(57)【要約】      （修正有）【課題】  排気ポンプ系と陰極線管とを切り離すチップオフ工程において、ガラス材料からなる排気管を加熱したときのＨ2Ｏ等のガスの発生量を低減し、電界放出冷陰極の電子放出性能の劣化を防止する。【解決手段】  陰極線管１と真空排気系４とをガラス材料からなる排気管６で接続し、陰極線管内を排気する。次いで、排気管６を局所的に加熱して融解させて封止切りする。この際の加熱温度を、排気管６のガラス材料の軟化点温度より低い温度とする。【選択図】  図４
2006156300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界放出冷陰極を電子放出源として用いた陰極線管の製造方法であって、
陰極線管と真空排気系とをガラス材料からなる排気管で接続し、前記陰極線管内を排気する排気工程と、
前記排気工程の後に、前記排気管を局所的に加熱して融解させて封止切りするチップオフ工程と
を備え、
前記チップオフ工程を、前記ガラス材料の軟化点温度より低い温度で行うことを特徴とする陰極線管の製造方法。
【請求項２】
前記チップオフ工程を、前記ガラス材料の軟化点温度より２０℃以上低い温度で行う請求項１に記載の陰極線管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出冷陰極を電子放出源とした陰極線管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陰極線管の電子放出源としては、一般的に熱陰極が使用されている。熱陰極は、図６に示すように、ヒーター１２、スリーブ１１、エミッタ１０を備え、スリーブ１１上面に配置されたエミッタ１０を、スリーブ１１内のヒーター１２で十分に加熱することで、エミッタ１０から電子の放出動作を安定して行わせる電子放出源である。熱陰極には、大きく分類すると、８００℃程度で動作する酸化物型熱陰極と、１０００℃程度で動作する含浸型熱陰極がある。ヒーター１２からの熱エネルギーは、電子放出を行うためにエミッタ１０を加熱するだけでなく、副作用として、陰極線管に様々な熱品質課題を引き起こす。これらの熱品質課題の対策として、さまざまな手段が検討されているが、それらの中の一手段として、陰極線管の電子放出源として熱陰極を使用せずに、電界放出冷陰極を使用する方法が提案されている。
【０００３】
図２に電界放出冷陰極の斜視図を、図３にその断面図を示す。電界放出冷陰極とは、半導体基板２４上の同一平面上に、先鋭な先端を有する略円錐体形状の電子放出源としてのエミッタ２１が複数配置され、エミッタ２１が配置された平面上に、厚さ数μｍ以下の絶縁層２３が設けられ、絶縁層２３の上面のうちの必要な領域にのみ導電性材料からなる引き出し電極２２が積層された半導体素子である。電子放出部となるエミッタ２１に対して引き出し電極２２に印加する正電位を高くすることで、両者間に電位差を設け、エミッタ２１の先端に強電界を発生させる。すると、トンネル効果の作用により、エミッタ２１の表面から電子が放出される。
【０００４】
このような電界放出冷陰極では、電子放出を行うときに加熱する必要がないため、熱陰極で必須のヒーター１２（図６参照）は不要である。従って、熱陰極に起因する前記の陰極線管の熱品質課題を原理的に回避できる。
【０００５】
電界放出冷陰極において、エミッタ２１の表面からの電子放出量を決定する支配要因は、エミッタ２１の先端の電界強度（これは、先端の曲率半径、エミッタ２１と引き出し電極２２との電位差等に依存する）、エミッタ２１の表面の仕事関数（これは、表面の物性状態等に依存する）、及び、雰囲気の真空度等である。
【０００６】
さらに、陰極線管の電子放出源として電界放出冷陰極を使用する場合は、陰極線管内に残留するガス、及び、管内の真空度に関して、熱陰極を使用する場合よりも、より大きな注意を払う必要があることが一般的に知られている。特に真空度に関しては、最低でも１×１０-4Ｐａ以下であることが望ましいとされている。
【０００７】
次に、陰極線管の製造工程の中で、管内の残留ガス、及び、真空度を決定する支配要因となる、排気工程、及び、ゲッターフラッシュ工程について簡単に説明する。
【０００８】
排気工程は、図４に示すように、電子銃３を挿入した陰極線管１のネック部２側に設けられた排気管６を、接続部５を介して、油拡散ポンプ等の真空ポンプである排気ポンプ系４に接続して行われる。陰極線管１を３００℃〜４００度程度まで加熱しながら排気を行うことで、陰極線管１を構成する各部材から十分なガス出しを行う。
【０００９】
その後、陰極線管１が常温近くまで十分に冷却されてから、チップオフ工程を行う。即ち、排気管６の一部をチップヒーター７などで局所的に加熱することで、排気管６を溶融させ封止切りして、陰極線管１を排気ポンプ系４から切り離す。
