JP2003016914A - Field emission type electron source element, electron gun and cathode-ray tube device using them - Google Patents

Field emission type electron source element, electron gun and cathode-ray tube device using them

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JP2003016914A
JP2003016914A JP2001201633A JP2001201633A JP2003016914A JP 2003016914 A JP2003016914 A JP 2003016914A JP 2001201633 A JP2001201633 A JP 2001201633A JP 2001201633 A JP2001201633 A JP 2001201633A JP 2003016914 A JP2003016914 A JP 2003016914A
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field emission
electron
electron source
cathode
electron gun
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JP2001201633A
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Japanese (ja)
Inventor
Keisuke Koga
啓介 古賀
Toru Kawase
透 川瀬
Ryuichi Murai
隆一 村井
Masahide Yamauchi
真英 山内
Koji Fujii
宏治 藤井
Takashi Ito
崇志 井東
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field emission type electron source element for high performance color picture tube to which high resolution is required. SOLUTION: An electrode structure having a convergence effect is arranged proximity to the vicinity of an extraction electrode of a cold cathode electron source array part, whereby the convergence effect of emitted electron beams is enhanced to provide a satisfactory low-emittance characteristic. Consequently, an electron gun or display device having a high resolution characteristic can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビや高
精細モニタテレビに用いられる陰極線管(CRT)、更
には収束した電子ビームを利用する電子ビーム露光装置
等に用いられる電子銃に係わり、特に高電流密度が要求
される高輝度な陰極線管(CRT)用電子銃カソードと
して利用可能な電界放出型電子源素子及びこれらを用い
た電子銃及び表示装置及び陰極線管の製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathode ray tube (CRT) used in a color television or a high-definition monitor television, and more particularly to an electron gun used in an electron beam exposure apparatus utilizing a focused electron beam. The present invention relates to a field emission type electron source element that can be used as an electron gun cathode for a high brightness cathode ray tube (CRT) that requires a high current density, an electron gun and a display device using the same, and a method for manufacturing a cathode ray tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイやプラズマディ
スプレイ等の薄型ディスプレイが登場し、フラットディ
スプレイ市場が急速に拡大しつつあるが、32インチサ
イズ程度の家庭用テレビ用途としては、価格・性能の点
で依然としてCRTディスプレイが優位にある。また、
2003年からは新たに地上波デジタル放送が本格導入
されることが計画されており、テレビ用のディスプレイ
技術が大きく変化することが予想されている。テレビを
取り巻く環境がデジタル方式にシフトする中で、特にデ
ィスプレイには高解像性能が強く求められている。とこ
ろが、これまで広く用いられてきたテレビ技術では、こ
れらの要求に十分に応えられない可能性が出てきた。テ
レビには画像を表示する心臓部として電子銃が用いられ
ているが、電子銃の性能が解像性能に強く係わってい
る。電子銃に用いられているカソードの電流密度を向上
させれば、実効的なカソード面積を縮小することがで
き、結果的に解像性能を向上させることができる。現在
カソードとして用いられている熱カソード材料は、これ
までに様々な技術改良が加えられ電流密度の向上が図ら
れてきたが、もはや物理的な限界に近づいてきており、
これ以上の飛躍的な電流密度向上は困難な状況である。
近年実用化が図られつつあるデジタル放送用の電子銃用
カソードには、従来の熱カソードの6倍から10倍程度
の電流密度向上が要求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, flat display markets have been expanding rapidly with the introduction of thin displays such as liquid crystal displays and plasma displays. However, in terms of price / performance for a 32 inch size home television application. CRT displays still dominate. Also,
It is planned that new digital terrestrial broadcasting will be fully introduced from 2003, and it is expected that the display technology for television will change significantly. As the environment surrounding TVs shifts to digital systems, high resolution performance is strongly required especially for displays. However, there has been a possibility that the widely used television technology cannot sufficiently meet these demands. An electron gun is used in a television as a heart for displaying an image, and the performance of the electron gun is strongly related to the resolution performance. If the current density of the cathode used in the electron gun is improved, the effective cathode area can be reduced, and as a result, the resolution performance can be improved. The hot cathode material currently used as a cathode has been improved in various current technologies to improve the current density, but it is approaching its physical limit.
It is difficult to further improve the current density.
The cathode for an electron gun for digital broadcasting, which has been put into practical use in recent years, is required to have a current density improvement of about 6 to 10 times that of a conventional thermal cathode.

【0003】一方、冷陰極カソードを電子銃に用いるア
イデアは古くから提案されてきた。冷陰極カソードは本
来電流密度が高いという特長を備えており、これまでに
も電子線顕微鏡等の一部の製品に実用化が図られてき
た。
On the other hand, the idea of using a cold cathode for an electron gun has been proposed for a long time. The cold cathode is originally characterized by high current density, and has been put into practical use in some products such as electron microscopes.

【0004】冷陰極カソードをCRTに最初に用いる例
として、特開昭48−90467に電界放出型陰極を用
いたカラー受像管のアイデアが開示されている。電界放
出型陰極をカラー受像管に用いるメリットして、上記の
高電流密度の点以外にも、低消費電力化に向いているこ
とが上げられる。従来の熱カソード方式では、電子放出
を行うために加熱用のヒータが必要であり、電子銃を使
用していないときでも常に数ワット程度の待機電力を必
要としていた。ところが、電界放出型陰極の場合には加
熱用ヒータを全く必要としないため、待機電力の無駄を
省けるだけでなく、電子銃の瞬時起動ができるというメ
リットがある。
As an example of using a cold cathode for a CRT for the first time, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 48-90467 discloses an idea of a color picture tube using a field emission cathode. As a merit of using the field emission type cathode in a color picture tube, it can be said that it is suitable for low power consumption in addition to the above high current density. In the conventional hot cathode method, a heater for heating is required to emit electrons, and standby power of about several watts is always required even when the electron gun is not used. However, in the case of the field emission cathode, no heater is required for heating, so that there is an advantage that not only the waste of standby power is saved but also the electron gun can be instantly activated.

【0005】図8に特開昭48−90467号公報で開
示された電界放出型陰極を用いた電子銃構造体の断面図
を示す。陰極1R、1G1Bは3個または3群の錐状の
突起により構成され、各陰極は絶縁層によりお互いに絶
縁されており、各々に赤(R)、緑(G)、青(B)の
輝度信号が加えられる。陰極突起に対する小孔を有する
金属薄膜より構成されるゲート電極には、輝度信号が陰
極に加わったときに陰極突起より所望の電界放出電流が
生ずるような適当な電位を与えておく。放出された電子
ビームは制御電極を通過した後は従来の電子銃と同様の
軌道を通ってスクリーン上に焦点を結ぶ。この構成によ
り、それまでの熱カソード方式では実現し得なかった高
い電流密度での動作が可能になり、高輝度・高解像度の
特性が得られるようになった。
FIG. 8 is a sectional view of an electron gun structure using a field emission type cathode disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 48-90467. The cathodes 1R, 1G1B are composed of three or three groups of pyramidal protrusions, and the cathodes are insulated from each other by an insulating layer, and each has a brightness of red (R), green (G), and blue (B). Signal is added. The gate electrode composed of a metal thin film having a small hole for the cathode protrusion is given an appropriate potential so that a desired field emission current is generated from the cathode protrusion when a luminance signal is applied to the cathode. After passing through the control electrode, the emitted electron beam passes through the same orbit as a conventional electron gun and is focused on the screen. With this configuration, it has become possible to operate at a high current density, which could not be realized by the hot cathode method up to now, and it has become possible to obtain characteristics of high brightness and high resolution.

