DE60037505T2 - Elektronen emittierende vorrichtung und diese vorrichtung verwendendes anzeigegerät - Google Patents

Elektronen emittierende vorrichtung und diese vorrichtung verwendendes anzeigegerät Download PDF

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Hideo Katano-shi KUROKAWA
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenemissionselement der Kaltkathodenart, das eine Feldemission von Elektronen verursacht und eine unter Verwendung desselben hergestellte Bildanzeigevorrichtung.
  • In den letzten Jahren haben sich steigende Ansprüche hinsichtlich einer Verminderung der Dicke von Anzeigen bzw. Bildschirmen und eine verbesserte Kompaktheit ergeben, wodurch die Entwicklung von Mikrominiaturelektronen-Emissionselementen für eine hohe Betriebsgeschwindigkeit sehr lebhaft geworden ist.
  • In der Entwicklung von Elektronenemissionselementen war die Forschung und die Entwicklung zuerst auf die thermische Emissionsart gerichtet, jedoch wurde in den letzten Jahren die Forschung und Entwicklung der Kaltkathodenart, die keine Erwärmung bei hohen Temperaturen zur Elektronenemission sogar bei einer niedrigen Spannung erfordert, sehr intensiv. Vor diesem Hintergrund und aufbauend auf den Stand der Technik wurde eine Elementenstruktur der Kaltkathodenart zum Erreichen eines stabilen hohen Stroms bei niedriger Spannung und niedrigem Energieverbrauch, wobei die Elektronenemission von einer ausgewählten Stelle verursacht wurde, in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. H10-199398 vorgeschlagen.
  • Dieses Element weist, wie in 8(a) gezeigt, eine Struktur auf, bei der eine Graphitschicht 212, die als Kathodenelektrode dient, linienförmig auf ein Substrat 211 aufgebracht ist, und auf der dann eine Elektronenemissionsschicht 213, bestehend aus einer Kohlenstoffnanotubeschicht, vorgesehen ist. Weiter ist eine Isolierzone 214 an beiden Seiten der Elektronenemissionsschicht 213 vorgesehen, und darauf ist linienförmig eine Gitterelektrode 215 angeordnet, sodass sie senkrecht zu der Elektronenemissionsschicht 213 verläuft.
  • Mit dieser Struktur wird ein elektrisches Feld an den Abschnitten erzeugt, wo sich die Elektroden schneiden, wenn eine positive Spannung auf die Gitterelektrode 215 und eine negative Spannung auf die Kathodenelektrode 213 aufgebracht wird, und die Elektronen werden von den sich schneidenden Abschnitten der Kathodenelektrode abgezogen. Durch die Auswahl einer Linie, auf die eine Spannung aufgebracht wird, ist es möglich, die Elektronenemission von einer ausgewählten Stelle zu verursachen. Da die Elektronenemissionsschicht weiter aus Kohlenstoffnanotubes besteht, die eine ausgezeichnete Entladungseigenschaft aufweisen, kann ein stabiler starker Strom in einem niedrigen Vakuum und bei einer niedrigen Spannung erreicht werden.
  • Diese Elementenstruktur weist jedoch die folgenden Probleme auf:
    • 1. Da das begrenzte Abziehen der Elektronen nur durch die Potenzialdifferenz zwischen der Kathode und dem Gitter erreicht wird, um Elektronen von der Kathode abzuziehen, muss eine ausreichende Spannung auf Gitterelektrode aufgebracht werden. Somit ist es schwierig, eine ausreichend niedrige Betriebsspannung zu verwirklichen.
    • 2. Da zwischen den gegenüberliegenden Flächen der sich schneidenden Kathodenelektrode und der Gitterelektrode ein elektrisches Feld erzeugt wird, fließen viele von dem Kathodenelektrodenflächenende emittierte Elektronen nach oben in die Gitterelektrode, die die gegenüberliegende Fläche darstellt. Die Anzahl der Elektronen, die die über der Gitterelektrode angeordnete Anode erreichen, ist daher nicht mehr als der kleine Teil, der sich durch den mittleren Abschnitt der Elektronendurchgangsöffnung ausbreitet. Somit ist der Verwendungswirkungsgrad der emittierten Elektronen niedrig.
    • 3. Die Anodenelektrode ist über der Gitterelektrode angeordnet, wobei jedoch, wenn der Anodenelektrode ein Potenzial zugeführt wird, eine elektrische Feldkonzentration an den Randabschnitten der Gitterelektrode entsteht, sodass das Auftreten einer abnormalen Entladung von den Randabschnitten des Gitters 215 auftreten kann. Eine abnormale Entladung bewirkt eine beträchtliche Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Elektronenemissionsvorrichtung.
  • Die vorliegende beanspruchte Erfindung soll die genannten und andere Probleme lösen. Durch intensive Forschung haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckt, dass Elektronen sehr wirksam von einem Elektronenemissionsmaterial (Kathodenelektrode) durch die Kombination eines elektrischen Feldes zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode und eines elektrischen Feldes zwischen der Gitterelektrode und der Kathodenelektrode abgezogen werden können, und dass eine abnormale Entladung von den Randabschnitten der Gitterelektrode durch Einstellen der Anordnung und der Form der Gitterelektrode verhindert werden kann. Die Erfinder erreichten so die vorliegende beanspruchte Erfindung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 wird ein Elektronenemissionselement geschaffen, umfassend ein Elektronenförderteil, eine Kathodenelektrode, umfassend ein an dem Elektronenförderteil befestigtes Elektronenemissionsteil, eine von der Kathodenelektrode beabstandet angeordnete Anodenelektrode und eine zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode angeordnete Gitterelektrode mit einer Elektronendurchgangsöffnung, wobei die räumliche Anordnung der drei Teile, der Kathodenelektrode, der Anodenelektrode und der Gitterelektrode und ihre entsprechenden Formen so ausgebildet sind, dass mindestens eine Äquipotenzialfläche einschließlich einer Gitterelektrodenfläche eines zwischen der Gitterelektrode und der Anodenelektrode erzeugten elektrischen Feldes sich in Richtung der Kathodenelektrodenseite erstreckt und sich von der Elektronendurchgangsöffnung zur Kathodenelektrodenseite ausbreitet, und das ausgebreitete elektrische Feld und ein zwischen der Kathodenelektrode und der Gitterelektrode erzeugtes elektrisches Feld miteinander zur Ausbildung eines kombinierten elektrischen Feldes zusammenwirken, und eine Elektronenemissionssteuereinrichtung so vorgesehen ist, dass das Potenzial der Anodenelektrode in bezug zur Kathodenelektrode ein Potenzial ist, bei dem die Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode in Richtung der Anodenelektrode nur durch sein Potenzial verur sacht wird, das das Potenzial der Gitterelektrode eine zur Anodenelektrode entgegengesetzte Polarität aufweist, und dass durch Verändern des Potenzials der Gitterelektrode die Stärke des kombinierten elektrischen Feldes verändert wird.
  • Verglichen mit üblichen Feldemissionselementen wird mit einem dieses Steuerverfahren verwendende Element eine sehr wirksame Feldemission möglich. Somit können bei einer niedrigen Betriebsspannung ein gutes Ansprechen und eine stabile Elektronenemission erreicht werden. Das Grundprinzip dieser Art des Elektronenemissionselements gemäß der beanspruchten Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Bei einem Elektronenemissionselement gemäß der Erfindung sind, um ein kombiniertes elektrisches Feld auszubilden, die räumliche Anordnung und die Formen der drei Teile, der Kathodenelektrode, der Anodenelektrode und der Gitterelektrode geeignet eingestellt, und durch die Verwendung der Elektronenemissionssteuereinrichtung wird die Intensität des kombinierten elektrischen Feldes gesteuert, um die Anzahl der von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen zu steuern. Die Eigenschaften und technischen Merkmale dieses kombinierten elektrischen Feldes werden durch 1 deutlich.
  • 1 zeigt das Konzept, wie eine sehr viel niedrigere Spannung, jedoch mit der gleichen Polarität wie die der Anodenelektrode auf die Gitterelektrode aufgebracht wird, wobei der Zustand des kombinierten elektrischen Feldes durch Äquipotenzialflächen 10 wiederge geben ist. Wie in 1 gezeigt, breitet sich ein zwischen einer Gitterelektrode 3 und einer Anodenelektrode bestehendes elektrisches Feld von der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode 3 zu der Kathodenelektrodenseite aus und dieses ausgebreitete elektrische Feld wirkt mit einem zwischen einer Kathodenelektrode 2 und der Gitterelektrode 3 erzeugten elektrischen Feld zusammen, um einen vorstehenden Satz von Äquipotenzialflächen an der Kathodenelektrodenseite auszubilden. Dieser Satz der Äquipotenzialflächen ist das kombinierte elektrische Feld.
