(57)【要約】【課題】高電子放出密度、低電圧駆動、低電力消費、簡素な構造でより低コストな電子銃を提供すること。【解決手段】本電子銃１６は、電界放出型カソード２８と、この電界放出型カソード２８から放出した電子を収束させる電子レンズ系３０とを備え、電界放出型カソード２８が、導電性ワイヤ２８ａと、この導電性ワイヤ２８ａの表面に電子放出源として表面に多数のナノサイズの微細突起２８ｂを有する炭素薄膜２８ｃが形成されて構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界放出型カソードと、この電界放出型カソードから放出した電子を収束させる電子レンズ系とを備えた電子銃において、上記電界放出型カソードが、導電性ワイヤと、この導電性ワイヤの表面に電子放出源として表面に多数のナノサイズの微細突起を有する炭素薄膜が形成されて構成されている、ことを特徴とする電子銃。
【請求項２】
請求項１に記載の電子銃を備えたネック部と、ネック部から放出した電子ビームを偏向させるファンネル部と、電子ビームにより励起発光する蛍光スクリーン部とを備えた、ことを特徴とするＣＲＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＲＴ（陰極線管）や電子ビーム露光装置等のように収束した電子ビームを利用する各種電子装置の電子銃およびこれを備えたＣＲＴに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＲＴは、電子銃を備えたネック部と、このネック部から放出された電子ビームを偏向させる偏向板が設けられたファンネル部と、電子ビームによって励起発光する蛍光体が被着された蛍光スクリーン部とを有する。このようなＣＲＴには電子放出源として電子銃が用いられる。従来の電子銃は、ヒータ内蔵のニッケル円筒の表面に酸化バリウムを主成分とした酸化物が塗布された傍熱型カソードが用いられている。
【０００３】
しかしながら、傍熱型カソードの場合、ヒータオン後から電子ビームを得るまでに時間がかかること、ヒータ寿命が短いので長寿命のＣＲＴが得られないこと、等の課題に加えて、近年のＣＲＴに求められる高解像度を実現する上で電流密度の向上に限界があり、例えば高精細表示器等の実現が困難であるという課題がある。
【０００４】
以上のような傍熱型カソードを用いた従来の電子銃の課題を解決するために特許文献１が提案されている。この特許文献１に開示されている電子銃は、電界放出型カソードを用いたものであり、基板上にカソード導体を形成し、このカソード導体上に多数の開口を有する絶縁層を設け、この絶縁層の各開口それぞれにスピント型のエミッタ（電子放出源）を配置するとともに、絶縁層上にゲートを配置して構成したものとなっている。この特許文献１の明細書の記載によれば、電界放出型カソードの場合、冷陰極なのでヒータ電源が不要であり、電流密度（電子放出密度）を向上することができる、等と述べている。
【０００５】
しかしながら、電子放出源であるエミッタがスピント型であるために、製造工程において超高真空環境下に置くための高価な製造設備が必要であり、また、電子放出源の構造が上述のごとく複雑なため、製造工数が非常に多くなり製造コストが高価につくなどから、安価に量産するには不向きな構造であるという課題がある。
【０００６】
また、スピント型では、エミッタの配置密度を高くするとしても、設置スペースに乏しい電子銃ではエミッタの配置個数が制約され、電流密度の確保が難しいという別の課題もある。
【特許文献１】特開平５−３４３０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明により解決する課題は、電子放出源として電界放出型カソードを用いた電子銃において、設備コストや製造コストを共に低減して量産コストを大幅に低減できる電子銃を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電子銃は、電界放出型カソードと、この電界放出型カソードから放出した電子を収束させる電子レンズ系とを備えた電子銃において、上記電界放出型カソードが、導電性ワイヤと、この導電性ワイヤの表面に電子放出源として表面に多数のナノサイズの微細突起を有する炭素薄膜が形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記導電性ワイヤはその表面に微視的なサイズの凹凸を形成することが、より低電界の印加で炭素薄膜の微細突起からより多くの電子を放出させることができて好ましい。炭素薄膜は、例えば、チューブ形状、ウォール形状、その他の形状を備えたナノサイズの材料からなる炭素薄膜を含む。
【００１０】
本発明の電子銃によると、傍熱型カソードを用いた電子銃の諸課題を克服することができることは勿論のこと、スピント型の電子放出源とは大きく異なり、製造において超高真空環境が要求されず、また、製造工数も少なくて済むので、設備コスト、製造コストが共に安価に済み、量産コストの大幅な低減が可能である。
【００１１】
さらに、本発明の電子銃によると、導電性ワイヤの表面全体に微細突起を多数備え、この微細突起に低電圧印加で強い電界集中が起こり、電子放出を行うことができるので、設置スペースに制約があるネック部でも、１つないしは複数のワイヤ状のカソードを配置するだけで十分な高電流密度を確保できる。
【００１２】
