JP2001357792A

JP2001357792A - 電子銃及び陰極線管

Info

Publication number: JP2001357792A
Application number: JP2000177045A
Authority: JP
Inventors: Kousuke Ichida; 耕資市田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2001-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動電圧を低減することにより良好な信号波
形を得ることができ、高い駆動周波数に対しても良好な
電子ビームスポットを得ることができる電子銃及びこの
電子銃を備えた陰極線管を提供する。【解決手段】冷カソード２５と、この冷カソード２５
からの電子を増倍する増倍手段２６とからなる電子放出
源を有して電子銃１を構成する。また、この電子銃１を
備えて陰極線管を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子銃及び電子銃
を備えた陰極線管に係わる。

【０００２】

【従来の技術】図７にカラー陰極線管の構造を示す。こ
のカラー陰極線管５１は、陰極線管体のパネル部５１ａ
の内側に蛍光面５４が形成され、陰極線管体のファンネ
ル部５１ｂの内面には内装カーボン膜５５が形成され、
ファンネル部５１ｂから陰極線管体のネック部５１ｃに
かけて周囲に電子ビームＥＢを偏向させて蛍光面５４の
所定の位置に照射させるための偏向ヨーク５６が設けら
れている。

【０００３】そして、ネック部５１ｃの内側には電子銃
５２が配置され、電子銃５２は電子ビームＥＢの形成及
び変調の役割を持つ三極部６１と、電子ビームＥＢを収
束させる主レンズ部６２とに分けられる。図中５３は電
子銃５２に各種電圧を印加するピンを示す。

【０００４】さらに、図７のカラー陰極線管５１の電子
銃５２の三極部６１の構造を図８に示す。三極部６１
は、ヒーター６３とスリーブ６４とカソード材６５とか
ら成るカソード６６、第１グリッドＧ１、第２グリッド
Ｇ２より構成される。カソード６６は、電子ビームの
Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に対応して３つ設けられ、第１グリッ
ドＧ１及び第２グリッドＧ２には、３つのカソード６６
に対向して３つの孔が設けられている。第１グリッドＧ
１には例えば０Ｖ、第２グリッドＧ２には例えば３００
〜５００Ｖの電位が印加される。

【０００５】現在一般的に陰極線管５１の電子銃５２に
用いられているカソード６６は、図９に示すように、例
えばＢａＯ等を電子放出源６５Ａとして用いてヒーター
６３により加熱する熱カソードである。図中６５Ｂは、
スリーブ６４に対するキャップとなると共に、還元剤と
して例えばＭｇを０．２％、Ｗを０．４％含んで成り、
これら還元剤を電子放出源６５ＡのＢａＯと反応させ
て、ＢａＯ＋Ｍｇ→ＭｇＯ＋Ｂａ６ＢａＯ＋Ｗ→Ｂａ３Ｗ＋３Ｂａという反応を発生させて、電子放出源６５Ａから電子を
放出させるものである。

【０００６】このタイプのカソード６６は、通常カット
オフ電圧が約１００Ｖのとき、ドライブ電圧Ｅｄと発生
する電子ビームＥＢの電流値Ｉｋとの関係が図１０のよ
うになる。例えばコンピュータディスプレイ用の陰極線
管に通常必要な３００μＡの電流値を得るためには、ド
ライブ電圧は約４３Ｖ必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】今後、陰極線管の高精
細度化に伴って、カソードのドライブ周波数は高くな
り、スクリーン上のスポットサイズも小さくする必要が
ある。

【０００８】ところが、カソードのドライブ周波数が高
くなるにつれて、信号波形の劣化が大きくなり、現状の
駆動電圧で信号を劣化させずに駆動するためには、信号
波形を補正する回路が必要となり、回路コストが高くな
ってしまう。

【０００９】そこで、信号波形の劣化を抑えるために
は、駆動電圧を現状より下げることが考えられる。そし
て、現在のカソードの構成で駆動電圧を下げるために
は、第１グリッドＧ１の孔径を大きくするか、或いはカ
ソード６６と第１グリッドＧ１の距離を小さくすること
が考えられる。

