專利名稱：場(chǎng)電子發(fā)射元件及照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及場(chǎng)電子發(fā)射元件及照明裝置，更詳細(xì)地說，是涉及可適用于高亮度燈等的照明光源或薄型顯示器等的電子束發(fā)射源的場(chǎng)電子發(fā)射元件，及具備該場(chǎng)電子發(fā)射元件的照明裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出的照明裝置的方案，其構(gòu)成為從設(shè)置于場(chǎng)電子發(fā)射元件(陰極)的多數(shù)個(gè)電子發(fā)射部(發(fā)射極)向陽(yáng)極發(fā)射電子，該發(fā)射的電子不斷地以高速加速?zèng)_撞到涂布在陽(yáng)極的熒光體，由此電子沖擊使該熒光體發(fā)光，將由此發(fā)出的光當(dāng)作照明光使用。這種照明裝置，根據(jù)場(chǎng)電子發(fā)射元件的電子發(fā)射形態(tài)，能適用于發(fā)光面是平面的面狀光源，例如平面顯示器等，但若要適用于一般發(fā)光面是線狀的線狀光源型、例如直管型的照明裝置，則存在技術(shù)上尚待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可適用于高亮度燈等的照明光源或薄型顯示器等的電子束發(fā)射源的場(chǎng)電子發(fā)射元件，及具備該場(chǎng)電子發(fā)射元件的照明裝置。
本發(fā)明的場(chǎng)電子發(fā)射元件，其特征在于，具備在表面具有凹凸的線狀的導(dǎo)線；及形成于該導(dǎo)線的凹凸表面上、且具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部。
根據(jù)本發(fā)明，在沿著線狀導(dǎo)線的表面的長(zhǎng)度方向設(shè)置凹凸，由此，要形成具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部時(shí)，比起表面是平坦的導(dǎo)線，可更加促進(jìn)電子發(fā)射部生成核的產(chǎn)生，使所產(chǎn)生的電子發(fā)射部生成核進(jìn)行合體成長(zhǎng)來形成電子發(fā)射部，由此使電子發(fā)射部形成為線狀。并且，在突出的凸部所形成的電子發(fā)射部前端，因會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)集中，故特別會(huì)促進(jìn)電子發(fā)射，比起以往能以更低電壓驅(qū)動(dòng)。在此情形，因沿線狀的導(dǎo)線形成多數(shù)個(gè)凸部，在導(dǎo)線的整體上能使電子發(fā)射量均等，亦能使電子發(fā)射密度提高，故對(duì)需要高亮度的照明裝置更加適用。
在此，所謂上述“線狀”并未局限于直線狀，包含螺旋狀的線狀、波狀的線狀等的曲線狀，及混合直線狀與曲線狀而成的線狀形狀。
該“導(dǎo)線”，不拘泥于實(shí)心、空心，另外，其截面形狀，并不特別限定，不限于圓形，也可為橢圓形、矩形，其他形狀。
所謂上述“凹凸”，是指導(dǎo)線的表面不是平坦的，例如，是由突起、凹陷、或槽等在表面具有凹凸。
上述“導(dǎo)線”，可以在表面整體上具有凹凸，也可在部分具有凹凸。
該導(dǎo)線之外徑，雖可根據(jù)用途等適宜地選擇，但從線材加工考慮，優(yōu)選為0.5～2mm左右以內(nèi)，更優(yōu)選為1mm左右以內(nèi)。另外，凹凸高度與該導(dǎo)線外徑之比，基于成膜條件的原因，優(yōu)選為例如對(duì)1mmφ中的導(dǎo)線是M0.5～M1(JIS細(xì)螺紋)左右，更優(yōu)選為對(duì)1mmφ中的導(dǎo)線，是M1(JIS細(xì)螺紋)程度。
具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部，若由碳系材料，例如碳納米管，碳納米板、頰鉆碳，石墨、富勒烯(fullerenc)等所構(gòu)成，優(yōu)選可以以比較低的電場(chǎng)發(fā)射電子的材料。
再者，在本發(fā)明中，并不局限于上述凹凸的形狀，可以由螺紋切削等槽加工來形成上述凹凸。由此加工方式，作為凹凸的螺紋槽部與牙部是比較尖銳的形狀，所以在形成電子發(fā)射部時(shí)，更能促進(jìn)核的產(chǎn)生。另外，因?yàn)樵诩怃J之螺紋牙部所形成的電子發(fā)射部前端會(huì)集中電場(chǎng)，故更能促進(jìn)電子發(fā)射。
上述凹凸，也可由設(shè)定導(dǎo)線的表面粗糙度來形成，表面粗糙度例如有將導(dǎo)線以研磨或車削等作機(jī)械加工時(shí)之加工痕之粗糙度，或?qū)?dǎo)線表面以化學(xué)處理形成規(guī)定表面粗糙度時(shí)的表面粗糙度等。
另外，本發(fā)明的場(chǎng)電子發(fā)射元件，也可在相絞合的多條導(dǎo)線中，包含形成電子發(fā)射部的觸媒的觸媒金屬導(dǎo)線，在該觸媒金屬的導(dǎo)線上，形成具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部。適用于本發(fā)明的觸媒金屬，并沒有特別的限制，優(yōu)選Ni、Fe、Co中的至少任何1種。觸媒金屬的導(dǎo)線，優(yōu)選導(dǎo)線本身是由觸媒金屬組成，但也可為導(dǎo)線本身并非觸媒金屬而采用其他金屬，而在導(dǎo)線表面形成觸媒金屬。