  • Ein kombinierter elektrischer Feldbereich 11 von 1 bezeichnet den Bereich der Wirkung des sich ausbreitenden elektrischen Feldes, in anderen Worten den Bereich des kombinierten elektrischen Feldes. Die entsprechenden Abstände der Gruppe der Äquipotenzialflächen innerhalb des kombinierten elektrischen Feldbereichs 11 sind, wie in 1 gezeigt, die kleinsten, auf der die Punkte (Täler) jeder Äquipotenzialfläche verbindenden Linie (Tallinie), und da der Abstand von der Tallinie zur rechten oder linken Seite zunimmt, erweitern sich die Abstände der Äquipotenzialfläche. D. h., die Gruppe der Punkte der Tallinie weisen die größten Potenzialdifferenzen auf, und der Abstand von der Tallinie nimmt sowohl nach rechts als auch nach links zu, wodurch die Potenzialdifferenzen abnehmen. Weiter verläuft diese Tallinie senkrecht zu einer Anodenelektrodenfläche und zu der Kathodenelektrode. Dieser Aspekt des kombinierten elektrischen Feldes gibt Anlass für die folgenden positiven Wirkungen bei der Elektronenemission.
  • Da erstens die Tallinie größere Potenzialdifferenzen in dem Tallinienabschnitt, wo die Tallinie sich mit der Kathodenelektrode schneidet als in anderen Bereichen zeigt, nimmt die Wirkung des Abziehens von Elektronen von der Kathodenelektrode zu. Die abgezogene Elektronen werden längs der Tallinie geführt, die die größte Potenzialdifferenzen zeigt, und gelangen zu der Anodenelektrode. Somit gibt es nur eine geringe Verminderung bei dem Elektronenverwendungswirkungsgrad infolge der Absorption von Elektronen durch die Gitterelektrode. D. h., gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, das ein kombiniertes elektrisches Feld verwendet, leitet die Tallinie gleichbleibend die von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen zu der Anodenelektrode, sodass sie die Funktion eines Tunnels für das Fliegen der Elektronen, wo sie sind, hat. Es ist somit möglich, auch bei niedrigen Gitterelektrodenspannungen von der Kathodenelektrode abgezogene Elektronen wirksam zu der Anodenelektrode zu bringen.
  • Durch Versuche wurde bestätigt, dass, wenn ein kombiniertes elektrisches Feld verwendet wird, die Wirkungen und ähnliches auf das Abziehen von Elektronen von der Kathodenelektrode merklich erhöht werden, wobei allerdings die Beziehung zwischen den einzelnen elektrischen Feldern und dem kombinierten elektrischen Feld, der Zustand der Verteilung von dem elektrischen Potenzial innerhalb des kombinierten elektrischen Feldes und ähnliches gegenwärtig noch nicht vollständig verstanden sind. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Potenzialdifferenzen in üblichen Elementen, die kein kombiniertes elektrisches Feld verwenden, so sind, dass sich Äquipotenzialflächenabstände ergeben, wie außerhalb des kombinierten elektrischen Feldbereichs 11 von 1 gezeigt ist.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der oben beschriebenen Konstruktion der vorliegenden beanspruchten Erfindung das auf die Anodenelektrode und die Gitterelektrode aufgebrachte Potenzial wirksam zum Abziehen von Elektronen von der Kathodenelektrode verwendet werden und somit können, verglichen mit Feldemissionselementen der üblichen Ausbildung, eine größere Anzahl von Elektronen gleichbleibend von der Kathodenelektrode mit niedriger Energie abgezogen werden.
  • Die vorliegende beanspruchte Erfindung kann weiter wie folgt ausgebildet sein.
  • Die Arbeitsfunktion von mindestens einer Anodenelektrodenseitenfläche der Gitterelektrode kann größer als die Arbeitsfunktion der Kathodenelektrode sein. Diese Ausbildung macht es möglich, die abnormale Entladung der Elektronen von einer Fläche der Gitterelektrode in Richtung der Anodenelektrode zu verhindern.
  • Die Gitterelektrode kann mittels eines elektrischen Schaltkreises, durch den Elektronen nicht von der geerdeten Seite fließen, geerdet sein. Diese Ausbildung macht es möglich, eine abnormale Entladung von der Gitterelektrode zu verhindern.
  • Die Gitterelektrode kann zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode so angeordnet sein, dass mindestens die Beziehung d ≥ Z1 erfüllt ist, wobei d die maximale Öffnungslänge der Elektronendurchgangsöffnung und Z1 der vertikale Abstand von einer Kathodenelektrodenfläche zu einer Fläche auf der Kathodenelektrodenseite der Gitterelektrode darstellt. Diese Ausbildung macht es möglich, dass sich das elektrische Feld zwischen der Anodenelektrode und der Gitterelektrode leicht von der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode ausbreitet.
  • Ein elektrisches Feldkonzentrationsverminderungsmittel zum Vermindern einer elektrischen Feldkonzentration von der Anodenelektrode kann in der Nähe der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode erfolgen und das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel kann so sein, dass die Arbeitsfunktion eines Umfangsrandabschnitts an der Anodenelektrodenseite der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode größer als die Arbeitsfunktion der anderen Abschnitte der Gitterelektrode ist. Zusätzlich kann es so sein, dass mindestens der Umfangsrandabschnitt an der Anodenelektrodenseite der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode abgeschrägt ist. Durch Verwenden diese Ausbildung wird eine abnormale Entladung in der Nähe der Elektronendurchgangsöffnung verhindert.
  • Die Elektronenemissionssteuereinrichtung in der Ausbildung der vorliegenden beanspruchten Erfindung kann so sein, dass das Potenzial der Anodenelektrode in bezug auf die Kathodenelektrode konstant ist, und die Stärke des kombinierten elektrischen Feldes durch Verändern des Potenzials der Gitterelektrode verändert wird. Die vorliegende beanspruchte Erfindung verwendet eine Ausbildung so, dass das elektrische Feld an der Anodenelektrodenseite sich von der Öffnung der Gitter elektrode zur Kathodenelektrodenseite ausbreitet und mit dem zwischen der Gitterelektrode und der Kathodenelektrode erzeugten elektrischen Feld kombiniert wird. Diese Ausbildung macht es möglich, die Eigenschaften und Intensität eines kombinierten elektrischen Feldes nur durch Ändern des Potenzials der Gitterelektrode zu verändern, wodurch es möglich ist, die Anzahl der von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen zu verändern. Hierdurch kann durch geeignetes Einstellen des Potenzials der Anodenelektrode, des Gitterelektrodenpotenzials, das als Potenzial zur Steuerung der Anzahl der von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen dient, sehr klein gemacht werden.
  • Die Elektronenemissionssteuereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass das Potenzial der Anodenelektrode in bezug auf die Kathodenelektrode ein Potenzial ist, bei dem die Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode in Richtung der Anodenelektrode nicht nur durch ihr Potenzial bewirkt wird, wobei das Potenzial der Gitterelektrode die gleiche Polarität wie das der Anodenelektrode aufweist, und durch Verändern des Potenzials der Gitterelektrode wird die Stärke des kombinierten elektrischen Feldes verändert.
  • Auch wenn das Potenzial der Anodenelektrode in bezug auf die Kathodenelektrode ein Potenzial ist, bei dem die Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode in Richtung der Anodenelektrode nicht nur durch sein Potenzial verursacht wird, breitet sich durch geeignetes Anordnen usw. der räumlichen Anordnung und der entsprechenden Formen der drei Teile, der Kathodenelektrode, der Anodenelektrode und der Gitterelekt rode ein elektrisches Feld von der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode aus, und dieses sich ausbreitende Feld wirkt auf das elektrische Feld zwischen der Gitterelektrode und der Anodenelektrode, wodurch es möglich wird, ein kombiniertes elektrisches Feld auszubilden. Die Intensität und ähnliches dieses kombinierten elektrischen Feldes kann durch Verändern des Gitterelektrodenpotenzials durch Verwenden der Elektronenemissionssteuereinrichtung verändert werden. Hierdurch ist es möglich, leicht die Elektronenemission von der Kathodenelektrode zu steuern.
  • Das Elektronenemissionssteuermittel kann so sein, dass das Potenzial der Anodenelektrode in bezug auf die Kathodenelektrode ein Potenzial ist, bei dem die Feldemission von Elektronen von der Kathodenelektrode in Richtung der Anodenelektrode nur durch sein Potenzial bewirkt wird, und durch Ändern des Potenzials der Gitterelektrode wird die Stärke des kombinierten elektrischen Feldes verändert. Mit dieser Ausbildung kann die Emission von Elektronen von der Kathodenelektrode wie bei der obigen Ausbildung gesteuert werden, jedoch kann bei dieser Ausbildung das auf die Gitterelektrode aufgebrachte Potenzial innerhalb des Bereichs von Plus zu 0 zu Minus verändert werden, um die Feldemission zu steuern. Insbesondere wird, wenn die Elektronenemission von der Kathodenelektrode begrenzt wird, ein Potenzial mit einer umgekehrten Polarität zu der der Anodenelektrode auf die Gitterelektrode aufgebracht, und wenn eine weitere Erhöhung der Anzahl der von der Kathode abgezogenen Elektronen gewünscht wird, wird ein Potenzial mit der gleichen Polarität zu der der Anodenelektrode aufgebracht.
