JP2634295B2 - 電子放出素子 - Google Patents

電子放出素子

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JP2634295B2 JP12543590A JP12543590A JP2634295B2 JP 2634295 B2 JP2634295 B2 JP 2634295B2 JP 12543590 A JP12543590 A JP 12543590A JP 12543590 A JP12543590 A JP 12543590A JP 2634295 B2 JP2634295 B2 JP 2634295B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界放出型の電子放出素子に関するものであ
る。本発明の電子放出素子は、各種表示素子、光源、増
幅素子、高速スイッチング素子、センサー等における電
子源として有用である。
〔従来の技術〕
電界放出型の電子放出素子の代表的な構造例である縦
型の構造を第11図に示す。図中100は、不純物が高濃度
にドープされて高伝導率をもつ基板であり、この基板10
0上に形成されたSiO2の絶縁層101中に形成されたキャビ
ティ102内には、電子放出部としてMoからなるエミッタ1
03が形成されている。さらにこのエミッタ103を囲んで
ゲート電極104となるMo薄膜が絶縁層101上に被着されて
いる。
この電子放出素子によれば、例えば基板100に対して
ゲート電極104を数10Vから数100Vの範囲でバイアスする
ことにより、エミッタ103の先端とゲート電極104間に10
6V/cm〜107V/cm程度の電界を生じさせ、エミッタ103の
先端よりトータルとして数100mAの電子放出を得ること
ができる。
第12図には、このような電子放出素子を電子源に利用
した従来の表示装置の概略斜視図を示す（特開昭61−22
1783号参照）。
第12図において、絶縁体基板110上には、列111の方向
に沿って複数の導電膜112が設けられ、該導電膜112上に
は円錐形電界放射エミッタ113および絶縁層114が設けら
れている。この絶縁層114上で、且つ行115の方向に沿っ
て複数のグリッド116が設けられている。このグリッド1
16の円錐形電界放射エミッタ113に対向する位置には孔
が設けられている。
一方、透明基板117には、前記絶縁体基板110と対向す
る面に、透明導電膜118、蛍光体層119がそれぞれベタ状
に積層被着されている。そして絶縁体基板110及び透明
基板117は、図示しない側面部材とともに、真空外囲器
を構成している。
以上の如く構成された表示装置の動作は以下の通りで
ある。
前記透明導電膜118には常時正の電位が印加されてい
る。表示信号に応答して、各列111及び各行115の導電膜
112とグリッド116間に、所定の電位差を付与する。該電
位差が付与されたグリッド116と前記円錐形電界放射エ
ミッタ113の間に適当な電界が形成され、円錐形状の先
端部より電子が放出される。該電子は、グリッド116の
孔から放出され、対面する蛍光体層119に射突し、該蛍
光体層119は発光する。
以上の動作により、表示信号に応じた画像が表示され
る。
第13図は、特開昭64−33833号で開示された電界放出
型電子放出素子の他の構造例である横型の構造図であ
る。
絶縁基板200上には、中央に突端部201を備えたエミッ
タ202が設けられている。このエミッタ202に隣接して、
前記突端部201に対応する開口部203を備えたゲート204
が設けられている。そして、このゲート204を間にして
前記エミッタ202と反対側の絶縁基板200上には、ゲート
204と平行に２次電子放出電極205が設けられている。
ここで、エミッタ202とゲート204の間、及びゲート20
4と２次電子放出電極205との間にそれぞれ所定の電位差
を付与すると、エミッタ202の突端部201から放出された
電子がゲート204の開口部203を経て２次電子放出電極20
5に射突し、この２次電子放出電極205からは２次電子が
放出される。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述したような従来の電子放出素子によれば、密閉気
密容器内や低真空度（例えば10-5〜10-6Torr）で駆動す
ると、次のような不都合が生じていた。即ち、気密容器
の場合には、容器内に実装する工程中でエミッタが汚染
してしまう為、エミッション放出しきい値が高いという
問題点がある。また、低真空度の場合には、ガスを吸着
してしまう為、短時間で電子放出素子の仕事関数が高く
なり、エミッション放出効率が低下したり、しきい値電
圧が高くなるという問題があった。これらの問題点は、
電界放出型の電子放出素子を気密容器内に実装して応用
する場合には特に重要であり、この問題を解決しなけれ
