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    公开号:WO1990011611A1
    申请号:PCT/JP1989/000297
    申请日:1989-03-20
    公开日:1990-10-04
    发明作者:Toshiro Kajiwara；Goroku Kobayashi；Keiji Fukuyama；Ko Sano；Yojiro Yano；Keiji Watanabe
    申请人:Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:H01J61-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 放 電 光 源 用 電 極
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は 放電ディ スプレイ などの放電光源に用いら れ、 その放電開始電圧、 発光輝度等の特性を改善する こ とができる放電光源用電極に関する ものである。
    [0005] 背景技術
    [0006] 一般にこの種の放電光源と して用いられる電極、 例え ば冷陰極放電用陰極にあっては、 低い放電開始電圧およ び高い発光輝度を得るため、 二次電子放出率の良い N i , N i — F e , N i — C r — C u などによって構成されて いる。
    [0007] このよう な冷陰極放電用陰極は、 放電ディ スプレイ 等 の実用化に伴って、 より高い二次電子放出性能を有する ものが要望されている。
    [0008] そこで、 上記冷陰極放電用陰極と しては、 金属導体上 に合金あるいは金属酸化物からなる二次電子放出率のよ り高い材料を積層したものが用いられるようになった。
    [0009] こ こで、 上記金属導体上に積層する二次電子放出材料 と しては、 （坂井ほか ； 電子通信学会， E D 8 1 — 2 5 , P . 6 1 - 6 6 , (' 8 1 ) ) に記載の B a A £ 4, (亀 ケ谷ほか ； 電気通信学会研究報告， E D — 5 7 2 , P . 5 5 - 6 0 , (' 8 2 ) に記載の L a B ( M . 0. A boeif oth ； P roc. S I D , 2 2 / 4 , P . 219 - 227 ( ' 8 1 ) に記載の M g Oなどが挙げられる。
    [0010] 第 4図は従来の放電光源用電極を示す断面図である。 この放電光源用電極は、 放電を行うための希ガスまたは 水銀蒸気を舍む希ガスが封入された放電容器 1 を備え、 この放電容器 1 はガラス基板を兼ねている。
    [0011] 上記放電容器 1 内における内壁面には蛍光体 2が塗布 され、 且つ、 上記放電容器 1 の基板上には金属導体 3が 形成されている。
    [0012] この金属導体 3 は A また N i からなつており、 その 表面には二次電子放出材料膜 5が蒸着されている。
    [0013] この二次電子放出材料膜 5 は放電光源用電極と しての 陰極を形成している。
    [0014] 次に作用について説明する。 金属導体 3 に放電可能な 電圧が印加される と、 放電容器 1内に光電離などで既に 存在していた初期電子が運動エネルギを得て希ガスまた は水銀蒸気を含む希ガスを電離させ、 イ オ ンと電子を生 成する。 このよう にして得られた初期イ オ ンは、 陰極と しての二次電子放出材料膜 5 に衝突する こ とにより、 二 次電子を発生させる。 また、 上記電子は陽極に移動し、 その移動過程で中性原子に衝突する度毎に、 電子あるい は励起原子をネズミ算的に生成し、 放電の持铳を可能に する。 従って、 初期の電子生成過程が円滑で生成量が多 いほど放電の注入エネルギ （放電開始電圧） が低く てす み、 また、 放電持続後も低い注入エネルギ （放電持続電 圧） ですむこ となる。 即ち、 イ オ ンの衝突に対して二次 電子放出率の高い二次電子放出材料膜 5 を用いる こ とに よって効率の良い放電光源あるいは放電デ ィ スプレイ を 実現できる。
    [0015] ところで、 上記のようなイ オ ンの衝突に基づく 二次電 子放出は、 H agstrum ( H . D . H agstrum; P hys. R hys. R ev. 9 6 ( 2 ) , P . 3 3 6 - 3 6 5 , (' 5 4 ) に よって、 ① Auger中和機構と② Auger脱励起機構に基づ く ことが知られており、 更に、 それらの両機構と も固体 金属の仕事関数 ø (フ ユル ミ準位から価電子帯への遷移 のし易さ） およびフ ェルミ準位 s F ( 伝導帯の底から測 つたフ ヱル ミ エネルギ） が小さいほど二次電子放出率が 高いこ とも既知である。
