JP2008004412A - Cold-cathode electron source - Google Patents

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JP2008004412A JP2006173444A JP2006173444A JP2008004412A JP 2008004412 A JP2008004412 A JP 2008004412A JP 2006173444 A JP2006173444 A JP 2006173444A JP 2006173444 A JP2006173444 A JP 2006173444A JP 2008004412 A JP2008004412 A JP 2008004412A
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Minami Ko
南 江
Hoki Haba
方紀 羽場
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold-cathode electron source having an electron emission layer capable of executing field emission nearly at uniform height to a surface of a wire-like negative electrode base. <P>SOLUTION: The negative electrode base is formed into a wire-like shape with an alloy material of zinc and a metal having a melting point higher than that of zinc. The wire-like negative electrode base is heat-treated, and multiple whiskers each having a diameter of several nm to 100 nm are projected from the surface thereof in a sharp needle-like shape suitable for executing the field emission. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電界放射により電子放出する新規な構造を備えた冷陰極電子源に関する。   The present invention relates to a cold cathode electron source having a novel structure for emitting electrons by field emission.

電子放出源として使用されていた熱陰極に代わって、低消費電力の小型の電子放出源としての冷陰極が用いられるようになっている。この冷陰極電子源には、陰極ベースの表面にカーボンナノチューブ等の炭素膜を成膜したものがある(特許文献1)。このカーボンナノチューブ等の炭素膜は、先端が電界放射(フィールドエミッション)を行うのに適した鋭利な形状を有している。   Instead of the hot cathode used as the electron emission source, a cold cathode as a small electron emission source with low power consumption is used. As this cold cathode electron source, there is one in which a carbon film such as a carbon nanotube is formed on the surface of a cathode base (Patent Document 1). The carbon film such as the carbon nanotube has a sharp shape suitable for performing field emission at the tip.

このようなカーボンナノチューブ等の電子放出用材料は、断面ほぼ円形であるワイヤ状ベース表面にCVD法等により均一な高さでかつ高密度に成長させることは困難であり、また、そのようなワイヤ状ベース表面にカーボンナノチューブ等の電子放出用材料を均一な厚さに印刷することも困難である。そのための成膜や印刷のための設備は高価でありコストが相当に嵩むものとなっている。   Such electron emission materials such as carbon nanotubes are difficult to grow on a wire-like base surface having a substantially circular cross-section at a uniform height and high density by a CVD method or the like. It is also difficult to print an electron emission material such as carbon nanotubes on the surface of the substrate with a uniform thickness. The equipment for film formation and printing for that purpose is expensive and the cost is considerably increased.

本出願人は、上記ワイヤ状の陰極ベース表面に電子放出用材料を安価に形成でき量産可能な構造の冷陰極電子源用ワイヤの研究開発を鋭意重ねていた。
特開2004−281308号公報
The present applicant has intensively researched and developed a wire for a cold cathode electron source having a structure capable of mass-production by forming an electron emission material on the surface of the wire-like cathode base at low cost.
JP 2004-281308 A

したがって、本発明により解決すべき課題は、ワイヤ状の陰極ベース表面にほぼ均一な高さで電界放射することが可能な電子放出層を備えた冷陰極電子源を提供することである。   Therefore, a problem to be solved by the present invention is to provide a cold cathode electron source including an electron emission layer capable of emitting a field at a substantially uniform height on a wire-like cathode base surface.

本発明による冷陰極電子源は、陰極ベースが亜鉛と該亜鉛よりも融点が高い金属との合金材料からワイヤ状に作られており、このワイヤ状の陰極ベースに対する熱処理により該陰極ベース表面から多数のナノウイスカが電界放射を行うのに適した鋭利な針状に突出していることを特徴とするものである。   In the cold cathode electron source according to the present invention, the cathode base is made in the shape of a wire from an alloy material of zinc and a metal having a melting point higher than that of the zinc. These nanowhiskers are characterized by protruding in a sharp needle shape suitable for field emission.

また、本発明による冷陰極電子源は、陰極ベースが亜鉛よりも高融点の金属材料の周囲に亜鉛膜を備えた金属材料からワイヤ状に作られており、このワイヤ状の陰極ベースに対する熱処理により該陰極ベースの表面から多数のナノウイスカが電界放射を行うのに適した鋭利な針状に突出していることを特徴とするものである。   In the cold cathode electron source according to the present invention, the cathode base is made of a metal material having a zinc film around a metal material having a melting point higher than that of zinc. A large number of nanowhiskers protrude from the surface of the cathode base into sharp needles suitable for field emission.

