之吸附氣體對玻璃管2 之外部排氣，因此’在其後，玻璃管2之内部係長期地維持 在向度之真空狀態。其結果，下述自冷陰極3之電子之放出 可長期地維持較大之放出量且穩定地進行。 於本實施形態中，雖然藉由燈絲4使冷陰極3之溫度升溫 而自該冷陰極3使吸附氣體放出，且當時冷陰極3之溫度係 對於可使吸附於自身之氣體從自身放出而言為充分高之溫 度。雖然此溫度係根據冷陰極3之材質及進行排氣處理之時 間而變化者，但於實用上係為30(TC〜1000〇C之溫度範圍内 之適當溫度。即便為300°C左右之較低溫度亦可藉由將排氣 處理時間設定為較長，而確實地進行吸附氣體之放出。 (冷陰極裝置1及電子束放出裝置11之使用方法） 以下，對冷陰極裝置1及電子束放出裝置11之使用方法 進行說明。 101丨03991 13 201241870 於使用冷陰極裝置1及電子束放出農置U時，將電源14 之電路構成設定為如圖4所示之第2電源電路⑽。藉由此 電路設定，對冷陰極3施加負的高電壓，例如數十kv 之電壓。而且，對冷陰極3與柵極電極13之間施加特定之 電壓V3,例如1500 v左右之電壓。 以上電壓设疋之結果，一邊藉由拇極電極Η萃取電子， 一邊根據電場放電自冷陰極3放出電子。由於玻璃管2之内 部係設U高度之真空_，故可穩定地進行電子之放出。 根據圖5所示習知之冷陰極裝置，冷陰極ι〇4係由作為絕 緣體之石英板103所支持，且燈絲1〇5發揮用以放出電子之 對冷陰極剛之電壓施加、與用以使電子放出穩定化之冷陰 極104之加熱二者的作用。於此情形時，冷陰極1〇4之加熱 係次要之作用，且並非為了達成吸附氣體之放出等特定之作 用的加熱。 相對於此，根據本實_態，如圖丨所示，加熱器端子 7a 7b與支持體鈿子7C係電性相互獨立，即電性相互絕緣。 因此，可對冷陰極3正確地施加用以放出電子之電壓，而 且，可對於燈絲4獨立地且正確地施加用以加熱冷陰極3 而使吸附軋體放出之電壓，而有別於用以放出電子之電壓。 如此，根據本實施形態，藉由於作為容器之玻璃管2内之 排氣時使冷陰極3之吸附氣體自冷陰極3放出，可將玻璃管 2之内部設定為高度之真空狀態。而且其結果，可大量地且 101103991 14 201241870 穩定地進行自冷陰極3之電子之放出。 又，於本實施形態中，因為燈絲4並不黏著於冷陰極3， 故不存在燈絲4對冷陰極3波及無用之力之情形。因此，可 防止冷陰極3之姿勢被破壞、或防止冷陰極3破損。 (其他實施形態） 以上，雖然已列舉較佳之實施形態說明本發明，但本發明 亚不限^於該實施形態，可於申請專㈣圍所記載發明之範 圍内進行各種改變。 〇 士雖然上述貫施形態係將本發明之冷陰極裳置（於實 ，开7恶中以70件符號1所表示之裝置)作為用以放出電子之 哀置（7¾子束放出裝置（於實施形態中以元件符號n所表 不之裝置）之構成要素而應用之情形之實施形態，但本發明 之冷陰極|置亦可制於電子束放出裝置以外之電子利用 裝置。 例如，本發明之冷陰極裝置亦可應用於如X射線管之放 射線放射裝置、或如場發射燈(即field emission lamp)之發光 $置等。於將本發明之冷陰極裝置應用於放射線放射裝置之 h形牯’於圖1中使自冷陰極3所放出之電子撞擊於靶材（即 對陰極、即陽極）而自該靶材放射出放射線，例如X射線。 於將本發明之冷陰極裝置應用於發光裝置之情形時，於圖 中將自冷陰極3所放出之電子照射至例如螢光體等發光要 素’而使該發光要素發光。
S 101103991 201241870 於圖1所示之實施形態中，雖然與冷陰極3相對向地設置 柵極電極13 ’但於僅對冷陰極3之電壓施加就可產生 充分置之電子之情形時，亦可不設置柵極電極丨3 Ο 於本實施形態中，雖然藉由玻璃管巧成容器，但容器可 為由玻璃以外之任意材料所構成之容琴。 於上述實施形態中，藉由且借接^ ^ &上 稽則繞為線圈狀之部分之燈絲 4構成用以加熱冷陰極3之加埶器。 ”、、 心而’加熱态可為除了 燈絲4以外之任意構造之加熱要素。 【圖式簡單說明】 圖1係表示使用本發明之冷陰極较置之電子束放出裝置 之一實施形態之前視剖面圖。 圖2係依照圖1之A-A線之俯視刮面圖。 圖3係表示作為圖丨所示裝置之主要部分之電源之内部構 成的圖式，尤其係表示於冷陰極裝置之製造時所使用之第i 電源電路之圖式。 圖4係表示作為圖1所示裝置之主要部分之電源之内部構 成的圖式，尤其表示於冷陰極裝置之使用時所使用之第2 電源電路。 圖5係習知之冷陰極裝置之一例之前視别面圖。 【主要元件符號說明】 1 冷陰極裝置 2、101 玻璃管（容器） 101103991 16 201241870 2a、101a 端部 3、104 冷陰極 4、105 燈絲（加熱器） 6 支持轴（支持體） 7a、7b 芯柱銷（加熱器端子） 7c 芯柱銷（支持體端子） 7d、102 芯柱銷 8 電線 11 電子束放出裝置 12 電子滲透膜 13 栅極電極（電子萃取電極) 14 電源 14a 第1電源電路 14b 第2電源電路 16 凹部 17 導電線 103 石英板 VI 燈絲電壓 V2 冷陰極電壓 V3 柵極電壓 s. 101103991 17