JP3190320B2 - Method for manufacturing electron emission material film - Google Patents
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
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- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光ランプ等の種
々の放電灯や陰極線管の電極、プラズマディスプレイ、
蛍光表示管等の電極などに利用できる電子放出材料膜を
製造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to various discharge lamps such as fluorescent lamps, cathode ray tube electrodes, plasma displays, and the like.
The present invention relates to a method for manufacturing an electron emission material film that can be used for an electrode of a fluorescent display tube or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、省エネルギー、省資源の社会的要
求が高まりつつあり、それに対応して、一般照明用光源
やディスプレイの省エネルギー化が積極的に進められて
いる。例えば、白熱電球から、よりエネルギー効率が高
く寿命も長い電球形蛍光ランプへの置き換えや、ブラウ
ン管から、よりエネルギー消費量の少ない液晶ディスプ
レイヘの置き換えが急速に進んでいる。それに伴って、
電球形蛍光ランプ用や、液晶ディスプレイのバックライ
ト光源用として、蛍光ランプの利用が急速に進んでい
る。同様に、ブラウン管の陰極線管やプラズマディスプ
レイ、蛍光表示管などについても、エネルギー効率が高
く省エネルギー化が可能な電極が要求されている。2. Description of the Related Art In recent years, social demands for energy saving and resource saving have been increasing, and in response to this, energy saving of light sources and displays for general lighting has been actively promoted. For example, the replacement of incandescent light bulbs with bulb-type fluorescent lamps with higher energy efficiency and longer life, and the replacement of cathode ray tubes with liquid crystal displays with lower energy consumption are progressing rapidly. Along with that,
Fluorescent lamps are rapidly being used for light bulb-type fluorescent lamps and as backlight light sources for liquid crystal displays. Similarly, for cathode ray tubes such as cathode ray tubes, plasma displays, and fluorescent display tubes, there is a demand for electrodes having high energy efficiency and capable of saving energy.
【0003】従来、蛍光ランプの電極としては、BaO
を主成分とする酸化物電極が一般に利用されている。こ
のような電極は、例えば特開昭59−75553号公報
に記載されている。しかし、BaOを主成分とする酸化
物電極は、電子放出性がよい反面、比抵抗が高い。その
ため、大きな電子放出電流を得ようとすると高温になっ
てしまい、その結果、蒸気圧が高くなって蒸発が多くな
るので、寿命が短くなるという問題が生じる。また、B
aOを主成分とする酸化物電極では、Baの炭酸塩を塗
布したタングステンコイルに電流を流して炭酸塩を酸化
物とし、その際に脱炭酸を行う必要がある。しかし、こ
の電極を細管化した蛍光ランプに適用する場合、脱炭酸
が不十分となりやすく、その結果、ランプのバルブ内に
炭酸ガスが残留して放電が不安定になったり、輝度維持
率が極端に悪化したりするという問題が生じる。Conventionally, BaO has been used as an electrode of a fluorescent lamp.
Oxide electrodes containing as a main component are generally used. Such an electrode is described in, for example, JP-A-59-75553. However, an oxide electrode containing BaO as a main component has good electron emission properties, but has high specific resistance. Therefore, when a large electron emission current is to be obtained, the temperature becomes high. As a result, the vapor pressure increases and the amount of evaporation increases, resulting in a problem that the life is shortened. Also, B
In the case of an oxide electrode containing aO as a main component, it is necessary to apply a current to a tungsten coil coated with a carbonate of Ba to convert the carbonate into an oxide, and to perform decarboxylation at that time. However, when this electrode is applied to a fluorescent lamp having a thin tube, decarboxylation tends to be insufficient, and as a result, carbon dioxide gas remains in the lamp bulb, causing unstable discharge or an extremely high luminance maintenance ratio. The problem is that it becomes worse.
【0004】また、米国特許第2,686,274号明
細書には、Ba2TiO4などのセラミックスを還元処理
することにより半導体化した棒状の電極が記載されてい
るが、この種のセラミック半導体電極には、熱衝撃に弱
い、Hgイオンや希ガスイオンによるスパッタリングに
よって劣化しやすい、使用可能な電流密度が小さい、と
いう問題があった。Further, US Pat. No. 2,686,274 describes a rod-shaped electrode obtained by reducing a ceramic such as Ba 2 TiO 4 into a semiconductor. The electrode has problems that it is susceptible to thermal shock, easily deteriorated by sputtering with Hg ions or rare gas ions, and has a small usable current density.
【0005】このような従来の蛍光ランプ用電極に対
し、本発明者らは、一端が開放し一端が閉じた円筒状の
容器内にセラミック半導体を収容した構造の電極を提案
し、また、この電極について、およびこの電極を用いた
放電灯について、様々な改良を加えている(特公平6−
103627号公報、特許第2628312号、特許第
2773174号、特許第2754647号、特開平4
−43546号公報、特開平6−267404号公報、
特開平9−129177号公報、特開平10−1218
9号公報、特開平6−302298号公報、特開平7−
142031号公報、特開平7−262963号公報、
特開平10−3879号公報)。これらの電極は、耐ス
パッタリング性が良好であり、また、蒸発しにくいた
め、劣化しにくく長寿命であるという特徴をもつ。しか
し、耐スパッタリング性および蒸発しにくさについて
は、さらなる改良が望まれる。With respect to such a conventional fluorescent lamp electrode, the present inventors have proposed an electrode having a structure in which a ceramic semiconductor is housed in a cylindrical container having one end opened and one end closed. Various improvements have been made to the electrodes and to the discharge lamp using the electrodes (Japanese Patent Publication No.
No. 103627, Japanese Patent No. 2628312, Japanese Patent No. 2773174, Japanese Patent No. 2754647, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
-43546, JP-A-6-267404,
JP-A-9-129177, JP-A-10-1218
9, JP-A-6-302298, JP-A-7-302
No. 142031, JP-A-7-262983,
JP-A-10-3879). These electrodes have characteristics that they have good sputtering resistance and are hard to evaporate, so they are hardly deteriorated and have a long life. However, further improvements in sputtering resistance and resistance to evaporation are desired.
【0006】また、蛍光ランプ等の放電灯用電極のほ
か、熱陰極動作または冷陰極動作による放電を利用する
各種電極、例えば、ブラウン管、電子顕微鏡、プラズマ
ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイな
どに使用される電極においても、蒸発やイオンスパッタ
リングによる劣化などが問題となっており、寿命の向上
が望まれている。In addition to electrodes for discharge lamps such as fluorescent lamps, various electrodes utilizing discharge by hot cathode operation or cold cathode operation, for example, electrodes used in cathode ray tubes, electron microscopes, plasma displays, field emission displays, etc. However, there is a problem of deterioration due to evaporation and ion sputtering, and improvement of the life is desired.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、放電
時の蒸発が少なく、かつ、イオンスパッタリングに対す
る耐性が高い電子放出材料膜を、低コストで量産できる
方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method capable of mass-producing an electron-emitting material film having little evaporation during discharge and high resistance to ion sputtering at low cost.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的は、下記(1)
〜(11)の本発明により達成される。 (1) Ba、SrおよびCaの少なくとも1種からな
る第1成分と、Ta、Zr、Nb、TiおよびHfの少
なくとも1種からなる第2成分とを金属元素成分として
含み、酸窒化物ペロブスカイトを含有する電子放出材料
を製造する方法であり、前記金属元素成分を含有する被
焼成物に対し、炭素を近接配置した状態で窒素ガス含有
雰囲気中において焼成することにより、前記酸窒化物ペ
ロブスカイトを生成させて電子放出材料を得る酸窒化物
生成工程を有し、前記酸窒化物生成工程により得られた
電子放出材料を粉砕して電子放出材料粉末を得、この電
子放出材料粉末を含有するスラリーを用いて塗膜を形成
し、この塗膜を熱処理することにより電子放出材料膜を
得る電子放出材料膜の製造方法。 (2) Ba、SrおよびCaの少なくとも1種からな
る第1成分と、Ta、Zr、Nb、TiおよびHfの少
なくとも1種からなる第2成分とを金属元素成分として
含み、酸窒化物ペロブスカイトを含有する電子放出材料
を製造する方法であり、前記金属元素成分を含有する被
焼成物に対し、炭素を近接配置した状態で窒素ガス含有
雰囲気中において焼成することにより、前記酸窒化物ペ
ロブスカイトを生成させて電子放出材料を得る酸窒化物
生成工程を有し、前記酸窒化物生成工程において、塗膜
を前記被焼成物として用いることにより電子放出材料膜
を得る電子放出材料膜の製造方法。 (3) 前記窒素ガス含有雰囲気中における酸素分圧が
0〜5.0×103Paである上記(1)または(2)の
電子放出材料膜の製造方法。 (4) 前記窒素ガス含有雰囲気として窒素気流を用
い、この窒素気流中の前記被焼成物近傍の空間におい
て、気流の流れる方向と垂直な断面における単位面積あ
たりの窒素ガス流量を0.0001〜5m/sとする上記
(1)〜(3)のいずれかの電子放出材料膜の製造方
法。 (5) 前記酸窒化物生成工程において、前記被焼成物
中に炭素を混合することにより、前記被焼成物に対し炭
素を近接配置させる上記(1)〜(4)のいずれかの電
子放出材料膜の製造方法。 (6) 前記酸窒化物生成工程において、少なくとも一
部が炭素から構成されている焼成炉を用いることによ
り、前記被焼成物に対し炭素を近接配置させる上記
(1)〜(5)のいずれかの電子放出材料膜の製造方
法。 (7) 前記酸窒化物生成工程において、少なくとも一
部が炭素から構成されている容器に前記被焼成物を収容
することにより、前記被焼成物に対し炭素を近接配置さ
せる上記(1)〜(6)のいずれかの電子放出材料膜の
製造方法。 (8) 前記酸窒化物生成工程において、複合酸化物を
含有する被焼成物から前記酸窒化物を生成させる上記
(1)〜(7)のいずれかの電子放出材料膜の製造方
法。 (9) 第1成分をMI、第2成分をMIIでそれぞれ表
したとき、前記酸窒化物ペロブスカイトがMIMIIO2N
型結晶を含む上記(1)〜(8)のいずれかの電子放出
材料膜の製造方法。 (10) 前記第2成分の炭化物および/または窒化物
を含む電子放出材料が製造される上記(1)〜(9)の
いずれかの電子放出材料膜の製造方法。 (11) 第1成分をMI、第2成分をMIIでそれぞれ
表したとき、MI 4MII 2O9型結晶、MIMII 2O6型結
晶、MIMIIO3型結晶、MI 5MII 4O15型結晶、MI 7M
II 6O22型結晶およびMI 6MIIMII 4O18型結晶の少なく
とも1種を含む電子放出材料が製造される上記(1)〜
(10)のいずれかの電子放出材料膜の製造方法。The above object is achieved by the following (1).
