(57)【要約】【課題】不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ系合金を提供する。【解決手段】Ｎｉ：３０〜５５％、Ｍｎ：０．０１％〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素からなるＦｅ−Ｎｉ系合金又は、Ｎｉ：３０〜３５％、Ｃｏ：２〜８％、Ｍｎ：０．０１％〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素からなるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金において、エッチング面の結晶粒度が９．０以上で穿孔された、良好な真円度を有する電子線透過孔を備え、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用合金。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量百分率に基づいて（以下、％と表記する）　Ｎｉ：３０〜４５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【請求項２】
質量百分率に基づいてＮｉ：３０〜４５％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但しＣ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号で９．０以上であり、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【請求項３】
質量百分率に基づいてＮｉ：３０〜４５％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但し、Ｃ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号で９．０以上であり、穿孔された良好な真円度を有する電子線透過孔を備え、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用素材。
【請求項４】
質量百分率に基づいて　Ｎｉ：３０〜３５％、Ｃｏ：２〜８％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金。
【請求項５】
質量百分率（％）に基づいて（以下、％と表記する）Ｎｉ：３０〜３５％、Ｃｏ：２〜８％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但しＣ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号で９．０以上であり、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金。
【請求項６】
質量百分率に基づいてＮｉ：３０〜３５％、Ｃｏ：２〜８％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但しＣ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号で９．０以上であり、穿孔された良好な真円度を有する電子線透過孔を備え、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用素材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出型陰極に用いられる不要電子放射の防止に優れた集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ系合金又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像表示装置の大型、薄型化にともない省電力でＣＲＴ並の動画像表示が期待できるフィールドエミッションディスプレイ（以下、これをＦＥＤとする）が広範囲な用途に利用されている。一般的なＦＥＤにおいては、電界放出型陰極から放出された電子ビームが、ガラス基板上に形成された蛍光体層に照射され励起発光することにより画像を表示する。
【０００３】
この電界放出型陰極から放出された電子ビームは、ある発散角を持って放出されることは良く知られている。しかしながら、この電子ビームの発散は、例えばＦＥＤやＣＲＴ等のディスプレイにおいては解像度や色純度の劣化が懸念される。これを抑制する方法として電子放出素子の近傍に集束電極を設ける構造が提案されている。例えば、Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａ２９８（１９９０）には、電子放出素子の近傍に設けた集束電極により電子ビームの発散が抑制されることが報告されている。通常、この集束電極には電子ビームを通過させる電子ビーム透過孔がエッチングにより形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＥＤにおいて電子放出型陰極のゲート電極の開口部孔径は１〜２μｍであるが、集束電極の電子ビーム透過孔の孔径は、電子放出型陰極１００〜２００個に対して１画素の電子ビームをあてるので、１３０〜２５０μｍである。このような電子ビーム透過孔は、不要電子放射防止の観点から、エッチングによって形成された孔の断面にガサツキが無く、直線性、真円度が損なわれることがないことが重要である。
本発明の課題はこのような電子ビーム透過孔をエッチングによって形成したＦＥＤの集束電極に適したＦｅ−Ｎｉ系合金又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、この課題を解決すべく、Ｆｅ−Ｎｉ系合金又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金の各合金元素および不可避的不純物の含有量、結晶粒度、集合組織等がエッチングに及ぼす影響を研究の結果、以下に示す本発明を見出した。