  • Die Kathodenelektrode bei einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung kann ein säulenförmig ausgebildetes Elektronenemissionsteil umfassen, und das Elektronenemissionsteil kann so angeordnet sein, dass sich eine in Spitzenrichtung des Elektronenemissionsteils erstreckende Linie durch die Elektronendurchgangsöffnung verläuft und senkrecht zu einer Anodenelektrodenfläche ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in 1 gezeigt, die Tallinie, die die größten Potenzialdifferenzen zeigt, senkrecht zur Anodenelektrode ausgebildet. Entsprechend wird durch die säulenförmige Ausbildung des Elektronenemissionsteils und durch die Anordnung dieses Teils vorzugsweise so, dass es mit der Tallinie zusammenfällt, eine elektrische Feldkonzentration in dem spitzen Abschnitt des säulenförmigen Elektronenemissionsteils erzeugt, und somit wird die Elektronenemission von dem Teil vereinfacht, und da die Äquipotenzialflächendichte an den Seitenflächen der Säule hoch ist, wird eine wirksame Entladung möglich. D. h., da die Zone der großen Potenzialdifferenzen wirksam verwendet werden kann, ermöglicht diese Ausbildung eine hohe Stromentladung bei einer niedrigen Betriebsspannung. Es soll darauf hingewiesen werden, dass auf der Grundlage der eingenommenen Form des kombinierten elektrischen Feldes in 1 der Entladungswirkungsgrad mehr verbessert wird, wenn ein säulenförmiges Elektronenemissionsteil längs der Tallinie innerhalb des kombinierten elektrischen Feldbereichs angeordnet ist, als wenn ein ebenes Elektronenemissionsteil verwendet wird.
  • Das Elektronenemissionsteil kann eine Form haben, sodass die Beziehung r ≤ 0,3D erfüllt ist, wobei r den Krümmungsradius eines spitzen Eckenabschnitts und D die maximale Breite der Säule darstellt. Es wird bevorzugt, dass diese Form verwendet wird, da, wenn diese Form verwendet wird, in der Spitze des Elektronenemissionsteils eine elektrische Feldkonzentration bewirkt wird.
  • Die Gitterelektrode und die Kathodenelektrode können so ausgebildet sein, dass die Beziehung d ≥ Z1 erfüllt ist, wobei d die maximale Öffnungslänge der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode und Z1 der vertikale Abstand von einer Spitze des Elektronenemissionsteils darstellt. Es wird bevorzugt, dass d ≥ Z1 ist, da die Ausbreitung des Anodenpotenzials größer wird, wenn d ≥ Z1 ist.
  • Die Gitterelektrode und die Kathodenelektrode können so ausgebildet sein, dass die Beziehung Z1 ≤ 0,25L erfüllt ist, wobei L die Höhe des Elektronenemissionsteils von einer Fläche des Elektronenförderteils und Z1 der vertikale Abstand von einer Spitze des Elektronenemissionsteils zu einer Fläche der Gitterelektrode darstellt. Diese Bedingung macht es möglich, das Ausbreiten des Anodenpotenzials weiter wirksam zu nutzen und die in Richtung des Elektronenemissionsteils gerichtete elektrische Feldkonzentration zu verstärken.
  • Das Elektronenemissionselement kann so ausgebildet sein, dass das Elektronenemissionsteil eine Form hat, sodass die Beziehung r ≤ 0,3D erfüllt ist, wobei r der Krümmungsradius eines spitzen Eckenabschnitts davon und D die maximale Breite der Säule darstellt, die Gitterelektrode so angeordnet ist, dass die Beziehung Z1 ≤ 0,25L erfüllt ist, wobei L die Höhe des Elektronenemissionsteils von einer Fläche des Elektronenförderteils und Z1 der vertikale Abstand von einem spitzen Abschnitt des säulenförmigen Elektronenemissionsteils zu einer Fläche der Gitterelektrode darstellt, und die Größe der Elektronendurchgangsöffnung festgelegt ist, sodass die Beziehung d > Z1 erfüllt ist, wobei d die maximale Öffnungslänge der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode darstellt. Diese Ausbildung macht es möglich, da das kombinierte elektrische Feld sehr wirksam genutzt wird, ein Elektronenemissionselement zu verwirklichen, das eine hohe Stromentladung bei einer niedrigen Betriebsbespannung erreicht.
  • Das Elektronenemissionsteil kann ein Kohlenstoffmaterial umfassen.
  • Das Elektronenemissionsteil kann ein Graphit mit sechs Kohlenstoffringen mit freien σ-Bindungen umfassen. Graphit mit sechs Kohlenstoffringen mit freien σ-Bindungen zeigt eine Neigung zur Elektronenemission und ist somit als Elektronenemissionsteil von Vorteil.
  • Das Elektronenemissionsteil kann eine Whisker-Kristallsubstanz umfassen. Dies ist von Vorteil, da eine Whisker-Kristallsubstanz eine ausgezeichnete Elektronenemission aufweist.
  • Das Elektronenemissionsteil kann eine Kohlenstofffaser umfassen. Kohlenstofffaser ist bezüglich einer ausge zeichneten Entladungseigenschaft und eines moderaten Preises von Vorteil.
  • Das Elektronenemissionsteil kann Kohlenstoffnanotubes umfassen. Kohlenstoffnanotubes sind von Vorteil, da die Spitzen abgerundet sind und ist bezüglich der Elektronenemission ausgezeichnet.
  • Die Kathodenelektrode kann weiter mindestens ein weiteres an einer Fläche des Elektronenförderteils befestigtes Elektronenemissionsteil umfassen, wobei die Elektronenemissionsteile säulenförmig sind, das Elektronenemissionselement so aufgebaut ist, dass zwischen den Elektronenemissionsteilen und der Gitterelektrode die Beziehungen P ≥ 0,5L und Z1 ≤ 0,25L erfüllt sind, wobei P den Abstand zwischen jedem der Elektronenemissionsteile und Z den vertikalen Abstand von einer Spitze des Elektronenemissionsteils mit der größten vertikalen Höhe zu einer Fläche der Gitterelektrode darstellt. Die Verwendung einer Kathodenelektrode mit mehreren Elektronenemissionsteilen macht es möglich, die Anzahl der emittierten Elektronen gegenüber einer Kathode mit einem einzigen Elektronenemissionsteil bei der gleichen Betriebsspannung weiter zu erhöhen. Wenn jedoch der Abstand der mehreren Elektronenemissionsteile weniger als die Hälfte der Länge der Teile ist, geht, da die elektrische Feldkonstruktion an jedem Elektronenemissionsteil geschwächt wird, die vorteilhafte Wirkung von mehreren Elektronenemissionsteilen verloren. Aus diesem Grund wird bevorzugt, um die vorteilhaften Wirkungen von mehreren Elektronenemissionsteilen zu erreichen, bevorzugt, die Kathodenelektrode so auszubilden, dass P ≥ 0,5L und Z1 ≤ 0,25L ist.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen kann die Arbeitsfunktion an mindestens einer Anodenelektrodenseitenfläche der Gitterelektrode größer sein als die Arbeitsfunktion der Kathodenelektrode. Indem man die Arbeitsfunktion der Anodenelektrodenseite der Gitterelektrode größer macht, ist es möglich, eine abnormale Entladung von der Gitterelektrode zu verhindern.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen kann die maximale Länge d der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode so ausgebildet sein, dass die Beziehung d ≥ Z1 erfüllt ist, wobei d die maximale Öffnungslänge der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode und Z1 den vertikalen Abstand von der Spitze des Elektronenemissionsteils mit einer vertikalen Länge L zur Fläche der Gitterelektrode darstellt.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen kann ebenfalls das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel zur Verminderung der elektrischen Feldkonzentration von der Anodenelektrode in der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode erfolgen.
  • In diesem Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen kann das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel so sein, dass die Arbeitsfunktion des Umfangsrandabschnitts der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode an der Anodenelektrodenseite größer als die Arbeitsfunktion der anderen Abschnitte der Gitterelektrode ist.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen kann das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel so sein, dass ein Abschrägen an mindestens dem Umfangsrandabschnitt der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode an der Anodenelektrodenseite erfolgt.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen kann die Gitterelektrode mittels eines elektrischen Schaltkreises, durch den die Elektronen nicht von der geerdeten Seite fließen, geerdet sein.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen können die Elektronenemissionsteile ein Kohlenstoffmaterial umfassen.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen können ebenfalls die Elektronenemissionsteile ein Graphit mit sechs Kohlenstoffringen mit freien σ-Bindungen umfassen.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen können die Elektronenemissionsteile eine Whisker-Kristallsubstanz umfassen.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen können die Elektronenemissionsteile ebenfalls eine Kohlenstofffaser umfassen.
  • Im Fall von mehreren Elektronenemissionsteilen können die Elektronenemissionsteile ebenfalls Kohlenstoffnanotubes umfassen.
  • Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie folgt ausgebildet sein. Eine Bildanzeigevorrichtung umfasst mehrere Elektronenemissionselemente, einen Schaltkreis, der mit jedem der Elektronenemissionselemente verbunden ist, und der elektrische Signale zu jedem der Elektronenemissionselemente zur Elektronenemission überträgt, und einen Bildausbildungsabschnitt zur Ausbildung eines Bildes mittels der von der Elektronenemissionselementen emittierten Elektronen, wobei die Elektronenemissionselemente irgendwelche der Elektronenemissionselemente von irgendwelchen der vorangegangenen Ausführungsformen der Erfindung sind.
  • Diese Ausbildung macht es möglich, eine Bildanzeigevorrichtung zu realisieren, die sehr genaue Bilder bei einer niedrigen Betriebsspannung schafft, da die vorteilhaften Wirkungen des Betriebs von irgendwelchen der oben beschriebenen Elektronenemissionselementen erreicht werden.
  • 1 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Elektronen emittierenden Elements gemäß dem Beispiel 1.