This is achieved by the present invention of (11). (1) A first component comprising at least one of Ba, Sr and Ca, and a second component comprising at least one of Ta, Zr, Nb, Ti and Hf as metal element components, and an oxynitride perovskite is provided. A method for producing an electron-emitting material containing the metal element component, wherein the object to be fired is fired in a nitrogen gas-containing atmosphere in a state where carbon is disposed in proximity to the object, thereby producing the oxynitride perovskite. An oxynitride generating step of obtaining an electron-emitting material by crushing the electron-emitting material obtained in the oxynitride generating step to obtain an electron-emitting material powder, and a slurry containing the electron-emitting material powder. A method for producing an electron-emitting material film by forming a coating film by using the method and heat-treating the coating film to obtain an electron-emitting material film. (2) An oxynitride perovskite containing a first component composed of at least one of Ba, Sr and Ca and a second component composed of at least one of Ta, Zr, Nb, Ti and Hf as metal element components. A method for producing an electron-emitting material containing the metal element component, wherein the object to be fired is fired in a nitrogen gas-containing atmosphere in a state where carbon is disposed in proximity to the object, thereby producing the oxynitride perovskite. A method for producing an electron-emitting material film, comprising: an oxynitride generation step of obtaining an electron-emitting material by causing the film to be used as the object to be fired in the oxynitride generation step. (3) The method for producing an electron emission material film according to (1) or (2), wherein the oxygen partial pressure in the nitrogen gas-containing atmosphere is 0 to 5.0 × 10 3 Pa. (4) A nitrogen gas flow is used as the nitrogen gas-containing atmosphere, and in a space near the object to be fired in the nitrogen gas flow, the nitrogen gas flow rate per unit area in a cross section perpendicular to the flow direction of the gas flow is 0.0001 to 5 m. / s, the method for producing an electron-emitting material film according to any one of the above (1) to (3). (5) In the oxynitride generation step, the electron-emitting material according to any one of (1) to (4) above, wherein carbon is mixed in the object to be fired so that carbon is arranged close to the object to be fired. Manufacturing method of membrane. (6) In the oxynitride generation step, any one of the above (1) to (5), in which carbon is arranged close to the object to be fired by using a firing furnace at least partially constituted of carbon. The method for producing an electron-emitting material film described above. (7) In the oxynitride generation step, the object to be fired is housed in a container at least partially composed of carbon, whereby carbon is disposed close to the object to be fired. 6) The method for producing an electron emission material film according to any one of the above. (8) The method for producing an electron-emitting material film according to any one of (1) to (7), wherein the oxynitride is generated from a firing target containing a composite oxide in the oxynitride generation step. (9) When the first component is represented by M I and the second component is represented by M II , the oxynitride perovskite is represented by M I M II O 2 N
The method for producing an electron-emitting material film according to any one of the above (1) to (8), including a type crystal. (10) The method for producing an electron-emitting material film according to any one of the above (1) to (9), wherein the electron-emitting material containing the second component carbide and / or nitride is produced. (11) a first component M I, when the second component expressed respectively M II, M I 4 M II 2 O 9 type crystals, M I M II 2 O 6 type crystals, M I M II O 3 type crystal, M I 5 M II 4 O 15 type crystal, M I 7 M
II 6 O 22 type crystals and M I 6 M II M II 4 above the electron emission material comprising at least one O 18 type crystal is produced (1) -
(10) The method for producing an electron emission material film according to any one of (10) and (10).
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】本発明における電子放出材料が含
有する上記酸窒化物は、蒸気圧が低く、しかも、電気抵
抗を低くできる。そのため、BaOを主成分とする従来
の電極材料に比べ、より大きな電子放出電流を流すこと
が可能であり、しかも、蒸発による電極劣化が少ない。
また、本出願人による前記特開平9−129177号公
報等に記載されているBa−Zr−Ta系複合酸化物か
らなる電極に比べても、電極劣化が少なくなる。したが
って、熱陰極動作を行う電極に適用したときに、従来の
電極よりも高い輝度が得られ、しかも、電極寿命が著し
く長くなる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The oxynitride contained in the electron-emitting material according to the present invention has a low vapor pressure and a low electric resistance. For this reason, a larger electron emission current can flow than the conventional electrode material containing BaO as a main component, and electrode deterioration due to evaporation is small.
Further, the electrode deterioration is reduced as compared with the electrode composed of a Ba-Zr-Ta-based composite oxide described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-129177. Therefore, when applied to an electrode that performs a hot cathode operation, a higher luminance than that of a conventional electrode is obtained, and the electrode life is significantly prolonged.
【0010】また、上記酸窒化物は、イオンスパッタリ
ングされても消耗しにくい。したがって、陰極降下電圧
が大きいためにイオンスパッタリングが激しくなる冷陰
極動作においても、消耗が少なく長寿命が実現する。In addition, the oxynitride is hardly consumed even by ion sputtering. Therefore, even in a cold cathode operation in which ion sputtering is intensified due to a large cathode drop voltage, wear is small and a long life is realized.
【0011】なお、ペロブスカイト構造をもつ上記酸窒
化物は、Journal of Materials Science,29,(1994),pp4
686-4693に記載されている。この文献では、アンモニア
気流中において1000℃で焼成することにより上記酸
窒化物を製造しているが、同文献では、このようにして
製造した酸窒化物を誘電体としてしか評価していない。
酸窒化物は還元性雰囲気中でも安定な化合物であるた
め、内部電極を卑金属から構成した積層セラミックコン
デンサに適している。The oxynitride having a perovskite structure is disclosed in Journal of Materials Science, 29, (1994), pp4
686-4693. In this document, the oxynitride is manufactured by baking at 1000 ° C. in an ammonia gas flow, but the oxynitride thus manufactured is evaluated only as a dielectric.
Since oxynitride is a stable compound even in a reducing atmosphere, it is suitable for a multilayer ceramic capacitor having an internal electrode made of a base metal.
【0012】また、特開昭63−252920号公報
(米国特許第4,964,016号明細書が対応)に
は、式AB(O,N)3で表される導電性ペロブスカイ
トが記載されている。上記式において、元素Aは、IA
族およびIIA族の金属、イットリウムおよびランタノイ
ドから選ばれる金属を示し、元素Bは、IVA族ないしI
B族の遷移金属から選ばれる金属を示す。同公報では、
この導電性ペロブスカイトを、金属Aと金属Bとの混合
酸化物に対し約700〜900℃の温度でアンモニア気
流中において焼成することにより製造している。同公報
では、この導電性ペロブスカイトをセラミックコンデン
サの電極に使用することを提案しており、同公報には電
子放出材料に適用する旨の記載も示唆もない。同公報に
記載された導電性ペロブスカイトの組成は、本発明にお
ける電子放出材料に含有される上記酸窒化物の組成と重
なる。しかし、同公報では、本発明で限定する組成をも
つ酸窒化物ペロブスカイトの具体的開示はない。また、
本発明において限定する組成を用いて、同公報に記載さ
れた条件でアンモニア気流中において焼成すると、比抵
抗が高くなりすぎて、電子放出材料として好ましい特性
は得られない。Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-252920 (corresponding to US Pat. No. 4,964,016) discloses a conductive perovskite represented by the formula AB (O, N) 3. I have. In the above formula, the element A is IA
A metal selected from the group IV and IIA metals, yttrium and lanthanoids, wherein the element B is a group IVA to I
Shows a metal selected from Group B transition metals. In that publication,
This conductive perovskite is manufactured by firing a mixed oxide of metal A and metal B at about 700 to 900 ° C. in an ammonia gas flow. This publication proposes to use this conductive perovskite for the electrodes of a ceramic capacitor, and there is no description or suggestion that the invention is applied to an electron emission material. The composition of the conductive perovskite described in the publication overlaps with the composition of the oxynitride contained in the electron-emitting material of the present invention. However, this publication does not specifically disclose oxynitride perovskites having the composition defined by the present invention. Also,
If the composition defined in the present invention is used and baked in an ammonia gas stream under the conditions described in the publication, the specific resistance becomes too high, so that favorable characteristics as an electron-emitting material cannot be obtained.
【0013】このように、ペロブスカイト構造をもつ酸
窒化物自体は知られているが、これを電子放出材料とし
て使用することは、本発明者らが全く新規に提案するこ
とであり、この酸窒化物を電極に用いたときに上記効果
が実現することは、従来全く知られていない。すなわ
ち、本発明における電子放出材料が含有する上記酸窒化
物は、電子放出材料としてはこれまで知られていなかっ
た。As described above, an oxynitride having a perovskite structure itself is known, but the use of the oxynitride as an electron-emitting material is a completely new proposal by the present inventors. It has not been known at all that the above effects are realized when an object is used for an electrode. That is, the oxynitride contained in the electron-emitting material according to the present invention has not been known as an electron-emitting material.
【0014】以下、本発明における電子放出材料につい
て詳細に説明する。Hereinafter, the electron-emitting material according to the present invention will be described in detail.
【0015】電子放出材料 本発明における電子放出材料は、Ba、SrおよびCa
の少なくとも1種からなる第1成分と、Ta、Zr、N
b、TiおよびHfの少なくとも1種からなる第2成分
とを、金属元素成分として含む。第1成分は、低仕事関
数の電子放出成分である。第2成分は、電子放出材料の
低抵抗化および高融点化のために必要な成分である。第
1成分のうち好ましい元素はBaであり、Baは第1成
分の50〜100原子%、特に70〜100原子%を占
めることが好ましい。第2成分のうち好ましい元素はT
aおよび/またはZr、特にTaであり、Taは第2成
分の50〜100原子%、特に70〜100原子%を占
めることが好ましい。 Electron Emitting Material The electron emitting material of the present invention comprises Ba, Sr and Ca.
A first component comprising at least one of the following: Ta, Zr, N
b, a second component comprising at least one of Ti and Hf is included as a metal element component. The first component is a low work function electron emission component. The second component is a component necessary for lowering the resistance and increasing the melting point of the electron-emitting material. A preferred element of the first component is Ba, and Ba preferably accounts for 50 to 100 atomic%, particularly 70 to 100 atomic% of the first component. The preferred element of the second component is T
a and / or Zr, especially Ta, and preferably occupies 50 to 100 at%, especially 70 to 100 at% of the second component.
【0016】本発明における電子放出材料は、ペロブス
カイト構造を有する酸窒化物、すなわち酸窒化物ペロブ
スカイト(オキシナイトライドペロブスカイト)を含有
する。上記第1成分をMI、上記第2成分をMIIでそれ
ぞれ表したとき、この酸窒化物は、MIMIIO2N型結晶
を少なくとも含むことが好ましい。なお、この結晶にお
いて、酸素と窒素との比は2:1に限定されない。実際
の生成物は、酸素や窒素の欠陥が存在することにより、
MIMIIO2+δN1-δ’として表されるものとなる。こ
こでδおよびδ’は、好ましくは−0.5〜0.95、
より好ましくは0〜0.7である。δおよびδ’がこの
ような範囲に存在すれば、電子放出材料の蒸発およびス
パッタリングによる消耗の抑制効果が高くなる。なお、
MIMIIO2N型結晶は、MIMII(O,N)3型結晶と表
すこともできる。The electron emission material according to the present invention contains an oxynitride having a perovskite structure, that is, an oxynitride perovskite (oxynitride perovskite). When the first component is represented by M I and the second component is represented by M II , the oxynitride preferably contains at least M I M II O 2 N type crystal. In this crystal, the ratio between oxygen and nitrogen is not limited to 2: 1. The actual product, due to the presence of oxygen and nitrogen defects,
The one represented as M I M II O 2+ δN 1- δ '. Here, δ and δ ′ are preferably −0.5 to 0.95,
More preferably, it is 0 to 0.7. When δ and δ ′ are in such ranges, the effect of suppressing evaporation and evaporation of the electron-emitting material is enhanced. In addition,
M I M II O 2 N type crystal can also be represented as M I M II (O, N ) 3 type crystal.
【0017】本発明における電子放出材料中には、上記
酸窒化物ペロブスカイトのほか、酸化物が含まれていて
もよい。酸化物としては例えば、MI 4MII 2O9型結晶、
MIMII 2O6型結晶、MIMIIO3型結晶、MI 5MII 4O15
型結晶、MI 7MII 6O22型結晶およびMI 6MIIMII 4O18
型結晶等の複合酸化物の少なくとも1種が挙げられる。
なお、MI 6MIIMII 4O18型結晶としては、例えばBa6
ZrTa4O18が挙げられる。The electron-emitting material of the present invention may contain an oxide in addition to the oxynitride perovskite. As the oxide for example, M I 4 M II 2 O 9 type crystals,
M I M II 2 O 6 type crystals, M I M II O 3 type crystal, M I 5 M II 4 O 15
Type crystals, M I 7 M II 6 O 22 type crystals and M I 6 M II M II 4 O 18
At least one kind of complex oxide such as a type crystal is included.
Incidentally, M I 6 M II M II 4 The O 18 type crystal, for example, Ba 6
ZrTa 4 O 18 is mentioned.
【0018】電子放出材料は、上記酸窒化物のほか、炭
化物および/または窒化物、特にTaC等のMII炭化物
を含有していてもよい。この炭化物や窒化物は、後述す
るように、電子放出材料製造の過程で第2成分の一部が
炭化物や窒化物となる結果、含有されるものである。こ
れらの炭化物および窒化物は、高融点で導電性の高い物
質であるため、これらが含まれていても電子放出特性や
耐スパッタリング性は全く損なわれない。なお、第2成
分のうち例えばTaは炭化物となりやすく、Zrは窒化
物となりやすい。The electron-emitting material, in addition to the oxynitride, the carbide and / or nitride, may especially contain M II carbide such as TaC. This carbide or nitride is contained as a result of part of the second component becoming carbide or nitride in the process of producing the electron-emitting material, as described later. Since these carbides and nitrides are substances having a high melting point and high conductivity, even if they are contained, the electron emission characteristics and the sputtering resistance are not impaired at all. In the second component, for example, Ta is likely to be carbide, and Zr is likely to be nitride.
