(57)【要約】  【課題】  初期エージングの際の本来の電子放出部の汚染を防止して、安定な電子放出（エミッション）動作を得る。  【解決手段】  電子銃７を、本来の電子放出部となる第１の電界放出型冷陰極素子１０と、第１の電界放出型冷陰極素子１０側から蛍光体スクリーン面側に向かって順に配置された、第１のカソード１０を収容するカップ状の制御電極Ｇ１、プレート状の加速電極Ｇ２、集束電極Ｇ３、最終加速電極Ｇ４とにより構成する。第１の冷陰極素子１０と離間した箇所、すなわち、制御電極Ｇ１の加速電極Ｇ２との対向面上の孔の周縁に、初期エージングを実施するための第２の電界放出型冷陰極素子１１を設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に蛍光体スクリーン面が形成されたフェイスパネルと、前記フェイスパネルの後方に接続されたファンネルとからなるバルブと、
第１の電界放出型冷陰極素子が搭載され、前記ファンネルのネック部に内蔵された電子銃とを備えた陰極線管装置であって、
前記電子銃内の、前記第１の電界放出型冷陰極素子とは離間した箇所に、初期エージングを実施するための第２の電界放出型冷陰極素子を設けたことを特徴とする陰極線管装置。
【請求項２】
前記第２の電界放出型冷陰極素子は、前記電子銃を構成する少なくとも２つのグリッド電極を用いて電圧を印加することにより、電子放出が制御される請求項１に記載の陰極線管装置。
【請求項３】
前記第２の電界放出型冷陰極素子は、前記第１の電界放出型冷陰極素子から放出される電子にレンズ作用を及ぼす際に印加される電圧よりも高い電圧領域で動作するような電子放出機能を有する請求項２に記載の陰極線管装置。
【請求項４】
前記第２の電界放出型冷陰極素子の少なくとも電子放出表面が、前記電子銃を構成するグリッド電極の材料よりも仕事関数の低い材料からなる請求項１に記載の陰極線管装置。
【請求項５】
前記第２の電界放出型冷陰極素子と前記第１の電界放出型冷陰極素子との間に、前記第２の電界放出型冷陰極素子からの電子放出に起因して生成されるイオンを捕獲するためのイオントラップ部をさらに備えた請求項１に記載の陰極線管装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の陰極線管装置の製造方法であって、
初期エージング動作におけるＣＨ4 残留ガスの分圧が所定値以下になるまでエージング処理を行うことを特徴とする陰極線管装置の製造方法。
【請求項７】
前記ＣＨ4 残留ガスの分圧の前記所定値が１×１０-7Ｐａである請求項６に記載の陰極線管装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃用陰極として冷陰極を用いた陰極線管（ＣＲＴ）装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の薄型ディスプレイが登場し、フラットディスプレイ市場が急速に拡大しつつあるが、３２インチサイズ程度の家庭用テレビの用途としては、価格、性能の点で依然としてＣＲＴ装置が優位にある。また、新たに地上波デジタル放送が導入された場合には、テレビ用のディスプレイ技術が大きく変化することが予想されている。このようにテレビを取り巻く環境がデジタル方式にシフトする中で、特にディスプレイには高解像性能が強く求められている。
【０００３】
ところが、これまで広く用いられてきたテレビ技術では、これらの要求に十分に応えられない可能性が出てきている。すなわち、テレビには画像を表示する心臓部として電子銃が用いられており、電子銃の性能が解像性能に強く係わっている。電子銃に用いられている陰極の電流密度を向上させることができれば、実効的な陰極面積を縮小することができ、結果的に解像性能を向上させることができる。現在、電子銃用陰極として用いられている熱陰極は、これまでに様々な技術改良が加えられ電流密度の向上が図られてきたが、もはや物理的な限界に近づいてきており、これ以上の飛躍的な電流密度の向上は困難な状況にある。近年、実用化が図られつつあるデジタル放送用の電子銃用陰極には、従来の熱陰極の６倍から１０倍程度の電流密度の向上が要求されている。このような理由から、大幅な電流密度の向上に応える技術として冷陰極が期待されている。中でも、複数の円錐状のエミッタ（陰極）と、各エミッタの先端から電子が放出されるように各エミッタに電圧を印加するために各エミッタを囲むように形成された引き出し電極とを備えた電界放出型冷陰極素子は、高い電流密度が得られ、放出電子の速度分布が小さい等の利点を有することから、電子銃用陰極としての応用が期待されている。