【００１０】
ゲッターフラッシュ工程は、あらかじめ陰極線管１内に設けられたゲッターコンテナ８を、陰極線管１の外側から高周波コイル等によって加熱し、陰極線管１の内壁にバリウムなどの金属蒸着膜（以下、「ゲッター膜」という）を形成する工程である。ゲッター膜は、管内に残留する活性ガスを吸着する作用があるため、管内の真空度を良化する役割を果たす。このゲッターフラッシュ工程は、チップオフ工程の後に実施されることが多いが、チップオフ工程前の、陰極線管１が排気ポンプ系４と接続されている状態で、ゲッターフラッシュ工程を実施する工法も提案されている（例えば特許文献１）。
【００１１】
チップオフ工程後にゲッターフラッシュ工程を行うと、ゲッターフラッシュ工程時に発生するアルゴンなどの各種ガスが陰極線管１内に残留してしまう。チップオフ工程前にゲッターフラッシュ工程を行う特許文献１の工法によれば、ゲッターフラッシュ工程時に発生したガスをその後に排気ポンプ系４で排気することができるので、陰極線管の通常動作時に、残留ガスのイオン衝撃などによって電子放出源の電子放出性能が劣化することを回避できる。
【００１２】
特許文献１の工法を行うための排気系を図５に示す。この排気系は、接続部５と排気ポンプ系４との間の配管を分岐して質量分析計９に接続している点で図４の排気系と相違する。ゲッターフラッシュ工程後、排気工程中に陰極線管１内に残留するアルゴン分圧を質量分析計９で検出し、陰極線管１内のアルゴンが十分に排気されたことを確認してからチップオフ工程を行い、陰極線管１を排気ポンプ系４から切り離す。従って、残留アルゴン分圧の低い陰極線管を得ることができる。
【特許文献１】特開平１０−２６９９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記のいずれの工法でも、陰極線管内に搭載された電界放出冷陰極は、安定した電子放出動作を示さない。以下に、電界放出冷陰極が安定動作しない理由を簡単に説明する。
【００１４】
図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、チップオフ工程において、チップヒーター７による排気管６の被加熱部のガラスの形状変化を順に示した断面図である。図において、上側が陰極線管１側、下側が排気ポンプ系４側である。
【００１５】
排気工程後であって、図７（Ａ）に示すようにチップヒーター７による加熱前は、陰極線管１内は排気ポンプ系４により高真空度に保持されている。この状態から、チップヒーター７により排気管６を局所的に加熱すると、排気管６の被加熱部は、溶融し、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）と順に変形する。ガラス材料からなる排気管６が加熱され、融解されると、Ｈ2Ｏをはじめとする大量のガスが放出される。図７（Ｂ）の状態では、溶融ガラスから放出されるガスは、排気ポンプ系４で排気されるため特に問題とはならないが、さらに加熱を続け、図７（Ｃ）に示すように排気管６が溶融したガラス材料で閉塞されると、陰極線管１と排気ポンプ系４とは完全に切り離されるため、閉塞部６ａよりも陰極線管１側（図の上側）で生じるＨ2Ｏをはじめとするガスは、排気ポンプ系４で排気することができず、陰極線管１内に残留することになる。さらに加熱を続けると（図７（Ｄ））、溶融ガラスからガス放出が促進され、陰極線管１内の残留ガスは増加し続ける。従って、陰極線管１内の真空度は、チップオフ工程の前の状態と比較すると、著しく劣化する。
【００１６】
チップオフ工程後の陰極線管１内の残留ガスはＨ2Ｏが支配的であるため、真空度を劣化させるという課題の他にも、エミッタ２１の表面を汚染し仕事関数を劣化させ、電子放出源の電子放出性能を大幅に劣化させるという別の課題を引き起こす。
【００１７】
チップオフ工程に引き続き、ゲッターフラッシュ工程を行うと、残留ガスに含まれるＨ2Ｏと、陰極線管１の内面のダック（カーボン材料）が化学反応を起こし、陰極線管１内にメタンをはじめとする炭化水素が大量に発生する。メタンなどの炭化水素は化学的に安定な物質であるため、陰極線管１の内壁に形成されたバリウムなどからなるゲッター膜では、これらの不活性ガスを吸着できず、管内真空度は著しく劣化する。例えば３２インチの陰極線管を用いた場合では、残留メタン分圧が１０-3Ｐａ台まで劣化することもある。
【００１８】