上記した「電界放射を行うのに適した鋭利な針状」とは、直径が数nmから100nmで、長さが1μmから数10μmのものを言う。   The above-mentioned “sharp needle shape suitable for electric field emission” refers to one having a diameter of several nm to 100 nm and a length of 1 μm to several tens of μm.

上記本発明の合金材料や金属材料の場合、常圧下で簡易な電気炉、通電加熱だけでナノウイスカを成長させることができるので従来のようなカーボンナノチューブ等の電子放出材料とは異なって、設備コストが格段に安く済む一方で、このワイヤを陰極とし、陽極に高電圧を印加することによりワイヤ表面のナノウイスカから発生した電子を電子線照射型蛍光体に衝突させて高輝度で励起発光させることができる。   In the case of the above alloy materials and metal materials of the present invention, nano whiskers can be grown only by a simple electric furnace and current heating under normal pressure, so that the equipment cost is different from conventional electron emission materials such as carbon nanotubes. However, this wire can be used as a cathode, and by applying a high voltage to the anode, electrons generated from nanowhiskers on the surface of the wire can collide with the electron beam irradiation type phosphor to emit light with high brightness. it can.

なお、本発明のナノウイスカとは異なるが、酸化亜鉛ウイスカの技術に関しては、例えば特開2004−299920に、硫化亜鉛粉末と活性炭粉末とをアルゴン気流中、1100〜1200℃に、2〜4時間加熱して、一旦亜鉛を生成させた後、引き続き、アルゴンを酸素に切り替えて、1100〜1200℃で、1〜3時間加熱することにより、酸化反応を行わせて単結晶のチューブ状に製造する技術、特開2004−210839に、表面に酸化膜が形成された金属亜鉛粉末を酸素を含む雰囲気下で加熱処理することによって製造する技術が開示されている。また、特公昭60−5529号公報、特公平3−51657号公報等にも酸化亜鉛ウイスカの製造技術が開示されている。 酸化亜鉛ウイスカは三次元構造、つまり、核部と、その核部から複数軸方向に延びた針状結晶部と、を備えたテトラポット形状が一般的であり、また、上記特開2004−299920のようにナノチューブ状のものもある。また、多長脚状粒子として四脚状粒子である酸化亜鉛ウイスカとして松下アムテック(株)製で平均長さ10μmのものもある。また、特開平09−009567に記載されているように酸化亜鉛ウイスカはテトラポット形状であるため、成形物の異方性緩和・振動吸収材としても知られている。   In addition, although it differs from the nano whisker of this invention, regarding the technique of a zinc oxide whisker, for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-299920 WHEREIN: A zinc sulfide powder and activated carbon powder are heated to 1100-1200 degreeC for 2 to 4 hours in argon stream. Then, once zinc is generated, the argon is subsequently switched to oxygen and heated at 1100 to 1200 ° C. for 1 to 3 hours to cause an oxidation reaction to produce a single crystal tube. JP-A 2004-210839 discloses a technique for producing metal zinc powder having an oxide film formed on the surface thereof by heat treatment in an atmosphere containing oxygen. Japanese Patent Publication No. 60-5529 and Japanese Patent Publication No. 3-51657 also disclose a technique for producing zinc oxide whiskers. A zinc oxide whisker generally has a three-dimensional structure, that is, a tetrapot shape having a core part and a needle-like crystal part extending from the core part in a plurality of axial directions, and the above-mentioned JP-A-2004-299920. Some of them are nanotube-shaped. In addition, there are some zinc oxide whiskers made of Matsushita Amtec Co., Ltd., having an average length of 10 μm as multi-legged particles. Further, as described in JP-A-09-009567, zinc oxide whisker has a tetrapot shape, and is also known as an anisotropic relaxation / vibration absorber for molded products.