すなわち、
（１）Ｎｉ：３０〜４５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【０００６】
（２）Ｎｉ：３０〜４５％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但しＣ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号で９．０以上であり、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ系合金。
【０００７】
（３）Ｎｉ：３０〜４５％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但しＣ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号であり、９．０以上で穿孔された良好な真円度を有する電子線透過孔を備え、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用素材。
【０００８】
（４）質量百分率に基づいて　Ｎｉ：３０〜３５％、Ｃｏ：２〜８％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金。
【０００９】
（５）質量百分率に基づいてＮｉ：３０〜３５％、Ｃｏ：２〜８％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但しＣ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号で９．０以上であり、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金。
【００１０】
（６）質量百分率に基づいてＮｉ：３０〜３５％、Ｃｏ：２〜８％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物もしくは随伴元素−但しＣ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ａｌ：０．３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．００５％以下−からなるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金において、エッチング面の結晶粒度が粒度番号で９．０以上であり、穿孔された良好な真円度を有する電子線透過孔を備え、不要電子放射の防止に優れることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイの集束電極用素材。
なお、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ各０．０１〜０．８％から選択された１種または２種以上を合計で０．０１〜０．８％含有することができる。
これらの元素の添加は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金においてＣｏとの複合添加によって相乗効果を発揮することにより熱膨張率を上昇させずに高耐力を得ることができるからである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい集束電極を有する電界放出型陰極の一例を説明する。ゲート電極から約０．１ｍｍ離れた位置に集束電極がある。この集束電極には電子ビームが通過する透過孔が直径約１３０〜２５０μｍでエッチングにより形成されている。エッチングによる微小加工では孔の加工表面の状態がアラビと呼ばれる状態となりガサツキが生じてしまう。また、エッチング時間が長くなることから、フォトレジストと素材の密着力が低下し、エッチングによって形成される電子ビーム透過孔の直線性や真円度が損なわれる。これら、断面のガサツキや直線性、真円度が損なわれることは不要電子放射（ストレイエミッション）を起こしやすいという問題がある。そこで、このエッチングによる孔の加工表面の状態や真円度に及ぼす各合金元素の含有量の影響について説明する。
【００１２】
本発明におけるＦｅ−Ｎｉ系合金素材のＮｉ含有量は３０％未満、または４５％を超えるとＦＥＤ基板であるガラス素材との熱膨張係数の差が大きくＦＥＤ用集束電極としては不適当であるために、３０〜４５％の範囲に限定している。さらに、該合金素材の不純物及び随伴元素の量は以下説明する理由により上限を限定している。
ａ）Ｃｏ含有量
Ｃｏは熱膨張率を低下させると同時に、耐力の向上にも役割を果たす。このためには、最小限２％の添加が必要とされるが、８％を超えると強度を低下させるため本発明では２〜８％とした。
【００１３】
ｂ）Ｍｎ含有量
Ｍｎは脱酸剤として添加され、また熱間加工性を阻害する不純物として含まれるＳを無害化させるのに必要である。その効果を得るためには０．０１％が必要とされる。他方、０．５％を超えるとエッチング性が劣化する。よってＭｎは０．０１〜０．５％の範囲で添加される。
【００１４】
ｃ）Ｃ含有量
Ｃが０．０１０％を超えると、炭化物の生成によってエッチング穿孔性が阻害されＦＥＤ集束電極用素材としては適さない。従って、Ｃ含有量の上限を０．０１０％と定めた。
【００１５】
ｄ）Ｓｉ含有量
Ｓｉが０．３０％を超えると、エッチング穿孔性が阻害されＦＥＤ集束電極用素材としては適さない。従って、Ｓｉ含有量の上限を０．３０％と定めた。
【００１６】
ｅ）Ａｌ含有量
