專利名稱：電子發(fā)射源的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射源的制造方法。
背景技術(shù)：
以往，在FED(Field Emission Display)或熒光顯示管等中，作為電子發(fā)射源，采用CNT(Carbon Nano Tube)或CNF(Carbon Nano Fiber)等納米管狀纖維。圖8示出如此的CNT。如該圖8所示，以往的CNT，相對于陰極基板，垂直設(shè)置(參照，特開平11-329312號公報)。
此外，還有利用印刷法在陰極基板上配設(shè)上述CNT的方法。此時，對基板照射CO2激光或YAG激光，通過去除表面的填充物或混雜的石墨微粒子等，在基板表面暴露成為電子發(fā)射源的CNT(參照，特開2000-36243號公報)。
此外，還有利用熱CVD法在陰極基板上形成卷曲的CNT的方法(參照，特開2001-229806號公報)。
但是，如果在配設(shè)于陰極基板上的CNT中產(chǎn)生高度差異，即使該差異是很小的值，也在最高的CNT中引起局部電場集中，產(chǎn)生局部引起發(fā)射的問題。
此外，該局部的發(fā)射引起CNT的破壞，還出現(xiàn)逐漸產(chǎn)生該CNT的破壞的問題。如果出現(xiàn)這種局部的電場集中或CNT的破壞，從電子發(fā)射源得不到穩(wěn)定的發(fā)射。
此外，即使在以纏繞狀態(tài)配設(shè)有CNT的陰極中，也出現(xiàn)難于外加電場的地方，不能得到均勻的發(fā)射。
為此，一直以來盼望能夠得到穩(wěn)定發(fā)射的電子發(fā)射源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠得到穩(wěn)定發(fā)射的電子發(fā)射源的制造方法。
為達到上述目的，本發(fā)明的電子發(fā)射源的制造方法，具有在基板上形成由卷曲的納米管狀纖維構(gòu)成的被膜的工序；對形成在基板上的被膜，相對于基板垂直照射激光的工序。


圖1是本實施例的光源管的剖面圖。
圖2是利用電鍍法生成的被膜7的電子顯微鏡照片。
圖3是表示激光照射前的陰極結(jié)構(gòu)體5的電子發(fā)射密度的圖。
圖4是表示以往的陰極結(jié)構(gòu)體的電子發(fā)射密度的圖。
圖5是激光照射后的被膜7的電子顯微鏡照片。
圖6是激光照射前的被膜7的電子顯微鏡照片。
圖7是表示激光照射后的陰極結(jié)構(gòu)體5的電子發(fā)射密度的圖。
圖8是表示以往的CNT的狀態(tài)的電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
以下，參照附圖，詳細說明本發(fā)明的實施例。
在圖1中，用符號1表示整體的光源管具有真空外圍器2，其通過在圓筒形的玻璃管的一端，用低熔點熔合(frit)玻璃接合固定具有透光性的面玻璃，在另一端插通多個引線端子，同時熔敷一體形成有排氣管的芯(stem)玻璃而形成。該真空外圍器2內(nèi)真空抽氣到10-3～10-6Pa范圍的壓力。
在真空外圍器2內(nèi)部，配設(shè)陽極3，其在設(shè)置面玻璃的端部側(cè)，在與面玻璃對置的面上被覆熒光體(未圖示)；與該陽極3對置地，在陽極3的方向，朝網(wǎng)眼部4-1配設(shè)大致箱狀的柵結(jié)構(gòu)體4；在該柵結(jié)構(gòu)體4中，借助絕緣體配設(shè)陰極結(jié)構(gòu)體5。此外，借助在真空外圍器2的外面引出的引線端子，對陽極3、柵結(jié)構(gòu)體4及陰極結(jié)構(gòu)體5各自外加電壓。
由金屬板構(gòu)成的陽極3，大致分別與柵結(jié)構(gòu)體4及陰極結(jié)構(gòu)體5平行地設(shè)置。
由金屬基板構(gòu)成的柵結(jié)構(gòu)體4，由網(wǎng)眼部4-1和周邊部4-2構(gòu)成。周邊部4-2與陰極相隔規(guī)定間隔，指向該網(wǎng)眼部4-1。
陰極結(jié)構(gòu)體5，在由金屬基板構(gòu)成的陰極6的與柵結(jié)構(gòu)體4對置的表面上，作為電子發(fā)射材料，配置有由CNT構(gòu)成的被膜7。
陰極6由以鐵、鎳等為主成分的合金構(gòu)成。另外，在陰極6中，也能夠使用鐵。此時，使用工業(yè)用純鐵(99.96Fe)，但其純度不需要特別規(guī)定，例如，也可以97％或99.9％的純度。此外，在陰極6中，作為含鐵的合金，例如，可以使用42合金或42-6合金等，但也不局限于此。