【0006】また、図9に示す特開平7−29484号
公報に開示された収束電極を有する電界放出カソードで
は、上述の特開昭48−90467号公報で説明した電
界放出型陰極の構成に、特に高解像度化の改良を加えた
ものである。
Further, in the field emission cathode having the focusing electrode disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-29484 shown in FIG. 9, the structure of the field emission type cathode described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 48-90467 described above is used. In particular, this is an improvement in high resolution.

【0007】図9に、特開平7−29484号公報に開
示された収束電極を有する電界放出カソードの構成図を
示す。
FIG. 9 shows a configuration diagram of a field emission cathode having a focusing electrode disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-29484.

【0008】この図において、ガラス等の基板91の上
にカソード電極92の導体がスパッタにより形成され、
このカソード電極92の一部あるいは全部の上に抵抗層
93が形成されている。この抵抗層93の上には第1絶
縁層94及びゲート電極95がスパッタ等により形成さ
れ、さらにその上に第2絶縁層96及び集束電極97が
スパッタ等により形成されている。
In this figure, the conductor of the cathode electrode 92 is formed on the substrate 91 such as glass by sputtering.
A resistance layer 93 is formed on a part or all of the cathode electrode 92. A first insulating layer 94 and a gate electrode 95 are formed on the resistance layer 93 by sputtering or the like, and a second insulating layer 96 and a focusing electrode 97 are further formed thereon by sputtering or the like.

【0009】また、第1絶縁層94及びゲート電極95
に作製された開口部の中にはコーン状のエミッタ98が
形成されている。そして、第2絶縁層96と集束電極9
7にも開口部が作製されており、エミッタ98から放出
された電子はこの開口部を通って上方へ放出されるよう
にされている。この第2絶縁層96と集束電極97に作
製された開口部の径は、図示するようにエミッタ98が
形成されている開口部の径より一回り大きく作製されて
いる。本図9による電界放出カソードは、ゲート電極の
上にエミッタから放出された電子を集束する集束電極を
一体に形成するようにしたものである。さらに、電子の
集束度および取り出し電流値を向上するために集束電極
の径をゲート電極の径の略1.2〜2倍にするようにし
たものである。よって、エミッタから放出された電子の
広がりを集束電極の径程度に押さえられる効果を有す
る。従って、集束電極を有する電界放出カソードを画像
表示装置に用いると、高精細な画像を得ることが出来る
ようになる。
Further, the first insulating layer 94 and the gate electrode 95
A cone-shaped emitter 98 is formed in the opening formed in 1. Then, the second insulating layer 96 and the focusing electrode 9
An opening is also formed in 7 so that electrons emitted from the emitter 98 are emitted upward through this opening. The diameter of the opening formed in the second insulating layer 96 and the focusing electrode 97 is made larger than the diameter of the opening in which the emitter 98 is formed as shown in the figure. In the field emission cathode according to FIG. 9, a focusing electrode for focusing electrons emitted from the emitter is integrally formed on the gate electrode. Further, in order to improve the electron focusing degree and the extraction current value, the diameter of the focusing electrode is set to be approximately 1.2 to 2 times the diameter of the gate electrode. Therefore, the spread of the electrons emitted from the emitter can be suppressed to about the diameter of the focusing electrode. Therefore, when a field emission cathode having a focusing electrode is used in an image display device, a high definition image can be obtained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した図
9による電界放出カソードでは高解像度化には適してい
るものの、高輝度化に必要な十分な放出電流が取れない
という極めて重大な課題があることがその後の検討結果
により明らかにされてきた。CRT等の画像表示装置で
は、高解像度特性と並んで高輝度特性は、最も重要な性
能指標である。今後デジタルハイビジョン放送が普及す
るにつれてCRTには、これまでの通常放送と比較して
2倍以上の高解像度が要求されてくる。同時に、輝度の
点でも、これまで以上の高い輝度特性が求められてい
る。ところが、上述した図9による電界放出カソードで
は、原理的に電流放出性能と放出電子ビームの収束性能
にトレードオフの関係があり、十分な放出電流を維持さ
せつつ、放出電子ビームの収束性能を向上させることが
できなかった。具体的には、エミッタ98からの電流放
出原理は、ゲート電極95に正の電圧を印加させること
でエミッタ98の先端部に極めて強い電界を発生させ
て、真空中へ電子が放出される電界放出原理を利用して
いる。従って、高い電圧を印加させるほど電界集中効果
が高まり、より大きな電流放出が得られることになる。
一方、ゲート電極95より上に形成されエミッタ98か
ら放出された電子を集束するための集束電極97には、
電子の収束効果を高めるためにゲート電極95より低い
電圧が印加される。この収束電圧は、相対的にゲート電
極の電圧より低いほど効果が大きく、より収束性能を高
めることができる。ところが、この収束電極に印加され
た電圧による電界の効果は、放出された電子ビームだけ
でなく、エミッタ98の先端部の電界にも影響を与え
る。本図9の様に、電子の集束度および取り出し電流値
を向上するために集束電極の径をゲート電極の径の略
1.2〜2倍に設定し、エミッタから放出された電子の
広がりを集束電極の径程度に押さえられるような動作条
件では、放出電流が数十分の一まで激減してしまう。こ
のような動作条件では、電子ビームの十分な収束効果は
得られても、放出電流が大きく低下してしまうため、十
分な輝度特性が得られなかった。
However, although the field emission cathode according to FIG. 9 described above is suitable for high resolution, it has a very serious problem that sufficient emission current required for high brightness cannot be obtained. This has been clarified by the subsequent examination results. In an image display device such as a CRT, the high brightness characteristic is the most important performance index along with the high resolution characteristic. As digital high-definition broadcasting becomes widespread in the future, CRTs are required to have a resolution higher than twice that of conventional broadcasting. At the same time, in terms of brightness, higher brightness characteristics than ever have been required. However, in the field emission cathode according to FIG. 9 described above, there is a trade-off relationship between the current emission performance and the emission electron beam focusing performance in principle, and the emission electron beam focusing performance is improved while maintaining a sufficient emission current. I couldn't do it. Specifically, the principle of current emission from the emitter 98 is that a positive voltage is applied to the gate electrode 95 to generate an extremely strong electric field at the tip of the emitter 98, and electrons are emitted into a vacuum. It uses the principle. Therefore, as the higher voltage is applied, the electric field concentration effect is enhanced, and a larger current emission can be obtained.
On the other hand, the focusing electrode 97, which is formed above the gate electrode 95 and focuses the electrons emitted from the emitter 98,
A voltage lower than that of the gate electrode 95 is applied to enhance the electron converging effect. This convergence voltage becomes more effective as the voltage of the gate electrode is lower than the voltage of the gate electrode, and the convergence performance can be further improved. However, the effect of the electric field due to the voltage applied to the converging electrode affects not only the emitted electron beam but also the electric field at the tip of the emitter 98. As shown in FIG. 9, the diameter of the focusing electrode is set to about 1.2 to 2 times the diameter of the gate electrode in order to improve the electron focusing degree and the extraction current value, and the spread of the electrons emitted from the emitter is increased. Under operating conditions where the diameter of the focusing electrode is suppressed, the emission current is drastically reduced to several tenths. Under such operating conditions, although the sufficient focusing effect of the electron beam is obtained, the emission current is greatly reduced, and thus sufficient luminance characteristics cannot be obtained.