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht des Kathodenelektrodenabschnitts eines Elektronenemissionselements gemäß Beispiel 2.
  • 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Elektronenemissionselements gemäß Beispiel 4.
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht eines Elektronenemissionselements entsprechend Beispiel 7.
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht zur Darstellung des Herstellungsverfahrens eines Elektronenemissionselements gemäß Beispiel 7.
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht zur Darstellung des Herstellungsverfahrens einer Bildanzeigevorrichtung gemäß Beispiel 8.
  • 8 zeigt den Aufbau eines Elektronenemissionselements nach dem Stand der Technik; (a) ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der gesamten Struktur und (b) ist eine geschnittene Teilansicht.
  • Beispiele der vorliegenden beanspruchten Erfindung werden im Einzelnen jetzt beschrieben. Bei den hier verwendeten Figuren werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung von Elementen mit gleicher Funktion verwendet, und eine Erläuterung in jedem Beispiel erfolgt nicht.
  • BEISPIEL 1
  • Ein Elektronenemissionselement gemäß Beispiel 1 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist eine schematische Schnittansicht des Elements. In der Figur bezeichnet Bezugszeichen 5 ein Isoliersubstrat umfassend Sodaglas oder ähnliches. Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Elektronenförderteil, das eine leitende Schicht umfasst und auf dem Substrat 5 ausgebildet ist. Bezugzeichen 2 bezeichnet eine Kathodenelektrode, die ein Elektronenemissionsteil umfasst und auf dem Elektronenförderteil 1 befestigt ist. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine zwischen der Kathodenelektrode 2 und einer Anodenelektrode 4 angeordnete Gitterelektrode. Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Elektronenemissionssteuerabschnitt (ein Elektronenemissionssteuermittel) zur Steuerung der Anzahl der von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen. Der Elektronenemissionssteuerabschnitt 6 weist einen elektrischen Schaltkreis auf, der die auf jede Elektrode aufgebrachte Spannung entsprechend von äußeren Eingangssignalen und einem im Voraus eingegebenen Programm ändert. Dieser Schaltkreis ist so ausgebildet, dass er nicht nur die Spannungen einer bestimmten Polarität zu Spannungen der gleichen Polarität verändert, sondern ebenfalls die Spannung innerhalb eines breiten Bereichs von negativen Spannungen einschließlich der umgekehrten Polarität zu positiven Spannungen ändert.
  • Die räumlichen Anordnungen und Formen jeder der oben beschriebenen Teile ist wie folgt.
  • Die Kathodenelektrode 2 ist eine säulenförmige Struktur mit einer Länge (Höhe) L und einer maximalen Breite D und einem abgerundeten spitzen Abschnitt. Die abgerundete Form ist so ausgebildet, dass die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius r dieser abgerundeten Form und der Breite D so ist, dass der Ausdruck r ≤ 0,3D erfüllt ist.
  • Die Gitterelektrode 3 weist eine Elektronendurchgangsöffnung mit einem Durchmesser d auf und ist so ange ordnet, dass die Öffnung über einer sich von der Spitze der Kathodenelektrode 2 erstreckenden Linie angeordnet ist, und der vertikale Abstand von der Spitze der Kathodenelektrode 2 zu einer Fläche der Gitterelektrode Z1 ist. Weiter wird die Beziehung zwischen dem Durchmesser d der Öffnung und dem vertikalen Abstand Z1 vorher so eingestellt, dass der Ausdruck d ≥ Z1 erfüllt ist, und die Beziehung zwischen der Länge L der Kathodenelektrode 2 und Z1 wird vorher so eingestellt, dass der Ausdruck Z1 ≤ 0,25L erfüllt ist.
  • Die Anodenelektrode 4 ist an einer durch den vertikalen Abstand Z2 von der oberen Fläche der Gitterelektrode 3 definierten Stelle angeordnet.
  • Das Elektronenemissionselement von Beispiel 1 wird nun im Einzelnen beschrieben. Das Elektronenförderteil 1 ist eine leitende Schicht, die Elektronen zu der Kathodenelektrode 2 fördert und liefert und besteht aus einem dünnen oder dicken Film, umfassend ein Metall oder ähnliches. Die Struktur kann einlagig oder mehrlagig sein, jedoch besteht in diesem Beispiel die Struktur aus einer einlagigen Aluminiumfolie.
  • Für die Elektrodenelektrode 2 können verschiedene Materialien mit einer Elektronenemissionseigenschaft verwendet werden. Beispiele dieser Materialien umfassen Kohlenstofffaser, Graphit, Kohlenstoffnanotube und Diamant. Die Form der Kathodenelektrode 2 kann zweidimensional sein, jedoch wird hinsichtlich der Elektronenemissionswirkung bevorzugt, dass sie säulenförmig (prismatisch-, zylindrisch- oder nadelkristallförmig) ist, und dass der Spitzenabschnitt abgerundet ist.
  • Wenn die Form der Kathodenelektrode (Elektronenemissionsteil) säulenförmig ist, wird weiter bevorzugt, die Elektrode so anzuordnen, dass die die Mittelachse einschließende Linie der Kathodenelektrode senkrecht zur Anodenelektrode verläuft, und weiter wird bevorzugt, dass die oben erwähnte Mittelachse der Tallinie in 1 entspricht. Wenn die Kathodenelektrode in dieser Weise angeordnet ist, entsteht an dem Spitzenabschnitt der Kathodenelektrode eine elektrische Feldkonzentration, wie in der Zusammenfassung erläutert, und somit können die Elektronen leicht von der Kathodenelektrode abgezogen und längs der Tallinie zu der Anodenelektrode geführt werden, ohne dass sie während des Wegs in die Gitterelektrode strömen. Entsprechend wird die Wirksamkeit der Elektronen entscheidend gesteigert.
  • In diesem Beispiel wird eine säulenförmige Kathodenelektrode durch Zusammenkleben gleicher Kohlenstoffnanotubes zur Ausbildung einer Stange so gebildet, dass L = 2 mm und D = 0,2 mm ist, und die Spitze der Elektrode in einer runden Form mit einem Krümmungsradius von ungefähr r = 0,04 mm ausgebildet ist. Weiter wird für die Gitterelektrode 3 eine SUS-Platte (Ni-Cr Kupferplatte) mit einer Plattendicke von 0,1 mm und eine darin ausgebildeten Elektronendurchgangsöffnung (Loch) mit einem Durchmesser von 3 mm verwendet. Diese Gitterelektrode 3 ist an einer Stelle angeordnet, die durch Z1 = 0,5 mm (Z1 ≤ 0,25L) von der Spitze der Kathodenelektrode 2 definiert ist.
  • Die Anodenelektrode besteht weiter aus einem durchscheinenden leitenden Material aus zum Beispiel ITO (Indiumzinnoxid) und einer Schicht von zum Beispiel Fastphosphor P22 ist auf einer Oberfläche des durchscheinenden leitenden Materials ausgebildet. Dies ist so, dass das Licht emittiert wird, wenn Elektronen von der Kathodenelektrode erhalten werden. Weiter beträgt der Abstand Z2 der Anodenelektrode in diesem Beispiel von der Gitterelektrode 2 1 mm. Der oben erwähnte Fastphosphor ist geeignet, um Elektronen bei einer hohen Spannung von 6 bis 10 kV zu ziehen und Licht zu emittieren.
  • Das Verfahren zum Anbringen des Elektronenförderteils 1 an dem Elektronenemissionsteil (Kathodenelektrode 2) ist nicht besonders begrenzt, bevorzugt wird jedoch beispielsweise das Verfahren im Vakuum unter Verwendung eines Bindemittels, das weit verbreitet ist, durchzuführen. Weiter ist es möglich, das Elektronenemissionsteil direkt auf dem Elektronenförderteil 1 unter Verwendung von zum Beispiel Druck, Photomaskieren oder Ätzen auszubilden. Ein Beispiel für das oben erwähnte Bindemittel ist eine Mischsubstanz, umfassend 99% Isoamylacetat und 1% Nitrocellulose.
  • Im Folgenden wurde ein auf diese Weise hergestelltes Elektronenemissionselement betrieben und seine Leistung wurde überprüft. Insbesondere wurde für ein Potenzial gerade unter dem notwendigen Potenzial zum Bewirken der nicht unterstützten Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode eine Spannung von 8 kV (konstant) auf die Anodenelektrode 4 eines wie oben beschrieben hergestellten Elements aufgebracht. Unter diesen Bedingungen wurde die Spannung der Gitterelektrode in dem Bereich von 0 V bis ungefähr 100 V verän dert. Es ergab sich, dass, wenn eine positive Spannung von 40 V auf die Gitterelektrode 3 aufgebracht wurde, der Emissionsstrom der Kathodenelektrode 1 μA betrug.
  • Andererseits war es unter der Bedingung, dass eine Spannung nur auf die Gitterelektrode 3 aufgebracht wurde, ohne eine Spannung auf die Anodenelektrode 4 aufzubringen, d. h., unter der Bedingung, dass absolut kein Ausbreiten eines elektrischen Feldes von der Anodenelektrode stattfand, wenn die auf die Gitterelektrode 3 aufgebrachte Spannung verändert wurde, notwendig, eine Spannung von 600 V aufzubringen, um die Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode zu bewirken. Aus dem Vergleich der Ergebnisse der obigen Versuche wurde bestätigt, dass das Elektronenemissionselement von Beispiel 1 bei einer niedrigeren Spannung als der bei dem üblichen Verfahren notwendigen, die keinen Gebrauch von einem kombinierten elektrischen Feld macht, betrieben werden konnte.