【0019】電子放出材料中の各結晶の存在は、X線回
折により確認することができる。本発明における電子放
出材料の典型的なX線回折パターンを、図5に示す。図
5に示すパターンは、TaCを除き、実質的にMIMII
O2N型結晶の単一相からなる電子放出材料のものであ
る。本発明における電子放出材料は、MIMIIO2N型結
晶を主成分とすることが好ましく、実質的にこの結晶だ
けから構成されることがより好ましい。ただし、上述し
たように、炭化物および/または窒化物が含まれていて
も問題はない。なお、MIMIIO2N型結晶が主成分であ
るとは、X線回折パターンにおいてそれぞれの結晶の最
大ピーク強度を比較したとき、MIMIIO2N以外の結晶
の最大ピーク強度がMIMIIO2N型結晶の最大ピーク強
度の50%以下、好ましくは30%以下であることを意
味する。ただし、例えばBaZrO 3とBa5Ta4O15
とのように、最大ピーク位置がほぼ一致する2種または
それ以上の酸化物が同時に生成している場合には、2番
目に大きなピークの強度を用いて、MIMIIO2N型結晶
の最大ピークとの比較を行う。The presence of each crystal in the electron-emitting material depends on the X-ray
We can confirm by occasion. Electron discharge in the present invention
A typical X-ray diffraction pattern of the starting material is shown in FIG. Figure
The pattern shown in FIG. 5 is substantially MIMII
OTwoElectron-emitting material consisting of a single phase of N-type crystal
You. The electron emission material in the present invention is MIMIIOTwoN type knot
Preferably, the main component is a crystal, and it is substantially this crystal
More preferably, it is composed of a metal. However, as mentioned above
Contains carbides and / or nitrides
No problem. Note that MIMIIOTwoN-type crystal is the main component
Means the maximum of each crystal in the X-ray diffraction pattern.
When comparing the large peak intensities, MIMIIOTwoCrystals other than N
Has a maximum peak intensity of MIMIIOTwoMaximum peak strength of N-type crystal
Means less than 50%, preferably less than 30% of the
To taste. However, for example, BaZrO ThreeAnd BaFiveTaFourOFifteen
And two types where the maximum peak positions almost match, or
If more oxides are formed at the same time,
Using the intensity of the large peak in the eye,IMIIOTwoN-type crystal
Is compared with the maximum peak.
【0020】電子放出材料において、第1成分、第2成
分の合計に対し、第1成分のモル比をX、第2成分のモ
ル比をYとしたとき、好ましくは 0.8≦X/Y≦1.5 であり、より好ましくは 0.9≦X/Y≦1.2 である。X/Yが小さすぎる場合、放電により第1成分
が早期に枯渇してしまうほか、耐スパッタリング性が不
十分となる。一方、X/Yが大きすぎる場合、放電中に
電子放出材料の蒸発およびスパッタリングによる飛散が
生じやすくなる。そのため、いずれの場合でも、例えば
放電灯に適用した場合には管壁黒化による輝度低下が生
じやすくなる。In the electron-emitting material, when the molar ratio of the first component is X and the molar ratio of the second component is Y with respect to the total of the first component and the second component, preferably 0.8 ≦ X / Y ≦ 1.5, more preferably 0.9 ≦ X / Y ≦ 1.2. If X / Y is too small, the first component will be depleted early due to discharge, and the sputtering resistance will be insufficient. On the other hand, if X / Y is too large, the electron-emitting material is likely to be evaporated and scattered by sputtering during discharge. Therefore, in any case, for example, when the present invention is applied to a discharge lamp, the brightness is easily reduced due to blackening of the tube wall.
【0021】電子放出材料は、第1成分および第2成分
以外の金属元素成分を含有していてもよい。このような
金属元素成分としては、元素M(Mは、Mg、Sc、
Y、La、V、Cr、Mo、W、Fe、NiおよびAl
の少なくとも1種)が挙げられる。元素Mは、焼結性向
上のために必要に応じて添加される。電子放出材料中に
おける元素Mの含有量は、酸化物換算で好ましくは10
質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。元素
Mの含有量が多すぎると、電子放出材料の融点が低くな
ってしまうため、高温使用時の蒸気圧が高くなって寿命
が短くなる。一方、元素M添加による効果を十分に発揮
させるためには、元素Mの含有量は0.5質量%以上と
することが好ましい。なお、酸化物換算での含有量と
は、化学量論組成の酸化物、すなわち、MgO、Sc2
O3、Y2O3、La2O3、V2O5、Cr 2O3、MoO3、
WO3、Fe2O3、NiOおよびAl2O3に換算して求
めた含有量である。The electron emission material comprises a first component and a second component
Metal element components other than the above may be contained. like this
As a metal element component, an element M (M is Mg, Sc,
Y, La, V, Cr, Mo, W, Fe, Ni and Al
At least one). Element M has a sintering tendency
It is added as needed for the above. In electron emission materials
The content of the element M in the oxide is preferably 10
It is at most 5 mass%, more preferably at most 5 mass%. element
If the content of M is too large, the melting point of the electron-emitting material becomes low.
, The steam pressure during high temperature use increases and the
Becomes shorter. On the other hand, the effect of the addition of element M is fully exhibited
In order to achieve this, the content of the element M should be 0.5% by mass or more.
Is preferred. The content in terms of oxide and
Is an oxide having a stoichiometric composition, that is, MgO, ScTwo
OThree, YTwoOThree, LaTwoOThree, VTwoOFive, Cr TwoOThree, MoOThree,
WOThree, FeTwoOThree, NiO and AlTwoOThreeConverted to
Content.
【0022】元素Mは、前記酸窒化物中においてMIの
一部またはMIIの一部と置換されているか、または置換
されずに、酸化物、窒化物、炭化物などとして前記酸窒
化物と混合された状態となっている。なお、前記酸窒化
物結晶においてMIの一部またはMIIの一部が他の金属
元素で置換されていることは、X線回折におけるピーク
のシフトおよびピーク強度比の変化により確認すること
ができる。The element M is substituted with a part of M I or a part of M II in the oxynitride, or is not substituted, and is substituted with the oxynitride as an oxide, nitride, carbide, or the like. It is in a mixed state. The fact that a part of M I or a part of M II in the oxynitride crystal is replaced with another metal element can be confirmed by a shift of a peak in X-ray diffraction and a change in a peak intensity ratio. it can.
【0023】本発明における電子放出材料の室温におけ
る比抵抗は、通常、10-6〜103Ωmなので、誘電体と
はならない。そして、動作温度(通常、熱陰極では90
0〜1400℃程度、冷陰極では700〜1000℃程
度)において電子放出材料として優れた性能を示す。す
なわち、大きな放電電流を流すことによって高温となっ
た場合でも、蒸気圧が低いために消耗が少ない。The resistivity at room temperature of the electron-emitting material in the present invention is usually so 10 -6 to 10 3 [Omega] m, not a dielectric. And operating temperature (typically 90
(0 to about 1400 ° C., and about 700 to 1000 ° C. for a cold cathode). That is, even when the temperature becomes high due to the flow of a large discharge current, the consumption is small because the vapor pressure is low.
【0024】電子放出材料の製造方法 前記Journal of Materials Science,29,(1994),pp4686-
4693に示されるように、酸化物や炭酸塩などの原料化合
物を混合した後、アンモニア気流中で焼成することによ
り、上記酸窒化物を得ることができる。 Method for producing electron-emitting material The above-mentioned Journal of Materials Science, 29, (1994), pp4686-
As shown in 4693, the above-mentioned oxynitride can be obtained by mixing raw material compounds such as oxides and carbonates, followed by firing in an ammonia stream.
【0025】しかし、アンモニア気流中で焼成する場
合、排ガスの中にアルカリ性の強いアンモニアが含まれ
るため、製造装置の耐腐食性に留意する必要があり、ま
た、アンモニアが環境中に放出されないように、硫酸な
どを使用したトラップを排気口に配置する必要がある。
そのため、大量生産に不向きであり、また、設備コスト
が高くなる。However, when calcination is performed in an ammonia gas stream, since strongly alkaline ammonia is contained in the exhaust gas, it is necessary to pay attention to the corrosion resistance of the manufacturing apparatus. It is necessary to arrange a trap using sulfuric acid or the like at the exhaust port.
Therefore, it is not suitable for mass production, and equipment costs increase.
【0026】そこで、本発明者らは、アンモニア気流を
使用せずに酸窒化物ペロブスカイトを生成できる製造方
法を探索した結果、少なくとも原料粉末を含有する被焼
成物と炭素とを近接配置した状態で、窒素ガス含有雰囲
気中において焼成すれば、酸窒化物ペロブスカイトを生
成できることを見いだした。この方法では、安定で扱い
やすい窒素ガスを利用できるため、アンモニア気流を利
用する方法の問題点が解消される。この方法は、酸窒化
物ペロブスカイトの製造方法としては全く新規なもので
あり、本発明者らが初めて提案する方法である。なお、
この方法における被焼成物は、原料粉末そのものであっ
てもよく、原料粉末を含有する塗膜であってもよく、原
料粉末の成形体であってもよい。また、この場合の原料
粉末は、酸化物および/または焼成により酸化物を生成
する出発原料であってもよく、これを焼成して複合酸化
物を生成させた中間生成物であってもよい。Therefore, the present inventors have searched for a production method capable of producing oxynitride perovskite without using an ammonia gas flow, and as a result, it has been found that at least the material to be fired containing the raw material powder and carbon are placed in close proximity to each other. It has been found that calcination in an atmosphere containing nitrogen gas can produce oxynitride perovskite. In this method, since a stable and easy-to-use nitrogen gas can be used, the problem of the method using the ammonia gas flow is solved. This method is completely novel as a method for producing oxynitride perovskite, and is the method proposed by the present inventors for the first time. In addition,
The material to be fired in this method may be the raw material powder itself, a coating film containing the raw material powder, or a molded product of the raw material powder. In addition, the raw material powder in this case may be an oxide and / or a starting material that generates an oxide by firing, or may be an intermediate product obtained by firing this to generate a composite oxide.
【0027】この方法において、被焼成物と炭素とを近
接配置する手段は特に限定されず、例えば、少なくとも
一部が炭素から構成されている焼成炉を用いたり、炉中
にバルク状、粒状、粉末状の炭素を入れた状態で被焼成
物を焼成したり、被焼成物に粒状、粉末状の炭素を混合
して焼成したり、被焼成物を少なくとも一部が炭素から
なる容器(匣)に入れて焼成したり、これら各手段の2
種以上を併用したりすればよい。これらのうちでは、被
焼成物中の原料粉末と炭素とをほぼ均一に接触させるこ
とが容易であって、かつ、被焼成物を窒素気流にさらし
やすいことから、特に、被焼成物に粒状や粉末状の炭素
を混合して焼成する方法が好ましい。ただし、比較的薄
い塗膜を焼成する際には、塗膜中に炭素粉末を分散させ
なくてもよい。塗膜が薄い場合には、焼成炉や容器から
塗膜中の原料粉末に十分に炭素を供給でき、また、薄い
塗膜に炭素粉末を分散させると、炭素粉末が塗膜の密度
や平坦性などに影響を与えるおそれがあるからである。In this method, the means for arranging the object to be fired and the carbon in close proximity is not particularly limited. For example, a firing furnace at least partially composed of carbon may be used, or a bulk, granular, The object to be fired is baked in a state in which powdered carbon is put, or the object to be fired is mixed with granular or powdered carbon and fired, or the object to be fired is at least partially made of carbon. Or firing in
More than one species may be used in combination. Among these, it is easy to make the raw material powder in the object to be fired substantially uniformly contact the carbon, and the object to be fired is easily exposed to a nitrogen gas stream. A method in which powdered carbon is mixed and fired is preferred. However, when baking a relatively thin coating film, the carbon powder need not be dispersed in the coating film. When the coating film is thin, sufficient carbon can be supplied from the firing furnace or container to the raw material powder in the coating film, and when the carbon powder is dispersed in the thin coating film, the carbon powder becomes denser and flatter. This is because there is a possibility that it may have an effect on the operation.
