(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が透光性を有する表示面を有して内部が真空排気された外囲器と、
前記表示面の内側に形成された蛍光体からなる蛍光面と、
前記外囲器内部に配置されて前記蛍光面に対して電子を放出する電子放出部と
から構成され、
前記電子放出部は、
一端に開口部を有してその開口部が前記蛍光面に向けて配置された筒と、
この筒の底部および内部側面に形成された電極膜と、
内面に前記電極膜が形成された前記筒の内部に充填されて、円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブの集合体から構成された柱状グラファイトと、
前記筒の開口部側に配置され、前記カーボンナノチューブ先端より電子を引き出すための電子引き出し電極と
から構成されていることを特徴とする蛍光表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の蛍光表示装置において、
前記柱状グラファイトは、その先端部が前記蛍光面に向けて配置されていることを特徴とする蛍光表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の蛍光表示装置において、
前記蛍光面に所定の電位が印加されることを特徴とする蛍光表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光表示装置において、
前記引き出し電極は、前記蛍光面と前記筒との間に配置されることを特徴とする蛍光表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蛍光表示装置において、
前記蛍光面と前記表示面との間に光学フィルターが配置されることを特徴とする蛍光表示装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蛍光表示装置において、
前記蛍光面表面に形成された金属膜と、
前記蛍光面と前記電子引き出し電極との間に配置され、前記電子引き出し電極より高い電位が印加される電子加速電極と
を備えたことを特徴とする蛍光表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の蛍光表示装置において、
前記金属膜と前記電子加速電極とは電気的に接続されていることを特徴とする蛍光表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子線の衝撃による蛍光体の発光を利用した蛍光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光表示装置は、少なくとも一方が透明な真空容器の中で、電子放出部から放出される電子を蛍光体に衝突させてその蛍光体を発光させ、その発光による光を利用する電子管である。この蛍光表示装置は、通常では、電子の働きを制御するためのグリッドを備えた３極管構造のものが最も多く用いられている。
そして、従来では、電子放出部にフィラメントと呼ばれる陰極を用い、ここより放出される熱電子を蛍光体に衝突発光させていた。
このような蛍光表示装置の中で、大画面ディスプレイ装置の画素を構成する画像管がある。
【０００３】
以下、画像管について図２を用いて説明する。
まず、円筒形のガラスバルブ２０１に、透光性を有するフェースガラス２０２が低融点フリットガラス２０３により接着固定され、それらで真空容器（外囲器）を構成している。そして、この中に、蛍光面２０４、陽極電極構体２０５、および、電子放出部を構成するカソード構体２０６が配置している。
そのフェースガラス２０２は、前面側には凸型レンズ状の球面部２０２ａが形成され、周縁部には鍔状に段差部２０２ｂが形成されている。また、内面２０２ｃの主要面には、蛍光面２０４およびＡｌメタルバック膜２０７が順次積層して形成されている。
【０００４】
また、フェースガラス２０２の内面２０２ｃの周辺部には、例えばステンレス材の薄板をプレス成形法により加工して形成され、弾性力を有する接触片２０７ａの一端側が挿入されている。また、その接触片２０７ａは、例えばカーボンまたは銀とフリットガラスとの混合体からなる導電性接着材により、Ａｌメタルバック膜２０７に接触してフェースガラス２０２の内面２０２ｃの所定部分に接着固定されている。そして、この接触片２０７ａの他端側は、ガラスバルブ２０１の内壁面方向に向けて延在されている。