根據(jù)本發(fā)明，因?qū)?dǎo)線絞合而成，所以觸媒金屬的導(dǎo)線成為凹凸?fàn)睿蛟谠撚|媒金屬的導(dǎo)線上形成電子發(fā)射部，所以在電子發(fā)射部之前端，產(chǎn)生更強(qiáng)烈的電場(chǎng)集中，特別會(huì)促進(jìn)電子發(fā)射，因此，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)需要高亮度的照明裝置能更適用。
本發(fā)明的場(chǎng)電子發(fā)射元件在制造中，優(yōu)選電子發(fā)射部是由碳納米管或碳納米板等的碳是微小線狀物來構(gòu)成，該微小線狀物，優(yōu)選為例如可投入高能量的等離子空間的DC等離子CVD法來形成。
本發(fā)明的場(chǎng)電子發(fā)射元件在另一制造中，可在線狀導(dǎo)線實(shí)施槽加工，在施加該槽加工后的線狀導(dǎo)線上，形成具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部。槽加工，可在導(dǎo)線之全周形成槽，也可在部分形成槽，另外，也可形成螺紋槽。另外，優(yōu)選在實(shí)施槽加工之前，能在線狀的導(dǎo)線上形成成為電子發(fā)射部觸媒的觸媒金屬。在這種情形，因在槽以外的凸部的表面存在觸媒金屬層，故能在槽以外的凸部選擇性地形成電子發(fā)射部。
在本發(fā)明的照明裝置中，真空外圍器優(yōu)選是呈長(zhǎng)條形，優(yōu)選將金屬棒沿長(zhǎng)度方向收納配置，將場(chǎng)電子發(fā)射元件沿長(zhǎng)度方向與金屬棒對(duì)向配置。


圖1是具備本發(fā)明實(shí)施方式的場(chǎng)電子發(fā)射元件(線狀陰極)的照明裝置的立體圖。
圖2是圖1的縱剖側(cè)視圖。
圖3是沿圖2的A-A線的剖視圖。
圖4是圖1的線狀陰極的放大立體圖。
圖5是DC等離子CVD裝置的概略構(gòu)成圖。
圖6是圖1的線狀陰極的局部放大剖視圖。
圖7是線狀陰極的局部放大立體圖。
圖8A是用來說明線狀陰極的制造工序的剖視圖。
圖8B是對(duì)圖8A所示制造工藝進(jìn)行說明用的剖視圖。
圖9是線狀陰極的變形例的放大立體圖。
圖10是其他變形例的線狀陰極的局部放大立體圖。
圖11A是用來說明圖10的線狀陰極的制造工藝的剖視圖。
圖11B是用來說明圖10的線狀陰極的制造工藝的剖視圖。
圖12是表示線狀陰極的其他變形例的立體圖。
圖13是圖12的局部放大立體圖。
圖14是圖12的線狀陰極的局部放大剖視圖。
圖15是其他線狀陰極的局部放大剖視圖。
圖16A是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖。
圖16B是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖，圖17A是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖。
圖17B是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖。
圖18A是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖。
圖18B是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖。
圖19A，是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖。
圖19B，是表示線狀陰極的其他變形的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參閱附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是具備本發(fā)明實(shí)施方式的場(chǎng)電子發(fā)射元件(線狀陰極)的照明裝置的立體圖；圖2是表示該照明裝置的縱剖側(cè)視的剖視圖；圖3是從圖2的箭頭A-A線方向看去的剖視圖。
參閱這些圖，該照明裝置1具備真空外圍器10，其外觀在一方向上為長(zhǎng)管狀，形成直管形狀，內(nèi)部是真空或幾乎真空的氣密狀態(tài)。真空外圍器10是由直管狀玻璃管10a與密封該直管狀玻璃管10的兩端開口的圓板型蓋體10b、10b一起構(gòu)成，真空外圍器10的材料是玻璃材料，真空外圍器10的材料只要能使發(fā)光用光透過、半通過、或能以規(guī)定的透過率透過的材料均能使用。作為該實(shí)施方式以外的形狀，例如，能將圓板型蓋體10b、10b的兩側(cè)或一側(cè)省略，而構(gòu)成為閉塞兩端的玻璃管，或閉塞一端側(cè)的玻璃管10。
在玻璃管10的內(nèi)部，沿其長(zhǎng)度方向配備截面圓形的帶熒光體陽(yáng)極11，其兩端固定有圓板型蓋體10b、10b，且在其外周面具備熒光體12。線狀陰極(場(chǎng)電子發(fā)射元件)13，是以圍著帶熒光體陽(yáng)極11的形態(tài)而配備，帶熒光體陽(yáng)極11，可以是實(shí)心構(gòu)造，也可以是空心構(gòu)造，另外，帶熒光體陽(yáng)極11的材料，并沒有特別的限定，例如可以由鋁、銅、Ni、SUS等組成。另外，帶熒光體陽(yáng)極11的表面，例如實(shí)施鏡面加工，以提升對(duì)熒光體12的粘著性，及對(duì)熒光體12發(fā)光的反射特性。熒光體12的形成沒有特別地限定，例如，可以由熒光體噴涂，或片狀熒光體粘貼等來設(shè)置。熒光體12的材料，只要能由電子沖擊發(fā)光即可，并沒有特別的限定。熒光體12的外周面，形成發(fā)光面。熒光體12的材料，有白色熒光體材料、綠色熒光體材料、藍(lán)色熒光體材料、紅色熒光體材料、及其他等，可按照其照明色適宜地選擇組合。熒光體12，可為單色也可為多色。