  • Jedoch ist es, wie in dem oben beschriebenen Betriebsbeispiel, wenn ein Potenzial gerade unter dem notwendigen Potenzial zum Bewirken der nicht unterstützten Feldemission von Elektronen von der Kathodenelektrode aufgebracht wurde, und unter dieser Bedingung die Spannung der Gitterelektrode 3 verändert wird, möglich, leicht die Anzahl der von der Kathodenelektrode 2 bei einer niedrigen Spannung emittierten Elektronen zu verändern. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür darin liegt, dass es beim Abziehen der Elektronen von der Kathodenelektrode 2 notwendig ist, auf die Kathodenelektrode (Elektronenemissionsteil) ein elektrisches Feld oberhalb des Schwellenwertes für eine Feld emission aufzubringen, jedoch breitet sich bei einem Element der obigen Ausbildung das von der Elektrode erzeugte elektrische Feld, das auf die Anodenelektrode 4 aufgebracht wird, von der Elektronendurchgangsöffnung zu der Kathodenelektrodenseite aus. Dieses ausgebreitete Feld verbindet sich mit dem durch das Aufbringen einer Spannung auf die Gitterelektrode erzeugte elektrische Feld zur Ausbildung eines kombinierten elektrischen Feldes. Dieses kombinierte elektrische Feld ist so, siehe 1, dass Äquipotenzialflächen eine dichte Tallinie aufweisen. Da dieses Tal das Abziehen der Elektroden von der Fläche der Kathodenelektrode unterstützt, ist es möglich, sehr wirkungsvoll Elektronen von der Fläche der Kathodenelektrode mit einem kleinen Gitterelektrodenpotenzial abzuziehen. Weiter können die Elektronen sehr wirksam die Anodenelektrode erreichen.
  • Wie oben erläutert, ist das Elektronenemissionselement von Beispiel 1 so ausgebildet, dass durch Aufbringen einer Spannung sowohl auf die Anodenelektrode als auch auf die Gitterelektrode ein kombiniertes elektrisches Feld gebildet wird, und die Verteilung und Intensität des kombinierten elektrischen Feldes kann durch das Elektronenemissionssteuermittel 6 gesteuert werden. Mit einem so ausgebildeten Element kann man ausgezeichnete Elektronenemissionseigenschaften erreichen, die in der Vergangenheit nicht erreicht werden konnten.
  • BEISPIEL 2
  • In Beispiel 2 wurde die Kathodenelektrode 2 unter Verwendung von mehreren säulenförmigen Elektronenemissionsteilen ausgebildet. Insbesondere wurde, wie in 3 gezeigt, der Abstand zwischen den Mittelachsen jeder entsprechenden Säule der Elektronenemissionsteile mit einer maximalen Breite D P gemacht, und die mehreren Elektronenemissionsteile 2' wurden an dem Elektronenförderteil 1 zur Ausbildung der Kathodenelektrode 2 befestigt. Insbesondere wurden 5 zylindrische Elektronenemissionsteile, bestehend aus Kohlenstoffnanotubes mit einer maximalen Breite D = 0,2 mm, einer Länge L = 2 mm und einer Spitze mit einem Krümmungsradius r = 0,04 mm verwendet, wobei der Abstand zwischen den Mittelachsen von jedem Elektronenemissionsteil P = 1 mm ausgebildet wurde, und die Elektronenemissionsteile Seite an Seite auf dem Elektronenförderteil 1 befestigt wurden. Unter Verwendung einer auf diese Weite ausgebildeten Kathodenelektrode 2 und bei sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde ein Elektronenemissionsteil entsprechend Beispiel 2 ausgebildet.
  • Vom Standpunkt der gegenseitigen Beeinflussung zwischen benachbarten Elektronenemissionsteilen auf einem Minimum zu halten und wirksam ein elektrisches Feld an jedem entsprechenden Elektronenemissionsteil zu konzentrieren, wird der Abstand P so gewählt, dass der Ausdruck P ≥ 0,5L erfüllt wird. Der Abstand P wurde auf diese Weise ausgewählt, da experimentell bestätigt wurde, dass die Feldemission wirksam fortschreitet, wenn diese Bedingung erfüllt war, verglichen mit dem Fall, wenn diese Bedingung nicht erfüllt war.
  • Es wurde bestätigt, dass, wenn die gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1, nämlich wenn die auf die Anodenelektrode aufgebrachte Spannung 8 kV (konstant) und eine Spannung auf die Gitterelektrode aufgebracht wurde, auf ein Elektronenemissionselement entsprechend Beispiel 2 aufgebracht wurden, das so ausgebildet war, dass der Ausdruck P ≥ 0,5L erfüllt war, man einen dreimal so hohen Entladungsstrom von dem Element von Beispiel 1 für die gleichen Gitterelektrodenspannungen erhielt. Weiter war der annehmbare Positionsbereich (die Position der Spitzen der Elektronenemissionsteile und der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode), die Genauigkeit bei der Anordnung eines Elements größer bei einer Kathodenelektrode mit mehreren säulenförmigen Elektronenemissionsteilen, verglichen mit einer Kathodenelektrode mit einem Elektronenemissionsteil, sodass in dieser Hinsicht die Herstellung erleichtert wird.
  • BEISPIEL 3
  • Ein Elektronenemissionselement von Beispiel 3 unterscheidet sich von einem Element gemäß Beispiel 1 darin, dass es so ausgebildet ist, dass ein Potenzial zum Bewirken der Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode durch nur das Potenzial der Anodenelektrode 4 auf die Anodenelektrode 4 aufgebracht wird. In anderer Hinsicht entspricht das Element dem von Beispiel 1. Diese Ausbildung wird verwirklicht, indem man eine bestimmte Spannung auf die Anodenelektrode 4 unter Verwendung des Elektronenemissionssteuermittel 6 aufbringt. Wenn ein Potenzial, das die Feld emission der Elektronen von der Kathodenelektrode nur durch das Potenzial der Anodenelektrode 4 auf die Anodenelektrode 4 aufgebracht wird, werden Elektronen an der Kathodenelektrode 2 in Richtung der Anodenelektrode 4 emittiert, auch wenn keine Spannung auf die Gitterelektrode 3 aufgebracht wird. Beim Begrenzen der Anzahl der emittierten Elektronen wird daher ein Potenzial mit einer sich von der der Anodenelektrode (negatives Potenzial) unterschiedlichen Polarität auf die Gitterelektrode 3 aufgebracht. Andererseits wird, wenn es gewünscht wird, weiter die Anzahl der von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen zu erhöhen, ein Potenzial mit der gleichen Polarität wie der der Anodenelektrode (positives Potenzial) auf die Gitterelektrode 3 aufgebracht. Entsprechend ist es mit einem Element dieser Ausbildung möglich, stark die Anzahl der von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen durch Verändern des auf die Gitterelektrode 3 aufgebrachten Potenzials und die Größe des Potenzials zu verändern. D. h., mit dieser Konstruktion kann ein Elektronenemissionselement mit guter Anwendbarkeit verwirklicht werden.
  • Da das Potenzial umgekehrter Polarität (negativ) durch die Gitterelektrode so aufgebracht wird, dass der Elektronenstrahl in der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode konvergiert, ist es mit dieser Ausbildung möglich, wirksam das Aufbringen der emittierten Elektronen auf die Anodenelektrode sicherzustellen.
  • Im Folgenden wurde das Element von Beispiel 3 betrieben und die Leistung festgestellt. Es wurde nämlich auf die Anodenelektrode 4 10 kV aufgebracht, ein Poten zial, das ein wenig größer als das zum Bewirken der Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode 2 nur durch diese Spannung ist, und das Potenzial der Gitterelektrode 3 wurde verändert. Als Ergebnis wurde festgestellt, wenn eine negative Spannung von 50 V auf die Gitterelektrode 3 aufgebracht wurde, dass ein 1 μA Strom von der Kathodenelektrode 2 emittiert wurde. Wenn andererseits die Spannung für die Anodenelektrode 0 V betrug, fand man, dass die Spannung der Gitterelektrode zum Abziehen von Elektronen von der Kathodenelektrode 600 V betrug.
  • Durch einen Vergleich der Ergebnisse dieser Experimente wurde die Fähigkeit der Begrenzung des Abziehens von Elektronen bei einer äußerst geringen Betriebsspannung durch Verwenden des Elements mit der Ausbildung von Beispiel 3 dargelegt.
  • BEISPIEL 4
  • Im Beispiel 4 wurde ein Elektronenemissionselement mit dem gleichen Aufbau wie von Beispiel 1 ausgebildet mit der Ausnahme, dass ein Abschrägen an dem Umfang einer Elektronendurchgangsöffnung 3a der Gitterelektrode 3 vorgenommen wurde.