【０００５】
一方、ガラスバルブ２０１底部を構成するステムガラス２０８には、リードピン２０９ａ〜２０９ｅが挿通され、加えて、排気管２０８ａが一体的に形成されている。また、このステムガラス２０８上には、そのリードピン２０９ａの先端部に陽極リード２１０が溶接により固定され、この陽極リード２１０の先端部に円筒状の陽極電極構体２０５が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
この陽極電極構体２０５は、例えばステンレス材の金属線をリング状に丸めて成形されたリング状陽極２０５ａと、このリング状陽極２０５ａの外周面に矩形状のステンレス材の薄板を巻き付けて重ね合った部分を２点で溶接などにより固定させて円筒形状に形成された円筒状陽極２０５ｂとから構成されている。
【０００６】
また、この陽極電極構体２０５は、陽極リード２１０の先端部に対してリング状陽極２０５ａと所定の箇所で溶接され、さらに陽極リード２１０の最先端部分で円筒状陽極２０５ｂの内側との接触部分で溶接されて固定されて配置される構造となっている。
さらにこのリング状陽極２０５ａの一部には、たとえば溶接などにより、Ｂａゲッター２０５ｃが取り付け固定されて配置されている。
【０００７】
また、リードピン２０９ｂ〜２０９ｅの先端部には、カソードリード２１１ｂ〜２１１ｅが溶接により固定され、このカソードリード２１１ｂ〜２１１ｅの先端部には、カソード構体２０６が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
このカソード構体２０６は、次に示すように構成されている。まず、セラミック基板２０６ａ上の中央部に背面電極２０６ｂが配置されている。また、その上部に所定の間隔を開けてフィラメントカソード２０６ｃが固定されている。そして、それらを覆うように、メッシュ部２０６ｅを有する楕円状のグリッドハウジング２０６ｄが、セラミック基板２０６ａ上に搭載されている。また、メッシュ部２０６ｅは、蛍光面２０４の方向に球面状に突出した形状となっている。
【０００８】
以上示したように構成される画像管は、まず、外部回路からリードピン２０９ｃ，２０９ｄに電圧（加熱電源）を供給することで、カソードリード２１１ｃ，２１１ｄを介し、フィラメントカソード２０６ｃに所定の電位を印加して熱電子が放出される状態とする。また、外部回路からリードピン２０９ｂに電圧を供給することで、カソードリード２１１ｂを介し、背面電極２０６ｂにフィラメントカソード２０６ｃに対して負の電位を印加する。加えて、外部回路からリードピン２０９ｅに電圧を供給することで、カソードリード２１１ｅを介し、フィラメントカソード２０６ｃに対して正の電位をグリッドハウジング２０６ｄに印加することで、グリッドハウジング２０６ｄのメッシュ部２０６ｅより電子ビームを放出させる。
【０００９】
そして、外部回路からリードピン２０９ａに高電圧を供給し、陽極リード２１０→陽極電極構体２０５（円筒状陽極２０５ｂ）→接触片２０７ａの経路をそれぞれ導通してＡｌメタルバック膜２０７にその高電圧が印加された状態とすることで、円筒状陽極２０５ｂにより放出された電子を加速し、Ａｌメタルバック膜２０７を貫通させて蛍光面２０４に衝撃させる。この結果、蛍光面２０４は電子衝撃により励起され、蛍光面２０４を構成する蛍光体に応じた発光色をフェースガラス２０２を透過して前面側に発光表示することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の蛍光表示装置に用いられていた電子放出部としてのフィラメント（フィラメントカソード）は、主に、直径７〜２０μｍのタングステンの細線に、電子放射性物質を塗布して形成している。その電子放出物質としては、一般に、酸化バリウム・酸化カルシウム・酸化ストロンチウムのいわゆる三元酸化物から構成するようにしている。
ここで、これら酸化物は、空気中ではきわめて不安定である。このため、フィラメントの作製においては、まず、炭酸バリウム・炭酸カルシウム・炭酸ストロンチウムを、タングステン細線に外形が２２〜３５μｍになるように塗布する。これらは、いわゆる炭酸塩の形である。そして、それを例えば、上述の画像管製造において各部品とともに組み込んだ上で、外囲器内を真空排気してエージングする段階で酸化物にしている。