場(chǎng)電子發(fā)射元件的線狀陰極13，是由直線狀的導(dǎo)線20與電子發(fā)射部29二者構(gòu)成。導(dǎo)線20，其長(zhǎng)度方向是順沿玻璃管10內(nèi)部，且在其表面沿長(zhǎng)度方向交替具有凹部21與凸部22。線狀陰極13的外徑，不特別限定，例如可是1mm左右的外徑。電子發(fā)射部29具有電子傳導(dǎo)性。導(dǎo)線20表面的凹部21與凸部22的形成方法，沒有特別限定，例如，對(duì)導(dǎo)線20由螺紋切削加工來形成。電子發(fā)射部29的電子發(fā)射形態(tài)，并未特別限定。電子發(fā)射部29，優(yōu)選由碳納米管或碳納米板等碳系微小線狀物所構(gòu)成。線狀陰極13的形狀并沒有特別限定，可以與玻璃管10的直線或曲線形狀一致。
線狀陰極13，是在熒光體12圓周方向以等間隔配置多條。其配置條數(shù)并沒有特別限定。線狀陰極13的材料，只要是電子發(fā)射性良好的金屬均可。
為了使熒光體12整體由電子沖擊來發(fā)光，則將線狀陰極13與熒光體12之間的間隔擴(kuò)大，或施加更高電位，或也可以增加線狀陰極13的設(shè)置條數(shù)，縮小熒光體12在圓周方向彼此之間隔。
間隔件14，是用于將熒光體12與線狀陰極13的隔離間隔設(shè)定為規(guī)定大小。間隔件14是由分別外嵌于熒光體12兩端的一對(duì)環(huán)體14a，和在各環(huán)體14a之圓周方向以需要間隔設(shè)置的、且沿徑向朝外側(cè)的多個(gè)突片14b構(gòu)成。
線狀陰極13，架設(shè)于分別位在熒光體12兩端的各間隔件14的突片14b間，與熒光體12表面之間隔著徑向規(guī)定間隔而配置，其環(huán)體14a也可粘著于熒光體12。線狀陰極13，也可不使用間隔件14，而設(shè)置于玻璃管10的內(nèi)周側(cè)。在線狀陰極13的設(shè)置上不使用間隔件14時(shí)，對(duì)線狀陰極13的設(shè)置，優(yōu)選將玻璃管10的內(nèi)徑形做成細(xì)徑。各線狀陰極13，分別由環(huán)狀導(dǎo)體15互相保持電連接。在陽(yáng)極11與線狀陰極13一端側(cè)之間，通過電線16連接脈沖電源17。
具備以上構(gòu)成的照明裝置1中，若從脈沖電源17對(duì)陽(yáng)極11施加正的電壓、例如正脈沖電壓，則在構(gòu)成線狀陰極13的導(dǎo)線20的凹凸(凹部21與凸部22)表面的電子發(fā)射部29，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電場(chǎng)集中，從電子發(fā)射部29釋出電子而發(fā)射。該發(fā)射的電子，由陽(yáng)極11使其加速而沖撞于熒光體12，使熒光體12發(fā)光。由此，進(jìn)行照明裝置1的照明。在該照明裝置中，為了使電子發(fā)射部29釋出電子，不需要柵極。這是因?yàn)樵诰€狀陰極13的導(dǎo)線20表面有凹凸，能使電場(chǎng)強(qiáng)烈集中于此凹凸。由此，在該照明裝置1中，能使構(gòu)造簡(jiǎn)單，并且施加電壓或其控制亦變?nèi)菀?。再者，因不需要設(shè)置柵極于內(nèi)部，能使真空外圍器10的管形狀更細(xì)。
在照明裝置1中，能在導(dǎo)線20的外周面的長(zhǎng)度方向均等地設(shè)置凹凸形狀，使電子發(fā)射部29的碳納米管的產(chǎn)生密度在長(zhǎng)度方向高度地均等。由此使電子發(fā)射部29所發(fā)射的電子的發(fā)射強(qiáng)度或發(fā)射量為均等，能在真空外圍器10的長(zhǎng)度方向整體上，以均等且高亮度發(fā)出照明用光。
其次說明線狀陰極13的制造方法。
首先，如圖4所示，例如，對(duì)外徑1mm的Ni構(gòu)成之空心的導(dǎo)線20，施加M1之螺紋切削加工，形成由螺紋槽21與螺紋牙22構(gòu)成的凹凸。在此實(shí)施方式，施加M1粗牙螺紋的螺紋切削加工，形成為外徑1mm，螺距0.25mm，螺紋內(nèi)徑0.729mm。接著，對(duì)由施加了M1螺紋切削加工后的Ni構(gòu)成的導(dǎo)線20，使用圈5所示之DC等離子CVD裝置，而形成電子發(fā)射部的碳納米管。
該DC等離子CVD裝置，是在真空室V內(nèi)，將Mo金屬制的陰極電極板K2與陽(yáng)極電極板A34呈上下對(duì)向配置來構(gòu)成平行平板電極，從直流電源DC對(duì)陽(yáng)極電極板A34與陰極電極板K2之間，施加規(guī)定的直流電壓例如700V，真空室V具備連接真空泵(圖示略)的排氣口M1、及導(dǎo)入原料氣體的氣體導(dǎo)入口M2。
將上述施加螺紋切削加工后的導(dǎo)線20，載置于陰極電極板K2的基板(圖示略)上。原料氣體，使用氫氣與甲烷的混合氣體，或氬氣與一氧化碳的混合氣體。原料氣體從氣體導(dǎo)入口M2導(dǎo)入真空室V內(nèi)。由直流電源DC在陽(yáng)極電極板A34與陰極電極板K2之間施加直流電壓。由此，在該真空室V內(nèi)產(chǎn)生600℃～1000℃左右之高溫等離子。導(dǎo)線20曝露于該高溫等離子。由此，在導(dǎo)線20上形成碳納米管或碳納米板構(gòu)成的膜。碳納米管或碳納米板，在長(zhǎng)度上會(huì)成長(zhǎng)數(shù)μm左右。