【０００４】
ところで、電界放出型冷陰極素子を搭載した電子銃を備えたＣＲＴ装置においては、電界放出型冷陰極素子から放出される放出電流を所定の電流量まで増加させるために当該電界放出型冷陰極素子に対して初期エージングを実施する必要があるが、従来、初期エージングの方法としては、本来の電子放出部とは別に設けたガス出し用電子放出部を用いて行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、従来においては、ガス出し用電子放出部から放出された電子を、アノード部及び本来の電子放出部に衝突させて、ガス出し（アノード部及び本来の電子放出部の表面に吸着した不純物のクリーニング）を行った後、真空封止するようにされていた。
【特許文献１】特許第２９１７８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の電界放出型冷陰極素子においては、ガス出し用電子放出部が本来の電子放出部の外側を囲むように配置されているため、以下のような問題があった。すなわち、初期エージング中にガス出し用電子放出部から放出された電子によってＣＲＴ装置の製造直後の管内残留ガスの主成分であるメタン（ＣＨ4 ）が分解され、生成されたカーボン生成物によって本来の電子放出部が汚染される（この場合、ガス出し用電子放出部の電子放出領域近傍で、汚染の度合いが大きい）。その結果、引き出し電極の耐圧特性が低下し、リーク電流が発生して不安定な電子放出（エミッション）動作を引き起こしてしまう。
【０００６】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、初期エージングの際の本来の電子放出部の汚染を防止して、安定な電子放出（エミッション）動作を得ることのできる陰極線管装置及びそ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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係る陰極線管装置の構成は、内面に蛍光体スクリーン面が形成されたフェイスパネルと、前記フェイスパネルの後方に接続されたファンネルとからなるバルブと、第１の電界放出型冷陰極素子が搭載され、前記ファンネルのネック部に内蔵された電子銃とを備えた陰極線管装置であって、前記電子銃内の、前記第１の電界放出型冷陰極素子とは離間した箇所に、初期エージングを実施するための第２の電界放出型冷陰極素子を設けたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、初期エージングとは、本来の電子放出部となる第１の電界放出型冷陰極素子から放出される放出電流を所定の電流量まで増加させるために当該第１の電界放出型冷陰極素子に対して実施されるエージングのことである。
【０００９】
この陰極線管装置の構成によれば、本来の電子放出部である第１の電界放出型冷陰極素子とは空間的に分離して設けられたダミーの冷陰極素子である第２の電界放出型冷陰極素子を用いて初期エージングを実施することができるので、初期エージング中に管内残留ガスの主成分であるメタン（ＣＨ4 ）が分解されて生成されたカーボン生成物によって本来の電子放出部である第１の電界放出型冷陰極素子が汚染されることを防止することができる。その結果、通常の動作時（本来の電子放出部である第１の電界放出型冷陰極素子から放出される電子にレンズ作用を及ぼす際）において、本来の電子放出部である第１の電界放出型冷陰極素子からの安定した電子放出（エミッション）動作を得ることが可能となる。また、第２の電界放出型冷陰極素子の設計自由度が高いので、第２の電界放出型冷陰極素子の材料、構造として最適な材料、構造を選択して、最適な初期エージング動作を得ることが可能となる。