【0011】もうひとつの問題が、電子銃に用いた場合
のカソード構造体と電子銃との位置合わせ精度である。
一般的に、冷陰極カソードと電子銃のレンズ構造体との
相対的な位置合わせ精度は、数十ミクロン以下であるこ
とが要求される。特に、カソード面から電子銃の第1レ
ンズとの相対的な距離(ギャップ高さ)は、解像度の性
能に大きく影響を及ぼす。ところが、冷陰極カソードは
熱陰極カソードと異なり、半導体プロセスを利用してカ
ソード部が形成された後、機械的な治具による位置合わ
せ手法を用いて電子銃構造体と組み立てられている。冷
陰極カソードと電子銃構造体との材料・構造などの違い
により、熱カソードの場合に比べて、位置合わせ精度の
維持が困難になり、数十ミクロンの位置あわせを実現す
ることが困難であった。この結果、冷陰極カソードを用
いることによる高解像度性能を期待しながら、これらの
位置合わせずれから発生する誤差により、解像度性能が
低下してしまい、期待通りの性能を維持することが困難
であった。
Another problem is the alignment accuracy between the cathode structure and the electron gun when used in the electron gun.
Generally, the relative alignment accuracy between the cold cathode and the lens structure of the electron gun is required to be several tens of microns or less. In particular, the relative distance (gap height) from the cathode surface to the first lens of the electron gun greatly affects the resolution performance. However, unlike the hot cathode cathode, the cold cathode cathode is assembled with the electron gun structure using a positioning method using a mechanical jig after the cathode portion is formed using a semiconductor process. Due to the difference in materials and structures between the cold cathode and the electron gun structure, it is more difficult to maintain the alignment accuracy than in the case of the hot cathode, and it is difficult to achieve alignment of several tens of microns. It was As a result, while expecting the high resolution performance by using the cold cathode, the resolution performance deteriorates due to the error caused by these misalignment, and it is difficult to maintain the expected performance. .

【0012】前記に鑑み、本発明は、高解像度が要求さ
れる高性能カラー受像管用の電界放出型電子源素子を得
ることを第1目的とし、簡易な方法でカソード構造体と
電子レンズとの正確なギャップ高さ設定機能を有する電
子銃を得ることを第2の目的とし、ビームの収束機能を
備えた電子銃を得ることを第3の目的とし、更に前記電
界放出型電子源素子及び前記電子銃を備えた高性能な表
示装置を得ることを第4の目的とするものである。
In view of the above, the first object of the present invention is to obtain a field emission type electron source device for a high-performance color picture tube requiring high resolution, and a cathode structure and an electron lens are formed by a simple method. A second object is to obtain an electron gun having an accurate gap height setting function, and a third object is to obtain an electron gun having a beam focusing function. Further, the field emission type electron source element and the A fourth object is to obtain a high-performance display device equipped with an electron gun.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第1の発明は、基板と、前記基板上に形成された複
数の開口部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され
た引き出し電極と、前記基板上の前記複数の開口部内に
形成された複数の陰極からなる電界放出型電子源アレイ
素子部と、電界放出型電子源素子上に設置され、開口部
が前記電界放出型電子源アレイ部を取り囲むように配置
された少なくとも一部が導電性を有する電極構造体部と
を具備し、前記電極構造体が、前記電界放出型電子源素
子から放出される電子ビームの軌道を収束させる収束レ
ンズ機能を有する構成から成る。この構成により、電界
放出型電子源から放出された電子ビームの広がりを、電
子源近傍で効果的に収束させることができるため高解像
度化に適している。
In order to achieve the above object, a first invention is a substrate, an insulating layer having a plurality of openings formed on the substrate, and an insulating layer formed on the insulating layer. A field emission type electron source array element section including an extraction electrode, a plurality of cathodes formed in the plurality of openings on the substrate, and a field emission type electron source element, and the opening is provided on the field emission type. An electrode structure part at least a part of which is arranged so as to surround the electron source array part and has conductivity, wherein the electrode structure forms a trajectory of an electron beam emitted from the field emission type electron source element. It is configured to have a converging lens function for converging. With this configuration, the spread of the electron beam emitted from the field emission electron source can be effectively converged in the vicinity of the electron source, which is suitable for high resolution.

【0014】第2の発明は、第1の発明の構成に、前記
電極構造体が導電性材料および絶縁性材料からなり、少
なくとも2層以上の積層された層を有する構成を付加し
たものである。この構成により、電極構造体の下面側あ
るいは上面側を絶縁性材料とすることにより、導電性材
料からなる他の材料との絶縁性保持が可能となり、素子
設計上の自由度が大きい。
A second aspect of the present invention is the configuration of the first aspect, wherein the electrode structure is made of a conductive material and an insulating material and has at least two or more laminated layers. . With this configuration, by using the insulating material on the lower surface side or the upper surface side of the electrode structure, it is possible to maintain the insulating property from the other material made of the conductive material, and the degree of freedom in the element design is high.

【0015】第3の発明は、第1の発明の構成に、前記
電極構造体の上面または下面の少なくとも一方が、絶縁
性材料である構成を付加したものである。この構成によ
り、電極構造体の下面側を絶縁性材料とすることによ
り、導電性材料から成る電界放出型電子源素子の引き出
し電極上に直接配置することが可能になるため、素子設
計上の自由度が大きい。
In a third aspect of the present invention, a configuration in which at least one of the upper surface and the lower surface of the electrode structure is an insulating material is added to the configuration of the first invention. With this configuration, the lower surface side of the electrode structure can be placed directly on the extraction electrode of the field emission type electron source element made of a conductive material by using an insulating material, so that it is possible to design freely. The degree is high.

【0016】第4の発明は、第1の発明の構成に、前記
電極構造体の高さが、前記電極構造体上に配置される電
極構造体とのギャップ高さを保持する支持体として作用
する構成を付加したものである。この構成により、あら
かじめ電極構造体の厚みを、電極構造体上に配置される
電極構造体とのギャップ高さに加工しておくことによ
り、電界放出型電子源と電極構造体とのギャップ高さ設
定を高精度化することができ、高解像度化に適してい
る。
In a fourth aspect of the invention, in the structure of the first aspect, the height of the electrode structure acts as a support for holding a gap height with the electrode structure disposed on the electrode structure. Is added. With this configuration, the thickness of the electrode structure is processed in advance to the height of the gap between the electrode structure arranged on the electrode structure and the height of the gap between the field emission electron source and the electrode structure. The setting can be made highly accurate, which is suitable for high resolution.

【0017】第5の発明は、真空容器内に、電子銃と、
この電子銃から放出される電子ビームを偏向する手段
と、前記電子銃に対向する位置に設けた蛍光体層とを具
備した表示装置において、前記電子銃の陰極として請求
項1から請求項4のいずれかに記載の電界放出型電子源
素子を備えた構成から成る。この構成により、電子銃の
カソードとして電子ビームの収束機能を備えた電界放出
型電子源を用いるため、高解像度化に適した表示装置が
得られる。
A fifth invention is that an electron gun and an electron gun are provided in a vacuum container.
A display device comprising means for deflecting an electron beam emitted from the electron gun and a phosphor layer provided at a position facing the electron gun, wherein the cathode of the electron gun is a cathode of the electron gun. It is configured to include the field emission type electron source element according to any one of the above. With this configuration, since the field emission electron source having the electron beam converging function is used as the cathode of the electron gun, a display device suitable for high resolution can be obtained.

【0018】第6の発明は、真空容器内に、電子銃と、
この電子銃から放出される電子ビームを偏向する手段
と、前記電子銃に対向する位置に設けた蛍光体層とを具
備した画像表示装置において、前記電子銃の陰極として
請求項1から請求項4のいずれかに記載の電界放出型電
子源素子を備えた構成を有する。この構成により、電子
銃のカソードとして電子ビームの収束機能を備えた電界
放出型電子源を用いるため、高解像度化に適した画像表
示装置が得られる。
A sixth invention is that an electron gun is provided in a vacuum container,
An image display device comprising means for deflecting an electron beam emitted from the electron gun and a phosphor layer provided at a position facing the electron gun, wherein the cathode of the electron gun is the cathode of the electron gun. And a field emission type electron source element according to any one of the above. With this configuration, since the field emission electron source having the electron beam converging function is used as the cathode of the electron gun, an image display device suitable for high resolution can be obtained.

