JP2002352695A

JP2002352695A - 冷陰極カソードおよびその応用装置

Info

Publication number: JP2002352695A
Application number: JP2001158721A
Authority: JP
Inventors: Toru Kawase; 透川瀬; Keisuke Koga; 啓介古賀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームの収束性を向上させた冷陰極カソ
ードを実現し、高解像度の受像管を提供する。【解決手段】カソードの上部にカソード面に平行な等
電位面を設けることにより、放出電子の広がり角を押さ
る。その結果、電子ビームの収束性を向上させた冷陰極
カソードを提供することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極素子ならび
に、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
に陰極線管（CRT）用電子銃カソードとして利用可能な
冷陰極素子ならびにその応用装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電界放出型冷陰極素子は、画像表示装
置、電子顕微鏡及び電子ビーム露光装置などの電子装置
への応用が期待されている。この応用のために、十分小
さな電子ビーム径が必要となる。

【０００３】電子ビームの広がりを抑える方法は、各種
行われている。例えば、偏向電極や収束電極などによっ
て電子ビームの広がりを抑える工夫がされている。

【０００４】図６は、従来の電界放出型電子銃の原理構
成を示している。

【０００５】この電界放出型電子銃の素子は、基板１０
９上に設けられた複数のエミッタ１０４と、エミッタ１
０４の周辺に設けられている絶縁膜１０５と、絶縁膜１
０５上でエミッタ１０４の近傍に設けられている第１の
ゲート電極１０１と、第１のゲート電極１０１の周辺に
設けられている収束電極１０２とを有している。さら
に、エミッタ１０４の上位置にはアノード電極１０８が
設置されている。

【０００６】第１のゲート電極１０１には、電圧Ｖ１が
印加され、収束電極１０２には、電圧Ｖ２が印加され
る。また、アノード電極１０８には、電圧Ｖａが印加さ
れている。

【０００７】エミッタ１０４の先端から放出された電子
は、収束電極１０２によって偏向され、ゲート通過後に
アノード電極１０８の電位によって加速されて最終的に
エミッションした電子が収束される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例のよう
な構造の電界放出型電子銃では、エミッタ１０４の先端
から放出された電子がゲート電圧よりも負の電位をもつ
収束電極１０２に曲げられることとなる。特に、複数の
エミッタ１０４が一つの収束電極１０２に囲まれた構造
においては、個々のエミッタ１０４の配置によりエミッ
タ１０４と収束電極１０２との位置関係が異なり、特
に、エミッタ１０４が配置されている領域のうち中心に
位置するエミッタ１０４と最外周のエミッタ１０４とで
は、収束電極１０２による影響が大きく異なってしま
う。

【０００９】つまり、エミッションする電子は、収束電
極１０２に近いほど収束電極１０２に大きく影響を受け
る。

【００１０】したがって、本発明は、エミッタから放出
される電子に対し、エミッタ面に対し、均一な電位を与
え、電子ビームの収束性を向上させた冷陰極カソードを
提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題を
解決するために、冷陰極素子から構成されたカソードに
おいて、前記カソードの上部に前記カソードに平行な等
電位面を設けたことを特徴とする冷陰極カソードであ
る。

【００１２】また、冷陰極素子から構成されたカソード
において、前記カソードの上部に前記カソードに平行な
等電位面を発生させる電極を設けたことを特徴とする冷
陰極カソードである。

【００１３】また、電極は穴部を有し、その形状が同心
円状、放射状、格子状、らせん状の少なくともいずれか
の形態を含むことが望ましい。

【００１４】以上のように、本発明に係る冷陰極カソー
ドによると、カソードの上部にカソードに平行な等電位
面を設けることが可能となり、電子ビームの収束性を向
上させた冷陰極カソードを提供することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係る冷陰極素子の構造について図１
から図３を参照しながら説明する。

【００１６】図１はカソードを上部から見た図であり、
冷陰極素子から構成されるカソード２の上面に、そのカ
ソード２を分割する状態で張り巡らされた網状の等電位
電極１が存在する。