【００１０】しかしながら、第１グリッドＧ１の孔径を
大きくすると、電子の放出面積を広げることになり、陰
極線管のスクリーン（蛍光面）５４上のスポットサイズ
が増大してしまうというジレンマが生じる。

【００１１】また、カソード６６と第１グリッドＧ１と
の距離を短縮していくと、非常に高い組み立て精度が必
要となり、熱変形の影響も大きくなるため、距離の短縮
には限界がある。

【００１２】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、駆動電圧を低減することにより良好な信号波形
を得ることができ、高い駆動周波数に対しても良好な電
子ビームスポットを得ることができる電子銃及びこの電
子銃を備えた陰極線管を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の電子銃は、冷カ
ソードと、この冷カソードからの電子を増倍する増倍手
段とからなる電子放出源を有するものである。

【００１４】本発明の陰極線管は、冷カソードと、この
冷カソードからの電子を増倍する増倍手段とからなる電
子放出源を有する電子銃を備えたものである。

【００１５】上述の本発明の電子銃の構成によれば、冷
カソードを有することにより、小さい駆動電圧で電子を
発生させることができる。また、冷カソードからの電子
を増倍する増倍手段を有することにより、冷カソードか
らの少ない電子を増倍して多数の電子として、陰極線管
の蛍光面を光らせるために充分な電子ビームの量即ち電
流量を得ることが可能になる。

【００１６】上述の本発明の陰極線管の構成によれば、
上記電子銃を備えたことにより、駆動電圧が小さいため
信号波形の劣化が少なく、陰極線管の蛍光面における電
子ビームのスポットを良好な形状とすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、冷カソードと、冷カソ
ードからの電子を増倍する増倍手段とからなる電子放出
源を有する電子銃である。

【００１８】また本発明は、上記電子銃において、冷カ
ソードは、スピント構造のフィールドエミッションカソ
ード、カーボンナノチューブを用いたカソード、弾道面
放出型カソード、半導体のｐｎ接合を利用するアバラン
シェカソードから選ばれる１種を用いる構成とする。

【００１９】本発明は、冷カソードと、冷カソードから
の電子を増倍する増倍手段とからなる電子放出源を有す
る電子銃を備えた陰極線管である。

【００２０】本発明の具体的な実施の形態の説明に先立
ち、本発明の概要について説明する。本発明では、電子
銃のカソードに冷カソードを用いて、低い駆動電圧でも
電子が得られるように構成する。さらに、本発明では、
冷カソードから得られる電子の量は少ないので、陰極線
管の動作に必要な大きさの電子ビーム（電流量）を得る
ために、増倍手段を設けて、冷カソードで発生した電子
を増倍するように構成している。

【００２１】このように、冷カソードと増倍手段とを有
して電子放出源を構成することにより、駆動電圧を小さ
くして信号波形の劣化を抑制することができ、良好な電
子ビームスポットが得られる。

【００２２】そして、冷カソードの構成としては、例え
ば次のような構成が考えられる。１）スピント構造のフィールドエミッションカソード２）カーボンナノチューブを用いた（フィールドエミッ
ション）カソード３）弾道面放出型カソード４）半導体のｐｎ接合を利用するアバランシェカソード冷カソードの構成は、これらに限定されるものではな
く、また今後開発される新たな冷カソードの構成を採用
することも可能である。

【００２３】また、冷カソードで得られた電流を、陰極
線管の動作に必要な値に増倍する増倍手段としては、具
体的には例えばマイクロチャンネルプレートが挙げられ
るが、これに限ったものではない。

【００２４】続いて、本発明の具体的な実施の形態を説
明する。図１は本発明の一実施の形態として、陰極線管
用電子銃の要部即ち電子放出源の概略構成図（一部内部
の断面を示す斜視図）を示す。

【００２５】本実施の形態では、冷カソードとしてスピ
ント構造のフィールドエミッションカソードを採用し、
増倍手段としてマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）
を採用している。図１に示すように、この電子放出源で
は、カソード２５と、カソード２５から発生する電子を
増倍する増倍手段とを有して成る。