  • Eine schematische Schnittansicht dieses Elements ist in 4 gezeigt. Die Abschrägung besteht darin, dass die Ränder geneigt oder rund ausgebildet werden. Wenn diese Art der Abschrägung an einem Umfangsrand der Elektronendurchgangsöffnung 3a ausgebildet wird, wird eine elektrische Feldkonzentration an dem Umfangsrand vermindert. Somit wird eine abnormale Entladung von den Rändern der Öffnung unterdrückt, und da die elektrische Feldkonzentration an der Spitze der Kathodenelektrode 2 die Ränder der Öffnung überwunden hat, erfolgt die Entladung von der Kathodenelektrode 2 kontinuierlich weiter.
  • Das Verfahren des Abschrägens ist nicht in besonderer Weise begrenzt, jedoch ist es im Fall von schrägen Rändern wirksam, das Abschrägen an dem Rand durchzuführen, der sich auf der Seite der Anodenelektrode befindet, da eine abnormale Entladung an dieser Seite aufzutreten neigt. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Abschrägen umfasst das Ätzen des Öffnungsabschnitts der Gitterelektrode mit einer Ätzflüssigkeit.
  • Das Elektronenemissionselement von Beispiel 4 wurde unter den gleichen Bedingungen wie das von Beispiel 1 betrieben, nämlich es wurde ein Potenzial (8 kV), bei dem das nicht unterstützte Abziehen von Elektronen von der Kathodenelektrode 2 nicht möglich war, aufgebracht, und unter der Bedingung, dass verschiedene positive Spannungen auf die Gitterelektrode 2 aufgebracht wurden, wurde die Leistung festgestellt. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass, wenn eine Spannung von 40 V auf die Gitterelektrode 2 aufgebracht wurde, die Erzeugung eines Entladungsstroms von 1 μA durch die Kathodenelektrode ohne irgendein Auftreten einer abnormalen Entladung von der Elektronendurchgangsöffnung 3a stattfand.
  • Während in Beispiel 4 das Abschrägen als Mittel zum Vermindern der elektrischen Feldkonzentration durchgeführt wurde, kann jedoch eine abnormale Entladung an den Rändern der Öffnung infolge der elektrischen Feldkonzentration verhindert werden, wenn man die Arbeitsfunktion des Umfangs der Öffnung größer als die der anderen Abschnitte macht. Je größer die Arbeitsfunktion ist, um so schwieriger ist die Entladung. Als ein Verfahren zum teilweisen Ändern der Arbeitsfunktionen ist es möglich, zum Beispiel ein Teil mit einer großen Arbeitsfunktion in der Nähe der Elektronendurchgangsöffnung 3a anzubringen (einschließlich anzuwenden). Zusätzlich kann ein Teil mit einer großen Arbeitsfunktion an der abgeschrägten Fläche angebracht werden.
  • BEISPIEL 5
  • Es wurde ein Elektronenemissionselement so ausgebildet, dass es die gleiche Struktur wie die im Beispiel 4 hatte, auf die Anodenelektrode wurde ein Potenzial zum Bewirken der nicht unterstützenden Feldemission der Elektronen von der Kathodenelektrode aufgebracht und es war ein Elektronenemissionssteuermittel vorgesehen, das die auf die Gitterelektrode 3 aufgebrachte Spannung verändern kann. Das Element wurde betrieben und die Leistung festgestellt.
  • Auf die Anodenelektrode wurde eine Spannung von 10 kV aufgebracht, eine Spannung, die ein wenig größer als die Spannung ist, bei der Elektronen von der Kathodenelektrode ohne Unterstützung emittiert werden, und es wurde die auf die Gitterelektrode aufgebrachte Spannung verändert. Es hat sich ergeben, dass, wenn eine negative Spannung (umgekehrte Polarität zu der Anode) von 50 V auf die Gitterelektrode 3 aufgebracht wurde, ein Entladungsstrom von 1 μA durch die Kathodenelektro de 2 erreicht wurde. Auch wenn die Spannung der Gitterelektrode im Bereich vom Negativen zum Positiven verändert wurde, trat absolut keine abnormale Entladung an der Elektronendurchgangsöffnung 3a auf.
  • BEISPIEL 6
  • Ein Elektronenemissionselement von Beispiel 6 hat im Wesentlichen die gleiche Struktur wie das von Beispiel 1, unterscheidet sich jedoch darin, dass die Arbeitsfunktionen der Kathodenelektrode und der Gitterelektrode geregelt werden. Das Element war nämlich so ausgebildet, dass ein Material mit einer größeren Arbeitsfunktion als der des Elektronenemissionsteils, das die Kathodenelektrode 2 darstellt, als Material für die Gitterelektrode 3 verwendet wurde. Während die Kathodenelektrode 2 aus Kohlenstoffnanotubes bestand, bestand die Gitterelektrode 3 aus einer Nickelplatte.
  • Unter der Bedingung, dass die Arbeitsfunktion der Gitterelektrode 3 größer als die der Kathodenelektrode ist, ist es nicht notwendigerweise erforderlich, die Bedingung mit einem einzigen Material zu erfüllen. Wenn beispielsweise die Kathodenelektrode aus einem Kohlenstoffelektronenemissionsteil besteht, wie zum Beispiel Kohlenstoffnanotubes, kann die Gitterelektrode so sein, dass ein Aluminiumoxidfilm mit einer Dicke von 5.000 Å auf einer SUS-Platte (Ni-Cr Kupferplatte) mit einer Plattendicke von 0,1 mm ausgebildet wird, und die Elektronendurchgangsöffnung darin ausgebildet wird. Dann wird die Aluminiumoxidfilmfläche dieser Gitterelektrode so angeordnet, dass sie der Anodenelektrode gegenüber liegt und als Gitterelektrode 3 verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, die oben beschriebene Bedingung zu erfüllen. Es wird bevorzugt, dass ein Aluminiumoxidfilm nicht an der inneren Umfangsfläche der Gitterelektrode 3 ausgebildet wird. Da Aluminiumoxid eine dielektrische Substanz ist, gibt es Fälle der Unterbrechung der Strömung der Elektrizität aufgrund der Verschlechterung der Elektronenabziehfähigkeit, wenn Aluminiumoxid in der Nähe der Elektronenbahnen, nämlich an der Innenseitenfläche der Elektronendurchgangsöffnung, vorhanden ist.
  • Entgegengesetzt dazu ist es anderseits möglich, einen Aluminiumfilm mit einer dicke von 5.000 Å nur auf einer Seite einer Aluminiumoxidplatte mit einer Plattendicke von 0,5 mm und einer Elektronendurchgangsöffnung darin auszubilden, und die Aluminiumfilmseite an der Kathodenelektrodenseite zur Ausbildung der Gitterelektrode 3 auszubilden. In diesem Fall wird bevorzugt, einen Aluminiumfilm auf der inneren Umfangsfläche der Elektronendurchgangsöffnung 3a auszubilden. Um jedoch eine abnormale Entladung zu verhindern wird bevorzugt, dass der Aluminiumfilm bis zu einer Position ein wenig unterhalb der oberen Randfläche der Anodenelektrodenseite der Aluminiumoxidplatte ausgebildet wird.
  • In dem auf diese Weise gebildeten Element von Beispiel 6 wird ein Elektronentunneln aufgrund von der elektrischen Feldkonzentration an der Kathodenelektrode 2 (Elektronenemissionsteil) bewirkt. Durch Betriebsversuche wurde bestätigt, dass es schwierig ist, dass eine abnormale Entladung auftritt.
  • BEISPIEL 7
  • Ein Elektronenemissionselement von Beispiel 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Schaltkreis so eingebaut ist, dass Elektronen von der geerdeten Seite nicht zur Gitterelektrode 3 fließen. Die anderen Konstruktionen sind die gleichen wie bei Beispiel 1.
  • Eine schematische Schnittansicht des Elements von Beispiel 7 ist in 5 gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, ist ein elektrischer Schaltkreis, umfassend eine Diode und ähnliches, so aufgebaut, dass die Elektronen von der geerdeten Seite nicht zu der Gitterelektrode 3 fließen.
  • Das Herstellungsverfahren eines Elements dieser Konstruktion wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Zuerst wurde ein Aluminiumfilm (ein Elektronenförderteil 1) auf einem Substrat, umfassend Sodaglas (siehe 7(a)) ausgebildet. Dann wurde ein Elektronenemissionsteil, umfassend Kohlenstoffnanotubes an dem Elektronenförderteil 1 zur Ausbildung einer Kathodenelektrode 2 befestigt (siehe 7(b)).
  • Das oben beschriebene Elektronenemissionsteil ist so ausgebildet, dass mehrere Kohlenstoffnanotubes mit einer Länge (Höhe) L = 2 mm zur Bildung einer maximalen Breite von D = 0,2 mm zusammengeklebt werden, und die Spitze ist so ausgebildet, dass sie einen Krümmungsradius von r = 0,04 mm hat. Dies wurde dann an dem Elektronenförderteil 1 durch Aufbringen einer Mischung von 99% Isoamylacetat und 1% Nitrocellulose auf das Elektronenförderteil 1 und dann Anordnen des Elektronenemissionsteils aus Kohlenstoffnanotubes auf der Mischung befestigt.
  • Weiter wurde wie in 7(c) gezeigt, eine Gitterelektrode 3 in einem vertikalen Abstand von Z1 = 0,5 mm von der Spitze des Elektronenemissionsteils (der Kathodenelektrode 2) angeordnet. Als Gitterelektrode 3 wurde eine SUS-Platte (Ni-Cr Kupferplatte) mit einer Plattendicke von 0,1 mm und einer Elektronendurchgangsöffnung mit einem Öffnungsdurchmesser von d = 03 mm verwendet.