【００１０】
前記本発明の陰極線管装置の構成においては、前記第２の電界放出型冷陰極素子を、前記電子銃を構成する少なくとも２つのグリッド電極を用いて電圧を印加することにより、電子放出が制御されるように構成するのが好ましい。この好ましい例によれば、ダミーの冷陰極素子である第２の電界放出型冷陰極素子への電圧印加手段を新たに設ける必要はないので、コストの低減を図ることができる。また、この場合には、前記第２の電界放出型冷陰極素子が、前記第１の電界放出型冷陰極素子から放出される電子にレンズ作用を及ぼす際に印加される電圧よりも高い電圧領域で動作するような電子放出機能を有するのが好ましい。
【００１１】
前記本発明の陰極線管装置の構成においては、前記第２の電界放出型冷陰極素子の少なくとも電子放出表面が、前記電子銃を構成するグリッド電極の材料よりも仕事関数の低い材料からなるのが好ましい。この好ましい例によれば、第２の電界放出型冷陰極素子からの電子放出が容易となる。
【００１２】
前記本発明の陰極線管装置の構成においては、前記第２の電界放出型冷陰極素子と前記第１の電界放出型冷陰極素子との間に、前記第２の電界放出型冷陰極素子からの電子放出に起因して生成されるイオンを捕獲するためのイオントラップ部をさらに備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、本来の電子放出部である第１の電界放出型冷陰極素子へのイオン衝突を防止することができるので、当該第１の電界放出型冷陰極素子からの電子放出（エミッション）動作のさらなる安定化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る陰極線管装置の製造方法は、前記本発明の陰極線管装置の製造方法であって、初期エージング動作におけるＣＨ4 残留ガスの分圧が所定値以下になるまでエージング処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
この陰極線管装置の製造方法によれば、エージング時にＣＨ4 残留ガスの分圧を大幅に低減することができるので、初期真空度を向上させて、安定な初期エミッション（電子放出）動作を得ることが可能となる。
【００１５】
前記本発明の陰極線管装置の製造方法においては、ＣＨ4 残留ガスの分圧の前記所定値が１×１０-7Ｐａであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、本来の電子放出部の汚染を防止して、安定な電子放出（エミッション）動作を得ることのできる陰極線管装置を提供することが可能となる。また、初期真空度を向上させて、安定な初期エミッション（電子放出）動作を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態における電界放出型冷陰極素子を搭載した電子銃を示す概略断面図、図２は図１における電界放出型冷陰極素子部分を拡大して示した概略断面図、図３は当該電子銃を備えた陰極線管装置を示す概略断面図である。
【００１９】
図３に示すように、本実施の形態の陰極線管（ＣＲＴ）装置１は、ガラス等で形成されたフェイスパネル２と、フェイスパネル２の後方に接続され、同じくガラス等で形成されたファンネル３とからなるバルブ４を備えている。フェイスパネル２の内面には、蛍光体スクリーン面５が形成されている。ファンネル３のネック部６には、電子銃７が内蔵されている。また、ファンネル３のネック部６側外周には、電子銃７から射出された電子ビーム８を垂直方向及び水平方向に偏向するための偏向ヨーク９が装着されている。
【００２０】
図１に示すように、電子銃７には、本来の電子放出部となる第１の電界放出型冷陰極素子（以下、単に「第１の冷陰極素子」という）１０が搭載されている。また、電子銃７は、第１の冷陰極素子１０側（図１では、右側）から蛍光体スクリーン面５側（図１では、左側）に向かって順に配置された、第１の冷陰極素子１０を収容するカップ状の制御電極Ｇ１と、プレート状の加速電極Ｇ２と、集束電極Ｇ３と、最終加速電極Ｇ４とを備えている（以下、これらの電極Ｇ１〜Ｇ４を「グリッド電極」ともいう）。ここで、各グリッド電極Ｇ１〜Ｇ４の材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられている。