【0019】第7の発明は、真空容器内に、電子銃と、
この電子銃から放出される電子ビームを偏向する手段
と、前記電子銃に対向する位置に設けた蛍光体層とを具
備した陰極線管装置において、前記電子銃の陰極として
請求項1から請求項4のいずれかに記載の電界放出型電
子源素子を備えた構成を有する。この構成により、電子
銃のカソードとして電子ビームの収束機能を備えた電界
放出型電子源を用いるため、高解像度化に適した陰極線
管装置が得られる。
A seventh aspect of the invention is to provide an electron gun in a vacuum container,
A cathode ray tube device comprising means for deflecting an electron beam emitted from the electron gun and a phosphor layer provided at a position facing the electron gun, wherein the cathode of the electron gun is a cathode. And a field emission type electron source element according to any one of the above. With this configuration, since the field emission electron source having the electron beam converging function is used as the cathode of the electron gun, a cathode ray tube device suitable for high resolution can be obtained.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下、本発明の
実施の形態1に係る電界放出型電子源素子の構造につい
て図1を参照しながら説明する。図1に示すように、基
板11の上には、アレイ状の陰極形成領域にそれぞれ円
形状の開口部を有する絶縁層を介して引き出し電極12
が形成されている。基板11としては、通常のガラス基
板やシリコン基板等の最適な材料を用いることができ
る。絶縁層及び引き出し電極12の開口部の内部にはそ
れぞれ電子放出部が形成されており、複数の電子放出部
からなる電界放出型電子源アレイ部13が基板11の所
望の位置に形成されている。ここでは、電子放出部の材
料や構造については特に詳細に説明しないが、通常用い
られるモリブデンの蒸着法で形成されるスピント型電子
源でもよく、またシリコンプロセスを利用して形成され
るシリコン電子源でも構わない。引き出し電極12上に
は、開口部が電界放出型電子源アレイ部13を取り囲む
ように配置された電極構造体14が配置され、電界放出
型電子源アレイ部13の開口部の中心と電極構造体14
の開口部の中心が一致するように位置合わせが行われ
る。また、電極構造体14は、少なくとも2層以上の積
層体より構成され、本実施の形態1では第1絶縁層1
5、導電層16及び第2絶縁層17の3層からなる積層
体の場合を説明する。引き出し電極12は、電極構造体
14の第1絶縁層15を介して導電層16と配置されて
いるため、導電層16との絶縁性は保持される。引き出
し電極12に所望の正電圧を印可することで、電界放出
型電子源アレイ部13の個々の電子放出部の先端に高電
界がかかり、電界放出原理に基づいて真空中へ電子ビー
ム18を放出させることができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Embodiment 1) The structure of a field emission electron source element according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the extraction electrode 12 is provided on the substrate 11 via an insulating layer having circular openings in the array-shaped cathode formation region.
Are formed. As the substrate 11, an optimum material such as a normal glass substrate or a silicon substrate can be used. Electron emitting portions are formed inside the openings of the insulating layer and the extraction electrode 12, respectively, and a field emission electron source array portion 13 including a plurality of electron emitting portions is formed at a desired position on the substrate 11. . Here, the material and structure of the electron emission portion will not be described in detail, but a Spindt-type electron source formed by a commonly used molybdenum vapor deposition method may be used, or a silicon electron source formed by using a silicon process. But it doesn't matter. On the extraction electrode 12, an electrode structure 14 having an opening so as to surround the field emission type electron source array section 13 is arranged, and the center of the opening of the field emission type electron source array section 13 and the electrode structure. 14
Alignment is performed so that the centers of the openings of the are aligned. Further, the electrode structure 14 is composed of a laminated body of at least two layers, and in the first embodiment, the first insulating layer 1 is used.
5, a case of a laminated body including three layers of the conductive layer 16 and the second insulating layer 17 will be described. Since the extraction electrode 12 is arranged with the conductive layer 16 via the first insulating layer 15 of the electrode structure 14, the insulation with the conductive layer 16 is maintained. By applying a desired positive voltage to the extraction electrode 12, a high electric field is applied to the tip of each electron emission portion of the field emission electron source array portion 13, and the electron beam 18 is emitted into a vacuum based on the field emission principle. Can be made.

【0021】次に、本実施の形態1に係わる電界放出型
電子源素子の電子ビームの収束レンズ機能についての動
作原理説明を行う。これらの機能は、FEDや表示管等
の表示デバイスにも用いることはできるが、特に電界放
出型電子源素子を陰極線管用の電子銃カソードとして用
いる際に有効な機能となる。陰極線管の電子銃の解像度
特性は、カソードとして冷陰極を用いる場合、電子源ア
レイ部から放出されるビームエミッタンスを小さくする
ことが原理的に有利である。このビームエミッタンス
は、電子源アレイ部から放出される電子ビームの初期エ
ネルギーとその広がり角度の積により表される。電子ビ
ームの初期エネルギーを小さくすることが望ましいが、
電子源アレイの寸法を小さくすることが必要であるた
め、製造技術や製造コストの面で制約が多い。代わり
に、ビームの広がり角度を電子源領域近傍で小さくでき
れば、同様の効果を得ることができる。
Next, the principle of operation of the function of the electron beam converging lens of the field emission type electron source element according to the first embodiment will be described. Although these functions can be used for display devices such as FEDs and display tubes, they are particularly effective functions when the field emission type electron source element is used as an electron gun cathode for a cathode ray tube. Regarding the resolution characteristics of the electron gun of the cathode ray tube, it is theoretically advantageous to reduce the beam emittance emitted from the electron source array section when a cold cathode is used as the cathode. This beam emittance is represented by the product of the initial energy of the electron beam emitted from the electron source array section and its divergence angle. It is desirable to reduce the initial energy of the electron beam,
Since it is necessary to reduce the size of the electron source array, there are many restrictions in terms of manufacturing technology and manufacturing cost. Alternatively, if the beam divergence angle can be reduced near the electron source region, the same effect can be obtained.

【0022】引き出し電極12に印可する電圧をVex、
電極構造体の導電層16に印可する収束電圧をVfocと
し、Vex>Vfocの関係を満足するように電圧設定する
と、等電位線19は模式的には図1の様に表せる。電界
放出型電子源アレイ部13の個々の電子放出部から放出
された電子ビーム18は、等電位線19の垂直方向に曲
げられる力をけるため、図1のように導電層16から離
れるように軌道が曲げられることになる。電界放出型電
子源アレイ部13から放出されるビームの中で、アレイ
中心部より導電層16に近い電子ビームほど、曲げられ
る力が大きく作用するため、結果的に電子ビームは収束
作用を受けることになる。また、導電層16の厚みは、
厚い方がレンズ収束作用は大きくなるが、素子設計や製
造プロセスの観点から最適な値に選択することが望まし
い。本実施の形態1では、電子銃への応用を考慮して、
70ミクロンと設定した。この構成によると、放出され
た電子ビームが、電極構造体の厚み方向に沿って十分な
収束作用を受けるため、良好な収束レンズ機能を有する
ことになる。
The voltage applied to the extraction electrode 12 is Vex,
When the convergence voltage applied to the conductive layer 16 of the electrode structure is Vfoc and the voltage is set so as to satisfy the relationship of Vex> Vfoc, the equipotential line 19 can be schematically represented as shown in FIG. The electron beam 18 emitted from each electron emission portion of the field emission electron source array portion 13 exerts a force capable of being bent in a direction perpendicular to the equipotential line 19, so that the electron beam 18 is separated from the conductive layer 16 as shown in FIG. The orbit will be bent. Among the beams emitted from the field emission type electron source array unit 13, the electron beam closer to the conductive layer 16 than the center of the array has a larger bending force, and as a result, the electron beam is subjected to the converging action. become. The thickness of the conductive layer 16 is
The thicker the lens, the greater the lens converging action, but it is desirable to select an optimum value from the viewpoint of element design and manufacturing process. In the first embodiment, considering the application to the electron gun,
It was set to 70 microns. According to this configuration, the emitted electron beam has a sufficient focusing action along the thickness direction of the electrode structure, and thus has a good focusing lens function.