圖6是表示以上述方法制成的，例如由碳納米管29形成電子發(fā)射部的導(dǎo)線20，即線狀陰極13的局部放大的剖視圖。導(dǎo)線20的凹凸表面中，特別在凸部會(huì)促進(jìn)碳納米管29核的產(chǎn)生，所產(chǎn)生的核進(jìn)行合體成長(zhǎng)而形成碳納米管29。由此，使碳納米管29形成于導(dǎo)線20的凹凸表面。碳納米管20，除了載置于基板上的導(dǎo)線20的下面?zhèn)纫酝猓菐缀醣榧皩?dǎo)線20的全部。
如此，因在線狀的導(dǎo)線20施加螺紋切削加工采形成凹凸，故比起表面無凹凸的平坦導(dǎo)線，較容易形成具有多數(shù)個(gè)凹凸的電子發(fā)射部的碳納米管膜。并且，構(gòu)成上述照明裝置時(shí)，在螺紋牙22部分的碳納米管29突出之前端會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)集中，促進(jìn)電子發(fā)射，可以以低電壓驅(qū)動(dòng)。
具體而言，與圖1至圖3同樣，對(duì)外徑1mm、長(zhǎng)度10cm的線狀陰極13，以3mm間隔，構(gòu)成外徑2mm且長(zhǎng)度10cm的帶熒光體金屬陽(yáng)極，在10-6Torr的真空下施加脈沖電壓6KV(1KHz)使1mA/cm2的電流流通，獲得20萬cd/m2的發(fā)光亮度。在該實(shí)施方式，進(jìn)行對(duì)應(yīng)JIS(日本工業(yè)規(guī)格)所規(guī)定的M1螺紋的螺紋切削加工。
圖7是表示線狀陰極13的其他變形的剖視圖。該線狀陰極13，如圖8A所示，在外徑1mm的Cu導(dǎo)線30的表面，由蒸鍍或電鍍等方法形成數(shù)μm程度厚度的Ni層，來作為促進(jìn)碳納米管之成長(zhǎng)的觸媒金屬層。其次，在該導(dǎo)線的表面31，如圖8B所示，形成螺旋狀之槽32。由該槽加工形成的槽32，是螺距L1為0.2mm、深度L2為0.11～0.15mm、凸部分的寬度L3為0.05～0.1mm，由該槽32，在導(dǎo)線30的表面形成凹凸。沒有形成槽32的凸部分，沒有槽加工切削，余下形成作為觸媒金屬層的Ni層31。
在該導(dǎo)線30中，使用圖5的DC等離子CVD裝置將形成電子發(fā)射部的碳納米管膜。使用該DC等離子CVD裝置形成碳納米管膜時(shí)，如圖7所示，Ni層31仍存在，且突出的凸部分會(huì)促進(jìn)核的產(chǎn)生。所產(chǎn)生的核進(jìn)行合體成長(zhǎng)來形成碳納米管33。由此，碳納米管33選擇性地形成于導(dǎo)線30上。如此，碳納米管33，如圖7所示，因形成為Ni層31所存在的突出的凸部分，故構(gòu)成照明裝置等時(shí)，在凸部分的碳納米管33的前端電場(chǎng)集中，促進(jìn)電子發(fā)射。另外，因在未形成槽的Ni層31上，能選擇性地形成碳納米管33，故不會(huì)使碳納米管密集配置，能以適當(dāng)之間隔配置，從而獲得良好的電子發(fā)射特性。
圖9是表示線狀陰極的其他變形。該線狀陰極13，是使用觸媒金屬Ni的導(dǎo)線34，與Cu導(dǎo)線35所絞合而成的線材，在該絞合的線材上，使用圖5之DC等離子CVD裝置形成作為電子發(fā)射部的碳納米管CNT膜。使用該DC等離子CVD裝置形成碳納米管膜時(shí)，在觸媒金屬的Ni導(dǎo)線34上，可選擇性地形成碳納米管CNT。由此，在導(dǎo)線34上形成碳納米管CNT。
圖10是表示線狀陰極的其他變形。如圖11A所示，在外徑1mm的Cu等的導(dǎo)線37上，蒸鍍Ni層38來作為促進(jìn)碳納米管成長(zhǎng)的觸媒金屬層。Ni層38的膜厚，例如是2μm。接著，由高溫加熱處理，如圖11B所示，構(gòu)成Ni層38的Ni 38以一定間隔呈島狀析出。該Ni 38的析出圖案，能按照Ni的蒸鍍膜厚等而改變。其次，在導(dǎo)線37上，使用圖5的DC等離子CVD裝置生成電子發(fā)射部的碳納米管膜。使用該DC等離子CVD裝置形成碳納米管膜時(shí)，如圖10所示，在觸媒金屬的Ni 38上形成碳納米管CNT。由此，在導(dǎo)線37上選擇性地形成碳納米管CNT。
如此在Ni 38上，因能選擇性地形成碳納米管CNT，故不致使碳納米管密集配置，能以適當(dāng)?shù)拈g隔配置，而獲得良好的電子發(fā)射特性。
另外，也可在導(dǎo)線的表面，將針狀體的微小前端緊壓于導(dǎo)線上而在其表面形成凹部，或?qū)⑽⒘Ｗ訃娚溆趯?dǎo)線而在其表面形成凹部。電子發(fā)射部，也可形成碳納米板或類鉆石碳等之其他碳系材料膜。電子發(fā)射部，也可由熱CVD、RF等離子CVD，微波等離子CVD或陰極電弧等來形成。導(dǎo)線，也可形成為環(huán)狀而構(gòu)成環(huán)狀光源。
參閱圖12至圖14，說明線狀陰極的其他變形。將預(yù)先制作成的微小線狀物分散于碳系溶劑中而作成漿料。碳系溶劑，可列舉松節(jié)油，樟腦油，松根油，動(dòng)植物油(椰子油，棕櫚油)等。作為形成碳膜的導(dǎo)線40，準(zhǔn)備直徑1mm左右的鎢線材。在導(dǎo)線40表面形成多數(shù)個(gè)凹部41，殘余的部位成為凸部42。導(dǎo)線40形狀并不局限于線材，也可是板材等，另外材質(zhì)亦不限于鎢，也可是Ni、不銹鋼、Fe等。
其次，將該漿料涂布于導(dǎo)線40的表面。在導(dǎo)線40的表面，因?yàn)樾纬啥鄶?shù)個(gè)凹部41，所以通過將漿料涂布于導(dǎo)線40的表面，漿料則填入凹部41而全面地涂布。以此狀態(tài)，由將導(dǎo)線40表面之漿料以空氣吹走或以振動(dòng)篩掉，通過以其他方法，將附著于凸部42的漿料去除。由此，僅在凹部41殘留漿料。