在本實施例中，在陰極6上，形成間距450μm、線寬80μm的六角結(jié)構(gòu)的網(wǎng)眼，但網(wǎng)眼的貫通口的開口部的形狀，只要是在金屬板上能使被膜的分布均勻的形狀，可以是任何形狀，開口部的尺寸不必相同。例如，開口部的形狀可以是三角形、四角形、六角形等多角形或?qū)⑦@些多角形的角圓形化的形狀，或者圓形或橢圓形等。此外，金屬部分的相鄰的貫通孔之間的截面形狀，不局限于方形，例如，也可以是由圓形或橢圓形等的曲線構(gòu)成的形狀，或三角形、四角形、六角形等多角形或?qū)⑦@些多角形的角圓形化的形狀等。
下面，說明在陰極6上配設(shè)被膜7的方法。被膜7，可以用電鍍法、熱CVD法或噴涂法等制造。
首先，說明利用電鍍法配設(shè)CNT的方法。
首先，在硝酸中回流用電弧放電等方法生成的CNT 100mg，去除催化金屬等雜質(zhì)，裝入異丙醇(IPA)100cc中，采用超聲波或表面活性劑，在IPA中均勻分散，制作電鍍?nèi)芤?。然后，將陰極6和由不銹鋼構(gòu)成的對置電極，相隔10mm的間隔，平行地設(shè)置在電鍍?nèi)芤褐校?分鐘施加50V的電壓。在施加電壓后，從電鍍?nèi)芤褐腥〕鼋饘倩澹稍?，然后在陰極6上形成如圖2所示的被膜7。
構(gòu)成被膜7的納米管狀纖維，為由粗度在1nm以上1μm以下，長度在1μm以上并且低于100μm的碳構(gòu)成的纖維，可以是石墨的單層封閉為圓筒狀并且在圓筒的前端部形成有5員環(huán)的單層結(jié)構(gòu)的碳納米管，或多重結(jié)構(gòu)地疊層多個石墨層，各個石墨層封閉成圓筒狀的同軸多層結(jié)構(gòu)的碳納米管，也可以是結(jié)構(gòu)混亂、具有缺陷的中空的石墨管或管內(nèi)堵塞碳的石墨管。另外，也可以是它們的混合物。這些納米管狀纖維，一端結(jié)合在板狀金屬部件的表面或貫通孔壁上，同時，如圖2所示，卷曲或相互纏繞地覆蓋構(gòu)成晶格的金屬部分，形成棉狀的被膜。此時，被膜7以大約5μm的厚度覆蓋在陰極6上，形成光滑的曲面。
下面，說明利用熱CVD法配設(shè)被膜7的方法。
在反應(yīng)容器中裝入陰極6，在抽成真空后，按500sccm的比率導入一氧化碳氣體，按1000sccm的比率導入氫氣，保持1個大氣壓，用紅外線燈，在550～600℃加熱30分鐘。于是，在陰極6上，生成與上述電鍍法時相同的被膜7。
下面，說明利用噴涂法配設(shè)被膜7的方法。
首先，與電鍍法時相同，制作在IPA中均勻分散CNT的溶液。將該制作的液體匯集到小型噴槍，在氣壓0.1MPa下，對與小型噴槍的吹出口相隔大約10cm的陰極6吹噴溶液。此時，也可以預(yù)先加熱基板，這樣易于蒸發(fā)溶液。于是，在陰極6上生成與上述電鍍法或熱CVD法時相同的被膜7。
測定了用上述方法配設(shè)的陰極結(jié)構(gòu)體5的電子發(fā)射的均勻性，結(jié)果示于圖3。在此，參照圖3和圖4，比較本實施例的陰極結(jié)構(gòu)體5和以往的陰極結(jié)構(gòu)體的電子發(fā)射密度。另外，圖3、4表示，在X方向、Y方向都間隔40μm，設(shè)置陰極結(jié)構(gòu)體中的電子發(fā)射的均勻性的每個測定點的電流密度，按0.1mA/cm2矯正峰值。
從圖4所示的垂直配設(shè)CNT的陰極結(jié)構(gòu)體可以看出，由于CNT產(chǎn)生高度差異，局部引起發(fā)射。
另外，圖3所示的本實施例的激光照射前的陰極結(jié)構(gòu)體5表明，由于CNT通過卷曲或纏繞形成棉狀的被膜7，該被膜7具有平滑的表面，所以，能夠?qū)φ麄€陰極結(jié)構(gòu)體5均勻外加電場，結(jié)果從整個陰極結(jié)構(gòu)體5引起發(fā)射。
如此，如果采用本實施例，通過形成棉狀的被膜7，能夠從整個陰極結(jié)構(gòu)體5引起發(fā)射，能夠得到穩(wěn)定的發(fā)射。
然后，在本實施例中，在按上述方法形成被膜7后，對該被膜照射激光。該激光照射可以在大氣中、氮氣等氣體氣氛中或真空中等進行，激光的能量密度為5～500mJ/cm2，優(yōu)選10～150mJ/cm2的范圍。為此，作為激光器，可以采用，例如XeCl激光器、KrF激光器等受激準分子激光器。如果對于配置陰極6的被膜7的面，從垂直方向，按光束的直徑間隔掃描整個被膜7，對整個被膜7或局部相同地照射上述激光，能夠形成圖5所示的被膜。
下面，參照圖5、圖6，說明激光照射前的被膜7和激光照射后的被膜7的狀態(tài)。此處，圖5、圖6所示的被膜7，是用熱CVD法形成的。
圖5所示的激光照射后的被膜7表明，由于通過照射激光切斷CNT，所以，CNT的密度低，而且CNT的端部也多。
另外，圖6所示的激光照射前的被膜7表明，CNT混亂，CNT的密度高，此外，由于各個CNT都長，所以，成為電子發(fā)射源的CNT的端部減少。
下面，參照圖3和圖7，比較激光照射前的被膜7和激光照射后的被膜7的電子發(fā)射的均勻性。此處，圖3及圖7，是各自在相同條件下的實驗結(jié)果，表示在X方向、Y方向都間隔40μm，設(shè)置陰極結(jié)構(gòu)體中的電子發(fā)射的均勻性的每個測定點的電流密度。需要說明的是，在顯示畫面上，在圖3和圖7中，按0.1mA/cm2矯正顯示峰值。因此，在圖3及圖7中，曲線圖的上方或上端平的部分，即，水平直線表示的部分意味電流密度超過0.1mA/cm2。