また、特開平2−192499号公報、特開平4−132700号公報、特開平4−144995号公報、特開平4−170399号公報、特開平5−97597号公報および特開平6−92797号公報も、同様に、亜鉛蒸気を供給した気相中において、亜鉛蒸気を酸化させ、酸化亜鉛ウイスカを得る製造方法が開示されている。   In addition, JP-A-2-192499, JP-A-4-132700, JP-A-4-144959, JP-A-4-170399, JP-A-5-97597 and JP-A-6-92797 are also disclosed. Similarly, a manufacturing method is disclosed in which zinc vapor is oxidized in a gas phase supplied with zinc vapor to obtain zinc oxide whiskers.

以上のように酸化亜鉛ウイスカそれ自体およびその製造技術は周知であるが、そのほとんどが、テトラポット形状であり、また、上記特開2004−299920のようにナノチューブ状のものでは青色や紫外領域の発光ダイオードやダイオードレーザのような光学デバイスへの応用や複合材料の強化材として有用な単結晶のチューブ状酸化亜鉛ウィスカであり、電界電子放出用のものはない。   As described above, the zinc oxide whisker itself and the manufacturing technique thereof are well known, but most of them are in the shape of a tetrapot, and in the case of a nanotube like the above-mentioned JP-A No. 2004-299920, the blue and ultraviolet regions. It is a single crystal tubular zinc oxide whisker that is useful as an application to optical devices such as light emitting diodes and diode lasers and as a reinforcing material for composite materials, and there is no one for field electron emission.

本発明のナノウイスカは、電界電子放出させて、照明ランプに必要な高輝度で蛍光体を励起発光させることができる上に、その構造は極めて簡易な熱処理装置で製造することができる。   The nanowhisker of the present invention can emit a field electron to excite a phosphor with high brightness necessary for an illumination lamp, and the structure can be manufactured by a very simple heat treatment apparatus.

上記熱処理は亜鉛の融点以上の温度での熱処理であることが好ましい。   The heat treatment is preferably a heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of zinc.

特開昭50−6597号公報は、亜鉛とこれより沸点の高い金属からなる合金または混合物を、酸素を含有する雰囲気下において加熱し、下地物質上に酸化亜鉛のウイスカを成長せしめる方法を開示する。しかしながら、同公報は、Zn−Cu合金を加熱する方法において、直径30〜80μm、長さ10〜30mmのウイスカが得られることが開示されたものであり、酸化亜鉛ウイスカの直径が太すぎることにより、電界電子放出することができるナノウイスカではない。   Japanese Laid-Open Patent Publication No. 50-6597 discloses a method of growing zinc oxide whiskers on a base material by heating an alloy or mixture made of zinc and a metal having a higher boiling point in an atmosphere containing oxygen. . However, the publication discloses that whisker having a diameter of 30 to 80 μm and a length of 10 to 30 mm is obtained in the method of heating a Zn—Cu alloy, and the zinc oxide whisker has a too large diameter. It is not a nano whisker that can emit field electrons.

本発明によれば、ワイヤ状の陰極ベース表面にほぼ均一な高さで電界放射することが可能な形状でナノウイスカを備えた冷陰極電子源を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cold cathode electron source provided with the nano whisker in the shape which can radiate an electric field with a substantially uniform height on a wire-like cathode base surface can be provided.

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冷陰極電子源とその製造方法を説明する。   Hereinafter, a cold cathode electron source and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態の冷陰極電子源は、陰極ベースとその表面の電子放出層とから構成されている。図1(a)に冷陰極電子源の陰極ベースの断面構成を示し、図1(b)に図1(a)のA−A線に沿う断面構成を示す。冷陰極電子源2を構成する陰極ベース4は、亜鉛と該亜鉛よりも融点が高い金属との合金材料からワイヤ状に作ったものである。図2に図1の陰極ベース4を用いた冷陰極電子源2の断面構成を示す。この冷陰極電子源2は、陰極ベース4と、この陰極ベース4の表面の電子放出層6とから構成されている。冷陰極電子源2と電子放出層6とを実際のサイズ比率関係で図示することができないが、理解のため、図2でその表面層の一部を引き出した円で囲む部分に電子放出層6を拡大して示している。   The cold cathode electron source according to the embodiment includes a cathode base and an electron emission layer on the surface thereof. FIG. 1A shows a cross-sectional configuration of the cathode base of the cold cathode electron source, and FIG. 1B shows a cross-sectional configuration along the line AA in FIG. The cathode base 4 constituting the cold cathode electron source 2 is made in the shape of a wire from an alloy material of zinc and a metal having a melting point higher than that of the zinc. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a cold cathode electron source 2 using the cathode base 4 of FIG. The cold cathode electron source 2 includes a cathode base 4 and an electron emission layer 6 on the surface of the cathode base 4. Although the cold cathode electron source 2 and the electron emission layer 6 cannot be illustrated in an actual size ratio relationship, for the sake of understanding, the electron emission layer 6 is surrounded by a circle surrounded by a part of the surface layer shown in FIG. Is shown enlarged.