  • Eine Anodenelektrode 4 mit an der der Kathodenelektrode gegenüberliegenden Seite aufgebrachtem Phosphor wurde in einem vertikalen Abstand von Z2 = 0,5 mm von der Gitterelektrode 3 angeordnet. Schließlich wurde ein Elektronenemissionssteuerabschnitt (ein Elektronenemissionssteuermittel) zur Steuerung der auf jede Elektrode aufgebrachten Spannung mit dem Elektronenförderteil 1, der Gitterelektrode 3 und der Anodenelektrode 4 verbunden, um das Elektronenemissionselement von Beispiel 7 auszubilden.
  • Der oben beschriebene Elektronenemissionssteuerabschnitt ist so aufgebaut, dass ein Potenzial gerade unter dem Potenzial, das für die nicht unterstützte Feldemission von Elektroden von der Kathodenelektrode (wenn die Spannung der Gitterelektrode 0 ist) auf die Anodenelektrode 4 als Elektronenbeschleunigungsspannung aufgebracht wird, und veränderbare Spannungen (positive Spannungen) auf die Gitterelektrode 3 beim Abziehen von Elektronen nach vorne aufgebracht werden. Weiter ist er so ausgebildet (eine eingebaute Diode), dass die Elektronen nicht von der geerdeten Seite zur Gitterelektrode 3 strömen.
  • Das in der beschriebenen Weise gebildete Element von Beispiel 7 ist so, dass sich das durch die auf die Anodenelektrode 4 durch die Spannung erzeugte elektrische Feld nicht zur Kathodenelektrode von der Elektronendurchgangsöffnung 3a ausbreitet, dieses Feld sich mit dem von der durch die an die Gitterelektrode 3 aufgebrachte Spannung erzeugte elektrische Feld zur Bildung eines kombinierten elektrischen Feldes verbindet, und die Anzahl von der Kathodenelektrode 2 emittierten Elektronen wird durch Ändern des Verteilungszustandes und der Intensität des kombinierten elektrischen Feldes gesteuert. Ein Element, das die Elektronenemission durch Verwendung eines kombinierten elektrischen Feldes steuert, kann stabil die Elektronenemission bei einer merklich niedrigeren Betriebsspannung steuern, verglichen mit üblichen Elektronenemissionselementen, die kein kombiniertes elektrisches Feld verwenden. Da weiter dieses Element so ausgebildet ist, dass die Elektronen nicht von der geerdeten Seite zur Gitterelektrode 3 fließen, tritt keine abnormale Entladung auf.
  • BEISPIEL 8
  • Beispiel 8 betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung, die ein Elektronenemissionselement, wie in den Beispielen 1 bis 7 beschrieben, verwendet. In diesem Fall wurde das Element von Beispiel 1 verwendet.
  • Die Bilderzeugungsvorrichtung von Beispiel 8 wird allgemein unter Bezugnahme auf 7(c) beschrieben. In 7 bezeichnet Bezugszeichen 101 ein Elektronenförderteil, Bezugszeichen 102 bezeichnet ein Elektronenemissionsteil (Kathodenelektrode), Bezugszeichen 103 bezeichnet Gitterelektroden, Bezugszeichen 104 bezeichnet ein Anodenseitensubstrat, das ebenfalls als eine Anodenelektrode dient, Bezugszeichen 105 bezeichnet ein Kathodenseitensubstrat, und Bezugszeichen 106 bezeichnet eine Seitenwand. In dieser Vorrichtung sind das Kathodenseitensubstrat 105, das Anodenseitensubstrat 104 und die Seitenwand 106 hermetisch abgedichtet und im Inneren der Vorrichtung besteht ein Vakuum.
  • Weiter weist diese Vorrichtung individuelle Steuermittel auf, um individuell jedes Elektronenemissionselement 110 zu steuern, und ist so ausgebildet, dass durch die Verwendung der individuellen Steuermittel nach dem Aufbringen einer Spannung auf die ausgewählten Gitterelektroden 103, die Elektronenemissionselemente 110, die zu diesen Gitterelektroden 103 gehören, Elektronen emittieren.
  • Weiter ist eine Phosphorschicht auf der Innenseitenfläche (Kathodenelektrodenseitenfläche) der Anodenelektrode 104 ausgebildet. Wenn somit die Elektronen von der Kathodenelektrode 102 auf die Anodenelektrode 104 auftreffen, emittiert die Anodenelektrode Licht. Da diese Vorrichtung so ausgebildet ist, dass das Aussenden von Licht und der Grad des ausgesendeten Lichts in jedem Element durch die oben beschriebenen indivi duellen Steuermittel insgesamt gesteuert wird, ist es möglich, ein willkürliches Bild anzuzeigen.
  • Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren dieser Vorrichtung unter Bezugnahme auf die 7(a) bis 7(c) beschrieben. Zuerst werden die Elektronenförderteile 101 in bestimmten Abständen auf dem Kathodenseitensubstrat 105 ausgebildet (siehe 7(a), und die säulenförmigen Elektronenemissionsteile (Kathodenelektroden 102) werden entsprechend auf den Elektronenförderteilen 101 befestigt. Im Folgenden werden die Gitterelektroden 103 in bezug auf die Elektronenemissionsteile positioniert und entsprechend angeordnet, und die Seitenwand 106 wird ebenfalls angeordnet (siehe 7(b). Darauf wird das Anodenseitensubstrat 104 mit einem Abschnitt einer Umhüllung überlappend angeordnet, und die individuellen Steuermittel werden mit jeder Elektrode verbunden, um einen hermetischen abgedichteten Behälter auszubilden (siehe 7(c). Schließlich wird die Luft im Inneren des Behälters entfernt, um eine Bildanzeigevorrichtung zu schaffen.
  • Da diese Vorrichtung das Elektronenemissionselement von Beispiel 1 verwendet, das auf dem Prinzip eines kombinierten elektrischen Feldes arbeitet, und das in der Lage ist, einen großen elektrischen Strom bei einer niedrigeren Betriebsspannung zu erreichen, können klar Bilder mit geringem Energieverbrauch erhalten werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung ist so ausgebildet, dass ein kombiniertes elektrisches Feld durch Verbinden eines elektrischen Feldes, das sich von der Anodenelektrode ausbreitet und eines elektrischen Feldes, das durch die Gitterelektrode erzeugt wird, verwendet wird, wobei ein Verfahren zum Abziehen von Elektronen von der Kathodenelektrode verwendet wird, und ein Elektronenemissionsmittel vorgesehen ist, sodass durch geeignetes Ändern der Verteilungsform und der Intensität des kombinierten elektrischen Feldes die Emission von Elektronen von der Kathodenelektrode gesteuert wird. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Elektronenemissionselement zu schaffen, das die Elektronenemission genau und präzise durch die sehr wirksame Wirkung des kombinierten elektrischen Feldes auf das Abziehen der Elektronen steuern kann. Die Verwendung dieses Elektronenemissionselement ermöglicht weiter die Verwirklichung einer dünnen flachen Anzeigevorrichtung, wodurch es möglich ist, die Erzeugung von genauen Bildern bei einer niedrigen Betriebsspannung zu erreichen. Somit ist die vorliegende Erfindung für die Industrie sehr geeignet.

Claims (20)

  1. Elektronenemissionselement, umfassend ein Elektronenförderteil (1); eine Kathodenelektrode (2), umfassend ein an dem Elektronenförderteil (1) befestigtes Elektronenemissionsteil, eine von der Kathodenelektrode (2) beabstandet angeordnete Anodenelektrode (4), und eine zwischen der Kathodenelektrode (2) und Anodenelektrode (4) angeordnete Gitterelektrode (3) mit einer Elektronendurchgangsöffnung; wobei die räumliche Anordnung der drei Teile, der Kathodenelektrode (2), der Anodenelektrode (4) und der Gitterelektrode (3) und ihre entsprechenden Formen so ausgebildet sind, dass mindestens eine Äquipotenzialfläche, einschließlich einer Gitterelektrodenfläche eines zwischen der Gitterelektrode (3) und der Anodenelektrode (4) erzeugten elektrischen Feldes sich in Richtung der Kathodenelektrodenseite erstreckt und sich von der Elektronendurchgangsöffnung zur Kathodenelektrodenseite ausbreitet, und das ausgebreitete elektrische Feld und ein zwischen der Kathodenelektrode (2) und der Gitterelektrode (3) erzeugtes elektrisches Feld miteinander zur Ausbildung eines kombinierten elektrischen Feldes zusammenwirken; und ein Elektronenemissionssteuermittel (6) so vorgesehen ist, dass das Potenzial der Anodenelektrode (4) in Bezug zur Kathodenelektrode (2) ein Potenzial ist, bei dem die Feldemission der Elektronen von der Kathoden elektrode (2) in Richtung der Anodenelektrode (4) nur durch sein Potenzial verursacht wird, dass das Potenzial der Gitterelektrode (3) eine zur Anodenelektrode entgegengesetzte Polarität aufweist, und dass durch Verändern des Potenzials der Gitterelektrode (3) die Stärke des kombinierten elektrischen Feldes verändert wird.