【００２６】そして、カソード２５として、スピント構
造のフィールドエミッションカソードを構成している。
具体的には、背面電極２１と制御電極２４とが絶縁体２
３を介して対向するように配置され、制御電極２４には
孔２８が形成され、絶縁体２３にはこの孔２８より広い
開口２３Ａが形成されている。そして、制御電極２４の
孔２８に対向するように、絶縁体２３の開口２３Ａ内に
スピント型のエミッタ２２が配置されている。このエミ
ッタ２２は、背面電極２１上に形成されて、背面電極２
１により電圧が供給される。

【００２７】背面電極２１及びエミッタ２２には０Ｖが
与えられる。制御電極２４には、バイアス電圧Ｖ１とカ
ソード２５の交流のドライブ電圧Ｖｄとを加えた電圧が
与えられる。

【００２８】また、図１においては、増倍手段としてマ
イクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を構成している。
具体的には、カソード２５の制御電極２４上に、二次電
子放出材料を有するマイクロチャンネルプレート２６
が、マイクロチャンネルプレート電極２７（２７Ａ，２
７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ）と交互に積層されている。マイ
クロチャンネルプレート電極２７（２７Ａ，２７Ｂ，２
７Ｃ，２７Ｄ）には、Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３，Ｖｂ４
が与えられる。これらマイクロチャンネルプレート２６
及びマイクロチャンネルプレート電極２７には、カソー
ド２５の制御電極２４の孔２８と連続するように孔２９
が形成され、この孔２９を通じて電子３０が放出され
る。

【００２９】マイクロチャンネルプレート２６は、二次
電子放出材料を有するものであり、例えば二次電子放出
材料自体（もしくは二次電子放出材料が混合された層）
により構成されていてもよく、或いは絶縁体に開けた孔
２９の内壁に二次電子放出材料が塗布されて構成されて
いてもよい。二次電子放出材料としては、例えばＭｇ
Ｏ、ＢｅＯ等の酸化物、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ等の化合物
半導体が挙げられる。

【００３０】このような構成により、カソード２５の背
面電極２１と制御電極２４との間に電位差を与えて、交
流のドライブ電圧Ｖｄの変化によってこの電位差がある
電位差を超えると、エミッタ２２から電子３０が放出さ
れる。放出された電子３０は、マイクロチャンネルプレ
ート２６の孔２９の内壁にある二次電子放出物質に衝突
して、より多くの電子３０を放出する。電子３０の衝突
と電子３０の放出とを繰り返し、カソード２５からの電
子３０を増倍することができる。

【００３１】図２に図１の電子放出源の構成をカラー陰
極線管用電子銃の三極部に組み込んだ状態の概略構成図
を示す。この電子銃１では、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色に
対応した３本の電子ビーム３０を得るために、図１に示
した電子放出源を各電子ビーム３０についてそれぞれ１
つずつ設けている。そして、カソード２５とマイクロチ
ャンネルプレート２６とから成る電子放出源、第１グリ
ッドＧ１、第２グリッドＧ２により電子銃１の三極部１
１が構成されている。電子ビーム３０は、三極部１１か
ら主レンズ１２により収束されて、蛍光面５４に照射さ
れる。

【００３２】第１グリッドＧ１には例えば１５００Ｖ、
第２グリッドＧ２には例えば１８００〜２０００Ｖの電
位が与えられ、マイクロチャンネルプレート電極２７
（２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ）には、Ｖｂ１＝Ｖ
ｂ２＝Ｖｂ３＝Ｖｂ４＝２５０Ｖが与えられ、背面電極
２１には０Ｖが与えられる。この条件のもとで、制御電
極２４に、７０Ｖ程度のバイアス電圧Ｖ１に重ね合わさ
れたカソードのドライブ電圧Ｖｄを加える。

【００３３】このとき、１個のスピント型のエミッタ２
２から取り出される電流量は、ドライブ電圧Ｖｄ＝１０
Ｖのとき０．１μＡとなる。また、マイクロチャンネル
プレート２６の増倍係数は、Ｖｂ１＋Ｖｂ２＋Ｖｂ３＋
Ｖｂ４＝１ｋＶのとき、約１×１０⁴（約１万倍）であ
るので、１つのカソード２５より１ｍＡの電流値を得る
ことができる。