陰極ベース4を構成する金属材料は例えば真鍮である。真鍮を構成する亜鉛は空気中で酸化すると容易に燃焼し、融点は約420℃であり、銅は、融点が約1084℃である。そして、この銅合金である真鍮は、その融点が約900℃である。この真鍮の性質は銅と亜鉛との割合で変化する。銅に対して亜鉛の含有率が35%のものが一般的で、その他には、銅60%、亜鉛40%のものを 六・四真鍮、銅70%、亜鉛30%のものを七・三真鍮である。実施の形態ではいずれも含み、その割合に限定されない。   The metal material constituting the cathode base 4 is, for example, brass. Zinc constituting brass easily burns when oxidized in air, and has a melting point of about 420 ° C., and copper has a melting point of about 1084 ° C. And the brass which is this copper alloy has the melting point of about 900 degreeC. The properties of this brass vary with the ratio of copper and zinc. In general, the content of zinc is 35% with respect to copper. Other than that, 60% copper and 40% zinc are used. Six or four brass, 70% copper and 30% zinc are used. It is brass. In the embodiment, any of them is included, and the ratio is not limited.

電子放出層6は、多数のナノウイスカから構成されており、陰極ベース4を亜鉛の融点以上の温度で所要時間加熱することにより当該陰極ベース4表面に形成されている。ナノウイスカは、電界放射を行うのに適した鋭利な針状に突出している。実施の形態のナノウイスカでは陰極ベース4の表面全体に比較的均等な分布密度で存在している。このナノウイスカは亜鉛の融点以上の温度に加熱することにより生成することができるものであり、亜鉛単独では、その温度に加熱することができず、電界電子放出に適した形状に生成することができない。実施の形態では、真鍮を用いたものであり、亜鉛が銅と合金しているので、亜鉛の融点以上の温度に加熱することができることにより、ナノウイスカを生成したものである。   The electron emission layer 6 is composed of a large number of nanowhiskers, and is formed on the surface of the cathode base 4 by heating the cathode base 4 at a temperature equal to or higher than the melting point of zinc for a required time. Nano whiskers protrude in a sharp needle shape suitable for performing field emission. In the nano whisker of the embodiment, the entire surface of the cathode base 4 is present with a relatively uniform distribution density. This nanowhisker can be generated by heating to a temperature higher than the melting point of zinc. Zinc alone cannot be heated to that temperature and cannot be formed into a shape suitable for field electron emission. . In the embodiment, brass is used, and since zinc is alloyed with copper, nanowhiskers are generated by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of zinc.

図3に上記冷陰極電子源2を用いた電界放射型ランプ8を示す。この電界放射型ランプ8においては、ワイヤ状の冷陰極電子源2が内部に空中架設されている。ガラス管10は真空に封止されており、このガラス管10の内面に電子線照射型の蛍光体12付きの陽極14が形成されている。冷陰極電子源2はこの陽極14とガラス管10内部で管軸方向に平行に対向配置している。陽極14に高電圧を印加することにより冷陰極電子源2の電子放出層6を構成するナノウイスカの先端から電界放射により電子放出が起こり、この放出した電子が蛍光体12に衝突し、蛍光体12が励起発光する。   FIG. 3 shows a field emission lamp 8 using the cold cathode electron source 2. In this field emission lamp 8, a wire-like cold cathode electron source 2 is installed in the air. The glass tube 10 is sealed in a vacuum, and an anode 14 with an electron beam irradiation type phosphor 12 is formed on the inner surface of the glass tube 10. The cold cathode electron source 2 is disposed opposite to the anode 14 and the glass tube 10 so as to be parallel to the tube axis direction. When a high voltage is applied to the anode 14, electron emission is caused by electric field emission from the tip of the nanowhisker constituting the electron emission layer 6 of the cold cathode electron source 2, and the emitted electrons collide with the phosphor 12. Emits excited light.