  2. Elektronenemissionselement, umfassend ein Elektronenförderteil (1); eine Kathodenelektrode (2), umfassend ein an dem Elektronenförderteil (1) befestigtes Elektronenemissionsteil, eine von der Kathodenelektrode (2) beabstandet angeordnete Anodenelektrode (4), und eine zwischen der Kathodenelektrode (2) und der Anodenelektrode (4) angeordnete Gitterelektrode (3) mit einer Elektronendurchgangsöffnung, wobei die räumliche Anordnung der drei Teile, der Kathodenelektrode (2), der Anodenelektrode (4) und der Gitterelektrode (3) und ihre entsprechenden Formen so ausgebildet sind, dass ein zwischen der Gitterelektrode (3) und der Anodenelektrode (4) bestehendes elektrisches Feld sich von der Elektronendurchgangsöffnung zur Kathodenelektrodenseite ausbreitet, und das ausgebreitete elektrische Feld und ein zwischen der Kathodenelektrode (2) und der Gitterelektrode (3) bestehendes elektrisches Feld miteinander zur Bildung eines kombinierten elektrischen Feldes zusammenwirken; und ein Elektronenemissionssteuermittel (6) so vorgesehen ist, dass das Potenzial der Anodenelektrode (4) in Bezug zur Kathodenelektrode (2) ein Potenzial ist, bei dem die Feldemission der Elektronen von der Kathoden elektrode (2) in Richtung der Anodenelektrode (4) nur durch ihr Potenzial verursacht wird, dass das Potenzial der Gitterelektrode (3) die gleiche Polarität wie die der Anodenelektrode (4) aufweist, und durch Verändern des Potenzials der Gitterelektrode (3) die Stärke des kombinierten elektrischen Feldes verändert wird, und die Anzahl der von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen gesteuert wird.
  3. Elektronenemissionselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Gitterelektrode (3) mittels eines elektrischen Schaltkreises, durch den keine Elektronen von der geerdeten Seite fließen, geerdet ist.
  4. Elektronenemissionselement, umfassend ein Elektronenförderteil (1), eine Kathodenelektrode (2), umfassend ein an dem Elektronenförderteil (1) befestigtes Elektronenemissionsteil, eine von der Kathodenelektrode (2) beabstandet angeordnete Anodenelektrode (4), und eine zwischen der Kathodenelektrode (2) und der Anodenelektrode (4) angeordnete, mittels eines elektrischen Schaltkreises, durch den keine Elektronen von der geerdeten Seite fließen, geerdete Gitterelektrode (3) mit einer Elektronendurchgangsöffnung; wobei die räumliche Anordnung der drei Teile, der Kathodenelektrode (2), der Anodenelektrode (4) und der Gitterelektrode (3) und ihre entsprechenden Formen so ausgebildet sind, dass ein zwischen der Gitterelektrode (3) und der Anodenelektrode (4) bestehendes elektrisches Feld sich von der Elektronendurchgangsöffnung zur Kathodenelektrodenseite ausbreitet, und das ausge breitete elektrische Feld und ein zwischen de Kathodenelektrode (2) und der Gitterelektrode (3) bestehendes elektrisches Feld miteinander zur Bildung eines kombinierten elektrischen Feldes zusammenwirken, und ein Elektronenemissionssteuermittel (6) zum Verändern der Intensität des kombinierten elektrischen Feldes durch Verändern des Potenzials von mindestens einer der Kathodenelektrode (2), der Anodenelektrode (4) und der Gitterelektrode (3) zur Steuerung der Anzahl der von der Kathodenelektrode (2) emittierten Elektronen vorgesehen ist.
  5. Elektronenemissionselement nach irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei die Arbeitsfunktion einer Anodenelektrodenseitenfläche der Gitterelektrode (3) größer als die Arbeitsfunktion der Kathodenelektrode (2) ist.
  6. Elektronenemissionselement nach irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei die Gitterelektrode (3) zwischen der Kathodenelektrode (2) und der Anodenelektrode (4) so ausgebildet ist, dass mindestens die Beziehung d ≥ Z1 erfüllt ist, wobei d die maximale Öffnungslänge der Elektronendurchgangsöffnung und Z1 der vertikale Abstand von einer Kathodenelektrodenfläche zu einer Fläche an der Kathodenelektrodenseite der Gitterelektrode (3) darstellt.
  7. Elektronenemissionselement nach irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei ein elektrisches Feldkonzentrationsverminderungsmittel zum Vermindern der elektrischen Feldkonzentration von der Anodenelektrode (4) in der Nähe der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode (3) vorgesehen ist.
  8. Elektronenemissionselement nach Anspruch 7, wobei das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel so ist, dass die Arbeitsfunktion eines Umfangsrandabschnitts an der Anodenelektrodenseite der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode (3) größer als die Arbeitsfunktion der anderen Abschnitte der Gitterelektrode (3) ist.
  9. Elektronenemissionselement nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel so ist, dass mindestens ein Umfangsrandabschnitt an der Anodenseite der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode (3) abgeschrägt ist.
  10. Elektronenemissionselement nach irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei das Elektronenemissionssteuermittel (6) so ist, dass das Potenzial der Anodenelektrode (4) in Bezug auf die Kathodenelektrode (2) konstant ist, und die Stärke des kombinierten elektrischen Feldes durch Verändern des Potenzials der Gitterelektrode (3) verändert wird.
  11. Elektronenemissionselement nach irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei die Kathodenelektrode (2) ein säulenförmiges Elektronenemissionsteil umfasst, und das Elektronenemissionsteil so angeordnet ist, dass eine sich in Spitzenrichtung erstreckende Linie des Elektronenemissionsteils durch die Elektronendurch gangsöffnung und senkrecht zu einer Anodenelektrodenfläche verläuft.
  12. Elektronenemissionselement nach Anspruch 11, wobei das Elektronenemissionsteil so geformt ist, dass die Beziehung r ≤ 0,3D erfüllt ist, wobei r den Krümmungsradius eines Spitzeneckenabschnitts und D die maximale Breite der Säule darstellt.
  13. Elektronenemissionselement nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die Gitterelektrode (3) so ausgebildet ist, dass die Beziehung d ≥ Z1 erfüllt ist, wobei d die maximale Öffnungslänge der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode und Z1 den vertikalen Abstand von einer Spitze des Elektronenemissionsteils darstellt.
  14. Elektronenemissionselement nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei die Gitterelektrode (3) und die Kathodenelektrode (2) so ausgebildet sind, dass die Beziehung Z1 ≤ 0,25L erfüllt ist, wobei L die Höhe des Elektronenemissionsteils von einer Fläche des Elektronenförderteils (1) und Z1 den vertikalen Abstand von einer Spitze des Elektronenemissionsteils zu einer Fläche der Gitterelektrode (3) darstellt.
  15. Elektronenemissionselement nach irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei die Kathodenelektrode (2) mindestens ein anderes an einer Fläche des Elektronenförderteils befestigtes säulenförmiges Elektronenemissionsteil umfasst, und das Elektronenemissionsteil so ausgebildet ist, dass zwischen den Elektronenemissionsteilen und der Gitter elektrode die Beziehungen P ≥ 0,5L und Z1 ≤ 0,25L erfüllt ist, wobei P den Abstand zwischen jedem der Elektronenemissionsteile, L die Höhe der Elektronenemissionsteile von der Fläche des Elektronenförderteils und Z1 der vertikale Abstand von der Spitze des Elektronenemissionsteils mit der höchsten vertikalen Höhe zu einer Fläche der Gitterelektrode (3) darstellt.
  16. Elektronenemissionselement nach Anspruch 15, wobei die maximale Länge d der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode (3) so ausgebildet ist, dass die Beziehung d ≥ Z1 erfüllt ist, wobei d die maximale Öffnungslänge der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode und Z1 den vertikalen Abstand von der Spitze des Elektronenemissionsteils mit einer vertikalen Länge L zur Oberfläche der Gitterelektrode (3) darstellt.
  17. Elektronenemissionselement nach Anspruch 16, wobei ein elektrisches Feldkonzentrationsverminderungsmittel zur Verminderung der elektrischen Feldkonzentration von der Anodenelektrode (4) in der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode (3) vorgesehen ist.
  18. Elektronenemissionselement nach Anspruch 17, wobei das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel so ist, dass die Arbeitsfunktion des Umfangsrandabschnitts der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode (3) an der Anodenelektrodenseite (4) größer als die Arbeitsfunktion der anderen Abschnitte der Gitterelektrode (3) ist.
  19. Elektronenemissionselement nach Anspruch 17 oder Anspruch 16, wobei das elektrische Feldkonzentrationsverminderungsmittel so ist, dass eine Abschrägung an mindestens dem Umfangsrandabschnitt der Elektronendurchgangsöffnung der Gitterelektrode (3) an der Anodenelektrodenseite vorgesehen ist.
  20. Bildanzeigevorrichtung, umfassend mehrere Elektronenemissionselemente, einen Schaltkreis, der mit jedem der Elektronenemissionselemente verbunden ist und der elektrische Signale zu jedem der Elektronenemissionselemente zur Elektronenemission überträgt, und einen Bildausbildungsabschnitt zur Ausbildung eines Bildes mittels der von den Elektronenemissionselementen emittierten Elektronen, wobei die Elektronenemissionselemente irgendwelche der Elektronenemissionselemente von irgendwelchen der vorangegangenen Ansprüche sind.
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