【００３４】従って、カソード２５のドライブ電圧Ｖｄ
が１０Ｖ以下であっても、ディスプレイ用陰極線管の動
作に必要な電流値を得ることができる。

【００３５】また、１つのカソード２５からの電流量を
増やすために、エミッタ２２とマイクロチャンネルプレ
ート２６の組を複数組設けて、１つのカソード２５を構
成するようにしてもよい。尚、図２のように、カラー陰
極線管用電子銃に使用する場合には、少なくとも３本の
電子ビーム３０のそれぞれに対して、エミッタ２２とマ
イクロチャンネルプレート２６の組を１組以上設けて、
合計３つのカソード２５を構成する。

【００３６】上述の本実施の形態によれば、カソード２
５をスピント構造のフィールドエミッションカソードに
より構成しているので、低いドライブ電圧Ｖｄで電子を
発生させることが可能になる。

【００３７】また、増倍手段としてマイクロチャンネル
プレート２６を用いて、カソード２５から発生した少量
の電子を増倍するようにしているので、陰極線管の動作
に必要な電流値を得ることが可能になる。

【００３８】従って、本実施の形態の電子放出源を、陰
極線管の電子銃１の三極部１１に適用することにより、
カソード２５のドライブ電圧Ｖｄが低いために、高いド
ライブ周波数においても信号波形の劣化が抑制されるた
め、信号波形の補正回路を設ける必要がなく、低い回路
コストで良好な電子ビームスポットが得られる。即ち高
いドライブ周波数を使用する陰極線管においても、良好
な画質が得られる。

【００３９】また、制御電極２３上に直接マイクロチャ
ンネルプレート２６の最下層が形成され、かつ制御電極
２３の孔２８とマイクロチャンネルプレート２６の孔２
９が連続するように配置されることにより、カソード２
５とマイクロチャンネルプレート２６とが一体化された
電子放出源を構成している。従って、孔２８，２９が連
続して精度良く位置合わせされるため、冷カソードと増
倍手段とを別々に設けた場合よりも容易に位置合わせす
ることができる。

【００４０】尚、マイクロチャンネルプレート（ＭＣ
Ｐ）としては、図１に示した構成の他、さまざまな構成
がある。例えば次のような構成が考えられている。１）
孔の外壁をガラスにより構成し、ガラスの両端に電極を
設けて、両端の電極に電位差を与えると、電位差による
電界で電子が加速されると共に、孔の外壁に電子が衝突
して二次電子を放出する。２）絶縁体と金属等の導電体
とを交互に積層して、孔の内壁にＭｇＯ等の二次電子放
出材料を塗布する。各層の導電体に電位を与えると、電
子が加速されると共に、孔の外壁の二次電子放出材料に
電子が衝突して二次電子を放出する。

【００４１】続いて、本発明の他の実施の形態として、
冷カソードの他の構成について説明する。本実施の形態
は、冷カソードとしてカーボンナノチューブを使用する
場合である。図３に示すように、平板状の電極３１上に
針状のカーボン（カーボンナノチューブ）３２を設けて
カソード３３を構成する。そして、図示しないが、図１
に示した制御電極２４と、マイクロチャンネルプレート
２６から成る増倍手段とを備えて電子放出源を構成す
る。さらに、カーボンナノチューブ３２と、図１に示し
た制御電極２４の孔２８とを対向させて配置する。

【００４２】カーボンナノチューブ３２は、非常に径が
細いチューブであることから、平板状の電極３１と制御
電極２４との間に電位差を与えることにより、カーボン
ナノチューブ３２の先端から電子３０を放出させること
ができる。

【００４３】この場合も、１本の電子ビーム３０に対し
て、複数のカーボンナノチューブ３２を設けて電流量を
多くすることが可能である。

【００４４】本実施の形態においても、先の実施の形態
と同様に、低いドライブ電圧Ｖｄでカーボンナノチュー
ブ３２の先端から電子を発生させることができ、増倍手
段により電子を増幅して陰極線管の動作に必要な電流を
得ることができる。