其次，將涂布有漿料的導(dǎo)線40退火，使碳系溶劑固化，在微小線狀物43的基部形成碳化物44。由此微小線狀物43則化學(xué)結(jié)合于導(dǎo)線40的表面。如此，僅在導(dǎo)線40的表面的凹部41形成微小線狀物43，能選擇性地形成碳系膜。
根據(jù)這樣構(gòu)成的碳系膜之成膜方法，因?yàn)槟茉趯?dǎo)線40的凹凸表面容易地形成碳系膜，故適合于匹量生產(chǎn)。僅在導(dǎo)線40表面的凹部41選擇性地生成碳系膜，能預(yù)先設(shè)定碳系膜之成膜部位，而在必要處高效率地形成碳系膜。
參閱圖15，說明線狀陰極的其他變形，在導(dǎo)線40的表面形成凹凸。在該凹部41填充水45。在導(dǎo)線40表面涂布漿料，該漿料是將微小線狀物分散于碳系溶劑，利用水45的疏水作用，漿料僅涂布于凸部42。其次，將涂布漿料的導(dǎo)線40退火。由此，在微小線狀物43的基部形成碳系膜44。如此，僅在導(dǎo)線40表面的凸部42形成微小線狀43。導(dǎo)線40的表面無凹凸，也可將碳系膜形成于導(dǎo)線40的整個(gè)表面。
本實(shí)施方式，是適用于作為在線材的表面形成碳系膜的方法，該線材是作為薄型的照明器具或顯示器裝置或液晶顯示裝置的背光燈等的光源而使用。
參閱圖16，說明線狀陰極的其他變形，該線狀陰極，能控制碳納米管等的微小線狀物的配置間隔而獲得良好的電子發(fā)射特性。該線狀陰極，是在將微小線狀物混入超微粒子而配置的導(dǎo)線上形成電子傳導(dǎo)性膜。超微粒子是金屬、石墨，鉆石等的超微粒子。微小線狀物，是微小且細(xì)長(zhǎng)之物，有直線狀或曲線狀，也可具備圓形、橢圓形、矩形、多邊形或其他形狀的截面。微小線狀物，是長(zhǎng)寬比高，比超微粒子的尺寸長(zhǎng)。在基板上，有金屬基板、玻璃基板、塑膠基板、或陶瓷基板等，導(dǎo)線優(yōu)選其直徑能配置超微粒子及微小線狀物的金屬制成。微小線狀物優(yōu)選以碳為主要成分，且具有高長(zhǎng)寬比者。高長(zhǎng)寬比，優(yōu)選1～數(shù)百，最好為5～100。微小線狀物，優(yōu)選為選自碳納米管、碳納米板、碳纖維，石墨纖維、非晶質(zhì)碳纖維、鉆石纖維中的至少任1種所構(gòu)成。碳納米管等，具有高長(zhǎng)寬比，電場(chǎng)容易集中，能以較低的電壓發(fā)射電子，另外壽命也長(zhǎng)。微小線狀物，優(yōu)選為其長(zhǎng)度是比超微粒子的尺寸大。對(duì)超微粒子，有意地混入比超微粒子的尺寸長(zhǎng)度大的微小線狀物，長(zhǎng)度大的微小線狀物，其端部比超微粒子更突出于基板上或?qū)Ь€上，電場(chǎng)會(huì)集中于該部分而使電子發(fā)射，因此能依照設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)具有均勻且高電子發(fā)射部位密度的電子發(fā)射元件。超微粒子的尺寸，優(yōu)選從百納米級(jí)至微米級(jí)，微小線狀物的長(zhǎng)度，優(yōu)選為從微米級(jí)至十微米級(jí)，微小線狀物的直徑，優(yōu)選為從納米級(jí)至百納米級(jí)。另外，電子傳導(dǎo)性膜的厚度，優(yōu)選為從納米級(jí)至百條米級(jí)。所謂從百納米級(jí)至微米級(jí)，是指100nm～9μm之范圍而言。所謂從微米級(jí)至十微米級(jí)，是指1μm～99μm之范圍而言。所謂從納米級(jí)至百納米級(jí)，是指1nm～999nm之范圍而言。
上述場(chǎng)電子發(fā)射元件的制造方法，包含第1工序，將微小線狀物混入超微粒子并配置于基板上或?qū)Ь€上；第2工序，在將微小線狀物混入超微粒子而配置的基板上或?qū)Ь€上，形成電子傳導(dǎo)性膜，根據(jù)本實(shí)施方式，因?yàn)閷⑽⑿【€狀物混入超微粒子而配置于基板上或?qū)Ь€上，再形成電子傳導(dǎo)性膜，所以設(shè)計(jì)地將規(guī)定長(zhǎng)度的微小線狀物混入規(guī)定尺寸的超微粒子，由此能控制構(gòu)成電子發(fā)射部位的微小線狀物的配置間隔，不會(huì)象以往例的碳納米管那樣地密集配置，而能實(shí)現(xiàn)均勻且高電子發(fā)射密度的電子發(fā)射元件。第1工序優(yōu)選包含以下任一工序?qū)⑽⑿【€狀物混入超微粒子而形成的膠體溶液涂布于基板或?qū)Ь€的工序，或?qū)⒒寤驅(qū)Ь€浸漬于膠體溶液中的工序。微小線狀物的長(zhǎng)度，優(yōu)選比超微粒子的尺寸長(zhǎng)度大的。對(duì)超微粒子，通過將比超微敉子的尺寸長(zhǎng)度大的微小線狀物有意地混入，長(zhǎng)度大的微小線狀物，因?yàn)槠涠瞬勘瘸⒘Ｗ痈叩赝怀鲇诨迳匣驅(qū)Ь€上，所以電場(chǎng)會(huì)集中于該部分而發(fā)射電子，依照設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)出具有均勻且高電子發(fā)射部位密度的電子發(fā)射元件。微小線狀物，其長(zhǎng)度優(yōu)選比上述超微粒子的尺寸大的。如圖16A所示，將微小線狀物54混入超微粒子52而配置于導(dǎo)線5 1的表面。超微粒子52，是從百納米級(jí)至微米級(jí)之范圍內(nèi)之特定尺寸，例如，平均粒徑是數(shù)百nm。將超微粒子作洗凈精制分散，將該分散液進(jìn)行離心分離，對(duì)該上澄液的膠體溶液加乙醇進(jìn)行全量調(diào)整，進(jìn)一步加氟化氫而進(jìn)行離心分離，取上澄液作為微粒子膠體溶液。在該微粒子膠體溶液中，將微小線狀物作混合分散處理，將導(dǎo)線或基板在該處理液中浸漬數(shù)分鐘，干燥后，即如圖16B所示，微小線狀物54混入超微粒子52而配置形成于導(dǎo)線或基板上，另外，也可使導(dǎo)線或基板5 1旋轉(zhuǎn)而將上述處理液滴下或吹出。