【００２１】
制御電極Ｇ１には、第１の冷陰極素子１０と対向した位置に円形の孔が穿設されている。また、加速電極Ｇ２には、制御電極Ｇ１に穿設された孔と同軸に当該孔よりも径の大きい円形の孔が穿設されている。また、集束電極Ｇ３の加速電極Ｇ２との対向面には、加速電極Ｇ２に穿設された孔と同軸に当該孔よりも径の大きい円形の孔が穿設されている。また、集束電極Ｇ３の加速電極Ｇ２との対向面と反対側の面、及び最終加速電極Ｇ４には、集束電極Ｇ３の加速電極Ｇ２との対向面に穿設された孔と同軸に当該孔よりも径の大きい円形の孔がそれぞれ穿設されている。
【００２２】
第１の冷陰極素子１０としては、ここでは詳細な説明は省略するが、一般にスピント型と呼ばれる円錐型の冷陰極素子が用いられる。この第１の冷陰極素子１０は、複数の円錐状のエミッタ（陰極）と、各エミッタの先端から電子が放出されるように各エミッタに電圧を印加するために各エミッタを囲むように形成された引き出し電極とを備えている。エミッタの材料としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン等の半導体を用いることができる。また、引き出し電極の材料としては、低抵抗のポリシリコン膜やタングステン膜等の高融点金属を用いた配線材料等を用いることができる。
【００２３】
上記構成の電子銃７においては、各グリッド電極Ｇ１〜Ｇ４に所定の電圧が印加された場合、制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２とで形成されるカソードレンズにより、第１の冷陰極素子１０から放出された電子がビーム成形されて、電子ビーム８として取り出される。また、加速電極Ｇ２と集束電極Ｇ３とで形成されるプリフォーカスレンズと、集束電極Ｇ３と最終加速電極Ｇ４とで形成されるメインレンズとにより、電子ビーム８が蛍光体スクリーン面５上に集束される。
【００２４】
例えば、２９型のＣＲＴ装置の場合、通常の動作時（第１の冷陰極素子１０から放出される電子にレンズ作用を及ぼす際）においては、制御電極Ｇ１に０Ｖの電圧が、加速電極Ｇ２に６３８Ｖの電圧が、集束電極Ｇ３に７．１５ｋＶの電圧が、最終加速電極Ｇ４に２７．５ｋＶの電圧がそれぞれ印加される。また、通常の動作時において、制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２との間に生じる電界は、１．７Ｖ／μｍである。
【００２５】
図２に示すように、本実施の形態の電子銃７においては、第１の冷陰極素子１０とは離間した箇所、具体的には、制御電極Ｇ１の加速電極Ｇ２との対向面上の孔の周縁に、初期エージングを実施するための一対の第２の電界放出型冷陰極素子（以下、単に「第２の冷陰極素子」という）１１が設けられている。ここで、初期エージングとは、本来の電子放出部となる第１の冷陰極素子１０から放出される放出電流を所定の電流量まで増加させるために当該第１の冷陰極素子１０に対して実施されるエージングのことである。
【００２６】
第２の冷陰極素子１１は、電界放出が容易な材料からなるエミッタ（陰極）を備えており、制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２とを介して前記エミッタに電圧を印加することにより、前記エミッタの先端からの電子放出が制御される。ここで、第２の冷陰極素子１１は、エミッタ材料の例としてＣＮＴ（カーボンナノチューブ）を用いて構成されており、フォトリソグラフィとエッチングとにより制御電極Ｇ１上に形成されている。尚、簡易な印刷手法を用いて、ＣＮＴからなるエミッタを制御電極Ｇ１上に形成することもできる。