【0028】なお、少なくとも一部が炭素で構成された
炉としては、例えば、断熱材の少なくとも一部を炭素で
構成した炉が挙げられ、また、電気炉では、発熱体だ
け、または発熱体および断熱材をそれぞれ炭素で構成し
た炉が挙げられる。また、炭素からなる上記容器として
は、被焼成物に対する窒素ガスの接触を阻害しないよう
に、少なくとも一端が開放された容器を用いる。Examples of the furnace at least partially composed of carbon include, for example, a furnace composed of carbon at least part of a heat insulating material. In an electric furnace, only a heating element or a heating element and a heating element are used. A furnace in which the heat insulating material is made of carbon is used. As the container made of carbon, a container having at least one open end is used so as not to hinder the contact of the nitrogen gas with the object to be fired.
【0029】また、炭素単体に替えて、炭素化合物を利
用することもできる。例えば、通常、成形体や塗膜には
有機化合物からなるバインダが含まれるが、焼成する際
に脱バインダを不十分にすることにより、バインダから
炭素を供給して酸窒化物を形成することもできる。ま
た、原料粉末中に有機化合物を入れたり、炉中に有機化
合物を入れて焼成したりすることによっても、酸窒化物
の生成は可能である。しかし、酸窒化物を安定して製造
でき、かつ、有機化合物の残留に起因する電子放出材料
の特性低下を招く心配がないことから、炭素単体を利用
する方法がより好ましい。Further, a carbon compound can be used instead of simple carbon. For example, usually, a molded article or a coating film contains a binder made of an organic compound.However, it is also possible to form oxynitride by supplying carbon from the binder by insufficiently removing the binder during firing. it can. The oxynitride can also be generated by putting an organic compound in the raw material powder or by putting an organic compound in a furnace and firing. However, a method using carbon alone is more preferable because oxynitride can be manufactured stably and there is no fear that the characteristics of the electron-emitting material are deteriorated due to the residual organic compound.
【0030】以下、本発明における電子放出材料を膜と
して得る方法のそれぞれについて、詳細に説明する。Hereinafter, each of the methods for obtaining the electron-emitting material in the present invention as a film will be described in detail.
【0031】膜の製造方法1 電子放出材料を膜として得るに際しては、酸窒化物の生
成を上記した条件で行えばよく、そのほかの工程は特に
限定されず、例えば図1〜図4にそれぞれ工程の流れを
示す方法を利用することができる。まず、図1に示す各
工程について説明する。 Method 1 for Producing Film In obtaining the electron-emitting material as a film, the oxynitride may be formed under the above-mentioned conditions, and the other steps are not particularly limited. For example, the steps shown in FIGS. Can be used. First, each step shown in FIG. 1 will be described.
【0032】秤量工程 秤量工程では、出発原料を最終組成に応じて秤量する。
出発原料として用いる化合物は、酸化物および/または
焼成により酸化物となる化合物、例えば炭酸塩、蓚酸塩
などを用いればよいが、通常、第1成分を含む化合物に
は、BaCO3、SrCO3およびCaCO3を用いるこ
とが好ましく、第2成分を含む化合物には、Ta2O5、
ZrO2、Nb2O5、TiO2およびHfO2を用いるこ
とが好ましい。また、前記元素Mの出発原料としては、
MgCO3、Sc2O3、Y2O3、La2O3、V2O5、C
r2O3、MoO3、WO3、Fe2O3、NiOおよびAl
2O3を用いることが好ましい。[0032] In the weighing step weighing process, weighed in accordance with the final composition of the starting material.
As a compound used as a starting material, an oxide and / or a compound which becomes an oxide upon firing, for example, a carbonate, an oxalate, or the like may be used. Usually, BaCO 3 , SrCO 3 and It is preferable to use CaCO 3, and the compound containing the second component includes Ta 2 O 5 ,
It is preferable to use ZrO 2 , Nb 2 O 5 , TiO 2 and HfO 2 . Further, as a starting material of the element M,
MgCO 3 , Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , V 2 O 5 , C
r 2 O 3 , MoO 3 , WO 3 , Fe 2 O 3 , NiO and Al
It is preferable to use 2 O 3 .
【0033】混合工程 混合工程では、秤量した出発原料を混合し、原料粉末を
得る。混合には、ボールミル法、摩擦ミル法、共沈法な
どの方法を用いることができる。混合後、脱水加熱乾燥
法または凍結乾燥法などで乾燥する。 Mixing Step In the mixing step, the weighed starting materials are mixed to obtain a raw material powder. For mixing, a method such as a ball mill method, a friction mill method, and a coprecipitation method can be used. After mixing, drying is performed by a dehydration heating drying method or a freeze drying method.
【0034】この混合工程では、必要に応じ出発原料に
炭素を添加する。炭素は、出発原料の混合の際に同時に
湿式混合してもよく、出発原料同士を混合した後に添加
して乾式混合してもよい。炭素は比重が比較的小さく、
分散媒中に分散しにくいため、湿式混合を行う場合には
必要に応じ分散剤を添加する。分散媒は水系であっても
有機系であってもよいが、環境への負荷を考慮すると、
水系のものを利用することが好ましい。In this mixing step, carbon is added to the starting materials as required. Carbon may be wet-mixed simultaneously with the mixing of the starting materials, or may be added after the starting materials are mixed and then dry-mixed. Carbon has a relatively small specific gravity,
Since it is difficult to disperse in a dispersion medium, a dispersant is added as needed when performing wet mixing. The dispersion medium may be aqueous or organic, but considering the load on the environment,
It is preferable to use an aqueous type.
【0035】炭素の添加量は、出発原料に対し好ましく
は50質量%以下、より好ましくは20質量%以下であ
る。添加量が多すぎると、電子放出に寄与しない炭化物
や窒化物が多量に生成しやすくなるため、好ましくな
い。また、焼成後に炭素が多量に残留して、電子放出材
料として使用する際に蒸発してガス化しやすくなる点で
も、好ましくない。一方、炭素からなる容器および炭素
を含む炉材を利用しない場合において炭素の添加量が少
なすぎると、酸窒化物を生成することが困難となる。そ
のためこの場合には、炭素の添加量を出発原料に対し好
ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%とす
る。炭素の種類は特に限定されず、グラファイトや無定
型炭素などのいずれであってもよい。混合物中における
炭素の平均粒径は、好ましくは1mm以下、より好ましく
は500μm以下である。平均粒径が大きすぎると、混
合物中において均一に分散しにくくなるほか、反応しに
くくなるので、焼成後に残留しやすくなる。炭素粉末の
平均粒径は小さいほうが好ましいが、小さすぎると取り
扱いおよび分散が困難となるので、好ましくは0.01
μm以上とする。なお、炭素粉末の分散性を向上させる
ために、分散剤を用いてもよい。また、混合物中におけ
る炭素の平均粒径の具体値は、塗膜の厚さや塗膜に要求
される緻密さなどに応じて適宜決定すればよい。The amount of carbon added is preferably 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, based on the starting materials. If the addition amount is too large, a large amount of carbides and nitrides that do not contribute to electron emission tends to be generated, which is not preferable. In addition, it is not preferable because a large amount of carbon remains after firing and is likely to evaporate and gasify when used as an electron-emitting material. On the other hand, in the case where the container made of carbon and the furnace material containing carbon are not used, if the added amount of carbon is too small, it becomes difficult to generate oxynitride. Therefore, in this case, the added amount of carbon is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass, based on the starting material. The type of carbon is not particularly limited, and may be any of graphite, amorphous carbon, and the like. The average particle size of carbon in the mixture is preferably 1 mm or less, more preferably 500 μm or less. If the average particle size is too large, it is difficult to uniformly disperse in the mixture, and it is difficult to react, so that it tends to remain after firing. It is preferable that the average particle size of the carbon powder is small, but if the average particle size is too small, it becomes difficult to handle and disperse.
μm or more. In addition, a dispersant may be used to improve the dispersibility of the carbon powder. Further, the specific value of the average particle diameter of carbon in the mixture may be appropriately determined according to the thickness of the coating film, the density required for the coating film, and the like.
【0036】スラリー調製工程 スラリー調製工程では、出発原料の混合物をスラリー化
する。上記混合工程において湿式混合を行う場合には、
混合工程がスラリー調製工程を兼ねる構成とすることが
好ましい。スラリー化に用いる分散媒は、上記混合工程
において説明したように、水系であっても有機系であっ
てもよい。 Slurry Preparation Step In the slurry preparation step, a mixture of starting materials is slurried. When performing wet mixing in the mixing step,
It is preferable that the mixing step also serves as a slurry preparation step. The dispersion medium used for slurrying may be aqueous or organic as described in the mixing step.
【0037】スラリー調製工程では、必要に応じてバイ
ンダを添加する。バインダの種類は特に限定されず、有
機系分散媒に対しては、例えばエチルセルロース、ポリ
ビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択
すればよく、水系分散媒に対しては、例えばポリビニル
アルコール、セルロース、水溶性アクリル樹脂などを用
いればよい。In the slurry preparation step, a binder is added as required. The type of the binder is not particularly limited, and for the organic dispersion medium, for example, ethyl cellulose, may be appropriately selected from various ordinary binders such as polyvinyl butyral, and for the aqueous dispersion medium, for example, polyvinyl alcohol, cellulose, A water-soluble acrylic resin or the like may be used.
【0038】スラリー中の固形分濃度、あるいはスラリ
ーの粘度は、塗膜形成方法に応じて適宜決定すればよい
が、通常、スラリー粘度は0.01〜105mPa・s程度
とすることが好ましい。The solids concentration in the slurry or the viscosity of the slurry, may be suitably determined depending on the film forming method, usually, the slurry viscosity is preferably set to 0.01 to 10 5 mPa · s about .
【0039】塗膜形成工程 この工程では、調製したスラリーを用いて基材表面に塗
膜を形成する。基材構成材料は特に限定されず、各種金
属やセラミックス等のいずれであってもよい。The coating film-forming step In this step, a coating film is formed on the substrate surface using a prepared slurry. The base material is not particularly limited, and may be any of various metals and ceramics.
【0040】塗膜形成方法は特に限定されず、必要とさ
れる塗膜厚さなどに応じ、例えば、印刷法、ドクターブ
レード法、スプレー法などの各種方法から適宜選択すれ
ばよい。The method for forming a coating film is not particularly limited, and may be appropriately selected from various methods such as a printing method, a doctor blade method, and a spraying method according to a required coating film thickness and the like.
【0041】酸窒化物生成工程 酸窒化物生成工程では、上記塗膜を被焼成物として、窒
素ガス含有雰囲気中で、好ましくは窒素気流中で焼成
し、酸窒化物ペロブスカイトを含む電子放出材料を得
る。このとき、前述したように、必要に応じ、少なくと
も一部が炭素で構成された炉や容器を用いたり、炉中に
炭素を配置したり、これらを併用したりする。焼成温度
は、好ましくは800〜2000℃、より好ましくは1
100〜1700℃である。焼成温度が低すぎると酸窒
化物が生成されにくくなり、焼成温度が高すぎると炭化
物や窒化物の生成量が多くなって、いずれの場合でも電
子放出材料としての性能が不十分となりやすい。また、
焼成温度が高すぎると、被焼成物が溶融するおそれもあ
る。焼成時間(温度保持時間)は、通常、0.5〜5時
間程度とすればよい。この焼成によりペロブスカイト構
造の酸窒化物が生成される。また、このとき、酸窒化物
以外に、前記第2成分の炭化物および/または窒化物も
同時に生成されることがあり、特に炭化物は生成されや
すい。[0041] In the oxynitride forming step oxynitride forming step as the coating film of the baked product, a nitrogen gas-containing atmosphere, preferably calcined in a nitrogen stream, an electron-emitting material containing oxynitride perovskite obtain. At this time, as described above, a furnace or a vessel at least partially composed of carbon is used, carbon is disposed in the furnace, or both are used as necessary. The firing temperature is preferably 800 to 2000 ° C, more preferably 1 to 2000 ° C.