    [0016] 以上の理由に基づき、 放電開始電圧の低電圧化および 高効率化のため、 一般的には二次電子放出材料の仕事関 数を下げる努力が成されている。
    [0017] こ のよ う な二次電子放出材料の仕事関数は表 1 に示さ れている。
    [0018] 表 丄 【ま S . amamoto, e t a 1. ： J . C hem. P hys.60 (10), p .4076 - 4080 C74) に記載された代表的な各種 二次電子放出材料の仕事関数 （ e V ) を示す。 N i 4. 9 6 M g 0 4. 2 0
    [0019] F e 4 . 9 L a B 6 3 . 2 0
    [0020] B a 2 . 5 1 従来の放電光源用電極は以上のように構成され、 仕事 関数の小さい L a B 6, M g 0などが二次電子放出材料と して実用化されているが、 これらの二次電子放出材料で は未だ十分な二次電子放出率とは言えず、 高輝度化およ び放電電圧の低減といった装置性能を向上させる際の障 害となっている。
    [0021] そこで、 上記 L a B 6, M g Oなどの材料より二次電子 放出率の高い B aを導入することも考えられる力 、 B a は化学的に極めて活性であるため、 金属導体 3や蛍光体 2 などの構成材料と装置動作中に反応して装置の寿命を 低下させたり、 装置の製造過程において大気中の水分や 酸素などと容易に反応して B a 0が生成されるなど、 Ba 単体としての利用が困難が困難であり、 安定した性能が 得られないという問題点があった。
    [0022] 発明の開示
    [0023] 本発明は、 十分な二次電子放出率が得られて放電開始 電圧の低滅化およびエネルギ変換の高効率化ならびに高 輝度化をそれぞれ確実に達成でき、 しかも、 装置の寿命 低下や装置製造過程での B a 0生成などを惹き起すこ と な く 、 性能が安定した信頼性の高い放電光源用電極を得 る こ とを目的とする。
    [0024] 上記目的を達成するため、 本発明の請求項 1 に係る放 電光源用電極は、 希ガスが封.入された放電容器内に設け られている金属導体を 1 〜 5 mの厚さに形成し、 且つ、 その金属導体上に設けられている二次電子放出材料膜を、 L a B 6に 0. 0 1 乃至 2 0 mol (¾ ) の割合で B a を添加し た化合で形成し、 その厚さを 0 . 5 〜 2 ^ mにしたこ と を特徴とする。
    [0025] 本発明の請求項 1 における放電光源用電極は、 金属導 体の厚さを 1 〜 5 mにしたこ とにより 、 数十 m Aの放 電電流を確保する こ とができ、 且つ、 この金属導体上の 二次電子放出材料膜を、 L a B 6 に対し 0 . 0 1 〜 2 0 mol (¾) の割合で B a を添加した化合物により形成した ので、 耐熱性を有して化学的にも安定した良好な二次電 子放出特性を有した放電光源用電極が得られ、 しかも、 その二次電子放出材料膜の厚さを 0 . 5 〜 2 mと した こ とにより、 二次電子放出材料膜にピンホールが生じる よう なこ ともな く 、 その二次電子放出材料膜の性能を十 分に発揮させる こ とができ る。
    [0026] 本発明の請求項 2 に係る放電光源用電極は、 L a B 6 と、 この L a B 6 に対し 0 . 0 1 〜 2 0 (πο1 (% ) の割合 の B a と、 この B a に対し 0 . 0 1 〜 5 mo】（％) の割合 のじ a とからなる化合物によつて二次電子放出材料膜を 形成し、 この厚さを 0. 5〜 2 mにしたことを特徴と する。
    [0027] 本発明の請求項 2 における放電光源用電極では、 L a B 6 と、 この L a B 6 に対し 0 . 0 1〜 2 0 mol(%) の 割合の B a と、 この B a に対し 0 . 0 l〜 5 mol(%) の 割合の C a とからなる化合物によつて二次電子放出材料 膜を形成し、 この厚さを 0 . 5〜 2 〃 mにしたことによ つて、 化学的に長時間安定し取り扱いが容易で、 且つ、 二次電子放出率の頗ぶる高い電極が得られ、 放電開始電 圧の低減およびエネルギ変換の高効率化が確実に達成で きる o
    [0028] 図面の簡単な説明
    [0029] 第 1図は本発明の一実施例による放電光源用電極の断 面図、 第 2図は第 1図の放電光源用電極の L a B 6 に対 する B aの添加量と放電開始電圧の相対変化を示す特性 図、 第 3図は本発明の他の実施例による放電光源用電極 の L a B 6 に対する B aの添加量と放電開始電圧の相対 変化を示す特性図、 第 4図は従来の放電光源用電極を示 す断面図である。