其次如圖16B所示，使用CVD法以低溫將電子傳導(dǎo)性膜的非晶質(zhì)碳膜(DLC)55形成為數(shù)百納米厚度而獲得場(chǎng)電子發(fā)射元件。該非晶質(zhì)碳膜55，是與微小線狀物54形成機(jī)械、電氣結(jié)合。由以上的制造工藝所得的場(chǎng)電子發(fā)射元件，是當(dāng)作冷陰極在真空(10-7Torr左右)中與涂布熒光體之陽(yáng)極對(duì)向配置，通過施加電壓在真空中將電子釋出，電子沖撞于熒光體而使其激勵(lì)發(fā)光。微小線狀物之一的碳納米管，因?yàn)楫?dāng)電場(chǎng)集中時(shí)，會(huì)向陽(yáng)極豎起，所以不需要為了使碳納米管豎立施加特殊的對(duì)準(zhǔn)。若將比超微粒子52的尺寸長(zhǎng)的碳納米管根據(jù)設(shè)計(jì)混合存在，碳納米管則比其他部分變成更高的突起狀，使電場(chǎng)集中而按照設(shè)計(jì)發(fā)射電子。該電場(chǎng)集中部分的數(shù)量與間隔，可以根據(jù)碳納米管的混合比率等來設(shè)計(jì)、規(guī)定。因此，可以依照設(shè)計(jì)控制碳納米管的配置，將碳納米管以適當(dāng)之間隔配置，由此不會(huì)象以往例那樣，使碳納米管密集配置，而可以獲得良好的電子發(fā)射特性。碳納米管的配置間隔，若考慮篩分效應(yīng)，相對(duì)于碳納米管的長(zhǎng)度L，優(yōu)選為L(zhǎng)～3L。本實(shí)施方式的電子發(fā)射元件，能在微小線狀物使電場(chǎng)集中而構(gòu)成電子發(fā)射部位來發(fā)射電子，上述微小線狀物是在碳納米管在數(shù)百nm尺寸之鉆石等的超微粒子間之以數(shù)百nm之間隔混入等的微小線狀物。電場(chǎng)由于遮蔽效應(yīng)，當(dāng)來自某電子發(fā)射部位的發(fā)射電流減少，由于電場(chǎng)密集中于另外的電子發(fā)射部位，基于當(dāng)作電子發(fā)射源作用的部位數(shù)量極多，故能保證長(zhǎng)壽命化。
超微粒子，除鉆石以外，有金或鎳等金屬的超微粒子、石墨的超微粒子(sp2成分高的碳超微粒子)。基板，也可從玻璃、塑膠、硅、陶瓷、鉬、金屬等作成，也可使用呈高電子傳導(dǎo)度n+硅、石墨、金屬等作為場(chǎng)發(fā)射電子之供應(yīng)源。電子傳導(dǎo)性膜，也可為sp2成分多的DLC膜或石墨膜、或、金屬膜。CVD法是包含有磁場(chǎng)微波等離子CVD法，另外，也可使用陰極電弧法、離子沉積法、熱絲極法、微小線狀物，是包合碳納米板、碳纖維、石墨纖維、非晶質(zhì)碳纖維、鉆石纖維等。也可追加尺寸不同的超微粒子而使其混合存在。
進(jìn)一步說明本發(fā)明的其他實(shí)施方式，該實(shí)施方式的場(chǎng)電子發(fā)射元件，是在基板或?qū)Ь€上以規(guī)定的配置形成具有電子傳導(dǎo)性的微小線狀物。所謂規(guī)定的配置，是指不密集的配置，也可以是根據(jù)所選擇的超微粒子尺寸或施加活性化處理的部位等而規(guī)定的設(shè)計(jì)配置，在本實(shí)施方式中，因在基板或?qū)Ь€上，以規(guī)定的配置形成具有電子傳導(dǎo)性的微小線狀物，所以能控制構(gòu)成電子發(fā)射部位的微小線狀物的配置間隔，能使電子發(fā)射密度高且均勻。基板或?qū)Ь€也可具有電子傳導(dǎo)性?；鍍?yōu)選金屬、n型硅、石墨等的基板。另外，導(dǎo)線優(yōu)選金屬。超微粒子優(yōu)選金屬粒子或石墨粒子等。超微粒子尺寸是從微米級(jí)至十微米級(jí)。超微粒子，優(yōu)選在基板或?qū)Ь€上加入晶種(seeding)。
根據(jù)本實(shí)施方式，因在設(shè)置于基板或?qū)Ь€上的超微粒子上形成微小線狀物，通過將微米級(jí)等的規(guī)定尺寸的超微粒子依照設(shè)計(jì)使用，能以對(duì)應(yīng)超微粒子尺寸的規(guī)定配置形成微小線狀物，因此，能控制構(gòu)成電子發(fā)射部位的微小線狀物的配置間隔，能實(shí)現(xiàn)均勻且高電子發(fā)射密度的電子發(fā)射元件。使基板或該導(dǎo)線具有電子傳導(dǎo)性為基礎(chǔ)，再使微小線狀物形成于基板或?qū)Ь€上所形成的觸媒金屬上。觸媒金屬，能選自Ni、Fe、Co中的至少任1種。
根據(jù)該實(shí)施方式，在形成于基板或?qū)Ь€上的觸媒金屬之上形成微小線狀物，所以將觸媒金屬形成為規(guī)定的配置，例如通過形成具有間隔的島狀，能使微小線狀物形成島狀，因此，能控制構(gòu)成電子發(fā)射部位的微小線狀物的配置間隔，能實(shí)現(xiàn)均勻且高電子發(fā)射密度的電子發(fā)射元件。也能使基板或?qū)Ь€具有電子傳導(dǎo)性，在該基板上或該導(dǎo)線上的施加活性化處理部位形成微小線狀物?；钚曰幚韮?yōu)選，例如在基板上或?qū)Ь€上形成刮痕使表面活性化?；寤?qū)Ь€，優(yōu)選Ni、Fe、Co中的至少任1種構(gòu)成。若在基極上或?qū)Ь€上的施加活性化處理部位形成微小線狀物，則能以規(guī)定的配置形成微小線狀物，因此，能控制構(gòu)成電子發(fā)射部位的微小線狀物的配置間隔，能實(shí)現(xiàn)均勻且高電子發(fā)射密度的電子發(fā)射元件。