【0023】以上のような理由で、実施の形態1に係わ
る電界放出型電子源素子によると、電界放出型電子源ア
レイ部から放出された電子ビームが、電子放出領域近傍
で良好な収束作用を受け低エミッタンス化が図られるた
め、特に陰極線管の電子銃用カソードとして用いる場
合、高解像度化に大きな効果を発揮する。
For the above reasons, according to the field emission type electron source device of the first embodiment, the electron beam emitted from the field emission type electron source array section has a good converging action in the vicinity of the electron emission region. Since it has a low emittance, it has a great effect on high resolution, particularly when it is used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube.

【0024】なお、本実施の形態1で説明を行った電子
源の用途として、代表的な陰極線管(CRT)の例をあ
げて説明を行ったが、陰極線管に用途を限定するもので
はなく、例えば屋外表示用の高輝度発光表示管や照明用
発光表示管等にも応用可能である。
The electron source described in the first embodiment has been described by taking a typical cathode ray tube (CRT) as an example, but the application is not limited to the cathode ray tube. For example, it can be applied to a high-brightness light emitting display tube for outdoor display, a light emitting display tube for illumination, and the like.

【0025】(実施の形態2)以下、本発明の実施の形
態2に係る電界放出型電子源素子の構造について図2を
参照しながら説明する。
(Second Embodiment) The structure of a field emission electron source element according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0026】図2に示すように、基板21の上には、ア
レイ状の陰極形成領域にそれぞれ円形状の開口部を有す
る絶縁層を介して引き出し電極22が形成されている。
基板21としては、通常のガラス基板やシリコン基板等
の最適な材料を用いることができる。絶縁層及び引き出
し電極22の開口部の内部にはそれぞれ電子放出部が形
成されており、複数の電子放出部からなる電界放出型電
子源アレイ部23が基板21の所望の位置に形成されて
いる。ここでは、電子放出部の材料や構造については特
に詳細に説明しないが、通常用いられるモリブデンの蒸
着法で形成されるスピント型電子源でもよく、またシリ
コンプロセスを利用して形成されるシリコン電子源でも
構わない。引き出し電極22上には、開口部が電界放出
型電子源アレイ部23を取り囲むように配置された電極
構造体24が配置され、電界放出型電子源アレイ部23
の開口部の中心と電極構造体24の開口部の中心が一致
するように位置合わせが行われる。また、電極構造体2
4は、少なくとも2層以上の積層体より構成され、本実
施の形態2では絶縁層25の表面の一部に導電層26が
形成された積層体の場合を説明する。絶縁体25は、ガ
ラス材料あるいはセラミックス材料でもよく、プロセス
や温度条件に最適な材料を選択すればよい。また、導電
層26は、電界放出型電子源アレイ部23を取り囲むよ
うに配置される。引き出し電極22は、電極構造体24
の絶縁層25を介して導電層26と配置されているた
め、導電層26との絶縁性は保持される。引き出し電極
22に所望の正電圧を印可することで、電界放出型電子
源アレイ部23の個々の電子放出部先端領域に高電界が
かかり、電界放出原理に基づいて真空中へ電子ビーム2
7を放出させることができる。
As shown in FIG. 2, the extraction electrode 22 is formed on the substrate 21 via an insulating layer having circular openings in the array-shaped cathode formation region.
As the substrate 21, an optimum material such as a normal glass substrate or a silicon substrate can be used. Electron emitting portions are formed inside the openings of the insulating layer and the extraction electrode 22, respectively, and a field emission type electron source array portion 23 including a plurality of electron emitting portions is formed at a desired position on the substrate 21. . Here, the material and structure of the electron emission portion will not be described in detail, but a Spindt-type electron source formed by a commonly used molybdenum vapor deposition method may be used, or a silicon electron source formed by using a silicon process. But it doesn't matter. On the extraction electrode 22, an electrode structure 24 having an opening arranged so as to surround the field emission type electron source array section 23 is arranged, and the field emission type electron source array section 23 is arranged.
The alignment is performed so that the center of the opening of the electrode structure 24 and the center of the opening of the electrode structure 24 coincide with each other. In addition, the electrode structure 2
4 is composed of a laminated body of at least two layers or more, and in the second embodiment, a case where the conductive layer 26 is formed on a part of the surface of the insulating layer 25 will be described. The insulator 25 may be a glass material or a ceramic material, and a material that is most suitable for the process and temperature conditions may be selected. The conductive layer 26 is arranged so as to surround the field emission electron source array section 23. The extraction electrode 22 has an electrode structure 24.
Since it is arranged with the conductive layer 26 via the insulating layer 25, the insulating property from the conductive layer 26 is maintained. By applying a desired positive voltage to the extraction electrode 22, a high electric field is applied to the tip region of each electron-emitting portion of the field-emission electron source array portion 23, and the electron beam 2 is drawn into a vacuum based on the field-emission principle.
7 can be released.

【0027】本実施の形態2に係わる電界放出型電子源
素子の電子ビームの収束レンズ機能についての動作原理
は、前述した本発明の実施の形態1の説明と重複するた
め、詳細な説明は省略する。引き出し電極22に印可す
る電圧をVex、電極構造体の導電層26に印可する収束
電圧をVfocとし、Vex>Vfocの関係を満足するように電
圧設定すると、電界放出型電子源アレイ部23の個々の
電子放出部から放出された電子ビーム27は、等電位線
の垂直方向に曲げられる力を受けるため、図2のように
導電層26から離れるように軌道が曲げられることにな
る。電界放出型電子源アレイ部23から放出されるビー
ムの中で、アレイ中心部より導電層26に近い電子ビー
ムほど、曲げられる力が大きく作用するため、結果的に
電子ビームは収束作用を受けることになる。本実施の形
態2では、前述の実施の形態1で説明した電極構造体と
は異なる、絶縁層25の表面の一部に導電層26が形成
された積層体の場合について説明したが、本電極構造体
は製造方法が簡易であるため低コストで同様の機能を実
現できるメリットがある。
Since the operation principle of the electron beam converging lens function of the field emission type electron source element according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment of the present invention described above, detailed description thereof will be omitted. To do. When the voltage applied to the extraction electrode 22 is Vex, the convergence voltage applied to the conductive layer 26 of the electrode structure is Vfoc, and the voltages are set so as to satisfy the relationship of Vex> Vfoc, the field emission type electron source array section 23 is individually configured. The electron beam 27 emitted from the electron emitting portion of the above is subjected to a force that is bent in the direction perpendicular to the equipotential line, so that the trajectory is bent so as to separate from the conductive layer 26 as shown in FIG. Among the beams emitted from the field-emission electron source array section 23, the electron beam closer to the conductive layer 26 than the center of the array has a larger bending force, and as a result, the electron beam is subjected to a converging action. become. In the second embodiment, the case where the electrode structure described in the first embodiment is different from the electrode structure described above and the conductive layer 26 is formed on a part of the surface of the insulating layer 25 has been described. Since the structure has a simple manufacturing method, there is an advantage that the same function can be realized at low cost.

【0028】以上のような理由で、実施の形態2に係わ
る電界放出型電子源素子によると、電界放出型電子源ア
レイ部から放出された電子ビームが、電子放出領域近傍
で良好な収束作用を受け低エミッタンス化が図られるた
め、特に陰極線管の電子銃用カソードとして用いる場
合、高解像度化に大きな効果を発揮する。
For the above reasons, according to the field emission type electron source element according to the second embodiment, the electron beam emitted from the field emission type electron source array section has a good converging action in the vicinity of the electron emission region. Since it has a low emittance, it has a great effect on high resolution, particularly when it is used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube.