100-1700 ° C. If the firing temperature is too low, oxynitrides are less likely to be generated, and if the firing temperature is too high, the amount of carbides and nitrides generated increases, and in any case, the performance as an electron-emitting material tends to be insufficient. Also,
If the firing temperature is too high, the material to be fired may be melted. The firing time (temperature holding time) may be generally about 0.5 to 5 hours. By this firing, an oxynitride having a perovskite structure is generated. Further, at this time, in addition to the oxynitride, carbide and / or nitride of the second component may be simultaneously generated, and particularly, carbide is easily generated.
【0042】なお、原料粉末に混合された炭素粉末は、
窒素ガス含有雰囲気中での焼成により反応して消耗する
ため、混合量が適切であれば電子放出材料膜中に実質的
に残存しない。したがって、焼成後、電子放出材料膜か
ら炭素粉末を除去する必要はないが、例えば粒径の大き
な炭素粉末を比較的多量に用いた場合などには、必要に
応じて除去作業を行ってもよい。The carbon powder mixed with the raw material powder is
Since it is consumed by reacting by baking in a nitrogen gas-containing atmosphere, it does not substantially remain in the electron emission material film if the mixing amount is appropriate. Therefore, after firing, it is not necessary to remove the carbon powder from the electron emission material film. However, for example, when a relatively large amount of carbon powder having a large particle diameter is used, the removal operation may be performed as necessary. .
【0043】上記窒素ガス含有雰囲気としては、窒素1
00%であることが最も好ましいが、Ar等の不活性ガ
ス、CO、H2等の還元性ガス、炭素を構成成分とする
ガス(例えばベンゼンや一酸化炭素など)が含まれてい
てもよい。ただし、その場合でも、窒素が全体の50%
以上を占めることが好ましい。炭素を構成成分とするガ
スは、窒素に比べ一般に取り扱いが難しい上、酸窒化物
ペロブスカイトを安定して生成させることが難しい。As the nitrogen gas-containing atmosphere, nitrogen 1
It is most preferable that the content be 00%, but an inert gas such as Ar, a reducing gas such as CO or H 2, or a gas containing carbon as a component (for example, benzene or carbon monoxide) may be contained. . However, even in that case, nitrogen is 50% of the whole
It is preferable to occupy the above. A gas containing carbon as a constituent component is generally more difficult to handle than nitrogen, and it is difficult to stably generate an oxynitride perovskite.
【0044】窒素気流中で焼成する場合、被焼成物近傍
での単位面積当たりの窒素ガス流量、すなわち、被焼成
物近傍の空間において、窒素気流の流れる方向と垂直な
断面における単位面積あたりの窒素ガス流量は、0.0
001m/s以上、特に0.001m/s以上とすることが好
ましい。この程度の流量で被焼成物に窒素ガスを供給す
ることにより、被焼成物中において酸窒化物が迅速かつ
均一に生成しやすくなる。なお、上記流量は被焼成物が
飛散しない範囲内で設定すればよく、その具体的な上限
は特にないが、通常は5m/sを超える流量とする必要は
ない。When firing in a nitrogen stream, the flow rate of nitrogen gas per unit area near the object to be fired, ie, the nitrogen per unit area in a space near the object to be fired in a cross section perpendicular to the direction of flow of the nitrogen gas flow The gas flow rate is 0.0
It is preferably at least 001 m / s, particularly preferably at least 0.001 m / s. By supplying nitrogen gas to the object to be fired at such a flow rate, oxynitride can be easily and quickly generated in the object to be fired. The flow rate may be set within a range in which the material to be fired is not scattered, and there is no specific upper limit, but it is not usually necessary to set the flow rate to more than 5 m / s.
【0045】上記酸窒化物は、酸素ガス含有雰囲気中で
加熱した場合に分解されやすいため、焼成雰囲気は低酸
素分圧に保つことが好ましい。酸窒化物の分解されやす
さは加熱温度によっても異なるので、焼成温度に応じて
酸素分圧を適切に制御すればよいが、好ましくは5.0
×103Pa(0.05気圧)以下、より好ましくは1.
0×103Pa(0.01気圧)以下、さらに好ましくは
0.1×103Pa(0.001気圧)以下である。な
お、上記酸素分圧の好ましい下限は特になく、酸素分圧
がゼロであってもよいが、通常の焼成装置を用いた場
合、焼成雰囲気中の酸素分圧は一般に0.1Pa以上とな
る。Since the above oxynitride is easily decomposed when heated in an atmosphere containing an oxygen gas, the firing atmosphere is preferably maintained at a low oxygen partial pressure. Since the ease of decomposition of the oxynitride varies depending on the heating temperature, the oxygen partial pressure may be appropriately controlled according to the firing temperature, but preferably 5.0.
× 10 3 Pa (0.05 atm) or less, more preferably 1.
The pressure is 0 × 10 3 Pa (0.01 atm) or less, more preferably 0.1 × 10 3 Pa (0.001 atm) or less. The preferable lower limit of the oxygen partial pressure is not particularly limited, and the oxygen partial pressure may be zero. However, when a normal firing apparatus is used, the oxygen partial pressure in the firing atmosphere is generally 0.1 Pa or more.
【0046】膜の製造方法2 図2に示す方法は、塗膜形成前に酸窒化物ペロブスカイ
トを生成させる点が、図1に示す方法と異なる。図1に
示す方法において塗膜中に炭素粉末が含まれる場合、焼
成時に塗膜中の炭素が反応するため、炭素の消耗により
電子放出材料膜の寸法精度や密度が影響を受けるおそれ
がある。これに対し図2に示す方法では、塗膜形成前に
設けた酸窒化物生成工程で炭素を消耗させた後に塗膜を
形成するため、炭素消耗による影響を心配する必要がな
い。以下、各工程について説明する。 Method 2 for Producing Film The method shown in FIG. 2 is different from the method shown in FIG. 1 in that oxynitride perovskite is generated before forming a coating film. When carbon powder is contained in the coating film in the method shown in FIG. 1, carbon in the coating film reacts at the time of firing, so that dimensional accuracy and density of the electron emission material film may be affected by consumption of carbon. On the other hand, in the method shown in FIG. 2, since the coating is formed after the carbon is consumed in the oxynitride generation step provided before the coating is formed, there is no need to worry about the influence of carbon consumption. Hereinafter, each step will be described.
【0047】秤量工程 図1に示す秤量工程と同様にして行う。[0047] performed in the same manner as the weighing process shown in weighing Scheme 1.
【0048】混合工程 図1に示す混合工程と同様にして行う。 Mixing Step The mixing step is performed in the same manner as in the mixing step shown in FIG.
【0049】酸窒化物生成工程 この方法では、出発原料および必要に応じて添加される
炭素の混合物を、粉末の状態で、または取り扱いを容易
にするために必要に応じて成形した状態で、図1に示す
酸窒化物生成工程と同様な条件で焼成し、酸窒化物ペロ
ブスカイトを含む電子放出材料を得る。Oxynitride Formation Step In this method, the mixture of the starting materials and the carbon, which is optionally added, is prepared in the form of a powder or, if necessary, for ease of handling. Firing is performed under the same conditions as in the oxynitride generation step shown in FIG. 1 to obtain an electron emission material containing oxynitride perovskite.
【0050】粉砕工程 粉砕工程では、酸窒化物生成工程で得られた電子放出材
料を粉砕し、電子放出材料粉末を得る。この粉砕には、
ボールミルや気流粉砕を利用すればよい。粉砕工程を設
けることにより、電子放出材料の粒径を小さくでき、か
つ、粒度分布を狭くできるので、電子放出性の向上およ
びそのばらつきを小さくできる。したがって、粉砕工程
は設けることが好ましい。[0050] In the pulverization step grinding process, grinding the electron emission material obtained by oxynitride forming step, obtaining an electron-emitting material powder. In this grinding,
A ball mill or airflow pulverization may be used. By providing the pulverizing step, the particle size of the electron-emitting material can be reduced and the particle size distribution can be narrowed, so that the electron-emitting property can be improved and its variation can be reduced. Therefore, it is preferable to provide a pulverizing step.
【0051】スラリー調製工程 電子放出材料を用いるほかは図1に示すスラリー調製工
程と同様にして行う。なお、直前に設ける粉砕工程にお
いて湿式粉砕を利用すれば、粉砕工程がスラリー調製工
程を兼ねる構成とできる。[0051] In addition the use of slurry preparation step the electron-emitting material is performed similarly to the slurry preparation step shown in FIG. If wet pulverization is used in the pulverization step provided immediately before, the pulverization step can also serve as a slurry preparation step.
【0052】塗膜形成工程 図1に示す塗膜形成工程と同様にして行う。[0052] carried out in the same manner as the coating film forming step shown in the film forming process diagram 1.
【0053】熱処理工程 熱処理工程では、塗膜を乾燥すると共に、バインダが添
加されている場合には脱バインダも行う。熱処理は、8
0℃以上、通常、150〜2000℃で0.5〜20時
間程度行えばよい。この熱処理により塗膜が焼結して緻
密化してもよいが、電子放出材料膜は緻密な焼結体でな
いほうが好ましい場合もある。その場合には、粒子が焼
結しない処理条件、例えば1600℃以下で0.5〜5
時間程度とすることが好ましい。 Heat Treatment Step In the heat treatment step, the coating film is dried and, if a binder is added, the binder is removed. Heat treatment is 8
It may be performed at 0 ° C. or higher, usually at 150 to 2000 ° C. for about 0.5 to 20 hours. Although the coating film may be sintered and densified by this heat treatment, it may be preferable that the electron emission material film is not a dense sintered body. In that case, processing conditions under which the particles do not sinter, for example, 0.5 to 5 at 1600 ° C. or less.
It is preferable to set it to about time.
【0054】熱処理の際の雰囲気は、既に生成している
酸窒化物ペロブスカイトの分解が生じないように適宜決
定すればよい。すなわち、比較的低温で熱処理する場合
には、空気中等の酸化性雰囲気であってもよいが、比較
的高温の場合には、窒素ガス等の中性ガスやAr等の不
活性ガスなどからなる非酸化性雰囲気とすることが好ま
しい。その場合の雰囲気中の酸素分圧は、酸窒化物生成
工程の説明に記載した範囲とすることが好ましい。ま
た、より高温で熱処理する場合には、酸窒化物生成工程
の場合と同様に、塗膜に対し炭素を近接配置し、かつ、
窒素ガス含有雰囲気中で熱処理を行うことが好ましい。
すなわち、少なくとも一部が炭素で構成された容器や炉
を用いたり、炉中に炭素を配置したり、これらを併用し
たりすればよい。このときの窒素ガス含有雰囲気におけ
る好ましい条件は、酸窒化物生成工程の説明において記
載した窒素ガス含有雰囲気についての好ましい条件と同
様である。The atmosphere at the time of the heat treatment may be appropriately determined so as not to decompose the oxynitride perovskite already generated. In other words, when the heat treatment is performed at a relatively low temperature, the heat treatment may be performed in an oxidizing atmosphere such as in air, but when the heat treatment is performed at a relatively high temperature, the heat treatment may be performed using a neutral gas such as nitrogen gas or an inert gas such as Ar. It is preferable to use a non-oxidizing atmosphere. In this case, the oxygen partial pressure in the atmosphere is preferably in the range described in the description of the oxynitride generation step. When heat treatment is performed at a higher temperature, carbon is disposed close to the coating film, as in the case of the oxynitride generation step, and
The heat treatment is preferably performed in a nitrogen gas-containing atmosphere.
That is, it is only necessary to use a container or a furnace at least partly made of carbon, arrange carbon in the furnace, or use them together. The preferable conditions in the nitrogen gas-containing atmosphere at this time are the same as the preferable conditions for the nitrogen gas-containing atmosphere described in the description of the oxynitride generation step.