そして、このような方法を用いてステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる制御電極Ｇ１上にＣＮＴからなるエミッタを形成して、第２の冷陰極素子１１を構成することにより、当該第２の冷陰極素子１１に、通常の動作時に制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２とに印加される電圧（制御電極Ｇ１への印加電圧：０Ｖ、加速電極Ｇ２への印加電圧：６３８Ｖ、制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２との間に生じる電界：１．７Ｖ／μｍ）よりも高い電圧領域で動作するような電子放出機能を持たせることができる。すなわち、制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２との間に２Ｖ／μｍ以上の電界を生じさせることにより、第２の冷陰極素子１１からの電子放出（エミッション）動作が可能となる。従って、ＣＲＴ装置１の初期エージングを行う際に、制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２との間の電界を、通常の動作時の電界（１．７Ｖ／μｍ）よりも大きい値（例えば、２〜３Ｖ／μｍ）とすることにより、第２の冷陰極素子１１を、初期エージングを実施するためのダミーの冷陰極素子として機能させることができる。すなわち、このように制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２との間の電界を、通常の動作時の電界よりも大きい値とすることにより、第２の冷陰極素子１１のみから電子が放出され、当該電子によって管内残留ガスが分解、イオン化される。そして、分解、イオン化された管内残留ガスが、予めＣＲＴ装置１内に設けられたゲッタによって吸着され、ＣＲＴ装置１内の真空度が向上する。これにより、第１の冷陰極素子１０の初期エージング動作を安定に、かつ、効率良く実施することができる。また、第２の冷陰極素子１１からの電子ビームを、偏向ヨーク９を用いて垂直方向及び水平方向に偏向させながらアノード電極としての蛍光体スクリーン面５に照射することにより、蛍光体スクリーン面５のクリーニングを行うこともできる。
【００２７】
上記のように、第２の冷陰極素子１１のエミッタは、ＣＮＴを用いて構成されている。ＣＮＴは、グリッド電極Ｇ１〜Ｇ４の材料であるステンレス鋼（ＳＵＳ）よりも仕事関数が低く、かつ、エミッションの開始電圧の制御が容易であるため、このＣＮＴをエミッタの材料として用いることにより、エミッタ先端からの電子放出の制御が容易となる。
【００２８】
本実施の形態においては、初期エージングを実施するための第２の冷陰極素子１１を制御電極Ｇ１上に設けているが、第２の冷陰極素子１１は必ずしも制御電極Ｇ１上に設ける必要はなく、電子銃７内の、本来の電子放出部である第１の冷陰極素子１０と離間した箇所であればどこに設けてもよい。例えば、他のグリッド電極Ｇ２〜Ｇ４上に設けるようにしてもよい。また、本実施の形態においては、第２の冷陰極素子１１のエミッタがＣＮＴを用いて構成されているが、必ずしもＣＮＴを用いて構成する必要はない。但し、第２の冷陰極素子１１をグリッド電極Ｇ１〜Ｇ４上に設ける場合、第２の冷陰極素子１１のエミッタの材料としては、グリッド電極Ｇ１〜Ｇ４の材料よりも仕事関数の低い材料を用いるのが望ましい。そして、この場合には、エミッタの少なくとも電子放出表面を、グリッド電極Ｇ１〜Ｇ４の材料よりも仕事関数の低い材料を用いて構成すれば足りる。このように、本実施の形態のＣＲＴ装置１の構成においては、ダミーの冷陰極素子としての第２の冷陰極素子１１の設計自由度が高いので、第２の冷陰極素子１１の材料、構造として最適な材料、構造を選択して、最適な初期エージング動作を得ることが可能となる。
【００２９】
また、本実施の形態においては、制御電極Ｇ１と加速電極Ｇ２の２つのグリッド電極を用いて第２の冷陰極素子１１に電圧を印加することにより、第２の冷陰極素子１１からの電子放出を制御するようにされているが、３つ以上のグリッド電極を用いて第２の冷陰極素子１１からの電子放出を制御するようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施の形態においては、第２の冷陰極素子１１を、単一の円錐状のエミッタ（陰極）を備えた構成としているが、第２の冷陰極素子１１は必ずしもかかる構成のものに限定されるものではない。例えば、第１の冷陰極素子１０と同様に複数の円錐状のエミッタ（陰極）を備えた構成であってもよい。