【0029】なお、本実施の形態2で説明を行った電子
源の用途として、代表的な陰極線管(CRT)の例をあ
げて説明を行ったが、陰極線管に用途を限定するもので
はなく、例えば屋外表示用の高輝度発光表示管や照明用
発光表示管等にも応用可能である。
The electron source described in the second embodiment has been described by taking a typical cathode ray tube (CRT) as an example, but the application is not limited to the cathode ray tube. For example, it can be applied to a high-brightness light emitting display tube for outdoor display, a light emitting display tube for illumination, and the like.

【0030】(実施の形態3)以下、本発明の実施の形
態3に係る電界放出型電子源素子の構造について図3を
参照しながら説明する。本実施の形態3に係わる電界放
出型電子源素子の基本的な構成は、前述の実施の形態1
及び実施の形態2で説明した電界放出型電子源素子の構
成と同じである。図3に示すように、基板31の上に
は、アレイ状の陰極形成領域にそれぞれ円形状の開口部
を有する絶縁層を介して引き出し電極32が形成されて
いる。基板31としては、通常のガラス基板やシリコン
基板等の最適な材料を用いることができる。絶縁層及び
引き出し電極32の開口部の内部にはそれぞれ電子放出
部が形成されており、複数の電子放出部からなる電界放
出型電子源アレイ部33が基板31の表面全体に形成さ
れている。ここでは、電子放出部の材料や構造について
は特に詳細に説明しないが、通常用いられるモリブデン
の蒸着法で形成されるスピント型電子源でもよく、また
シリコンプロセスを利用して形成されるシリコン電子源
でも構わない。引き出し電極32上には、開口部が電界
放出型電子源アレイ部33を取り囲むように配置された
電極構造体34が配置され、電界放出型電子源アレイ部
33の開口部の中心と電極構造体34の開口部の中心が
一致するように位置合わせが行われる。また、電極構造
体34は、少なくとも2層以上の積層体より構成され、
本実施の形態3では第1絶縁層35、導電層36及び第
2絶縁層37の3層からなる積層体の場合を説明する。
引き出し電極32は、電極構造体34の第1絶縁層35
を介して導電層36と配置されているため、導電層36
との絶縁性は保持される。第2絶縁層37上には、電子
銃の構成要素となるグリッド電極G1からG5の集合体
からなる電子レンズ部38が近接配置されている。この
電子レンズ部38を構成するグリッド電極G1からG5
の各電極には、それぞれ最適な電圧が印加され、前記電
界放出型電子源アレイ部33から放射されたビーム電流
を、加速・収束する作用を有している。電子レンズ部の
グリッド電極G1は、電極構造体34の絶縁層上に直接
配置される構成のため、電界放出型電子源アレイ部とグ
リッド電極G1との相対ギャップ値は、電極構造体34
の厚みで制御可能となる。このギャップ高さ精度は、解
像度の性能に大きく影響を及ぼすため、数十ミクロン以
下であることが要求される。本実施の形態3の構成で
は、電極構造体34は、電界放出型電子源アレイ部33
と同じプロセスを用いて作製する必要はない。予め、最
適な材料・プロセスを用いて最適に、かつ高精度に作製
した電極構造体を、電界放出型電子源アレイ部33上
に、位置あわせを行った上でハイブリッド実装すればよ
い。ガラス材料やセラミックス材料を用いて数ミクロン
程度の精度での構造体作製は可能であるため、ギャップ
精度の要求を十分に満足することができる。
(Third Embodiment) The structure of the field emission type electron source element according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The basic structure of the field emission electron source element according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment.
The structure is the same as that of the field emission electron source element described in the second embodiment. As shown in FIG. 3, the extraction electrode 32 is formed on the substrate 31 via an insulating layer having circular openings in the array-shaped cathode formation region. As the substrate 31, an optimum material such as a normal glass substrate or a silicon substrate can be used. Electron emitting portions are formed inside the openings of the insulating layer and the extraction electrode 32, respectively, and a field emission type electron source array portion 33 including a plurality of electron emitting portions is formed on the entire surface of the substrate 31. Here, the material and structure of the electron-emitting portion will not be described in detail, but a Spindt-type electron source formed by a commonly used molybdenum vapor deposition method may be used, or a silicon electron source formed by using a silicon process. But it doesn't matter. On the extraction electrode 32, an electrode structure 34 having an opening so as to surround the field emission type electron source array section 33 is arranged, and the center of the opening of the field emission type electron source array section 33 and the electrode structure. The alignment is performed so that the centers of the openings of 34 coincide with each other. The electrode structure 34 is composed of a laminated body of at least two layers,
In the third embodiment, a case of a laminated body including three layers of a first insulating layer 35, a conductive layer 36, and a second insulating layer 37 will be described.
The extraction electrode 32 is the first insulating layer 35 of the electrode structure 34.
Since the conductive layer 36 is disposed via the
Insulation with is maintained. On the second insulating layer 37, an electron lens portion 38 composed of an assembly of grid electrodes G1 to G5, which are constituent elements of the electron gun, is arranged in proximity. The grid electrodes G1 to G5 forming the electron lens unit 38
An optimal voltage is applied to each of the electrodes, and the beam current emitted from the field-emission electron source array section 33 is accelerated and converged. Since the grid electrode G1 of the electron lens portion is arranged directly on the insulating layer of the electrode structure 34, the relative gap value between the field emission electron source array portion and the grid electrode G1 is determined by the electrode structure 34.
The thickness can be controlled. The accuracy of the gap height has a great influence on the resolution performance, and is required to be several tens of microns or less. In the configuration of the third embodiment, the electrode structure 34 includes the field emission type electron source array section 33.
It need not be made using the same process as. An electrode structure that is optimally and highly accurately manufactured using an optimal material / process in advance may be hybrid-mounted on the field emission electron source array section 33 after being aligned. Since it is possible to fabricate a structure with an accuracy of about several microns using a glass material or a ceramic material, it is possible to sufficiently satisfy the gap accuracy requirement.

【0031】以上のような理由で、実施の形態3に係わ
る電界放出型電子源素子によると、特に陰極線管の電子
銃用カソードとして用いる場合、あらかじめ電極構造体
の厚みを、電極構造体上に配置される電極構造体とのギ
ャップ高さに加工しておくことにより、電界放出型電子
源と電極構造体とのギャップ高さ設定を高精度化するこ
とができるため、高解像度化に大きな効果を発揮する。
For the above reasons, according to the field emission type electron source device according to the third embodiment, particularly when it is used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube, the thickness of the electrode structure is previously set on the electrode structure. By processing the gap height with the electrode structure to be arranged, the gap height between the field emission electron source and the electrode structure can be set with high accuracy, which is a great advantage for high resolution. Exert.

【0032】なお、本実施の形態3で説明を行った電子
源の用途として、代表的な陰極線管(CRT)の例をあ
げて説明を行ったが、陰極線管に用途を限定するもので
はなく、例えば屋外表示用の高輝度発光表示管や照明用
発光表示管等にも応用可能である。
The electron source described in the third embodiment has been described by taking a typical cathode ray tube (CRT) as an example, but the application is not limited to the cathode ray tube. For example, it can be applied to a high-brightness light emitting display tube for outdoor display, a light emitting display tube for illumination, and the like.