本出願人は、上記冷陰極電子源2を用いて十分な発光輝度で発光することができる電界放射型ランプを製作することができた。この電界放射型ランプに用いた冷陰極電子源のSEM写真を以下に示して説明する。この冷陰極電子源では陰極ベース4の金属材料に真鍮を代表的に用いた。   The present applicant has been able to produce a field emission lamp capable of emitting light with sufficient emission brightness using the cold cathode electron source 2. An SEM photograph of the cold cathode electron source used in this field emission lamp will be described below. In this cold cathode electron source, brass is typically used as the metal material of the cathode base 4.

図4はその冷陰極電子源2における電子放出層6のSEM写真である。このSEM写真で示す電子放出層6は、電気炉内に真鍮製のワイヤを陰極ベース4として配置し、その陰極ベース4を500℃で1時間連続加熱して得られたものである。この電子放出層6では陰極ベース4表面から長さ数μmから数μmで、直径が数nmで、その先端が電界放射を行うのに適した鋭利な針状になったナノウイスカ6aが多数形成されている。   FIG. 4 is an SEM photograph of the electron emission layer 6 in the cold cathode electron source 2. The electron emission layer 6 shown in the SEM photograph is obtained by arranging a brass wire as the cathode base 4 in an electric furnace and continuously heating the cathode base 4 at 500 ° C. for 1 hour. The electron emission layer 6 is formed with a number of nanowhiskers 6a each having a length of several μm to several μm from the surface of the cathode base 4 and a diameter of several nanometers, and a sharp needle shape suitable for electric field emission at the tip. ing.

図5はさらに別の冷陰極電子源2における電子放出層6のSEM写真を示す。このSEM写真で示す電子放出層6は、電気炉内で真鍮製のワイヤを陰極ベース4として配置し、その陰極ベース4を600℃で1時間連続加熱した場合の電子放出層6を示す。この電子放出層6では陰極ベース4表面から長さ10数μmで、直径が数nmで、その先端が電界放射を行うのに適した鋭利な針状になったナノウイスカ6aが多数形成されている。   FIG. 5 shows an SEM photograph of the electron emission layer 6 in still another cold cathode electron source 2. The electron emission layer 6 shown in this SEM photograph shows the electron emission layer 6 when a brass wire is arranged as the cathode base 4 in the electric furnace and the cathode base 4 is continuously heated at 600 ° C. for 1 hour. The electron emission layer 6 has a number of nanowhiskers 6a each having a length of several tens of μm from the surface of the cathode base 4 and a diameter of several nanometers, and having a sharp needle shape suitable for electric field emission at the tip. .

図6は、さらに別の冷陰極電子源2における電子放出層6のSEM写真を示す。このSEM写真で示す電子放出層6は、電気炉内で真鍮製のワイヤを陰極ベース4として配置し、その陰極ベース4を700℃で1時間連続加熱した場合の電子放出層6を示す。この電子放出層6では陰極ベース4表面からはナノウイスカ6aが短くなりその結晶構造が崩されて粒子化して電子放出層として機能することができにくくなっている。   FIG. 6 shows an SEM photograph of the electron emission layer 6 in still another cold cathode electron source 2. The electron emission layer 6 shown in this SEM photograph shows the electron emission layer 6 when a brass wire is disposed as the cathode base 4 in an electric furnace and the cathode base 4 is continuously heated at 700 ° C. for 1 hour. In the electron emission layer 6, the nanowhisker 6 a is shortened from the surface of the cathode base 4, and its crystal structure is broken to form particles, making it difficult to function as an electron emission layer.

図7は図6の電子放出層6の表面を示すSEM写真である。ナノウイスカ6aが崩れ粒子化している様子を確認することができる。   FIG. 7 is an SEM photograph showing the surface of the electron emission layer 6 of FIG. It can be confirmed that the nanowhiskers 6a have collapsed and become particles.