【0055】膜の製造方法3 図3に示す方法は、複合酸化物生成工程においてMI 5M
II 4O15等の複合酸化物をいったん生成させた後、この
複合酸化物を含む粉末を原料粉末として用いる点が、図
1に示す方法と異なる。図1に示す方法では、出発原料
の粉末をスラリー化して基材表面に塗膜を形成し、この
塗膜中において酸窒化物を生成させるので、焼成中に塗
膜と基材とが反応してしまい、電子放出材料膜の特性低
下を招くことがある。これに対し図3に示す方法では、
いったん複合酸化物を生成させて、この複合酸化物を含
有する粉末を含む塗膜を焼成するため、塗膜と基材とが
反応しにくい。したがって、基材との反応を極端に嫌う
場合、図3に示す方法は有効である。以下、図3に示す
各工程について説明する。[0055] The method shown in the production method 3 Figure 3 of the membrane, M I 5 M in the composite oxide generation step
The difference from the method shown in FIG. 1 is that once a composite oxide such as II 4 O 15 is generated, a powder containing this composite oxide is used as a raw material powder. In the method shown in FIG. 1, the starting material powder is slurried to form a coating film on the surface of the base material, and oxynitride is generated in the coating film, so that the coating film and the base material react during firing. As a result, the characteristics of the electron emission material film may be deteriorated. In contrast, the method shown in FIG.
Once the composite oxide is formed and the coating film containing the powder containing the composite oxide is baked, the coating film and the substrate hardly react. Therefore, when the reaction with the base material is extremely disliked, the method shown in FIG. 3 is effective. Hereinafter, each step shown in FIG. 3 will be described.
【0056】秤量工程 図1に示す秤量工程と同様にして行う。[0056] performed in the same manner as the weighing process shown in weighing Scheme 1.
【0057】混合工程 炭素を添加しないほかは図1に示す混合工程と同様にし
て行う。 Mixing Step The mixing step is performed in the same manner as in the mixing step shown in FIG. 1 except that carbon is not added.
【0058】複合酸化物生成工程 原料粉末を、空気中等の酸化性雰囲気中で焼成し、MI 5
MII 4O15等の複合酸化物を含む中間生成物を生成させ
る。この中間生成物中に含有される複合酸化物として
は、本発明により製造される電子放出材料に含まれ得る
前記複合酸化物の少なくとも1種が挙げられる。この焼
成により得られる中間生成物は、実質的に複合酸化物だ
けから構成されていることが好ましい。焼成温度は、好
ましくは800〜1700℃、より好ましくは800〜
1500℃、さらに好ましくは900〜1300℃とす
る。焼成温度が低すぎると、MI 5MII 4O15等の複合酸
化物が生成しにくい。一方、焼成温度が高すぎると、焼
結が進んで粉砕しにくくなり、また、複合酸化物の溶融
や分解が生じることもある。焼成時間は、0.5〜5時
間程度とすればよい。この焼成は、粉末の状態で行って
もよく、取り扱いを容易にするために粉末を成形した状
態で行ってもよい。なお、複合酸化物生成工程は、還元
性雰囲気中で行ってもよい。還元性雰囲気中で焼成して
も、上記複合酸化物を生成することができる。ただし、
還元性雰囲気とするためには雰囲気制御が必要になるこ
と、最終的に得られる電子放出材料の性能が複合酸化物
生成工程における焼成雰囲気に依存しないことから、通
常、空気中で焼成することが好ましい。The composite oxide forming step The raw material powder is fired in an oxidizing atmosphere such as air to obtain M I 5
An intermediate product containing a complex oxide such as M II 4 O 15 is produced. Examples of the complex oxide contained in the intermediate product include at least one of the complex oxides that can be contained in the electron-emitting material produced according to the present invention. It is preferable that the intermediate product obtained by this calcination is substantially composed of only the composite oxide. The firing temperature is preferably 800 to 1700 ° C, more preferably 800 to 1700 ° C.
1500 ° C, more preferably 900 to 1300 ° C. If the firing temperature is too low, M I 5 M II 4 O composite oxide such as 15 is hardly generated. On the other hand, if the firing temperature is too high, sintering proceeds and it becomes difficult to grind, and the composite oxide may be melted or decomposed. The firing time may be about 0.5 to 5 hours. This baking may be performed in a powder state, or may be performed in a state in which the powder is molded for easy handling. Note that the composite oxide generation step may be performed in a reducing atmosphere. The above-mentioned composite oxide can be produced even by firing in a reducing atmosphere. However,
Since it is necessary to control the atmosphere in order to obtain a reducing atmosphere, and since the performance of the electron emission material finally obtained does not depend on the firing atmosphere in the composite oxide generation step, firing in air is usually performed. preferable.
【0059】粉砕工程 図1に示す粉砕工程と同様にして行うが、図1に示す混
合工程と同様に、必要に応じ炭素を混合する。 Pulverization Step The pulverization step is performed in the same manner as in the pulverization step shown in FIG. 1, but carbon is mixed as necessary, as in the mixing step shown in FIG.
【0060】スラリー調製工程 中間生成物を用いるほかは図1に示すスラリー調製工程
と同様にして行う。[0060] In addition the use of slurry preparation step the intermediate product is carried out similar to the slurry preparation step shown in FIG.
【0061】塗膜形成工程 図1に示す塗膜形成工程と同様にして行う。[0061] carried out in the same manner as the coating film forming step shown in the film forming process diagram 1.
【0062】酸窒化物生成工程 図1に示す酸窒化物生成工程と同様にして行い、酸窒化
物ペロブスカイトを生成させる。Oxynitride Generation Step An oxynitride perovskite is generated in the same manner as in the oxynitride generation step shown in FIG.
【0063】膜の製造方法4 図4に示す方法は、塗膜形成前に酸窒化物生成工程を設
けて酸窒化物ペロブスカイトを生成させる点が、図3に
示す方法と異なる。あるいは、複合酸化物生成工程にお
いていったん複合酸化物を生成させた後、この複合酸化
物を含む粉末を原料粉末として用いる点が、図2に示す
方法と異なるともいえる。したがって、炭素の消耗によ
る塗膜の寸法精度や密度への影響は、図4に示す方法に
おいても心配する必要がない。以下、各工程について説
明する。 Method 4 for Producing Film The method shown in FIG. 4 differs from the method shown in FIG. 3 in that an oxynitride generation step is provided before the coating film is formed to generate an oxynitride perovskite. Alternatively, it can be said that the method differs from the method shown in FIG. 2 in that once the composite oxide is generated in the composite oxide generation step, the powder containing the composite oxide is used as the raw material powder. Therefore, there is no need to worry about the influence of carbon consumption on the dimensional accuracy and density of the coating film even in the method shown in FIG. Hereinafter, each step will be described.
【0064】秤量工程 図3に示す秤量工程と同様にして行う。[0064] performed in the same manner as the weighing process shown in weighing Scheme 3.
【0065】混合工程 図3に示す混合工程と同様にして行う。 Mixing Step The mixing step is performed in the same manner as in the mixing step shown in FIG.
【0066】複合酸化物生成工程 図3に示す複合酸化物生成工程と同様にして行い、複合
酸化物を生成させる。 Composite Oxide Generation Step A composite oxide is generated in the same manner as the composite oxide generation step shown in FIG.
【0067】第1の粉砕工程 図3に示す粉砕工程と同様にして行う。 First crushing step The first crushing step is performed in the same manner as in the crushing step shown in FIG.
【0068】酸窒化物生成工程 図3に示す酸窒化物生成工程と同様にして行い、酸窒化
物を含む電子放出材料を得る。Oxynitride Generation Step The oxynitride generation step shown in FIG. 3 is performed to obtain an electron emission material containing an oxynitride.
【0069】第2の粉砕工程 炭素を添加しないほかは図3に示す粉砕工程と同様にし
て行う。 Second pulverizing step The pulverizing step is performed in the same manner as in the pulverizing step shown in FIG. 3, except that carbon is not added.
【0070】スラリー調製工程 電子放出材料を用いるほかは図3に示すスラリー調製工
程と同様にして行う。[0070] In addition the use of slurry preparation step the electron-emitting material is performed similarly to the slurry preparation step shown in FIG.
【0071】塗膜形成工程 図3に示す塗膜形成工程と同様にして行う。 Coating Film Forming Step The coating film forming step is performed in the same manner as the coating film forming step shown in FIG.
【0072】熱処理工程 図2に示す熱処理工程と同様にして行う。Heat treatment step is performed in the same manner as the heat treatment step shown in FIG.
【0073】電極 本発明における電子放出材料は、蛍光ランプ等の各種放
電灯用の電極に好適である。その場合、熱陰極動作の電
極としても、冷陰極動作の電極としても利用可能であ
る。 Electrodes The electron emitting material of the present invention is suitable for electrodes for various discharge lamps such as fluorescent lamps. In that case, it can be used both as an electrode for hot cathode operation and as an electrode for cold cathode operation.
【0074】本発明における電子放出材料を膜として利
用する場合、例えば、線状体(コイル状やダブルコイル
状のフィラメントなど)や板状体である基材の表面に、
電子放出材料膜を形成して電極とすることができる。基
材構成材料としては、例えばW、Mo、Ta、Ni、Z
r、Ti等の各種金属、またはこれらの少なくとも1種
を含有する合金、あるいは、ZrO2、Al2O3、Mg
O、AlN、Si3N4等のセラミックス、またはこれら
の少なくとも1種を含有するセラミックス(SIALON等)
を用いることができる。また、このほか、酸窒化物含有
粉末または焼成により酸窒化物が生成する原料粉末を含
有する塗膜と、導電材料を含有する塗膜とを、印刷法や
シート法により積層し、これを焼成して積層型の電極と
してもよい。In the case where the electron-emitting material of the present invention is used as a film, for example, it may be applied to the surface of a base material such as a linear body (a coil-shaped or double-coiled filament) or a plate-shaped body.
An electrode can be formed by forming an electron emission material film. As the base material, for example, W, Mo, Ta, Ni, Z
r, various metals such as Ti, or alloys containing at least one of these, or ZrO 2 , Al 2 O 3 , Mg
Ceramics such as O, AlN, Si 3 N 4 or ceramics containing at least one of them (SIALON etc.)
Can be used. In addition, a coating film containing an oxynitride-containing powder or a raw material powder in which oxynitride is generated by firing and a coating film containing a conductive material are laminated by a printing method or a sheet method, and this is fired. To form a stacked electrode.
【0075】本発明における電子放出材料を膜として利
用する場合、膜の厚さは、通常、5〜1000μm程度
とすればよい。電子放出材料膜中における電子放出材料
粒子の平均粒径は、好ましくは0.05〜20μm、よ
り好ましくは0.1〜10μmである。膜中における平
均粒径をさらに小さくしようとすると、取り扱いが困難
な微小粒子を用いなければならなくなる。また、このよ
うな微小粒子は凝集して2次粒子となりやすく、そのた
め、粒度分布が広くなってしまい、均一な塗膜を形成し
にくくなる。一方、膜中における平均粒径が大きすぎる
と、電子放出材料粒子の脱落が生じやすく、また、塗布
の際の作業性も悪くなり、また、電子放出性も悪くな
る。When the electron-emitting material according to the present invention is used as a film, the thickness of the film is usually about 5 to 1000 μm. The average particle size of the electron emitting material particles in the electron emitting material film is preferably 0.05 to 20 μm, and more preferably 0.1 to 10 μm. In order to further reduce the average particle size in the film, fine particles that are difficult to handle must be used. In addition, such fine particles are likely to aggregate into secondary particles, so that the particle size distribution is widened and it is difficult to form a uniform coating film. On the other hand, if the average particle size in the film is too large, the particles of the electron-emitting material tend to fall off, and the workability during coating is also poor, and the electron-emitting properties are also poor.
【0076】本発明における電子放出材料は、蛍光灯等
の各種放電灯用の電極のほか、ブラウン管の電子銃用電
極、プラズマディスプレイの電極、フィールドエミッシ
ョンディスプレイの電極、蛍光表示管の電極、電子顕微
鏡の電極などの電子放出材料として用いることもでき
る。これらのいずれにおいても、本発明による効果、す
なわち電極の長寿命化および特性向上は実現する。The electron-emitting material in the present invention is not only an electrode for various discharge lamps such as a fluorescent lamp, but also an electrode for an electron gun of a cathode ray tube, an electrode of a plasma display, an electrode of a field emission display, an electrode of a fluorescent display tube, an electron microscope. It can also be used as an electron emission material such as an electrode. In each of these cases, the effect of the present invention, that is, the longevity of the electrode and the improvement of the characteristics are realized.