【００１１】
したがって、従来の蛍光表示装置では、電子放出部として上述したようなフィラメントを用いるようにしているため、次に示すような問題点があった。
まず、非常に細く脆弱なフィラメントを架張して取り付け組み立てなければならないため、取り扱いに不便があった。また、上述したように、フィラメントカソードを作製するための工数も非常に多い状態であった。
次に、フィラメントカソードから放出される電子流は、フィラメントカソードの温度に大きく左右される。このため、フィラメントカソードの両端支持部からの放熱が大きいと、フィラメントの位置によって電子流にバラツキが生じてしまう。これは、用いる蛍光表示装置によっては、蛍光面の発光にむらが発生する要因となる。
また、フィラメントカソードの表面には、前述したように電子放射性物質が塗布されているが、これが蛍光表示装置の真空容器内における放出ガスに対して弱く、場合によっては、短時間に劣化してしまうことがあった。
【００１２】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、蛍光表示装置の電子放出部より、長期に安定して信頼性の高い状態で電子が放出できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の蛍光表示装置は、電子放出部を、一端に開口部を有してその開口部が蛍光面に向けて配置された筒と、この筒の底部および内部側面に形成された電極膜と、内面に電極膜が形成された筒の内部に充填されて、円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブの集合体から構成された柱状グラファイトと、その筒の開口部側に配置され、カーボンナノチューブ先端より電子を引き出すための電子引き出し電極とから構成するようにした。
このように構成したので、電子放出部においては、電極膜と電子引き出し電極との間に電位を印加すると、カーボンナノチューブの先端に高電界が集中して電子が引き出される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態における蛍光表示装置である画像管の構成を示す構成図である。
以下、この実施の形態における画像管の構成について、その製造方法とともに説明すると、まず、円筒形のガラスバルブ１０１にフェースガラス１０２が低融点フリットガラス１０３により接着固定され、真空容器（外囲器）が構成されている。
そして、この中に、蛍光面１０４、陽極電極構体１０５、および電子放出部を構成するカソード構体１０６を配置している。なお、当然であるが、それら蛍光面１０４、陽極電極構体１０５、および、電子放出部を構成するカソード構体１０６を配置した後で、フェースガラス１０２をガラスバルブ１０１に接着固定する。
【００１５】
そのフェースガラス１０２は、前面側には凸型レンズ状の球面部１０２ａが形成され、周縁部には鍔状に段差部１０２ｂが形成されている。このフェースガラス１０２の内面１０２ｃには、図示していないが、その周辺部分の一部に窪み状の凹部が形成されている。また、この内面１０２ｃの主要面には、蛍光面１０４が形成され、この蛍光面１０４表面にはＡｌメタルバック膜１０７が形成されている。
【００１６】
なお、凹部内には蛍光面１０４は形成されず、Ａｌメタルバック膜１０７のみが形成される構成となっている。この、凹部内には、弾性力を有する接触片１０７ａの一端側が挿入されている。この接触辺１０７ａは、例えばステンレス材の薄板をプレス成形法により加工して形成する。また、この接触片１０７ａは、例えばカーボンまたは銀とフリットガラスとの混合体からなる導電性接着材により、その凹部の部分に接着固定されている。そして、この接触片１０７ａの他端側は、ガラスバルブ１０１の内壁面方向に向けて延在されている。
【００１７】
ところで、蛍光面１０４は、白色蛍光体として、例えば、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ＋Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ混合蛍光体を溶媒に溶かした溶材を約２０μｍ程度の厚さに内面１０２ｃに印刷塗布し、これを乾燥することで形成する。なお、凹部内には蛍光面１０４は塗布しない状態としておく。