場(chǎng)電子發(fā)射元件的制造方法包含在基板或?qū)Ь€上配置具有電子傳導(dǎo)性的超微粒子的工序；在該超微粒子上形成具有電子傳導(dǎo)性的微小線狀物的工序。在基板上或?qū)Ь€上配置超微粒子的工序中，優(yōu)選將超微粒子的膠體溶液涂布于基板或?qū)Ь€上，或?qū)⒒寤驅(qū)Ь€浸漬于該膠體溶液。在此實(shí)施方式，因?yàn)樵谂渲糜诨寤驅(qū)Ь€上的超微粒子上形成微小線狀物，所以將微米級(jí)等規(guī)定尺寸的超微粒子依照設(shè)計(jì)配置，由此以對(duì)應(yīng)超微粒子尺寸之規(guī)定配置形成微小線狀物，因此，能控制構(gòu)成電子發(fā)射部?jī)H的微小線狀物的配置間隔，能實(shí)現(xiàn)均勻且高電子發(fā)射密度的電子發(fā)射元件。
實(shí)施方式的場(chǎng)電子發(fā)射元件的制造方法，包含在基板或?qū)Ь€上將觸媒金屬形成為島狀的工序；及在上述基板或上述導(dǎo)線的上述觸媒金屬上，形成具有電子傳導(dǎo)性的微小線狀物的工序。在基板或?qū)Ь€上將觸媒金屬形成為島狀的工序，優(yōu)選將觸媒金屬薄薄地形成于基板或?qū)Ь€上，進(jìn)行高溫加熱處理，使觸媒金屬在基板上或?qū)Ь€上呈島狀(島狀)析出，或者，將含觸媒金屬的合金所構(gòu)成的基板或?qū)Ь€，進(jìn)行高溫加熱處理，使觸媒金屬在其表面呈島狀析出。根據(jù)本實(shí)施方式，能在基板上或?qū)Ь€上將觸媒金屬以呈島狀析出，再在其上面形成微小線狀物，因此，不致使構(gòu)成電子發(fā)射部位的微小線狀物密集，能控制其配置間隔，而實(shí)現(xiàn)均勻且高電子發(fā)射密度的電子發(fā)射元件。
實(shí)施方式的場(chǎng)電子發(fā)射元件的制速方法，包含在基板上或?qū)Ь€上施以活性化處理的工序；及在該基板上或該導(dǎo)線上的施以活性化處理部位，形成具有電子傳導(dǎo)性的微小線狀物的工序。根據(jù)本實(shí)施方式，在基板或?qū)Ь€上的施加活性化處理的部位形成微小線狀物，按照成為規(guī)定配置那樣施以活性化處理，例如通過形成刮痕，能以規(guī)定的配置形成微小線狀物。因此，能控制構(gòu)成電子發(fā)射部位的微小線狀物的配置間隔，不致使碳納米管密集配置，而實(shí)現(xiàn)均勻且高電子發(fā)射密度的電子發(fā)射元件。
圖17是表示線狀陰極的其他變形的圖。如圖17A所示，在金屬基板51上，配置具有電子傳導(dǎo)性的超微粒子52，超微粒子52，是從微米級(jí)至十微米級(jí)范圍內(nèi)的特定尺寸，例如，平均粒徑為數(shù)μm。將超微粒子52，洗凈精制分散，將其分散液離心分離，對(duì)其上澄液的膠體溶液加乙醇進(jìn)行全量調(diào)整。進(jìn)一步加氟化氫并進(jìn)行離心分離，取上澄液作為微粒子膠體溶液的處理液。
在該處理液中，將金屬基板51浸漬數(shù)分鐘，干燥后，則在圖17A所示的金屬基板51上，能將超微粒子52以數(shù)μm間隔配置形成。也可使金屬基板51旋轉(zhuǎn)而將上述處理液滴下或吹出。膠體溶液的液體中，超微粒子52是以大致單粒子的形態(tài)彼此不聚合而分散懸濁，通過以該膠體溶液處理金屬基板51，則能將上述單粒子配置形成于金屬基板51上。
其次，如圖17B所示，使用DC等離子CVD法將微小線狀物54選擇性地形成于超微粒子52上。該超微粒子52上的微小線狀物54選擇性成長(zhǎng)，能依據(jù)結(jié)晶成長(zhǎng)理論來說明。
另外，如圖18A所示在金屬基板51上，蒸鍍形成例如Ni薄膜55，當(dāng)作促進(jìn)微小線狀物成長(zhǎng)的觸媒金屬。其次，由高溫加熱處理，如田18B所示，使Ni以適當(dāng)間隔呈島狀析出。其次，如圖18C所示，使用CVD法，使微小線狀物54選擇性地成長(zhǎng)于呈島狀析出的觸媒金屬的Ni 55之上。如此，因在金屬基板51上呈島狀析出的觸媒金屬上，選擇性地形成微小線狀物，所以微小線狀物51不致密集配置，能獲得良好的電子發(fā)射特性。
另外，如圖19A所示，在金屬基板51上的規(guī)定處，作為活性化處理形成刮痕60，露出Ni基板51的活性表面，如圖19B所示，使用CVD法，使微小線狀物54選擇性地形成于刮痕60的形成部位，能使電場(chǎng)集中而發(fā)射電子的微小線狀物54的配置依照設(shè)計(jì)控制，由將微小線狀物54以適當(dāng)?shù)拈g隔配置，能獲得良好的電子發(fā)射特性。
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)電子發(fā)射元件，其特征在于，具備在表面具有凹凸的線狀的導(dǎo)線；及形成于上述導(dǎo)線的凹凸表面且具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)電子發(fā)射元件，其特征在于，上述凹凸是在上述導(dǎo)線表面施以槽加工而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)電子發(fā)射元件，其特征在于，上述凹凸是通過設(shè)定上述導(dǎo)線表面的表面粗糙度而形成的。
4.一種場(chǎng)電子發(fā)射元件，其特征在于，其具備絞合多條線而成的線材，上述多條線包含觸媒金屬導(dǎo)線，上述觸媒金屬形成上述電子發(fā)射部的觸媒；在上述觸媒金屬的導(dǎo)線上形成具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)電子發(fā)射元件，其特征在于，上述電子發(fā)射部是由微小線狀物所構(gòu)成，上述微小線狀物是選自碳納米管、碳納米板、碳纖維、石墨纖維、非晶質(zhì)碳纖維，鉆石纖維當(dāng)中的1種或多種組合而構(gòu)成的。