【0077】放電灯 図6に、冷陰極動作の放電灯の構成例を示す。なお、同
図には管端部付近だけを示してある。従来、冷陰極には
Ni等からなる金属製の筒状体を用いることが一般的で
あり、エミッタを利用する場合には、上記筒状体を電極
基材として、その周面に例えばBaOからなるエミッタ
の塗膜を設ける。本発明を冷陰極放電灯に適用する場合
には、従来のエミッタ塗膜の替わりに、上記電子放出材
料を含有する塗膜を電極基材表面に設ければよい。な
お、電極基材の構成材料としては、Niのほか、例えば
W、Ti、Zr、Mo、Ta等の高融点金属、またはこ
れらの少なくとも1種を含有する合金を好ましく用いる
ことができる。[0077] The discharge lamp Figure 6 shows a configuration example of a discharge lamp of cold cathode operation. It should be noted that only the vicinity of the pipe end is shown in FIG. Conventionally, it is common to use a metal tubular body made of Ni or the like for the cold cathode. When an emitter is used, the tubular body is used as an electrode substrate, and the peripheral surface is made of, for example, BaO. The coating film of the emitter is provided. When the present invention is applied to a cold cathode discharge lamp, a coating containing the above-mentioned electron-emitting material may be provided on the surface of the electrode substrate instead of the conventional emitter coating. As a constituent material of the electrode substrate, in addition to Ni, for example, a high melting point metal such as W, Ti, Zr, Mo, and Ta, or an alloy containing at least one of these can be preferably used.
【0078】図6に示すこの放電灯は、内面に蛍光体9
Aが塗布され、気密封止されたバルブ9を有する。バル
ブ9内には、希ガスが封入されている。バルブ9の端部
には、リード線5が挿通されている。バルブ9内に存在
するリード線5の端部には、バルブ端部を塞ぐステム9
Bを貫通して内部導入線6Aが設けられている。内部導
入線6Aには、電極基材となる導電性パイプ7が接続さ
れている。導電性パイプ7の内周面には、電子放出材料
膜2Aが形成されている。この放電灯は、封止の過程で
水銀をバルブ内に供給する構造である。This discharge lamp shown in FIG. 6 has a phosphor 9 on its inner surface.
A is applied and has a hermetically sealed valve 9. A rare gas is sealed in the valve 9. A lead wire 5 is inserted through an end of the bulb 9. The end of the lead wire 5 present in the valve 9 has a stem 9 for closing the valve end.
An internal introduction line 6A is provided through B. A conductive pipe 7 serving as an electrode substrate is connected to the internal introduction line 6A. On the inner peripheral surface of the conductive pipe 7, an electron emission material film 2A is formed. This discharge lamp has a structure in which mercury is supplied into a bulb during a sealing process.
【0079】なお、本発明における電子放出材料を使用
した電極は、上記構造の放電灯に限らず適用可能であ
る。例えば、前記各公報において本発明者らが既に提案
している各種構造の放電灯への適用が可能である。The electrode using the electron-emitting material according to the present invention is applicable not only to the discharge lamp having the above structure. For example, the invention can be applied to various types of discharge lamps already proposed by the present inventors in the above publications.
【0080】[0080]
【実施例】実施例1 表1に示す電子放出材料膜サンプルを、図1に示す方法
を利用して、以下の手順で作製した。 EXAMPLE 1 Samples of the electron emission material films shown in Table 1 were prepared by the following procedure using the method shown in FIG.
【0081】まず、第1成分としてBa、第2成分とし
てTaおよびZrを選択し、これらの出発原料としてB
aCO3およびTa2O5を準備した。First, Ba was selected as the first component, and Ta and Zr were selected as the second component.
aCO 3 and Ta 2 O 5 were prepared.
【0082】次いで、Ba:Ta:Zr=1:0.8:
0.2となるように上記出発原料を秤量し、この出発原
料と水とポリビニルアルコールとを、ボールミルにより
20時間湿式混合し、スラリーを得た。Then, Ba: Ta: Zr = 1: 0.8:
The starting material was weighed so as to be 0.2, and the starting material, water and polyvinyl alcohol were wet-mixed by a ball mill for 20 hours to obtain a slurry.
【0083】このスラリーを用いて、印刷法により板状
基材の表面に塗膜を形成した。基材構成材料および塗膜
の厚さをそれぞれ表1に示す。なお、表1に示すSIALON
は、AlおよびSiを金属元素成分として含有する酸窒
化物焼結体である。Using this slurry, a coating film was formed on the surface of the plate-like substrate by a printing method. Table 1 shows the base material and the thickness of the coating film. SIALON shown in Table 1
Is an oxynitride sintered body containing Al and Si as metal element components.
【0084】次いで、塗膜に酸窒化物生成処理を施し
た。この処理では、塗膜を形成した基材を、上面が開放
した炭素製の容器に入れ、容器との間に隙間を設けて炭
素製の蓋をかぶせ、窒素気流中において1400℃で5
時間焼成し、電子放出材料膜サンプルを得た。窒素ガス
は、炉中の塗膜近傍空間において窒素気流の流れる方向
と垂直な断面における単位面積当たりの窒素ガス流量が
0.001m/sとなるように供給した。焼成雰囲気中の
酸素分圧を表1に示す。Next, the coating film was subjected to an oxynitride generation treatment. In this treatment, the substrate on which the coating film is formed is placed in a carbon container having an open top surface, a gap is provided between the substrate and the container, and a carbon lid is placed thereon.
After firing for an hour, an electron emission material film sample was obtained. Nitrogen gas was supplied so that the flow rate of nitrogen gas per unit area in a section perpendicular to the flowing direction of the nitrogen gas flow in the space near the coating film in the furnace was 0.001 m / s. Table 1 shows the oxygen partial pressure in the firing atmosphere.
【0085】表1に示す各サンプルについて、X線回折
により生成物を調べた。その結果、すべてのサンプルで
酸窒化物ペロブスカイト(MIMIIO2N型結晶)のピー
クおよびTaCのピークが認められた。各サンプルのピ
ーク強度についての相対的評価を、表1に示す。For each sample shown in Table 1, the product was examined by X-ray diffraction. As a result, the peak of the peak and TaC all samples oxynitride perovskite (M I M II O 2 N type crystals) were observed. Table 1 shows the relative evaluation of the peak intensity of each sample.
【0086】[0086]
【表1】 [Table 1]
【0087】表1から、本発明により酸窒化物ペロブス
カイトを生成できることがわかる。Table 1 shows that oxynitride perovskites can be produced according to the present invention.
【0088】比較のため、本出願人による前記特開平9
−129177号公報記載の方法に基づき、以下の手順
で電極サンプルを作製した。まず、サンプルNo.4の製
造に用いた出発原料の混合物を圧力100MPaで成形し
た後、大気中において1100℃で2時間焼成した。得
られた焼成体を、湿式粉砕、乾燥、造粒して顆粒とし、
この顆粒を圧縮成形して成形体を得た。そして、この成
形体中に上記顆粒を充填した後、上記成形体を炭素粉末
中に完全に埋没させ、窒素ガスを流しながら1600℃
で2時間焼成した。窒素ガスは、炉中の成形体近傍空間
において窒素気流の流れる方向と垂直な断面における単
位面積当たりの窒素ガス流量が0.00005m/sとな
るように供給した。なお、焼成雰囲気中の酸素分圧は、
20Pa(0.0002気圧)とした。For comparison, Japanese Patent Application Laid-Open No.
Based on the method described in JP-A-129177, an electrode sample was prepared in the following procedure. First, the mixture of the starting materials used in the production of Sample No. 4 was molded at a pressure of 100 MPa, and then fired at 1100 ° C. for 2 hours in the atmosphere. The obtained fired body, wet pulverization, drying, granulation into granules,
The granules were compression molded to obtain a molded body. Then, after filling the above-mentioned granules into this compact, the above-mentioned compact is completely buried in carbon powder, and 1600 ° C. while flowing nitrogen gas.
For 2 hours. Nitrogen gas was supplied such that the flow rate of nitrogen gas per unit area in a section perpendicular to the direction of flow of the nitrogen gas in the space near the compact in the furnace was 0.00005 m / s. The oxygen partial pressure in the firing atmosphere is
The pressure was 20 Pa (0.0002 atm).
【0089】この電極サンプルについて、上記と同様に
X線回折を行って生成物を確認したところ、炭化物(T
aC)を除き、複合酸化物(MI 5MII 4O15型結晶)の
単一相であった。The product of this electrode sample was confirmed by performing X-ray diffraction in the same manner as described above.
Except aC), it was a single phase of the composite oxide (M I 5 M II 4 O 15 type crystal).
【0090】実施例2 表2に示す電子放出材料膜サンプルを、図2に示す方法
を利用して、以下の手順で作製した。 Example 2 An electron emission material film sample shown in Table 2 was produced by the following procedure using the method shown in FIG.
【0091】実施例1で用いた出発原料を、実施例1と
同様にして秤量して混合した後、さらに、平均粒径0.
01μmの炭素粉末を混合した。出発原料に対する炭素
の重量比は、5質量%とした。After the starting materials used in Example 1 were weighed and mixed in the same manner as in Example 1, the starting materials were further weighed to a value of 0.1.
01 μm carbon powder was mixed. The weight ratio of carbon to the starting material was 5% by mass.
【0092】得られた混合物を、直径15mm、厚さ10
mmの円柱状に成形した。得られた成形体に酸窒化物生成
処理を施した。この処理では、炭素製の蓋無し容器に成
形体を入れ、焼成雰囲気中の酸素分圧を表2に示す値と
したほかは実施例1における塗膜の焼成の際と同じ条件
で焼成した。The obtained mixture was used to prepare a mixture having a diameter of 15 mm and a thickness of 10 mm.
It was formed into a cylindrical shape of mm. The obtained molded product was subjected to an oxynitride generation treatment. In this treatment, the molded body was placed in a carbon-made container without a lid, and fired under the same conditions as in the firing of the coating film in Example 1, except that the oxygen partial pressure in the firing atmosphere was set to the value shown in Table 2.
【0093】得られた焼成体を、バインダ(アクリル樹
脂)および溶媒(αターピネオール)と混合してスラリ
ーとし、このスラリーを板状基材の表面に印刷して塗膜
を得た。基材構成材料および塗膜の厚さをそれぞれ表2
に示す。なお、スラリーの粘度は、塗膜の厚さを調整す
るために7000〜100000mPa・sの範囲内から適
宜選択した。The obtained fired body was mixed with a binder (acrylic resin) and a solvent (α terpineol) to form a slurry, and this slurry was printed on the surface of a plate-like substrate to obtain a coating film. Table 2 shows the base material and the thickness of the coating film.
Shown in In addition, the viscosity of the slurry was appropriately selected from the range of 7000 to 100000 mPa · s in order to adjust the thickness of the coating film.
【0094】次いで、塗膜を形成した基材を、窒素気流
中において400℃で2時間熱処理し、電子放出材料膜
サンプルとした。これらのサンプルについて、実施例1
と同様にしてX線回折による分析を行った。その結果、
すべてのサンプルで酸窒化物ペロブスカイト(MIMII
O2N型結晶)のピークおよびTaCのピークが認めら
れた。各サンプルのピーク強度についての相対的評価
を、表2に示す。Next, the substrate on which the coating film was formed was heat-treated at 400 ° C. for 2 hours in a nitrogen stream to obtain an electron emission material film sample. For these samples, Example 1
The analysis by X-ray diffraction was performed in the same manner as described above. as a result,
Oxynitride perovskite in all samples (M I M II
O 2 N-type crystal) and TaC peak were observed. Table 2 shows the relative evaluation of the peak intensity of each sample.
【0095】[0095]
【表2】 [Table 2]
【0096】表2と表1との比較から、図2に示す方法
では、電子放出材料膜における酸窒化物ペロブスカイト
量が、塗膜の厚さに影響を受けないことがわかる。これ
に対し、塗膜中で酸窒化物を生成する方法では、膜の表
面付近にTaCが生成するため、電子放出材料膜の表面
付近における電子放出材料の含有率がやや低くなる。From the comparison between Table 2 and Table 1, it can be seen that in the method shown in FIG. 2, the amount of oxynitride perovskite in the electron emission material film is not affected by the thickness of the coating film. On the other hand, in the method of generating oxynitride in the coating film, TaC is generated near the surface of the film, so that the content of the electron-emitting material near the surface of the electron-emitting material film is slightly reduced.