ゲッターフラッシュ工程後にチップオフ工程を行う図５の工法でも、チップオフ工程で発生したＨ2Ｏが陰極線管１内に残留し、真空度を劣化させ、また、電子放出源の電子放出性能を大幅に劣化させるという問題は同様に発生する。更に、ゲッターフラッシュ工程後の陰極線管１の内面には、ゲッターフラッシュ工程で形成されたゲッター膜とともにダック（カーボン材料）が存在しているために、上記と同様に陰極線管１内にメタンをはじめとする炭化水素が大量に発生し、管内真空度は更に劣化する。例えば３２インチの陰極線管を用いた場合では、残留メタン分圧が１０-4Ｐａ台後半から１０-3Ｐａ台後半程度まで劣化することもある。
【００１９】
つまり、冷陰極電子放出源の良好な電子放出性能を得るためには、チップオフ工程でのＨ2Ｏの発生量を減らすことが不可欠である。
【００２０】
本発明は、排気ポンプ系４と陰極線管１とを切り離すチップオフ工程において、ガラス材料からなる排気管６を加熱したときのＨ2Ｏ等のガスの発生量を低減させ、その結果、電子放出源としての電界放出冷陰極の電子放出性能の劣化を防止できる陰極線管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の陰極線管の製造方法は、電界放出冷陰極を電子放出源として用いた陰極線管の製造方法であって、陰極線管と真空排気系とをガラス材料からなる排気管で接続し、前記陰極線管内を排気する排気工程と、前記排気工程の後に、前記排気管を局所的に加熱して融解させて封止切りするチップオフ工程とを備える。そして、前記チップオフ工程を、前記ガラス材料の軟化点温度より低い温度で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、チップオフ工程を、排気管のガラス材料の軟化点温度よりも低い温度で行うので、チップオフ工程及びゲッターフラッシュ工程の両工程を終えた後の状態において、陰極線管内の真空度を大幅に改善することができる。従って、電子放出源としての電界放出冷陰極の電子放出性能の劣化を低減でき、高品位の陰極線管を高歩留まりで提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を具体的な実施形態を示しながら、以下図面を用いて説明する。
【００２４】
電界放出冷陰極を電子放出源として用いた陰極線管の本発明の製造方法では、排気工程の後に行うチップオフ工程を、排気管のガラス材料の軟化点温度より低い温度で行う。
【００２５】
本発明において排気工程は、従来と同様でよく、例えば図４又は図５で説明したように、ガラス材料からなる排気管６を介して陰極線管１と排気ポンプ系４とが接続された状態で行うことができる。
【００２６】
その後、チップオフ工程を行う。チップオフ工程では、陰極線管１と排気ポンプ系４とを接続する排気管６をチップヒーター７などで局所的に加熱して融解させて封止切りする。
【００２７】
図１に、排気管６の材料であるガラスに関して、加熱温度とＨ2Ｏガス放出量との関係の一例を示す。図１では軟化点温度Ｔｓが６５０℃のガラス材料の例を示している。なお、排気管６に使用されるガラス材料の軟化点温度Ｔｓは、６００℃から７００℃までの範囲にあることが、一般的である。
【００２８】
陰極線管１と排気ポンプ系４とを切り離すチップオフ工程では、加熱によりガラス材料が割れないように、軟化点付近で急激な温度変化を生じさせないないことが必要であることが知られている。そこで、従来のチップオフ工程では、最初の第一段階で軟化点温度Ｔｓ以下の温度（例えば、軟化点温度Ｔｓより２００℃程度低い温度）で数分間の加熱を行い、引き続き第二段階として、軟化点温度Ｔｓ以上の温度（例えば、軟化点温度Ｔｓより２００℃程度高い温度：図１のＴ２）で数十秒程度の加熱を行い、その後第三段階として再度軟化点温度Ｔｓ以下の温度（例えば、軟化点温度Ｔｓより２００℃程度低い温度）で数分間の加熱を行っていた。
【００２９】
これに対して、本発明の一実施形態に係るチップオフ工程では、最初の第一段階で軟化点温度Ｔｓ以下の温度（例えば、軟化点温度Ｔｓより２００℃程度低い温度）で数分間の加熱を行い、引き続き第二段階として、軟化点温度Ｔｓより低い温度（例えば、軟化点温度Ｔｓより２０℃程度低い温度：図１のＴ１）で数分間の加熱を行い、その後第三段階として再度軟化点温度Ｔｓ以下の温度（例えば、軟化点温度Ｔｓより２００℃程度低い温度）で数分間の加熱を行う。
【００３０】
排気管６を加熱することで、排気管６の被加熱箇所は図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示したように順に形状変化する。従来法であっても本発明法であっても、このガラス材料の形状変化は、上記のチップオフ工程の３つの段階のうち、もっとも高温に加熱される第二段階でのみ起こる。
【００３１】
従来の第二段階では、前述のように比較的短時間ではあるがガラス材料をその軟化点温度Ｔｓより高い温度Ｔ２に加熱していた。この条件では、図１より明らかなように、たとえ加熱時間が短くても大量のＨ2Ｏが発生する。