【００１７】図２は、断面を示した模式図である。図２
において、カソード電極５の上に、絶縁層４が堆積され
ており、絶縁層４の上には金属薄膜の制御電極（取り出
し電極）３が形成されている。絶縁層４と取り出し電極
３には単数あるいは複数の空間が形成されており、その
中に先鋭部をもつエミッタ６が形成されている。エミッ
タ６および引き出し電極３の対向側には、等電位電極１
が形成されている。等電位電極１は、カソードを形成し
ている基板と一体型で形成しても良いし、別構造で上部
に配置しても良い。また、等電位電極１の上部には、ア
ノード電極（不図示）が形成された基板を配置してい
る。エミッタ６から放出された電子がアノード電極から
の電界によって加速されて、アノード電極に到達する。
アノード電極上には、エミッタと対向させるように蛍光
体を形成してもよい。

【００１８】このような構成において、動作原理につい
て図３を用いて説明する。

【００１９】カソード電極５とエミッタ６は同電位であ
り、このカソード電極５に対する差電圧を引き出し電極
３に印加する。この引き出し電極の電圧を上昇させる
と、あるしきい電圧でエミッタ６から電子が放出され
る。

【００２０】このとき電子は、ある広がり角を持って放
出され、通常２０〜３０度程度広がっている。この広が
り角を押さえるために、等電位電極１を上部に形成して
いる。

【００２１】エミッタ６の上部に、エミッタ面に平行な
等電位面を形成することにより、ある角度を持った電子
は等電位面に対して垂直方向に偏向力を受ける。この結
果、電子の方向が等電位面に垂直な方向にそろうことと
なる。つまり、等電位電極１に適切な正の電圧を印加す
ることにより、放出電子の広がり角を押さえ、平行な電
子ビームを取り出すことが可能となる。

【００２２】また、カソード面に平行な等電位面を形成
することができるため、従来の周辺部に形成していた収
束電極ではなし得なかった発生電界のカソード面内での
不均一さも解消することができる。さらに、この等電位
面１は、カソード面からの距離を任意に設定できるた
め、カソードの特性に合わせて最適な電界を印加するこ
とができる。

【００２３】また、この等電位面は等電位電極１で形成
するため、電子を可能な限り通過させるため、穴部を設
けている。穴部でない遮へい部は、電子が当たると通過
できないため、電子ビームとして取り出す場合は、電流
損失となる。このため具体的には、図１で示したように
網状の形状とし、張り巡らすように形成している。この
穴部と遮へい部の比率は、電子の通過割合や形成される
等電位面の形状から適宜設計すればよい。

【００２４】以上のように、カソードの上部にカソード
面に平行な等電位面を設けることにより、放出電子の広
がり角を押さえ、平行電子ビームを取り出すことが可能
となる。この結果、電子ビームの収束性を向上させた冷
陰極カソードを提供することが可能となる。

【００２５】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る冷陰極素子の構造について図４を参照し
ながら説明する。

【００２６】図４は、等電位電極１の網目パターンを示
したものである。図４（ａ）は、中心から伸びる放射形
状と同心円のリング形状を組み合わせた形状である。ま
た、図４（ｂ）は、中心から伸びる放射形状である。

【００２７】また、図示はしていないが、穴部ではなく
遮へい部が中心部からせん状に伸びる形状を有していて
もかまわない。

【００２８】電子ビームの収束性を考えたとき、遮へい
部の構造は点対称などの対象形であることが望ましい。

【００２９】また、図４（ｃ）は、穴部が正三角形の形
状をしているものである。

【００３０】いずれの場合も、カソード面に平行な等電
位面を形成し、電子放出の損失をできる限り防ぐ形状で
あるとともに、電子ビームの対称性を考慮した形状であ
ればかまわない。

【００３１】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る冷陰極素子の応用例について図５を参照
しながら説明する。