【００４５】続いて、本発明のさらに他の実施の形態と
して、冷カソードのさらに他の構成について説明する。
本実施の形態は、冷カソードとして弾道面放出型カソー
ドを使用する場合である。図４に示すように、基板（図
示せず）例えばガラス基板上に、多孔質の多結晶シリコ
ン微結晶３６を形成し、この多孔質の多結晶シリコン微
結晶３６の周囲を覆うようにＳｉＯ₂膜３７を形成す
る。さらに、表面に例えば金から成る電極３９を配置し
てカソード４０を構成する。

【００４６】さらに、カソード４０の上方に、例えば図
１に示した制御電極２３とマイクロチャンネルプレート
２６から成る増倍手段とを配置する。そして、制御電極
２３と電極３９との間に電圧を印加することにより、多
孔質の多結晶シリコン微結晶３６に注入された電子が、
その回りのＳｉＯ₂膜３７を通過することにより加速さ
れて、電子３０が電極３９の上方に放出される。

【００４７】また、このカソード４０では、電子放出面
以外の部分に多孔質ではない多結晶シリコン層３８を形
成して、この多結晶シリコン層３８をＳｉＯ₂膜３７で
覆っている。これにより、電子３０を放出する領域を、
多孔質の多結晶シリコン微結晶３６がある領域に規制す
る。

【００４８】本実施の形態のカソード４０においても、
先の実施の形態と同様に、低いドライブ電圧で電子３０
を発生させることができ、増倍手段により電子を増幅し
て陰極線管の動作に必要な電流を得ることができる。

【００４９】続いて、本発明の別の実施の形態として、
冷カソードの別の構成について説明する。本実施の形態
は、冷カソードとして半導体のｐｎ接合を利用するアバ
ランシェカソードを使用する場合である。図５に示すよ
うに、ｐ型の半導体基体４１の表面付近に、薄いｎ⁺⁺の
チャネル領域４２を形成し、ｎ⁺⁺のチャネル領域４２の
一部の下にｐ⁺のカソード領域４３を形成する。ｎ⁺⁺の
チャネル領域４２の周囲には、ｎ⁺のコンタクト領域４
４が形成されている。ｎ⁺のコンタクト領域４４には、
絶縁膜４５の開口を通じて電極４６が接続されている。
半導体基体４１の下には裏面電極４７が形成されてい
る。ｎ⁺⁺のチャネル領域４２とｐ⁺のカソード領域４３
との間にはｐｎ接合４８が形成される。尚、半導体基体
４１は、半導体基板、或いは半導体基板及びその上に形
成された半導体エピタキシャル層により構成される。

【００５０】この構成において、電極４６と裏面電極４
７との間に逆バイアス電圧Ｖｒを印加して、電極４６側
をプラス、裏面電極４７側をマイナスとすることによ
り、アバランシェ効果を発生させて、ｐｎ接合４８から
電子３０を放出させることが可能になる。この場合に
も、カソード領域４３の上方に、例えば図１に示した制
御電極２３とマイクロチャンネルプレート２６から成る
増倍手段とを配置することにより、放出された電子３０
を増倍して陰極線管に必要な電流量を得ることができ
る。

【００５１】上述のようにアバランシェ効果を発生させ
て電子を放出させる構成としては、この他にも例えば図
６に示す構成が考えられている。図６Ａ及び図６Ｂに示
すように、ガラス基板１０１上に下部電極１０２、例え
ばＴａ₂Ｏ₅から成る電子ブロック層１０３、例えばＳ
ｉＯ₂から成る電子加速層１０４を順次形成し、電子加
速層１０４の上に上部電極１０５を形成する。上部電極
１０５の一部が薄くなっていて、この薄い部分が電子放
出口１０６となる。下部電極１０２と上部電極１０５と
は交流電源１１０を介して接続される。電子加速層１０
４には、ＳｉＯ₂等の酸化物の他、硫化物や有機物等を
用いることが可能である。