【0033】(実施の形態4)以下、本発明の実施の形
態4に係る表示装置の構成について図4を参照しながら
説明する。図4に示すように、バルブ41のネック42
内に電子銃43を収納し、電子銃43から放出される電
子ビーム44を、ファンネル45内の外周に装着した偏
向ヨーク46により走査し、フェースパネル47の内面
に被着した蛍光膜48上に照射して、フェースパネル4
7全面の画面に画像を形成するように構成したものであ
る。ここで用いる電子銃には、実施の形態1から実施の
形態3までに説明を行った電界放出型電子源素子または
電子銃の少なくともいずれか一方の構成を用いるものと
する。
(Embodiment 4) The configuration of a display device according to Embodiment 4 of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the neck 42 of the valve 41
The electron gun 43 is housed inside, and the electron beam 44 emitted from the electron gun 43 is scanned by the deflection yoke 46 mounted on the outer periphery of the funnel 45, and the fluorescent film 48 adhered to the inner surface of the face panel 47 is scanned. Illuminate the face panel 4
7 is configured to form an image on the entire screen. The electron gun used here has at least one of the structure of the field emission electron source element and the electron gun described in the first to third embodiments.

【0034】次に、本実施の形態4の構成要素である電
子ビームの形状を任意に最適化する手段について、図5
を用いて以下に具体的に説明する。
Next, the means for arbitrarily optimizing the shape of the electron beam, which is a component of the fourth embodiment, will be described with reference to FIG.
Will be specifically described below.

【0035】図5において、電界放出型電子源素子50
1はカソード構造体502上に固定されている。前記電
界放出型電子源素子501の近傍に対向する位置には、
前述の実施の形態1から実施の形態3までに説明を行っ
た電極構造体503を介して、グリッド電極G1からG
5の集合体からなる電子レンズ部504が配置されてい
る。この電子レンズ部504を構成するグリッド電極G
1からG5の各電極には、それぞれ最適な電圧が印加さ
れ、前記電界放出型電子源素子501から放射された電
子ビーム505を、加速・収束する作用を有している。
電子レンズ部504を通過した電子ビーム505は、偏
向ヨーク506からの偏向磁界の作用を受け、フェース
パネル507の最適な位置に照射されて、所望の画像を
形成する。その際に、照射される電子ビーム505のス
ポット形状は、偏向磁界の歪みの影響やフェースパネル
への斜入射の関係から、原理的に歪んだ形状へ変形す
る。フェースパネル上に照射されたビームスポットは、
照射される画面の位置により、画面中央部では真円形の
スポット形状であったものが、画面周辺部では横方向に
潰れた作用を受け、楕円形のスポット形状を示す。この
課題に対し、本実施の形態4の構成では、電子ビームの
偏向走査と同期して、電界放出型電子源素子501から
放出される電子ビーム505の形状を、軸対称に分離配
置された電極構造体503a及び503bに、それぞれ
異なる電圧を印加して、径方向に異なる電界によりビー
ムの収束特性を変化させることによって、前述のビーム
形状の補正を行う。図6を用いて説明をすると、例えば
画面中央部では理想的な真円形のビームスポット61
が、画面周辺部では歪み作用を受けて62のような楕円
形状で、かつ回転した形状を示す。この際に、歪みを逆
に打ち消す作用として、軸対称に分離配置された電極構
造体503a及び503bにそれぞれ異なる電圧を印加
して径方向に異なる電界同期させて行うことにより、ビ
ーム歪みを低減することができる。電極構造体の平面的
な配置構成としては、図7(a)に示すような矩形形状
の電極配置でもよいし、また図7(b)に示すような円
周状の電極形状であってもよい。ビームの収束性を考慮
して最適な電極配置を行うことが好ましい。電子ビーム
が画面に照射される偏向回路と同期して、前述のビーム
形状補正動作を、予め設定された回路により行うことに
より、電子ビームの歪みを極小化し、結果的に画面全域
での解像性能を向上させることが可能になる。
In FIG. 5, a field emission type electron source device 50 is shown.
1 is fixed on the cathode structure 502. At a position facing the vicinity of the field emission electron source element 501,
Through the electrode structure 503 described in the first to third embodiments, the grid electrodes G1 to G
An electronic lens unit 504 composed of an assembly of 5 is arranged. The grid electrode G forming the electron lens unit 504
An optimum voltage is applied to each of the electrodes 1 to G5, which has the function of accelerating and converging the electron beam 505 emitted from the field emission electron source element 501.
The electron beam 505 that has passed through the electron lens unit 504 is subjected to the action of the deflection magnetic field from the deflection yoke 506, and is irradiated on the optimum position of the face panel 507 to form a desired image. At that time, the spot shape of the irradiated electron beam 505 is theoretically deformed into a distorted shape due to the influence of distortion of the deflection magnetic field and the oblique incidence on the face panel. The beam spot irradiated on the face panel is
Depending on the position of the screen to be illuminated, what was a spot shape of a perfect circle in the central part of the screen is crushed in the lateral direction in the peripheral part of the screen and shows an elliptical spot shape. To solve this problem, in the configuration of the fourth embodiment, the shape of the electron beam 505 emitted from the field emission electron source element 501 is arranged in axially symmetrically separated electrodes in synchronization with the deflection scanning of the electron beam. The above-mentioned beam shape is corrected by applying different voltages to the structures 503a and 503b and changing the beam convergence characteristics by different electric fields in the radial direction. With reference to FIG. 6, for example, an ideal perfect circular beam spot 61 is formed in the center of the screen.
However, in the peripheral portion of the screen, an elliptical shape such as 62 due to the distortion effect and a rotated shape is shown. At this time, as a function of canceling the distortion in the opposite direction, different voltages are applied to the electrode structures 503a and 503b separately arranged in axial symmetry to synchronize with different electric fields in the radial direction, thereby reducing the beam distortion. be able to. The planar arrangement configuration of the electrode structure may be a rectangular electrode arrangement as shown in FIG. 7 (a) or a circumferential electrode shape as shown in FIG. 7 (b). Good. It is preferable to perform the optimal electrode arrangement in consideration of the beam convergence. By performing the above-mentioned beam shape correction operation by a preset circuit in synchronization with the deflection circuit that irradiates the screen with the electron beam, the distortion of the electron beam is minimized, resulting in resolution over the entire screen. It becomes possible to improve the performance.

【0036】以上のような理由で、実施の形態4に係わ
る表示装置によると、電子銃における電界放出型電子源
アレイ部のビーム収束補正動作を、予め設定された偏向
回路と同期にしてスポットビーム形状の最適補正を行う
ことができるため、特に陰極線管の電子銃用カソードと
して用いる場合、高解像度化に大きな効果を発揮する。
For the above reasons, according to the display device according to the fourth embodiment, the beam convergence correction operation of the field emission type electron source array section in the electron gun is synchronized with the preset deflection circuit to form the spot beam. Since the shape can be optimally corrected, particularly when it is used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube, it has a great effect on high resolution.

【0037】なお、本実施の形態4で説明を行った電子
源の用途として、代表的な陰極線管(CRT)の例をあ
げて説明を行ったが、陰極線管に用途を限定するもので
はなく、例えば屋外表示用の高輝度発光表示管や照明用
発光表示管等にも応用可能である。
The electron source described in the fourth embodiment has been described by taking a typical cathode ray tube (CRT) as an example, but the application is not limited to the cathode ray tube. For example, it can be applied to a high-brightness light emitting display tube for outdoor display, a light emitting display tube for illumination, and the like.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のような理由で、実施の形態1に係
わる電界放出型電子源素子によると、電界放出型電子源
アレイ部から放出された電子ビームが、電子放出領域近
傍で良好な収束作用を受け低エミッタンス化が図られる
ため、特に陰極線管の電子銃用カソードとして用いる場
合、高解像度化に大きな効果を発揮する。
For the above reasons, according to the field emission type electron source element according to the first embodiment, the electron beam emitted from the field emission type electron source array portion is well converged in the vicinity of the electron emission region. Since it has a low emittance due to the action, it has a great effect on high resolution, especially when it is used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube.