【００３２】
これに対して、本発明の第二段階では、ガラス材料をその軟化点温度Ｔｓより低い温度Ｔ１に加熱する。従って、図１より明らかなように、第二段階でのガラス材料の加熱時間が従来のそれに比べて長くなっても、Ｈ2Ｏの発生量を抑えることができる。
【００３３】
このように、本発明は、第二段階での加熱温度をガラス材料の軟化点温度より低くすることで、ガラス材料から放出されるＨ2Ｏ量を大幅に低減することができる。従って、本発明のチップオフ工程を適用することによって、排気管６が閉塞した後（図７（Ｃ）の状態以降）に、陰極線管１内に残留するＨ2Ｏ量を大幅に低減できる。その結果、陰極線管１内の真空度の劣化、Ｈ2Ｏと陰極線管１の内面のダック（カーボン材料）との化学反応によるメタンなどの炭化水素ガスの発生量を大幅に低減できる。例えば３２インチの陰極線管の製造に本発明を適用した場合、チップオフ工程及びゲッターフラッシュ工程後の残留メタン分圧は５×１０-5Ｐａであった。
【００３４】
さらに、本発明は、残留するＨ2Ｏ量を大幅に低減できるので、エミッタ２１表面がＨ2Ｏに汚染されにくくなるため、電子放出源の電子放出性能の劣化を防止できる。
【００３５】
チップオフ工程において、第一段階は予熱を目的とし、第三段階は形状変化したガラス材料の歪除去を目的としており、これらは作業中でのガラス割れを防止する役割を果たしている。第一段階及び第三段階の加熱時間の合計時間は、第二段階の加熱時間と比較すると、ガラス割れを防止するためにも十分に長くすることが好ましい。従って、第一段階から第三段階までを全て行うのに必要な全加熱時間に対して、第二段階の加熱時間は、相対的に十分に短くなる。つまり、第二段階の加熱時間が、本発明において従来よりも若干長くなっても、チップオフ工程を実施するために必要な全時間は本発明は従来とほとんど変わらない。従って、このわずかな時間の増加は、陰極線管の製造インデックス上、まったく問題とならない。
【００３６】
本発明の陰極線管の製造方法において、ゲッターフラッシュ工程は、チップオフ工程の前及び後のいずれに実施しても良い。いずれの場合においても、陰極線管１内の残留ガス（Ｈ2Ｏ、メタンなど）を低減できることは、前述に説明した残留ガス発生メカニズムから容易に理解できる。
【００３７】
前述の実施形態では、第二段階における加熱温度Ｔ１は、排気管６のガラス材料の軟化点温度Ｔｓよりも２０℃程度低い温度としたが、チップオフ工程で発生するＨ2Ｏ量を低減させるためには、必ずしも、この条件である必要はない。図１から明らかなように、軟化点温度よりも低い温度であればＨ2Ｏの発生量を低減できる。一方、軟化点温度以上に加熱すると、Ｈ2Ｏの発生量は急激に増加する。従って、ガラス材料の軟化点温度のバラツキを考慮すると、第二段階における加熱温度を排気管６のガラス材料の軟化点温度よりも２０℃以上低く設定しておくと、Ｈ2Ｏの発生量を確実に低減できるため好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、陰極線管と排気ポンプ系とを切り離すチップオフ工程でのガス放出量を低減できるので、安定したエミッション動作を行うためにより高い真空度が要求される電界放出冷陰極を電子放出源とする陰極線管の製造方法として広く有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ガラスの加熱温度とＨ2Ｏ放出量との関係の一例を示した図である。
【図２】電界放出冷陰極の一例の概略構成を示した斜視図である。
【図３】図２のIII−III線での矢視断面図である。
【図４】従来の陰極線管の製造工程において、管内を排気する排気系の一例を示した概略図である。
【図５】従来の陰極線管の製造工程において、管内を排気する排気系の別の例を示した概略図である。
【図６】熱陰極の一例の概略構成を示した斜視図である。
【図７】チップオフ工程における排気管のガラスの形状変化を順に示した断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  陰極線管
２  ネック部
３  電子銃
４  排気ポンプ系
５  接続部
６  排気管
７  チップヒーター
８  ゲッターコンテナ
９  質量分析計
１０  エミッタ
１１  スリーブ
１２  ヒーター
２１  エミッタ
２２  引き出し電極
２３  絶縁層
２４  半導体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006156300.tif 000008
【図７】
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