    [0030] 発明を実施するための最良の形態
    [0031] 本発明の一実施例による放電光源用電極を示した第 1 図において、 第 4図に示した従来の放電光源用電極と同 一または相当部分には同一符号を付して重複した説明は 省略する。 '
    [0032] 本発明の特徴的なこ とは、 金属導体 3 の厚さ と、 この 金属導体 3 の表面に形成された二次電子放出材料膜 5 の 構成成分および厚さをそれぞれ特定したこ とである。
    [0033] まず、 本発明の第 1 実施例について説明する と、 この 第 1 実施例では、 放電容器 1 内に設けられた金属導体 3 の厚さ を 1 〜 5 の範囲に設定している。
    [0034] このよう に厚さが設定された上記金属導体 3 の表面に 二次電子放出材料膜 4が蒸着されている。
    [0035] この二次電子放出材料膜 4 は、 L a B 6 と、 この L a B 6 に対して 0 . 0 1 〜 2 0 mo l ( % ) の割合の B a との 化合物によって形成され、 その厚さ z は 0 . 5 〜 2 mに範囲に設定されている。
    [0036] このよう に、 L a B 6 に B a を添加した化合物によつ て上記二次電子放出材料膜 4を形成する こ とにより、 こ の二次電子放出材料膜 4 は化学的にも安定した良好な二 次電子放出特性を有している。
    [0037] 即ち、 上記 B a は仕事関数が小さいため良好な二次電 子放出材料と して利用可能であるが、 化学的に活性であ るため、 装置への適用過程で B a 0を生成したり、 他の 構成材料と反応するなど取り扱いが困難である。
    [0038] そこで、 上記 B a の特徴をそのまま活かし且つ化学的 安定性を持たせるため、 化学的に極めて安定で且つ B a との混合物と して薄膜を形成可能な L a B 6 に上記 B a を添加することによって、 上記性質を得たものである。 ここで、 上記 L a B 6 の結晶は体心立方晶系の中心に L aが、 また、 各頂点に 6個の Bから成る八面体構造の 中心を配した化学的に安定な構造をとつているが、 全く 同じ結晶構造をとることが知られており、 且つ、 両結晶 共高融点 （ > 2 1 0 0 'C ) を示す。
    [0039] 第 2図には、 上記構成の電極により、 封入希ガス圧力 が 5 〜 5 0 0 Torr 、 放電ギヤ ッ フ' 0 . 0 1 〜 1 0 0 »m で、 且つ放電空間は放電ギャ ップに比べて著しく大きい という条件において、 放電開始電圧変化を測定した結果 を示す。
    [0040] この第 2図から分かるように、 B a の添加量増加に伴 つて放電開始電圧が相対的に低下していき、 例えば L a B b に 2 0 mol(%) の B aを添加した時は L a B 6 のみ の場合に対して平均 4 0 %の放電開始電圧の低下が見ら れた。 しかしながら、 上記 B a の添加量増加に伴い二次 電子放出材料の化学的安定性が低下し、 取り扱いが困難 になってしまう。
    [0041] 即ち、 上記二次電子放出材料は、 先に述べた両者の類 似の結晶構造から、 L a B 6 の L aが B a によって部分 的に置換されて安定な L aが折出することにより生成す るか、 もしく は L a B fc の一部の Bが B a と化学反応し ( L , B a ) のような構造をとるこ とにより生成する が、 2 0 mol (% ) を超えた量の B a を添加すると、 上記 の置換、 反応が円滑に行われな く なり、 その結果、 化学 的に不安定となってしま う。
    [0042] 従って、 B a の L a B 6 に対する添加量は、 放電開始 電圧低下の効果が見られる 0 . 0 1 mol (%) 以上で且つ 化学的に安定している 2 0 mol (¾) 以内が好ま しい。
    [0043] また、 上記二次電子放出材料膜 4を蒸着する金属導休 3 は数十 m Aの放電電流に耐えられるよう に 1 〜 5 m の厚さが最適である。
    [0044] 上記二次電子放出材料膜 4 の厚さは、 金属導体 3上に 貫通したピンホールがな く 、 膜と して十分な厚さ とある 0 . 5 〜 2 mの範囲が好ま しい。
    [0045] 上述のよう に構成された放電光源用電極に電圧が印加 される と、 初期ィ ォ ンが二次電子放出材料膜 4 に衝突し. 上述の H agstrum の機構に従い二次電子放出が行われ放 電が持繞する。