【0039】また、実施の形態2に係わる電界放出型電
子源素子によると、電界放出型電子源アレイ部から放出
された電子ビームが、電子放出領域近傍で良好な収束作
用を受け、更に効果的な低エミッタンス化が図られるた
め、特に陰極線管の電子銃用カソードとして用いる場
合、高解像度化に大きな効果を発揮する。
Further, according to the field emission type electron source element according to the second embodiment, the electron beam emitted from the field emission type electron source array section is subjected to a good converging action in the vicinity of the electron emission region, which is more effective. In particular, when it is used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube, it has a large effect on high resolution.

【0040】また、実施の形態3に係わる電界放出型電
子源素子によると、特に陰極線管の電子銃用カソードと
して用いる場合、あらかじめ電極構造体の厚みを、電極
構造体上に配置される電極構造体とのギャップ高さに加
工しておくことにより、電界放出型電子源と電極構造体
とのギャップ高さ設定を高精度化することができるた
め、高解像度化に大きな効果を発揮する。
Further, according to the field emission type electron source element according to the third embodiment, particularly when it is used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube, the thickness of the electrode structure is preliminarily set on the electrode structure. By processing the gap height between the body and the body, the gap height between the field emission electron source and the electrode structure can be set with high accuracy, which is very effective in achieving higher resolution.

【0041】また、実施の形態4に係わる表示装置によ
ると、電子銃における電界放出型電子源アレイ部のビー
ム収束補正動作を、予め設定された偏向回路と同期にし
てスポットビーム形状の最適補正を行うことができるた
め、特に陰極線管の電子銃用カソードとして用いる場
合、高解像度化に大きな効果を発揮する。
Further, according to the display device of the fourth embodiment, the beam convergence correction operation of the field emission type electron source array section in the electron gun is synchronized with the preset deflection circuit to perform the optimum correction of the spot beam shape. Since it can be performed, particularly when used as a cathode for an electron gun of a cathode ray tube, it has a great effect on high resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1に係る電界放出型電子源
素子を示した構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing a field emission electron source element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態2に係る電界放出型電子源
素子を示した構成図
FIG. 2 is a configuration diagram showing a field emission electron source element according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態3に係る電界放出型電子源
素子を示した構成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing a field emission electron source element according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態4に係る陰極線管装置を示
した構成図
FIG. 4 is a configuration diagram showing a cathode ray tube device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態4に係る電子銃を示した構
成図
FIG. 5 is a configuration diagram showing an electron gun according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態4に係るビームスポット歪
みを示す原理説明図
FIG. 6 is a principle explanatory diagram showing beam spot distortion according to the fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態4に係る電極構造体の平面
配置例を示す平面図
FIG. 7 is a plan view showing a planar arrangement example of an electrode structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】第1の従来例に係る電子銃構造体を示した断面
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an electron gun structure according to a first conventional example.

【図9】第2の従来例に係る電子銃構造体を示した断面
FIG. 9 is a sectional view showing an electron gun structure according to a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 引き出し電極 13 電界放出型電子源アレイ部 14 電極構造体部 15 電極構造体の第1絶縁層 16 電極構造体の導電層 17 電極構造体の第2絶縁層 18 電子ビーム 19 等電位線 11 board 12 Lead electrode 13 Field emission type electron source array section 14 Electrode structure part 15 First Insulating Layer of Electrode Structure 16 Conductive layer of electrode structure 17 Second Insulating Layer of Electrode Structure 18 electron beam 19 equipotential lines

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 隆一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山内 真英 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤井 宏治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井東 崇志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5C031 DD17 5C036 EE01 EE14 EE15 EF01 EF06 EF09 EG12 EG19 EH04 5C041 AA03 AB02 AC01 AD02 AD03 AE01    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Ryuichi Murai             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Masahide Yamauchi             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Koji Fujii             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Ito             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F-term (reference) 5C031 DD17                 5C036 EE01 EE14 EE15 EF01 EF06                       EF09 EG12 EG19 EH04                 5C041 AA03 AB02 AC01 AD02 AD03                       AE01

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、前記基板上に形成された複数の
開口部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成された引
き出し電極と、前記基板上の前記複数の開口部内に形成
された複数の陰極からなる電界放出型電子源アレイ素子
部と、電界放出型電子源素子上に設置され、開口部が前
記電界放出型電子源アレイ部を取り囲むように配置され
た少なくとも一部が導電性を有する電極構造体部とを具
備し、前記電極構造体が、前記電界放出型電子源素子か
ら放出される電子ビームの軌道を収束させる収束レンズ
機能を有することを特徴とする電界放出型電子源素子。
1. A substrate, an insulating layer having a plurality of openings formed on the substrate, a lead electrode formed on the insulating layer, and formed in the plurality of openings on the substrate. A field emission type electron source array element section comprising a plurality of cathodes, and at least a part of the field emission type electron source array section, which is provided on the field emission type electron source element and has an opening surrounding the field emission type electron source array section. And an electrode structure part having a field emission type electron source, wherein the electrode structure has a converging lens function of converging the trajectory of an electron beam emitted from the field emission type electron source element. element.
【請求項2】 前記電極構造体が導電性材料および絶縁
性材料からなり、少なくとも2層以上の積層された層を
有することを特徴とする請求項1に記載の電界放出型電
子源素子。
2. The field emission electron source element according to claim 1, wherein the electrode structure is made of a conductive material and an insulating material and has at least two or more stacked layers.
【請求項3】 前記電極構造体の上面または下面の少な
くとも一方が、絶縁性材料であることを特徴とする請求
項2に記載の電界放出型電子源素子。
3. The field emission electron source element according to claim 2, wherein at least one of an upper surface and a lower surface of the electrode structure is made of an insulating material.
【請求項4】 前記電極構造体の高さが、前記電極構造
体上に配置される電極構造体とのギャップ高さを保持す
る支持体として作用することを特徴とする請求項1に記
載の電界放出型電子源素子。
4. The height of the electrode structure acts as a support for holding a height of a gap between the electrode structure and the electrode structure arranged on the electrode structure. Field emission electron source device.
【請求項5】 真空容器内に、電子銃と、この電子銃か
ら放出される電子ビームを偏向する手段と、前記電子銃
に対向する位置に設けた蛍光体層とを具備した表示装置
において、前記電子銃の陰極として請求項1から請求項
4のいずれかに記載の電界放出型電子源素子を備えてい
ることを特徴とする表示装置。
5. A display device comprising an electron gun, means for deflecting an electron beam emitted from the electron gun, and a phosphor layer provided at a position facing the electron gun in a vacuum container, A display device comprising the field emission electron source element according to any one of claims 1 to 4 as a cathode of the electron gun.
【請求項6】 真空容器内に、電子銃と、この電子銃か
ら放出される電子ビームを偏向する手段と、前記電子銃
に対向する位置に設けた蛍光体層とを具備した表示装置
において、前記電子銃の陰極として請求項1から請求項
4のいずれかに記載の電界放出型電子源素子を備えてい
ることを特徴とする画像表示装置。
6. A display device comprising an electron gun, means for deflecting an electron beam emitted from the electron gun, and a phosphor layer provided at a position facing the electron gun, in a vacuum container, An image display device comprising the field emission electron source element according to any one of claims 1 to 4 as a cathode of the electron gun.
【請求項7】 真空容器内に、電子銃と、この電子銃か
ら放出される電子ビームを偏向する手段と、前記電子銃
に対向する位置に設けた蛍光体層とを具備した表示装置
において、前記電子銃の陰極として請求項1から請求項
4のいずれかに記載の電界放出型電子源素子を備えたこ
とを特徴とする陰極線管装置。
7. A display device comprising an electron gun, means for deflecting an electron beam emitted from the electron gun, and a phosphor layer provided at a position facing the electron gun, in a vacuum container, A cathode ray tube device comprising the field emission electron source element according to any one of claims 1 to 4 as a cathode of the electron gun.
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