【００３１】
以上のように、本実施の形態の電子銃７を搭載したＣＲＴ装置１の構成によれば、本来の電子放出部である第１の冷陰極素子１０とは空間的に分離して設けられたダミーの冷陰極素子である第２の冷陰極素子１１を用いて初期エージングを実施することができるので、初期エージング中に管内残留ガスの主成分であるメタン（ＣＨ4 ）が分解されて生成されたカーボン生成物によって本来の電子放出部である第１の冷陰極素子１０が汚染されることを防止することができる。その結果、通常の動作時において、本来の電子放出部である第１の冷陰極素子１０からの安定した電子放出（エミッション）動作を得ることが可能となる。
【００３２】
また、上記したように、加速電極Ｇ２には、制御電極Ｇ１に穿設された円形の孔と同軸に当該孔よりも径の大きい円形の孔が穿設されているので、第２の冷陰極素子１１と第１の冷陰極素子１０との間に設けられた、制御電極Ｇ１に穿設された孔の周縁部を、第２の冷陰極素子１１からの電子放出に起因して生成されるイオンを捕獲するためのイオントラップ部として機能させることができる。すなわち、初期エージング中に、ダミーの冷陰極素子である第２の冷陰極素子１１から放出される電子の管内残留ガス（ＣＨ4 やＡｒなど）への衝突によって陽イオンが発生するが、本来の電子放出部である第１の冷陰極素子１０の電位を制御電極Ｇ１の電位よりも高く設定することにより、発生した陽イオンは、第１の冷陰極素子１０の方へは戻らず、制御電極Ｇ１に穿設された孔の周辺部（イオントラップ部）にトラップされるので（イオントラップ効果）、第１の冷陰極素子１０へのイオン衝突を防止することができる。そして、これによれば、本来の電子放出部である第１の冷陰極素子１０からの電子放出（エミッション）動作のさらなる安定化を図ることができる。
【００３３】
ＣＲＴ装置１は、上記のようにして第１の冷陰極素子１０と蛍光体スクリーン面５のクリーニングを実施した後、真空封止することにより製造される。この場合、初期エージング動作におけるＣＨ4 残留ガスの分圧が所定値以下になるまでエージング処理が行われる。このＣＨ4 残留ガスの分圧の所定値は、１×１０-7Ｐａであるのが望ましい（エージング処理を行う前のＣＨ4 残留ガスの分圧は１０-5Ｐａのオーダーである）。そして、このＣＲＴ装置１の製造方法によれば、エージング時にＣＨ4 残留ガスの分圧を大幅に低減することができるので、初期真空度を向上させて、安定な初期エミッション（電子放出）動作を得ることが可能となる。
【００３４】
尚、本実施の形態においては、シャドウマスクを有しないモノクロ陰極線管装置を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもモノクロ陰極線管装置の場合に限定されるものではなく、シャドウマスクを備えたカラー陰極線管装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態における電界放出型冷陰極素子を搭載した電子銃を示す概略断面図
【図２】図１における電界放出型冷陰極素子部分を拡大して示した概略断面図
【図３】本発明の一実施の形態における電界放出型冷陰極素子を搭載した電子銃を備えた陰極線管装置を示す概略断面図
【符号の説明】
【００３６】
１  陰極線管（ＣＲＴ）装置
２  フェイスパネル
３  ファンネル
４  バルブ
５  蛍光体スクリーン面
６  ネック部
７  電子銃
８  電子ビーム
９  偏向ヨーク
１０  第１の電界放出型冷陰極素子（第１の冷陰極素子）
１１  第２の電界放出型冷陰極素子（第２の冷陰極素子）
Ｇ１  制御電極（グリッド電極）
Ｇ２  加速電極（グリッド電極）
Ｇ３  集束電極（グリッド電極）
Ｇ４  最終加速電極（グリッド電極）
【図１】
2006100116.tif 000003
【図２】
2006100116.tif 000004
【図３】
2006100116.tif 000005