    [0046] この放電過程で、 化合物を形成している上記 B a が少 しずつ遊離して二次電子放出に寄与する。 一方、 折出し ていた L a が B a の遊離に伴い再び安定な L a B b に変 化する こ とになり、 この電極は良好な二次電子放出率を 維持する こ とができ る。 上記放電において、 冷陰極放電 の場合は Auger機構に従う ため、 上記 B a の消耗が殆ど な く 、 電極と しての寿命が極めて長く なる。
    [0047] 次に本発明の第 2実施例について説明する。 この第 2 実施例では、 二次電子放出材料膜 4 が、 L a B b と、 こ の L a B 6 に対して 0 . 0 1 〜 2 0 mol (%) の割合の Ba と、 この B a に対して 0 . 0 1 〜 5 mol(%) の割合の Ca との化合物によって形成されている。 なお、 上記二次電 子放出材料膜 4の厚さ £ 2 および金属導体 3 の厚さ £ , は上記第 1実施例の場合の同じに設定されている。
    [0048] ここで、 上記 L a B 6 の結晶は、 第 1 実施例の場合と 同様に、 体心立方晶系の中心に L aが、 また、 各頂点に 6個の Bから成る八面体構造の中心を配した化学的に安 定な構造をとつているが、 B a , C a に Bに対して全く 同じ結晶構造をとることが知られており、 且つ、 両結晶 共高融点 （ > 2 1 0 0 'C ) を示す。
    [0049] 従って、 上記 L a B 6 の L aを B a に置換させて B a を安定させておく ことができる。 更に、 これらの物質の 原子半径は、 B a ( 2 . 2 5 A ) > C a ( 1 . 9 7 A ) > L a ( 1 . 8 6 A ) の順であり、 C a と L a の原子半 径が近いことから、 C a の添加は上記 B a とし a の置換 における結晶歪みを緩和する。
    [0050] 第 3図には、 上記構成の電極により、 封入希ガス圧力 力 1 〜 5 0 0 Torr 、 放電ギャ ップ 0 . 0 1 〜 ： L 0 0 «m で、 且つ放電空間は放電ギヤ ップに比べて著し く大きい という条件において、 L a B 6 に対する B a の添加量に よる放電開始電圧変化および同じ B a添加量の電極を 1 0 0 0時間使用したときの放電開始電圧のバラツキを 測定した結果を示す。 なお、 第 3 I中において、 実線は C a を添加した時、 破線は C a を添加しなかった時の放 電開始電圧のバラツキ範囲をそれぞれ表す。
    [0051] 上記第 3図から分かるように、 B a の添加量増加に伴 つて放電開始電圧が相対的に低下していき、 例えば L a B 6 に 2 0 mol(¾) の B aを添加した時は L a B 6 のみ の場合に対して平均 4 0 %の放電開始電圧の低下が見ら れた。 しかしながら、 上記 B a の添加量増加に伴い二次 電子放出材料の化学的安定性が低下し、 取り扱いが 1$1難 になってしま う。
    [0052] 即ち、 上記二次電子放出材料は、 先に述べた両者の類 似の結晶構造から、 L a B 6 の L aが B a によって部分 的に置換されて安定な L aが折出することにより生成す るか、 もし く は L a B 6 の一部の Bが B a 、 C a と化学 反応し （ L a , B a , C a ) B b のような構造をとるこ とにより生成するが、 2 0 mol (%) を超えた量の B aを 添加すると、 上記の置換、 反応が円滑に行われな く なり、 その結果、 化学的に不安定となってしまう。
    [0053] 従って、 B a のし a B 6 に対する添加量は、 放電開始 電圧低下の効果が見られる 0. 0 l mol(%) 以上で且つ 化学的に安定している 2 0 niol (%) 以内が好ま しい。
    [0054] また、 C a を添加した時の放電開始電圧のバラツキが C aを添加しないときに比べて平均 2 0 %程低下してい る。
    [0055] これが C a の添加により上記結晶歪みが緩和され、 化 学的安定性が増したためである。
    [0056] しかしながら、 この C a の添加量が多すぎる と、 B a の効果が低下するため、 C a の添加量は B a に対し 0 . 0 1 〜 5 mo l ( % ) の範囲が好ま しい。
    [0057] 更に、 この二次電子放出材料膜 4 を蒸着する金属導体 3 は数十 m Aの放電電流に耐えられるように 1 〜 5 μ の厚さが最適である。
    [0058] 従って、 この第 2実施例の放電光源用電極にあっても、 第 1 実施例の場合と同様に、 良好な二次電子放出率を維 持する と共に、 冷陰極放電の場合にあっても A u g er機構 に従うため、 上記 B a の消耗が殆どな く 、 電極と しての 寿命が極めて長く なる。