圖3(激光照射前)與圖7(激光照射后)相比得知，圖表的上端平的部分多。這意味，如上所述，由于按0.1mA/cm2矯正峰值，所以圖3所示的激光照射前的陰極結(jié)構(gòu)體5的電流密度多高于0.1mA/cm2。根據(jù)實驗結(jié)果，最大電流密度，激光處理前為3.84mA/cm2，激光處理后為0.37mA/cm2，激光處理后的一方顯示大約低1位數(shù)的值。因此，激光照射后的陰極結(jié)構(gòu)體5，由于通過切斷CNT，將被膜7的表面形成相同高度，所以，能夠防止局部的電場集中，能夠得到穩(wěn)定的發(fā)射。
此外，試驗結(jié)果還表明，陰極結(jié)構(gòu)體5中流動的總電流，激光照射前為1.72mA，激光照射后為1.65mA，兩者大致相同。如上所述，最大電流密度在激光照射前和激光照射后不相同，但總電流在激光照射前和激光照射后大致相同，該結(jié)果表明，在激光照射后的陰極結(jié)構(gòu)體5中，通過利用激光切斷CNT，增加成為發(fā)射側(cè)的CNT的端部，能夠從整個被膜7得到均勻的發(fā)射。
此外，實驗結(jié)果還表明，得到相同電流量(總電流)所需的電壓，在激光照射前為945V，在激光照射后為725V，在激光照射后降低。這與被膜7的CNT的密度有關(guān)。即，如果CNT的密度高，構(gòu)成覆蓋成為發(fā)射側(cè)的CNT的端部的被膜7的CNT，在其端部附近，阻礙發(fā)射所需電場的附加。因此，CNT的密度高的激光照射前的陰極結(jié)構(gòu)體5，如果不外加高電壓，不能引出電子。另一方面，激光照射后的陰極結(jié)構(gòu)體5，由于通過激光照射切斷CNT，使CNT的密度最佳化，所以，能夠用低電壓引出電子。
如上所述，如果采用本發(fā)明，通過對配置在基板上的由卷曲的納米管狀纖維構(gòu)成的被膜，照射激光，由于被膜的表面能夠形成相同的高度，能夠防止局部的電場集中，所以能夠得到穩(wěn)定的發(fā)射。此外，由于增加成為發(fā)射側(cè)的納米管狀纖維的端部的數(shù)量，所以能夠從整個被膜得到均勻的發(fā)射。此外，由于通過激光照射，切斷納米管狀纖維，使納米管狀纖維的密度最佳化，所以也能夠用低電壓得到發(fā)射。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射源的制造方法，包括在基板上形成由卷曲的納米管狀纖維構(gòu)成的被膜的工序；在形成于上述基板上的上述被膜上，相對于上述基板，垂直照射激光的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射源的制造方法，形成工序包括形成由碳構(gòu)成的上述納米管狀纖維的被膜的工序。
3.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射源的制造方法，形成工序包括利用電鍍法、熱CVD法或噴涂法中的任一種方法，形成上述被膜的工序。
4.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射源的制造方法，形成工序包括在以鐵或含鐵的合金作為材料的上述基板上，形成上述被膜的工序。
5.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射源的制造方法，照射工序包括按能量密度5～500mJ/cm2照射上述激光的工序。
6.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射源的制造方法，照射工序包括作為上述激光，照射受激準分子激光的工序。
7.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射源的制造方法，照射工序包括在大氣、氣體及真空中的任一氣氛下，照射上述激光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射源的制造方法。在利用電鍍法、熱CVD法或噴涂法形成被膜(7)后，對該被膜照射激光，通過照射該激光，切斷構(gòu)成被膜(7)的碳納米管，使碳納米管的密度最佳化。通過如此形成被膜(7)，能夠從陰極結(jié)構(gòu)體(5)得到穩(wěn)定的發(fā)射。
文檔編號C23C16/26GK1538485SQ20041003285
公開日2004年10月20日 申請日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者余谷純子, 上村佐四郎, 倉知宏行, 四郎, 行 申請人:諾利塔克股份有限公司