以上から実施の形態の冷陰極電子源2は、陰極ベース4を亜鉛の融点である約400℃以上、約700℃以下で約10分から数時間程度連続加熱した場合に、陰極ベース4表面に電界電子放出に適したナノウイスカからなる電子放出層6が形成される。   From the above, the cold cathode electron source 2 of the embodiment has an electric field applied to the surface of the cathode base 4 when the cathode base 4 is continuously heated at about 400 ° C. or higher and about 700 ° C. or lower, which is the melting point of zinc, for about 10 minutes to several hours. An electron emission layer 6 made of nanowhiskers suitable for electron emission is formed.

以上説明した冷陰極電子源2では陰極ベース4を電気炉内で加熱したが、実施の形態の製造方法は、この加熱に限定されるものではなく、陰極ベース4を通電加熱することによっても陰極ベース4表面に電子放出層6であるナノウイスカを形成することができる。   In the cold cathode electron source 2 described above, the cathode base 4 is heated in an electric furnace. However, the manufacturing method of the embodiment is not limited to this heating, and the cathode base 4 can also be heated by energization heating. Nanowhiskers that are the electron emission layers 6 can be formed on the surface of the base 4.

上記通電加熱は25Aないし30A程度、数十秒から数十分である。   The energization heating is about 25 A to 30 A, for several tens of seconds to several tens of minutes.

図8は陰極ベース4に対して25Aの電流を20秒間陰極ベース4に流すことにより当該陰極ベース4を通電加熱した場合の電子放出層6のSEM写真を示す。この図8のSEM写真で示すように、陰極ベース4表面からは長さ数μmで、先端が電界放射を行うのに適した鋭利な針状になったナノウイスカ6aが多数形成されて電子放出層6が構成されている。   FIG. 8 shows an SEM photograph of the electron emission layer 6 when the cathode base 4 is energized and heated by flowing a current of 25 A through the cathode base 4 for 20 seconds. As shown in the SEM photograph of FIG. 8, a plurality of nanowhiskers 6a each having a length of several μm from the surface of the cathode base 4 and having a sharp needle shape suitable for field emission are formed on the electron emission layer. 6 is configured.

図9はさらに別の陰極ベースに25A、3分間通電加熱した場合の電子放出層6のSEM写真を示す。このSEM写真で示すように、陰極ベース表面からは長さ数μmで、先端が電界放射を行うのに適した鋭利な針状になったナノウイスカが多数形成されて電子放出層6が構成されている。   FIG. 9 shows an SEM photograph of the electron emission layer 6 when another cathode base is heated and energized at 25 A for 3 minutes. As shown in this SEM photograph, the electron emission layer 6 is formed by forming a large number of sharp whisker-like nano whiskers that are several μm long from the surface of the cathode base and suitable for field emission. Yes.

なお、他の実施の形態として図10(a)(b)で示すように、亜鉛よりも高融点の金属材料、例えば、銅材料4aの周囲に亜鉛膜4bを備えた金属材料をワイヤ状に作ったものを陰極ベース4として用いることができる。図10(a)は陰極ベース4の縦断断面構成を示し、図10(b)は図10(a)のB−B線に沿う断面構成を示す。図10で示す陰極ベース4を用いて上記と同様に電気炉内で加熱したり、通電加熱することにより、その陰極ベース4表面にナノウイスカからなる電子放出層6を形成することができる。なお、陰極ベース4において亜鉛膜4bの膜厚等は適宜に設定することができる。加熱すると、亜鉛膜4bの亜鉛は、内部に拡散して真鍮フェーズになり、その表面にナノウイスカを生成することができる。   As another embodiment, as shown in FIGS. 10A and 10B, a metal material having a melting point higher than that of zinc, for example, a metal material having a zinc film 4b around a copper material 4a is formed into a wire shape. The prepared one can be used as the cathode base 4. FIG. 10A shows a vertical cross-sectional configuration of the cathode base 4, and FIG. 10B shows a cross-sectional configuration along line BB in FIG. The electron emission layer 6 made of nanowhiskers can be formed on the surface of the cathode base 4 by heating in an electric furnace using the cathode base 4 shown in FIG. In the cathode base 4, the film thickness of the zinc film 4b can be set as appropriate. When heated, the zinc in the zinc film 4b diffuses into the brass phase to form nanowhiskers on the surface.