【００３２】図５は、冷陰極素子を用いた応用例とし
て、画像表示装置の一つである受像管（ＣＲＴ）を示し
たものである。これまでの実施の形態で説明してきた冷
陰極素子３７が陰極線管４２の中に納められている。冷
陰極から放出された電子は、陰極線管４２の中の電極
で、電子銃４４を構成する第１電極３６、第２電極３
５、第３電極３４で集束、加速されて電子ビーム４３と
なり、偏向コイル３３で偏向されて所定の位置の蛍光体
を衝撃する。電子ビーム電流は蛍光体と接続された陽極
端子３１を通して陽極電源３２に流れこむ。３８，３
９，４０はそれぞれ第１電極３６、第２電極３５、第３
電極３４に印加する正の電圧を発生する電源である。入
力の映像信号は冷陰極素子３７に入力される。

【００３３】このように、冷陰極素子を受像管に応用す
ることにより、画像を表示することが可能となる。

【００３４】また、カソードの上部にカソード面に平行
な等電位面を設けることにより、放出電子の広がり角を
押さえ、平行電子ビームを取り出すことが可能となる。
この結果、電子ビームの収束性を向上させ微少ビームス
ポットが実現でき、高解像度の受像管を提供することが
可能となる。

【００３５】なお、本実施の形態では、冷陰極素子３７
を電子銃４４に納めてＣＲＴを構成したが、これに限る
ものでなく、電子銃と構成が似ている電子ビーム装置と
しても応用可能である。

【００３６】また、本実施の形態では、ＣＲＴへの応用
例を示したがこれに限るものでなく、本発明の冷陰極素
子を搭載したＣＲＴ管を用いた受像管システムを構成し
てもかまわない。

【００３７】以上の応用例においても、電子ビームの収
束性を向上させ、微少ビームスポットを実現することが
可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る冷陰極素子
によると、カソードの上部にカソード面に平行な等電位
面を設けることにより、放出電子の広がり角を押さえ、
平行電子ビームを取り出すことが可能となる。この結
果、電子ビームの収束性を向上させた冷陰極カソードを
提供することが可能となる。

【００３９】また、冷陰極素子を受像管に応用した場
合、カソードの上部にカソード面に平行な等電位面を設
けることにより、放出電子の広がり角を押さえ、平行電
子ビームを取り出すことが可能となる。この結果、電子
ビームの収束性を向上させ微少ビームスポットが実現で
き、高解像度の受像管を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る冷陰極素子を示
した模式図

【図２】本発明の第１の実施形態に係る冷陰極素子を示
した模式図

【図３】本発明の第１の実施形態に係る冷陰極素子を示
した模式図

【図４】本発明の第２の実施形態に係る冷陰極素子を示
した模式図

【図５】本発明の第３の実施形態に係る冷陰極素子の応
用例を示した模式図

【図６】従来技術における冷陰極素子の例を示した模式
図

【符号の説明】

１等電位電極２カソード３引き出し電極４絶縁層５カソード電極６エミッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C031 DD09 DD15 5C036 EE03 EE19 EF01 EF07 EF09 EG12 EG19 EH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷陰極素子から構成されたカソードにお
いて、前記カソードの上部に前記カソードの面に平行な
等電位面を設けたことを特徴とする冷陰極カソード。
【請求項２】冷陰極素子から構成されたカソードにお
いて、前記カソードの上部に前記カソードの面に平行な
等電位面を発生させる電極を設けたことを特徴とする冷
陰極カソード。
【請求項３】電極は穴部を有し、その形状が同心円
状、放射状、格子状、らせん状、正ｎ角形（ｎは整数）
の少なくともいずれかの形態を含むことを特徴とする請
求項２に記載の冷陰極カソード。
【請求項４】冷陰極カソードの上部に前記カソードに
平行な等電位面を設けたことを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の電子銃。
【請求項５】冷陰極カソードの上部に前記カソードに
平行な等電位面を設けたことを特徴とする請求項１から
４のいずれかに記載の電子ビーム装置。
【請求項６】冷陰極カソードの上部に前記カソードに
平行な等電位面を設けたことを特徴とする請求項１から
４のいずれかに記載の受像管。
【請求項７】冷陰極カソードの上部に前記カソードに
平行な等電位面を設けたことを特徴とする請求項１から
４のいずれかに記載の受像管システム。