また、蛍光面１０４表面には、蒸着により約厚さ１５０ｎｍ程度にアルミニウム膜を成膜することで、Ａｌメタルバック膜１０７を形成する。ここで、凹部内には蛍光面１０４は塗布されていないので、Ａｌメタルバック膜１０７のみが形成された状態となる。
【００１８】
なお、このＡｌメタルバック膜１０７の厚さは薄すぎると、ピンホールが増加して蛍光面１０４の反射が減少する。一方、その厚さが厚すぎると、蛍光面１０４に対する電子ビームの電子の侵入が阻害されて発光が小さくなる。したがって、Ａｌメタルバック膜１０７の厚さのコントロールは重要である。このため、前述したように、Ａｌメタルバック膜１０７は厚さを約１５０ｎｍ程度とした方がよい。
なお、それら蛍光面１０４及びＡｌメタルバック膜１０７を形成した後、フェースガラス１０２を、例えば電気炉などにより５６０℃で３０分程度空気中で焼成し、塗布膜中の溶媒類を除去する。
【００１９】
そして、例えば、直径約２０mm，長さ約５０mmの両端が切断されたガラスバルブ１０１の一方の開口端に、フェースガラス１０２の周縁部に形成された鍔状の段差部１０２ｂ部分が、低融点フリットガラス１０３により接着固定されている。
一方、ガラスバルブ１０１底部を構成するステムガラス１０８には、リードピン１０９が挿通され排気管１０８ａが一体的に形成されている。また、このステムガラス１０８上には、そのリードピン１０９の先端部に陽極リード１１０が溶接により固定され、この陽極リード１１０の先端部に円筒状の陽極電極構体（電子加速電極）１０５が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
【００２０】
この陽極電極構体１０５は、次の部分から構成されている。
まず、例えばステンレス材の金属線（線径約０．５ｍｍ）をリング状に丸めて成形されたリング状陽極１０５ａ。
このリング状陽極１０５ａの外周面に、矩形状のステンレス材の薄板（板厚０．０１〜０．０２mm）を巻き付けて重ね合った部分を２点で溶接などにより固定させて円筒形状に形成された円筒状陽極１０５ｂ。
【００２１】
また、この陽極電極構体１０５は、陽極リード１１０の先端部に対してリング状陽極１０５ａと所定の箇所で溶接され、さらに、陽極リード１１０の最先端部分で円筒状陽極１０５ｂの内側との接触部分で溶接されて固定されて配置される構造となっている。さらにこのリング状陽極１０５ａの一部には、Ｂａゲッター１０５ｃが溶接などにより取り付け固定されて配置されている。なお、図１（ａ）において、陽極電極構体１０５やリードピン１０９に関しては、断面を示していない。
以上のことは、従来の画像管とほぼ同様である。
【００２２】
また、ステムガラス１０８には、リードピン１０９ａ，１０９ｂも挿通され、リードピン１０９ａ，１０９ｂの先端部には、カソードリード１１１ａ，１１１ｂが溶接により固定され、このカソードリード１１１ａ，１１１ｂの先端部には、カソード構体１０６が溶接により固定配置されて搭載される構造となっている。
このカソード構体１０６は、次に示すように構成されている。まず、セラミック基板１０６ａ上に、絶縁材料からなる筒１２１が配置され、その筒１２１の底部および内部側面には電極膜１２２が形成されている。なお、図示していないが、電極膜１２２はカソードリード１１１ａに接続されている。
【００２３】
そして、内面に電極膜１２２が形成された筒１２１内部には、図１（ｂ）に拡大表示したように、カーボンナノチューブの集合体からなる長さ数μｍから数ｍｍの針形状の柱状グラファイト１２３が、その長手方向をほぼ蛍光面１０４の方向に向けて充填されている。そして、それらを覆うように、メッシュ部（電子引き出し電極）１０６ｅを備えたハウジング１０６ｄが配置されている。
この柱状グラファイト１２３は、図１（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ１２３ａが、ほぼ同一方向を向いて集合した構造体である。なお、この図１（ｂ）は、柱状グラファイト１２３を途中で切った断面をみる斜視図である。
【００２４】