以上の実施の形態では亜鉛と合金を作ったり、あるいは、陰極ベース4の内部に設ける金属としては銅で説明したが、実施の形態では、この金属としては銅に限定されず、NiCr、Ni、W、SUS等の亜鉛よりも高融点の金属材料を用いることができる。   In the above embodiment, the alloy of zinc and the metal provided in the cathode base 4 is described as copper. However, in the embodiment, the metal is not limited to copper, and NiCr, Ni, A metal material having a melting point higher than that of zinc such as W or SUS can be used.

図1(a)は陰極ベースの側面断面図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿う断面図である。FIG. 1A is a side cross-sectional view of the cathode base, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 図2は実施の形態の冷陰極電子源の断面構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the cold cathode electron source of the embodiment. 図3は図2の冷陰極電子源を用いた電界放射型ランプの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a field emission lamp using the cold cathode electron source of FIG. 図4は電気炉で真鍮からなる陰極ベースを500℃、1時間加熱した場合の電子放出層のSEM写真である。FIG. 4 is an SEM photograph of the electron emission layer when a cathode base made of brass is heated at 500 ° C. for 1 hour in an electric furnace. 図5は電気炉陰で真鍮からなる陰極ベースを600℃、1時間加熱した場合の電子放出層のSEM写真である。FIG. 5 is an SEM photograph of the electron emission layer when a cathode base made of brass is heated at 600 ° C. for 1 hour in the shade of an electric furnace. 図6は電気炉で陰極ベースを700℃、1時間加熱した場合の陰極ベース4上のSEM写真である。FIG. 6 is a SEM photograph on the cathode base 4 when the cathode base is heated at 700 ° C. for 1 hour in an electric furnace. 図7は図6で示す陰極ベースの平面のSEM写真である。FIG. 7 is an SEM photograph of the cathode base plane shown in FIG. 図7は通電により陰極ベースを25A、20秒間通電加熱した場合の電子放出層のSEM写真である。FIG. 7 is a SEM photograph of the electron-emitting layer when the cathode base is energized and heated for 20 seconds at 25 A. 図9は冷陰極電子源用の陰極ベースに25A、3分間通電加熱した場合の電子放出層のSEM写真である。FIG. 9 is an SEM photograph of the electron emission layer when the cathode base for the cold cathode electron source is heated and energized at 25 A for 3 minutes. 図10(a)は他の実施の形態の冷陰極電子源における陰極ベースの側面断面図、図10(b)は図10(a)のB−B線に沿う断面図である。FIG. 10A is a side sectional view of a cathode base in a cold cathode electron source according to another embodiment, and FIG. 10B is a sectional view taken along line BB in FIG. 10A.

符号の説明Explanation of symbols

2 冷陰極電子源
4 陰極ベース
6 電子放出層
6a ナノウイスカ
2 Cold cathode electron source 4 Cathode base 6 Electron emission layer 6a Nano whisker

Claims (3)

陰極ベースが亜鉛と該亜鉛よりも融点が高い金属との合金材料からワイヤ状に作られており、このワイヤ状の陰極ベースに対する熱処理によりその表面から多数のナノウイスカが電界放射を行うのに適した鋭利な針状に突出している、ことを特徴とする冷陰極電子源。   The cathode base is made in the shape of a wire from an alloy material of zinc and a metal having a melting point higher than that of the zinc, and heat treatment of the wire-like cathode base is suitable for the field emission of a large number of nanowhiskers from the surface. A cold cathode electron source, which protrudes in a sharp needle shape. 陰極ベースが亜鉛よりも高融点の金属材料の周囲に亜鉛膜を備えた金属材料からワイヤ状に作られており、このワイヤ状の陰極ベースに対する熱処理によりその表面から多数のナノウイスカが電界放射を行うのに適した鋭利な針状に突出している、ことを特徴とする冷陰極電子源。   The cathode base is made in the shape of a wire from a metal material having a zinc film around a metal material having a melting point higher than that of zinc, and a large number of nanowhiskers emit electric field from the surface by heat treatment on the wire-like cathode base. A cold cathode electron source characterized by protruding in a sharp needle shape suitable for the above. 上記ナノウイスカは、直径が数nmないし100nmである、ことを特徴とする請求項1または2に記載の冷陰極電子源。   The cold cathode electron source according to claim 1 or 2, wherein the nano whisker has a diameter of several nm to 100 nm.
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