6.一種照明裝置，其特征在于，具備將內(nèi)部真空密封的真空外圍器，收納配置于上述真空外圍器內(nèi)部的帶熒光體陽(yáng)極，及與上述帶熒光體陽(yáng)極間隔對(duì)向配置的線狀陰極，其中，上述線狀陰極是由場(chǎng)電子發(fā)射元件構(gòu)成，該場(chǎng)電子發(fā)射元件具備表面具有凹凸的線狀導(dǎo)線，及形成于上述導(dǎo)線的凹凸表面的、且具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明裝置，其特征在于，上述真空外圍器，是長(zhǎng)條形的真空密封管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的照明裝置，其特征在于，上述電子發(fā)射部是由選自碳納米管、碳納米板、碳纖維、石墨纖維、非晶質(zhì)碳纖維、鉆石纖維當(dāng)中的1種或多種的組合而構(gòu)成的微小線狀物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的照明裝置，其特征在于，上述真空外圍器是由直管狀玻璃管構(gòu)成，上述帶熒光體陽(yáng)極是沿上述真空外圍器的長(zhǎng)度方向設(shè)置，上述線狀陰極是沿著上述附熒光體陽(yáng)極的長(zhǎng)度方向呈對(duì)向配置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明裝置，其特征在于，上述真空外圍器是由直管狀玻璃管構(gòu)成，上述帶熒光體陽(yáng)極是沿上述真空外圍器的長(zhǎng)度方向設(shè)置，上述線狀陰極是沿著上述附熒光體陽(yáng)極的長(zhǎng)度方向呈對(duì)向配置。
11.一種照明裝置，其特征在于，具備將內(nèi)部幾乎真空密封的真空外圍器，配置于上述真空外圍器內(nèi)部的帶熒光體陽(yáng)極，及在上述真空外圍器內(nèi)部與上述帶熒光體陽(yáng)極呈對(duì)向配置的線狀陰極，其中，上述線狀陰極具備表面具有凹凸的線狀的導(dǎo)線，和形成于上述導(dǎo)線的凹凸表面的電子發(fā)射部，上述電子發(fā)射部，是將碳是微小線狀物混入超微粒子而配置在該導(dǎo)線的凹凸表面上，且形成電子傳導(dǎo)性膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于，上述微小線狀物，是選自碳納米管、碳納米板、碳纖維、石墨纖維、非晶質(zhì)碳纖維、鉆石纖維中的至少任一種而構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的照明裝置，其特征在于，上述微小線狀物的長(zhǎng)度，是比上述超微粒子的尺寸大。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的照明裝置，其特征在于，上述超微粒子的尺寸，是從百納米級(jí)至微米級(jí)；上述微小線狀物的長(zhǎng)度，是從微米級(jí)至十微米級(jí)；上述微小線狀物的直徑，是從納米級(jí)至百納米級(jí)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的照明裝置，其特征在于，上述超微粒子的尺寸，是從百納米級(jí)至微米級(jí)；上述微小線狀物的長(zhǎng)度，是從微米級(jí)至十微米級(jí)；上述微小線狀物的直徑，是從納米級(jí)至百納米級(jí)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于，上述微小線狀物，是以規(guī)定的配置形成于導(dǎo)線上。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于，上述微小線狀物，是形成于超微粒子上，該超微粒子配置在上述導(dǎo)線上并具有電子傳導(dǎo)性。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于，上述微小線狀物是形成于在上述導(dǎo)線上所形成的觸媒金屬上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的照明裝置，其特征在于，上述觸媒金屬是Ni、Fe、Co中的至少任一種構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于，上述微小線狀物，是形成于上述導(dǎo)線上的被活性化處理的部位。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于，上述導(dǎo)線是由Ni、Fe、Co中的至少任一種構(gòu)成。
全文摘要
本場(chǎng)電子發(fā)射元件具備表面具有凹凸的線狀導(dǎo)線，形成于上述導(dǎo)線的凹凸表面、且具有電子傳導(dǎo)性的電子發(fā)射部。上述凹凸優(yōu)選在上述導(dǎo)線表面施以槽加工而形成。上述電子發(fā)射部?jī)?yōu)選由微小線狀物所構(gòu)成，該微小線狀物是自碳納米管、碳納米板、碳纖維、石墨纖維，非晶質(zhì)碳纖維，鉆石纖維中選擇1種或多種組合而構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01J1/30GK1707726SQ20041009802
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者平木昭夫, 羽場(chǎng)方紀(jì) 申請(qǐng)人:日本大業(yè)照明株式會(huì)社