そして、カーボンナノチューブ１２３ａは、例えば図１（ｃ）に示すように、完全にグラファイト化して筒状をなし、その直径は４〜５０ｎｍ程度であり、その長さは１μｍオーダである。そして、図１（ｄ）に示すように、その先端部は五員環が入ることにより閉じている。なお、おれることで先端が閉じていない場合もある。
このカーボンナノチューブは、ヘリウムガス中で２本の炭素電極を１〜２ｍｍ程度離した状態で直流アーク放電を起こしたときに、陽極側の炭素が蒸発して陰極側の炭素電極先端に凝集した堆積物中に形成される。
【００２５】
すなわち、炭素電極間のギャップを１ｍｍ程度に保った状態で、ヘリウム中で安定なアーク放電を持続させると、陽極の炭素電極の直径とほぼ同じ径をもつ円柱状の堆積物が、陰極先端に形成される。
その円柱状の堆積物は、外側の固い殻と、その内側のもろくて黒い芯との２つの領域から構成されている。そして、内側の芯は、堆積物柱の長さ方向にのびた繊維状の組織をもっている。その繊維状の組織が、上述した柱状グラファイトであり、堆積物柱を切り出すことなどにより、柱状グラファイトを得ることができる。なお、外側の固い殻は、グラファイトの多結晶体である。
【００２６】
そして、その柱状グラファイトにおいて、カーボンナノチューブは、炭素の多面体微粒子（ナノポリヘドロン：nanopolyhedoron）とともに、複数が集合している。
そのカーボンナノチューブは、図１（ｃ），（ｄ）では模式的に示したようにグラファイトの単層が円筒状に閉じた形状の他に、複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっている形状がある。そして、それらの中心部分は、空洞となっている。
【００２７】
以上示したように、この実施の形態においては、カーボンナノチューブ１２３ａからなる柱状グラファイト１２３が充填された筒１２１をセラミック基板１０６ａ上に固定配置し、そして、それらを覆うように、ハウジング１０６ｄをセラミック基板１０６ａ上に搭載した状態とすることでカソード構体１０６を構成するようにした。
なお、メッシュ部１０６ｅは、蛍光面１０４の方向にわずかに球面状に突出した形状となっている。なお、メッシュ部１０６ｅは、平板状であってもよい。また、このハウジング１０６ｄは、板厚が約１００μｍ程度のステンレス板材をプレス成形することにより形成されている。また、メッシュ部１０６ｅは、例えば縦方向寸法が約６mm，横方向寸法が約４mmとされ、高さが約１．２５mmの大きさで形成されている。そして、メッシュ部１０６ｅは、筒１２１上部より０．５〜１ｍｍ程度離間した状態とする。なお、これらの間隔は、接触しない状態でなるべく近づけた方がよい。
【００２８】
以上示したように構成されるこの実施の形態における画像管は、まず、外部回路からリードピン１０９ａ，１０９ｂに電圧を供給することで、カソードリード１１１ａ，１１１ｂを介し、電極膜１２２とハウジング１０６ｄとの間に電界をかける。そして、このことにより、電極膜１２２に接触して筒１２１に充填された柱状グラファイト１２３のカーボンナノチューブ先端に高電界を集中させ、電子を引き出してメッシュ部１０６ｅより放出させる。すなわち、この実施の形態では、柱状グラファイト１２３のカーボンナノチューブ１２３ａをエミッタとした電界放出型の冷陰極電子源に、カソード構体１０６を構成した。
【００２９】
そして、外部回路からリードピン１０９に高電圧を供給し、陽極リード１１０→陽極電極構体１０５（円筒状陽極１０５ｂ）→接触片１０７ａの経路をそれぞれ導通してＡｌメタルバック膜１０７にその高電圧が印加された状態とすることで、放出された電子を円筒状陽極１０５ｂにより加速し、Ａｌメタルバック膜１０７を貫通させて蛍光面１０４に衝撃させる。この結果、蛍光面１０４は電子衝撃により励起され、蛍光面１０４を構成する蛍光体に応じた発光色を、フェースガラス１０２を透過して前面側に発光表示することになる。
【００３０】
以上示したように、この実施の形態によれば、電子放出部をカーボンナノチューブから構成し、これを電界放出型冷陰極電子源として用いるようにした。
したがって、この実施の形態によれば、電子放出部は、フィラメントのような脆弱な部品を用いるようにしていないので、取り扱いが容易で、真空容器内における放出ガスによる劣化などがない。
また、フィラメントの加熱電源も必要がないので、リードピンの数が減らせ、消費電力も抑制できるようになる。