    [0059] なお、 上記各実施例において、 二次電子放出材料膜 4 の金属導体 3 への形成は、 電子ビーム法のほかスパッタ リ ング法等による蒸着によつてもよ く 、 同様の効果を奏 する ものが得られ、 更には上記蒸着以外に上記二次電子 放出材料を粉末にしたものを上記金属導体 3 に塗布形成 しても同様の効果を奏する。
    [0060] また、 上記各実施例では、 冷陰極放電への適用につい て述べたが、 熱陰極放電のとき と同様の効果を奏する。 産業上の利用可能性
    [0061] 以上のように、 この発明に係る放電光源用電極は、 放 電容器内の金属導体の厚さを 1 〜 5 にしたこ とによ り 、 数十 m Aの放電電流を確保する こ とができ、 且つ、 この金属導体上の二次電子放出材料膜を、 L a B 6 に対 し 0 . 0 1 〜 2 0 mo 1 ( % ) の割合で B a を添加した化合 物で形成したこ とにより、 耐熱性を有して化学的にも安 定した良好な二次電子放出特性を有した放電光源用電極 が得られ、 しかも、 その二次電子放出材料膜の厚さを 0 . 5 〜 2 ^ mと したこ とにより 、 二次電子放出材料膜にピ ンホールが生じるようなこ ともな く 、 その二次電子放出 材料膜の性能を十分に発揮させる こ とができる という優 れた放電特性を有する信頼性の高い放電ディ スプレイ な どに好適である。
    [0062] また、 本発明の放電光源用電極では、 L a B 6 と、 こ の L a B 6 に対し 0 . 0 1 〜 2 0 mol (% ) の割合の B a と、 この B a に対し 0 . 0 l 〜 5 mol (%) の割合の C a とからなる化合物によって二次電子放出材料膜を形成し、 この厚さを 0 . 5 〜 2 mにしたので、 化学的に長時間 安定し取り扱いが容易で、 且つ、 二次電子放出率の顔ぶ る高い電極が得られ、 放電開始電圧の低減およびエネル ギ変換の高効率化が確実に達成された放電ディ スプレイ などと しても好適である。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 希ガスを封入した放電容器内に金属導体が設けられ、 こ の金属導体上に二次電子放出材料膜が形成された放電 光源用電極において ；
    上記金属導体は 1 〜 5 / mの厚さに形成され、 且つ、 上記二次電子放出材料膜は、 L a B 6 に 0. 0 1 乃至 2 0 mol (¾) の割合で B a を添加した化合物で形成され、 そ の厚さが 0 . 5 〜 2 mに設定されている こ とを特徴と する放電光源用電極。
    2 . 上記二次電子放出材料膜は、 L a Bも と、 こ の L a B 6 に対し 0 . 0 l 〜 2 0 mol(%) の割合の B a と、 こ の B a に対し 0 . 0 1 〜 5 mol(%) の割合の C a と力、ら なる化合物によつて形成されている こ とを特徴とする放 電光源用電極。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    1991-03-20| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989903212 Country of ref document: EP |
    1994-06-29| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989903212 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP62247201A|JPS6489242A|1987-09-30|1987-09-30|Electrode for discharge light source|EP89903212A| EP0417280B1|1987-09-30|1989-03-20|Electrode for discharge light source|
    DE68916542T| DE68916542T2|1987-09-30|1989-03-20|Elektrode für entladungslichtquelle.|
    KR89702157A| KR970007292B1|1987-09-30|1989-03-20|방전광원용 전극|
    US07/432,777| US5073743A|1987-09-30|1989-11-01|Electrode for discharge light source|
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