Ａｌが０．３０％を超えると、アルミナ系の介在物の形成が著しく、エッチング穿孔性を阻害する。従って、Ａｌ含有量の上限を０．３０％と定めた。
【００１７】
ｆ）Ｓ含有量
Ｓは、０．００５％を超えると、素材の熱間加工性を阻害する。従って、Ｓ含有量の上限を０．００５％と定めた。
【００１８】
ｇ）Ｐ含有量
Ｐが、０．００５％を超えると、素材のエッチング穿孔性が阻害されＦＥＤ集束電極用素材としては適さない。従って、Ｐ含有量の上限を０．００５％と定めた。
【００１９】
ｆ）Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ含有量
熱膨張率を上昇させずにＣｏとの複合添加によって相乗効果を発揮することにより希望する高耐力が得ることができる。０．０１％未満では効果がなく、０．８％を超えるとエッチング性の低下及び熱膨張率の上昇をもたらす。単独で０．０１％〜０．８％の範囲とすることが必要であるのみならず、それらの合計含有量が０．０１〜０．８％の範囲とすることが必要である。
【００２０】
次に、結晶粒度の規定理由を説明する。結晶粒径が小さいほど、エッチング後の孔形状及びエッチング壁面が平滑になることは従来より知られている。本発明に於いてもこの点は同様で、結晶粒度が粒度番号で９．０以上であることが必要である。好ましくは９．５〜１２．０の範囲とされる。なお、９．０未満の場合、孔形状の均一性が得られない。ここでの粒度番号はＪＩＳＧ０５５１の規定に基づく。
【００２１】
【実施例】
次いで、本発明の実施例を比較例と対比しながら説明する。
まず、真空溶解法にて表１及び表２の組成に調整して溶解鋳造したＦｅ−Ｎｉ系合金又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金のインゴットを熱間鍛造、熱間圧延した。ついで表面の酸化スケール除去後に冷間圧延と焼鈍を繰り返して、０．１３ｍｍ厚さの合金帯を製造した。
【００２２】
次に、これら合金帯に周知のフォトグラフィー技術を適用し、合金帯の両面に直径１００μｍの真円状開口部を有するレジストマスクを形成した後、塩化第２鉄水溶液をスプレー状に吹き付け、透過孔を形成しＦＥＤ用集束電極を作製した。そして、透過孔の貫通部の形状について、真円度の評価は、透過孔の貫通部の形状を、その最大径の２乗と円周率の積を面積で割った値を１００倍した形状係数を用いて評価した。この形状係数は真円の場合に４００となり、正方形の場合に６２８（２×円周率×１００）となる。真円度の評価は、形状係数で４００〜４４０の場合を良とし４４０を超える場合を不良とした。孔形状の均一性はエッチングファクターにより評価した。
【００２３】
ストレイエミッションに関する評価は前記合金帯をＦＥＤに組み込んで、アノード基板間とカソード基板間の電圧をかけ、集束電極からのストレイエミッションによる輝点の発生の有無を確認することで行った。
（１）実施例１（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）
表１はＦｅ−Ｎｉ系合金に関する実施例である。
【００２４】
【表１】
2004052083.tif 000002
【００２５】
表１からわかるように、発明例Ｎｏ．１〜９については請求項２を満し、良好なエッチング穿孔性を示し、ストレイエミッションの発生はなかった。
【００２６】
これに対して、Ｎｏ．１０〜１７が比較例である。Ｎｏ．１０はＭｎ、Ｎｏ．１２はＡｌ、Ｎｏ．１３はＣ、Ｎｏ．１４はＳ、Ｎｏ．１５はＳｉ、Ｎｏ．１６はＰの各成分が請求項２の範囲から外れるため、孔形状の均一性について不良となった。ＮＯ．１７は結晶粒度が請求項２を外れるため、孔形状の均一性について不良となった。また、Ｎｏ．１１はＭｎが低いために熱間圧延工程で割れが発生し、それ以降の工程を進めことができなかった。
【００２７】
（２）実施例２（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）
表２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金に関する実施例である。
【００２８】
【表２】
2004052083.tif 000003
【００２９】
表２からわかるように、発明例Ｎｏ．１８〜２７については請求項５を満し、良好なエッチング穿孔性を示し、ストレイエミッションの発生はなかった。
【００３０】
これに対して、Ｎｏ．２８〜３３が比較例である。Ｎｏ．２８はＡｌ、Ｎｏ．２９はＣ、Ｎｏ．３０はＳｉ、Ｎｏ．３１はＰ、Ｎｏ．３２はＳの各成分が請求項５の範囲から外れるため、孔形状の均一性について不良となった。Ｎｏ．３４はＭｎが上限を超えるため、孔形状の均一性について不良となったが、Ｎｏ．３３はＭｎが下限より少ないため、熱間圧延工程で割れが発生しそれ以降の工程を進めことができなかった。また、Ｎｏ．３５は結晶粒度が請求項５を外れるため、孔形状の均一性について不良となった。
【００３１】
さらに、高耐力が必要な場合、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆから１種または２種以上を選択し、その合計で０．０１〜０．８％含有することができる。発明例Ｎｏ．２５、２６、２７はこの範囲内にあり、エッチング穿孔性に影響を与えなかった。参考例としてＮｏ．３６にＮｂ、Ｔａ、Ｈｆの合計が０．８％を超える例を示したが，熱膨張率が大きくなり、ＦＥＤ用集束電極には適さない上に、良好なエッチング穿孔性も得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｆｅ−Ｎｉ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金において、良好なエッチング穿孔性で孔形成された透過孔を持つ不要電子放射の防止に優れたＦＥＤの集束電極用素材の提供が可能となり、産業上非常に有用な効果がもたらされる。