【0097】実施例3 スラリーの調製までは実施例2と同様にして行った。た
だし、塗膜の厚さ調整のために、様々な粘度のスラリー
を調製した。そして、金属線を基材として、スラリー中
にこの金属線をディップして塗膜を形成した。塗膜の厚
さは、スラリーの粘度およびディップ回数により制御し
た。基材構成材料および塗膜の厚さをそれぞれ表3に示
す。次いで、実施例2と同様にして熱処理を施し、電子
放出材料膜サンプルとした。これらのサンプルについ
て、実施例1と同様にしてX線回折による分析を行っ
た。その結果、すべてのサンプルで酸窒化物ペロブスカ
イト(MIMIIO2N型結晶)のピークおよびTaCのピ
ークが認められた。各サンプルのピーク強度についての
相対的評価を、表3に示す。 Example 3 The procedure was the same as in Example 2 up to the preparation of the slurry. However, slurries having various viscosities were prepared for adjusting the thickness of the coating film. Then, using the metal wire as a base material, the metal wire was dipped in a slurry to form a coating film. The thickness of the coating was controlled by the viscosity of the slurry and the number of dips. Table 3 shows the base material and the thickness of the coating film. Next, heat treatment was performed in the same manner as in Example 2 to obtain an electron emission material film sample. These samples were analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. As a result, the peak of the peak and TaC all samples oxynitride perovskite (M I M II O 2 N type crystals) were observed. Table 3 shows the relative evaluation of the peak intensity of each sample.
【0098】[0098]
【表3】 [Table 3]
【0099】表3から、金属線の表面にも、電子放出材
料膜が形成できることがわかる。Table 3 shows that an electron emission material film can be formed on the surface of the metal wire.
【0100】また、粘度を10mPa・sとしたほかは実施
例3と同様にして調製したスラリーを、窒素雰囲気中に
おいて金属板上に噴霧すると同時にバーナーにより加熱
したところ、電子放出材料膜が形成できた。The slurry prepared in the same manner as in Example 3 except that the viscosity was changed to 10 mPa · s was sprayed onto a metal plate in a nitrogen atmosphere and heated by a burner at the same time. Was.
【0101】上記実施例1〜3の電子放出材料膜サンプ
ルでは、室温における比抵抗がすべて10-6〜103Ωm
の範囲内であった。In the electron-emitting material film samples of Examples 1 to 3, the specific resistance at room temperature was 10 −6 to 10 3 Ωm.
Was within the range.
【0102】なお、以上の実施例では、図1および図2
に示す方法により電子放出材料膜を製造したが、本明細
書において説明した他の方法を用いた場合でも、酸窒化
物生成工程における各種条件を同等とした場合には、ほ
ぼ同じ特性の電子放出材料膜が得られた。In the above embodiment, FIGS. 1 and 2
Although the electron emission material film was manufactured by the method shown in the above, even when the other method described in this specification was used, when the various conditions in the oxynitride generation step were made equal, the electron emission material having almost the same characteristics was obtained. A material film was obtained.
【0103】[0103]
【発明の効果】本発明における電子放出材料は、上記し
た酸窒化物を含有するため、電子放出特性が良好であ
り、しかも、高温での蒸発が少なく、また、イオンスパ
ッタリングされたときの消耗が少ない。そのため、例え
ば放電灯の電極に適用した場合に、管壁の黒化が少な
く、寿命の長い放電灯が実現する。また、上記酸窒化物
を含有する電子放出材料膜を、本発明ではアンモニアガ
スを利用することなく製造できる。そのためアンモニア
ガスに対応した製造設備を設ける必要がないので、大量
生産が可能となり、また、製造コストが低減される。According to the present invention, since the electron-emitting material contains the above-mentioned oxynitride, the electron-emitting material has good electron-emitting characteristics, less evaporation at a high temperature, and less consumption by ion sputtering. Few. Therefore, for example, when applied to an electrode of a discharge lamp, a discharge lamp with less blackening of the tube wall and a long life is realized. Further, the electron emission material film containing the oxynitride can be manufactured in the present invention without using ammonia gas. Therefore, there is no need to provide a production facility corresponding to ammonia gas, so that mass production becomes possible and production costs are reduced.
【図1】電子放出材料膜の製造工程を示すフローチャー
トである。FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of an electron emission material film.
【図2】電子放出材料膜の製造工程を示すフローチャー
トである。FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of an electron emission material film.
【図3】電子放出材料膜の製造工程を示すフローチャー
トである。FIG. 3 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an electron emission material film.
【図4】電子放出材料膜の製造工程を示すフローチャー
トである。FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing process of the electron emission material film.
【図5】本発明で用いる電子放出材料のX線回折パター
ンである。FIG. 5 is an X-ray diffraction pattern of the electron-emitting material used in the present invention.
【図6】冷陰極動作の放電灯の構成例を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a discharge lamp that operates in a cold cathode operation.
2A 電子放出材料膜 5 リード線 6A 内部導入線 7 導電性パイプ 9 バルブ 9A 蛍光体 9B ステム 2A Electron emitting material film 5 Lead wire 6A Internal introduction wire 7 Conductive pipe 9 Valve 9A Phosphor 9B Stem
フロントページの続き (72)発明者 浜田 宗光 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (72)発明者 淀川 正忠 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (72)発明者 原田 拓 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−190137(JP,A) 特開 平7−153373(JP,A) 特開2000−331603(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/02 Continued on the front page (72) Inventor Munemitsu Hamada 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (72) Inventor Masatada Yodogawa 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (72) Inventor Taku Harada 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo Inside TDK Corporation (56) References JP-A-5-190137 (JP, A) JP-A-7-153373 (JP, A) JP-A-2000-331603 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 9/02
Claims (11)
からなる第1成分と、Ta、Zr、Nb、TiおよびH
fの少なくとも1種からなる第2成分とを金属元素成分
として含み、酸窒化物ペロブスカイトを含有する電子放
出材料を製造する方法であり、 前記金属元素成分を含有する被焼成物に対し、炭素を近
接配置した状態で窒素ガス含有雰囲気中において焼成す
ることにより、前記酸窒化物ペロブスカイトを生成させ
て電子放出材料を得る酸窒化物生成工程を有し、 前記酸窒化物生成工程により得られた電子放出材料を粉
砕して電子放出材料粉末を得、この電子放出材料粉末を
含有するスラリーを用いて塗膜を形成し、この塗膜を熱
処理することにより電子放出材料膜を得る電子放出材料
膜の製造方法。1. A first component comprising at least one of Ba, Sr and Ca, Ta, Zr, Nb, Ti and H
a second component comprising at least one of f as a metal element component, and producing an electron-emitting material containing an oxynitride perovskite. Baking in an atmosphere containing nitrogen gas in a state of being placed in proximity to generate an oxynitride perovskite to obtain an electron-emitting material; and providing an electron obtained by the oxynitride generation step. The emission material is pulverized to obtain an electron emission material powder, a coating film is formed using a slurry containing the electron emission material powder, and the coating film is heat-treated to obtain an electron emission material film. Production method.
からなる第1成分と、Ta、Zr、Nb、TiおよびH
fの少なくとも1種からなる第2成分とを金属元素成分
として含み、酸窒化物ペロブスカイトを含有する電子放
出材料を製造する方法であり、 前記金属元素成分を含有する被焼成物に対し、炭素を近
接配置した状態で窒素ガス含有雰囲気中において焼成す
ることにより、前記酸窒化物ペロブスカイトを生成させ
て電子放出材料を得る酸窒化物生成工程を有し、 前記酸窒化物生成工程において、塗膜を前記被焼成物と
して用いることにより電子放出材料膜を得る電子放出材
料膜の製造方法。2. A first component comprising at least one of Ba, Sr and Ca, Ta, Zr, Nb, Ti and H
a second component comprising at least one of f as a metal element component, and producing an electron-emitting material containing an oxynitride perovskite. By firing in a nitrogen gas-containing atmosphere in a state of being placed close to, an oxynitride generating step of obtaining the electron emitting material by generating the oxynitride perovskite, A method for producing an electron-emitting material film, wherein an electron-emitting material film is obtained by using the object as a firing target.
分圧が0〜5.0×103Paである請求項1または2の
電子放出材料膜の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein an oxygen partial pressure in the nitrogen gas-containing atmosphere is 0 to 5.0 × 10 3 Pa.
を用い、この窒素気流中の前記被焼成物近傍の空間にお
いて、気流の流れる方向と垂直な断面における単位面積
あたりの窒素ガス流量を0.0001〜5m/sとする請
求項1〜3のいずれかの電子放出材料膜の製造方法。4. A nitrogen gas flow is used as the nitrogen gas-containing atmosphere, and a nitrogen gas flow rate per unit area in a cross section perpendicular to a flow direction of the gas flow in a space near the object to be fired in the nitrogen gas flow is 0.0001. The method for producing an electron-emitting material film according to any one of claims 1 to 3, wherein the speed is set to 5 m / s.
焼成物中に炭素を混合することにより、前記被焼成物に
対し炭素を近接配置させる請求項1〜4のいずれかの電
子放出材料膜の製造方法。5. The electron emission material film according to claim 1, wherein, in the oxynitride generation step, carbon is mixed in the object to be fired, so that carbon is arranged in proximity to the object to be fired. Manufacturing method.
とも一部が炭素から構成されている焼成炉を用いること
により、前記被焼成物に対し炭素を近接配置させる請求
項1〜5のいずれかの電子放出材料膜の製造方法。6. The method according to claim 1, wherein in the oxynitride forming step, carbon is disposed in proximity to the object to be fired by using a firing furnace at least partially constituted of carbon. A method for manufacturing an electron emission material film.
とも一部が炭素から構成されている容器に前記被焼成物
を収容することにより、前記被焼成物に対し炭素を近接
配置させる請求項1〜6のいずれかの電子放出材料膜の
製造方法。7. The oxynitride generation step, wherein the object to be fired is housed in a container at least partially composed of carbon, so that carbon is arranged in proximity to the object to be fired. 6. The method for manufacturing an electron emission material film according to any one of the above items 6.
化物を含有する被焼成物から前記酸窒化物を生成させる
請求項1〜7のいずれかの電子放出材料膜の製造方法。8. The method for producing an electron emission material film according to claim 1, wherein in the oxynitride forming step, the oxynitride is formed from a firing target containing a composite oxide.
ぞれ表したとき、前記酸窒化物ペロブスカイトがMIM
IIO2N型結晶を含む請求項1〜8のいずれかの電子放
出材料膜の製造方法。9. When the first component is represented by M I and the second component is represented by M II , the oxynitride perovskite is represented by M I M
Method of any of the electron-emitting material film according to claim 8 including a II O 2 N type crystals.
窒化物を含む電子放出材料が製造される請求項1〜9の
いずれかの電子放出材料膜の製造方法。10. The method of manufacturing an electron-emitting material film according to claim 1, wherein an electron-emitting material containing the second component carbide and / or nitride is manufactured.
れぞれ表したとき、 MI 4MII 2O9型結晶、 MIMII 2O6型結晶、 MIMIIO3型結晶、 MI 5MII 4O15型結晶、 MI 7MII 6O22型結晶および MI 6MIIMII 4O18型結晶 の少なくとも1種を含む電子放出材料が製造される請求
項1〜10のいずれかの電子放出材料膜の製造方法。11. The first component M I, when the second component expressed respectively M II, M I 4 M II 2 O 9 type crystals, M I M II 2 O 6 type crystals, M I M II O 3 type crystal, M I 5 M II 4 O 15 type crystal, an electron emission material comprising at least one M I 7 M II 6 O 22 type crystals and M I 6 M II M II 4 O 18 type crystals is produced The method for producing an electron-emitting material film according to claim 1.
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| JP3462818B2 (en) | 1999-12-06 | 2003-11-05 | Tdk株式会社 | Electron emitting material, method of manufacturing the same, electrode, and discharge lamp |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331603A (en) | 1999-03-12 | 2000-11-30 | Tdk Corp | Manufacture of electron emitting material |
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1999
- 1999-12-06 JP JP34696299A patent/JP3190320B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP3462818B2 (en) | 1999-12-06 | 2003-11-05 | Tdk株式会社 | Electron emitting material, method of manufacturing the same, electrode, and discharge lamp |
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