【００３１】
加えて、そのカーボンナノチューブを、筒１２１に充填するようにしたので、筒１２１に充填されたカーボンナノチューブから放出される電子は、筒１２１の開口部から飛び出していくことになる。すなわち、筒１２１の開口部が絞りのように作用し、充填されているカーボンナノチューブから放出される電子の飛行方向をより狭い領域にまとめるようにしている。
この結果、筒１２１に充填されたカーボンナノチューブから放出される電子は、より多くが蛍光面１０４方向に飛行していくことになる。そして、充填している表面を、筒１２１の開口部平面より筒１２１内側とすることで、その絞りの効果をより高めることができる。
【００３２】
筒内に充填するのではなく、平面的な電極上にカーボンナノチューブを配置しただけでは、放出された電子が蛍光面１０４方向に飛行する割合が１０％程度と少ない。しかしながら、上述したように、筒１２１内にカーボンナノチューブ（柱状グラファイト１２３）を充填して電子放出部とすれば、放出された電子が蛍光面１０４方向に飛行する割合を６０％以上に増加させることができる。この結果、同じ電圧を印加するようにしても、より多くの発光光を得ることができるようになる。
【００３３】
なお、上述では、筒を絶縁材料から構成し、その内面に電極膜を形成するようにしたが、これに限るものではなく、筒を導電性材料から構成するようにしてもよい。このようにすることで、筒内面に電極膜を新たに形成する必要がなくなる。
また、上記実施の形態では、画像管について説明したが、これに限るものではない。この発明は、真空容器内に蛍光体からなる発光部と、これを発光させるための電子放出源とを備えた、その他の蛍光表示装置にも適用できることはいうまでもない。
例えば、フェースガラスと蛍光面との間に光学フィルターを配置し、発光色を変化させた画像管にも同様に適用できる。また、同一の真空容器内に、複数の蛍光面を備えて多色化をした画像管にも同様に適用できる。
また、所望の形状とした蛍光面により、所望の形状のキャラクタを表示する平型管に適用することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、電子放出部を、一端に開口部を有してその開口部が蛍光面に向けて配置された筒と、この筒の底部および内部側面に形成された電極膜と、内面に電極膜が形成された筒の内部に充填されて、円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブの集合体から構成された柱状グラファイトと、その筒の開口部側に配置され、カーボンナノチューブ先端より電子を引き出すための電子引き出し電極とから構成するようにした。
このように構成したので、電子放出部は、電極膜と電子引き出し電極との間に電位を印加すると、カーボンナノチューブの先端に高電界が集中して電子が引き出される電界放出型冷陰極電子源となる。
そして、この発明によれば、フィラメントなどや化学的に不安定な電子放射性物質などの脆弱な部品を用いることなく電子放出部を構成するようにしたので、まず、取り扱いが容易になり、また、劣化しにくいものとなる。この結果、この発明によれば、長期に安定して信頼性の高い状態で電子が放出できるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による画像管の構成を示す構成図である。
【図２】  従来の画像管の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１０１…ガラスバルブ、１０２…フェースガラス、１０３…低融点フリットガラス、１０４…蛍光面、１０５…陽極電極構体、１０５ａ…リング状陽極、１０５ｂ…円筒状陽極、１０５ｃ…Ｂａゲッター、１０６…カソード構体、１０６ａ…セラミック基板、１０６ｄ…ハウジング、１０６ｅ…メッシュ部（電子引き出し電極）、１０７…Ａｌメタルバック膜、１０７ａ…接触片、１０８…ステムガラス、１０８ａ…排気管、１０９，１０９ａ，１０９ｂ…リードピン、１１０…陽極リード、１１１ａ，１１１ｂ…カソードリード、１２１…筒、１２２…電極膜、１２３…柱状グラファイト、１２３ａ…カーボンナノチューブ。
【図１】
0003790044.tif 000002
【図２】
0003790044.tif 000003