【００５２】この構成の動作を説明する。交流電源１１
０から正弦波電圧を印加していて、下部電極１０２側が
プラスのときには、電子加速層１０４に加わる電界がブ
レークダウン電界を超えると、アバランシェ効果により
電子加速層１０４内が導通し、図６Ａに示すように、電
子１０７は電子ブロック層１０３との界面まで移動す
る。次に、電界の極性が逆転し、図６Ｂに示すように、
下部電極１０２側がマイナスとなったときには、電子加
速層１０４に加わる電界が再びブレークダウン電界を超
えると、電子加速層１０４と電子ブロック層１０３との
界面にあった電子１０７は、上部電極１０５へと移動す
る。このとき、電子１０７が電子加速層１０４内で充分
加速されていれば、電子放出口１０６を抜けて上方に放
出される。

【００５３】この構成を図５の構成の代わりに採用し
て、本発明の冷カソードを構成することも可能である。

【００５４】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。

【００５５】

【発明の効果】上述の本発明によれば、冷カソードによ
り、小さい駆動電圧で電子を発生させることができる。
また、冷カソードからの電子を増倍する増倍手段を有す
ることにより、冷カソードからの少ない電子を増倍して
多数の電子として、陰極線管の蛍光面を光らせるために
充分な電子ビームの量即ち電流量を得ることが可能にな
る。即ち小さい駆動電圧で、陰極線管の動作に必要な電
流値を得ることができ電子放出源が可能になる。

【００５６】従って、駆動電圧が小さいため、高いドラ
イブ周波数においても信号波形の劣化が少なく、陰極線
管の蛍光面における電子ビームのスポットを良好な形状
とすることができる。

【００５７】また、高いドライブ周波数の陰極線管にお
いても、信号波形の補正回路が不要となるため、回路コ
ストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の陰極線管用電子銃の電
子放出源の概略構成図（一部内部の断面を示す斜視図）
である。

【図２】図１の電子放出源の構成をカラー陰極線管用電
子銃の三極部に組み込んだ状態を示す概略構成図であ
る。

【図３】本発明の他の実施の形態の冷カソードの概略構
成図である。

【図４】本発明のさらに他の実施の形態の冷カソードの
概略構成図である。

【図５】本発明の別の実施の形態の冷カソードの概略構
成図である。

【図６】Ａ、Ｂアバランシェ効果を発生させて電子を
放出させる構成とその動作を示す図である。

【図７】カラー陰極線管の概略構成図である。

【図８】図７の電子銃の三極部の構造を示す図である。

【図９】熱カソードの構造を示す図である。

【図１０】従来の電子銃におけるドライブ電圧と電流と
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１電子銃、１１三極部、１２主レンズ、２１背
面電極、２２エミッタ、２４制御電極、２５，３
３，４０カソード、２６マイクロチャンネルプレー
ト、２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄマイクロチャン
ネルプレート電極、２８，２９孔、３０電子（電子
ビーム）、３１（平板状の）電極、３２針状のカーボ
ン（カーボンナノチューブ）、３９，４６電極、４１
半導体基体、４２チャネル領域、４３カソード領
域、４４コンタクト領域、４７裏面電極、１０１ガ
ラス基板、１０２下部電極、１０３電子ブロック
層、１０４電子加速層、１０５上部電極、１０６
電子放出口、１０７電子、１１０交流電源、Ｇ１
第１グリッド、Ｇ２第２グリッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷カソードと、該冷カソードからの電子
を増倍する増倍手段とからなる電子放出源を有すること
を特徴とする電子銃。
【請求項２】上記冷カソードは、スピント構造のフィ
ールドエミッションカソード、カーボンナノチューブを
用いたカソード、弾道面放出型カソード、半導体のｐｎ
接合を利用するアバランシェカソードから選ばれる１種
を用いることを特徴とする請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】冷カソードと、該冷カソードからの電子
を増倍する増倍手段とからなる電子放出源を有する電子
銃を備えたことを特徴とする陰極線管。