さらに、スピント型では基板上にエミッタが離散されるので電子放出密度をあげるには絶縁層の開口数を増加させる必要があるが、開口数の増加して電流密度を向上させるにも限界があるのに対して、本発明では、導電性ワイヤの表面に形成した炭素薄膜が備える多数の微細突起それぞれがエミッタとして機能することができるので、高電流密度を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子放出源として電界放出型カソードを用いた電子銃において、量産コストが安価に済む電子銃を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る電子銃を詳細に説明する。図１は、実施の形態の電子銃を備えたＣＲＴの構成を示す図である。図１を参照して、このＣＲＴ１０は、内部が高真空に密封されたガラス管１２のネック部１４に電子銃１６が収納されている。ガラス管１２のネック部１４とファンネル部１８との接合部の外周に水平・垂直偏向板２０が配置されている。ガラス管１２のパネル２２の内面に蛍光スクリーン部２４が設けられている。
【００１５】
電子銃１６から放出されてくる電子ビーム２６は、水平・垂直偏向板２０で偏向されて蛍光スクリーン部２４に衝突し、蛍光スクリーン部２４は励起発光する。なお、図１に示すＣＲＴ１０の偏向方式は、静電偏向方式であるが、実施の形態はこの偏向方式に限定されず、電磁偏向方式にも適用することができる。電磁偏向方式は電子ビームを磁石の磁界の強さや方向により電子ビームを水平、垂直に偏向する方式である。
【００１６】
図２および図３を参照して実施の形態の電子銃１６の構成を説明する。図２は電子銃１６の構成図、図３は電界放出型カソード２８の詳細図である。この電子銃１６は、電界放出型カソード２８と、電子レンズ系３０とで構成されている。
【００１７】
電界放出型カソード２８は、導電性ワイヤ２８ａと、この導電性ワイヤ２８ａの表面に電子放出源として表面に多数のナノサイズの微細突起２８ｂを有する炭素薄膜２８ｃが形成されていることを特徴とするものである。導電性ワイヤ２８ａは電子レンズ系３０にほぼ直交する方向に延びて配置されていることが好ましい。
【００１８】
上記導電性ワイヤ２８ａはその表面に微視的なサイズの凹凸２８ｄを形成することが、より低電界の印加で炭素薄膜２８ｃの微細突起２８ｂからより多くの電子を放出させることができて好ましい。炭素薄膜２８ｃは、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、フラーレン、カーボンナノホーン、ナノパーティクル、その他の炭素および炭素系の薄膜を含む。導電性ワイヤ２８ａは１つでも複数でもよく、網目状に組合わせてもよい。導電性ワイヤ２８ａは直線状でも蛇行状でもその形状は問わない。導電性ワイヤ２８ａの断面は円形、楕円形、矩形等、その形状は問わない。導電性ワイヤ２８ａはその長さ方向に等径でよいが一部に異径部分があってもよい。
【００１９】
炭素薄膜２８ｃの膜厚は特に限定されない。微細突起２８ｂの先端は尖鋭であることが電界集中には好ましいが、多少の丸みがあってもよい。カーボンナノウォールの場合はウォール厚さが薄いほど電界集中には好ましい。導電性ワイヤ２８ａの表面にカーボンナノチューブやカーボンナノウォール等の炭素薄膜を形成する方法には限定されない。
【００２０】
電子レンズ系３０には各種の方式があり、実施の形態は特にそれらレンズ方式に特に限定されるものではなく、説明として、電子レンズ系３０は、複数のグリッド電極からなり、一例として、５つのグリッド電極３０ａ−３０ｅからなり、これら各グリッド電極３０ａ−３０ｅに電圧が印加されることにより、電子ビーム２６の加速および収束を行うようになっている。各グリッド電極３０ａ−３０ｅには電子ビーム２６を通すための開口が形成されている。
【００２１】
以上説明した実施の形態の電子銃１６においては、傍熱型カソードを用いた電子銃の諸課題を克服することができるとともに、スピント型の電界放出型カソードを用いた電子銃の諸課題を克服することができる。
【００２２】
すなわち、実施の形態の電子銃１６の電界放出型カソード２８は、導電性ワイヤ２８ａの表面全体に形成した炭素薄膜２８ｃの表面に多数設けた尖鋭な微細突起２８ｂに低電圧印加により強い電界集中が起こり、電子放出を行うことができるものであり、製造に際しては、超高真空環境下で製造する必要がなく、また、製造工数も少なくて済むので、設備コスト、製造コストが共に安価に済み、量産する場合には、スピント型の電界放出型カソードと比較してその量産コストを大幅に低減することができる。
【００２３】
さらに、従来のスピント型の電界放出型カソードでは、基板上にエミッタが離散配置されているので電流密度の向上に限界があるが、実施の形態の電子銃１６の電界放出型カソード２８では、炭素薄膜２８ｃ表面の多数の微細突起２８ｂそれぞれがエミッタとして機能することができるので、電流密度が極めて高い電子銃を実現することができる。
【００２４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態に係る電子銃を組み込んだＣＲＴの構成図である。
【図２】ＣＲＴに組み込まれている電子銃の構成図である。
【図３】電子銃の電界放出型カソードの詳細構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ＣＲＴ
１２  ガラス管
１４  ネック部
１６  電子銃
１８  ファンネル部
２０  水平・垂直偏向部
２４  蛍光スクリーン部
２６  電子ビーム
２８  電界放出型カソード
２８ａ  導電性ワイヤ
２８ｂ  微細突起
２８ｃ  炭素薄膜
２８ｄ  凹凸
３０  電子レンズ系
【図１】
2006252781.tif 000003
【図２】
2006252781.tif 000004
【図３】
2006252781.tif 000005