ば、FEカソードを真空気密容器内に実装した形で使用す
ることは極めて困難となる。
〔課題を解決するための手段〕
請求項１記載の電子表出素子は、複数のエミッタとゲ
ートを有する電子放出素子において、 一部のエミッタにゲート電圧以上の電圧が加えられた
時に他のエミッタの少なくとも一部には電界電子放出電
圧が加えられる第１の状態と、 前記一部のエミッタに電界電子放出電圧が加えられた
時に前記他のエミッタの少なくとも一部にはゲート電圧
以上の電圧が加えられる第２の状態を有し、 前記第１の状態と前記第２の状態を切り換えて使用す
ることを特徴とする。
請求項２記載の電子放出素子は、少なくとも一対の電
極を有し、 前記一対の電極の内の一方の電極に電界電子放出電圧
が印加された時に、前記一対の電極の内の他方の電極に
は前記電界電子放出電圧よりも高いゲート電圧が印加さ
れる第３の状態と、 前記一対の電極の内の他方の電極に電界電子放出電圧
が印加された時に、前記一対の電極の内の一方の電極に
は前記電界電子放出電圧よりも高いゲート電圧が印加さ
れる第４の状態とを有し、 前記第３の状態と前記第４の状態を切り換えて使用す
ることにより、 前記電界電子放出電圧が印加された電極がエミッタと
して機能し、前記ゲート電圧が印加された電極がゲート
として機能することを特徴としている。
〔作用〕
請求項１記載の電子放出素子によれば、電界電子放出
電圧が加えられた一方のエミッタからは電子が放出さ
れ、その一部はゲート電圧以上の電圧が加えられている
他方のエミッタに射突してこれをクリーニングする。こ
の作用が交互に繰返されれば、各エミッタは常に清浄に
保たれる。
請求項２記載の電子放出素子によれば、電界電子放出
電圧が加えられた一方の電極がエミッタとして機能し、
電子を放出する。この時、これよりも高い電圧が加えら
れた他方の電極はゲートとして機能し、放出された前記
電子の一部はゲートとしての該電極に射突してこれをク
リーニングする。この作用が交互に繰返されれば、エミ
ッタとしても機能する各電極は常に清浄に保たれる。
〔実施例〕
第１図は、縦型に構成された第１実施例の電界放出型
の電子放出素子１である。
基板２上に形成されたエミッタ電極３は、対になるよ
うに複数に分割してある。図中4,5は各エミッタ電極２
ごとに設けられたエミッタ、６は絶縁層、７はゲート、
８はコレクタである。
上記の構成において、分割された一方のエミッタ電極
３に設けられたエミッタ４（又はエミッタ群）が正規の
電界条件で電子e1を放出した時、これと対を成す他方の
エミッタ５（又はエミッタ群）には少くともゲート７と
同電位以上の正電位が印加されるようにする。そして、
他方のエミッタ５のエミッション時には、一方のエミッ
タ４に前記所定の正電位を与える。
このように駆動すれば、一方のエミッタ４から放出さ
れた電子e1が他方のエミッタ５に射突してこれをクリー
ニングし、他方のエミッタ５からの放出電子e2がエミッ
タ４をクリーニングする。
ここで、ゲート７に対して負となる半波正弦波を一方
のエミッタ４にかける場合には、他方のエミッタ５に物
理吸着しているガスを脱離させるに十分な電子線衝撃加
熱を与える為、この他方のエミッタ５には少くとも前記
ゲート電圧以上の直流又は正の半波正弦波等をかける。
エミッタ4,5は、複数に分割されたエミッタ電極３ご
とに少くとも１個以上あればよい。また駆動系統が分割
されたエミッタ（又はエミッタ群）は、２個又は２群以
上あればよい。なお、このような電子放出素子をディス
プレイに用いる場合には、第１図に示したコレクタ８以
外に蛍光体を塗布したアノードを設け、これにコレクタ
電圧以上の正電位を与えるようにした四極管構造でもよ
いし、コレクタ８をアノードに兼用した三極管構造でも
よい。
第２図は、横型に構成された第２実施例の電界放出型
の電子放出素子10である。
基板11上には、突端部12を有するエミッタ13,14とゲ
ート15,16が、共通のコレクタ17を間に挟んで対向して
配置されている。第１実施例と同様に、一方のエミッタ
13が電子を放出した時、他方のエミッタ14にゲート電圧
以上の正電位を与えておき、放出された電子の一部を他
方のエミッタ14に射突させてクリーニングさせるように
すれば、各エミッタ13,14による交互の電子放出を安定
的に行わせることができる。
第３図及び第４図は、横型に構成された第３実施例の
電界放出型の電子放出素子20である。
基板21上には、エミッタ及びゲートとして機能する断
面台形状の電極22,23が尖端縁24を上にして２本並設さ
れており、その外側にはコレクタ25,26がそれぞれ並設
されている。
各電極22,23に、半波正弦波及びゲート電圧を交互に
印加するか、又は正負の正弦波が各電極22,23に交互に
印加されるように駆動する。このようにすれば、エミッ
タとして機能した一方の電極22の尖端縁24から放出され
た電子e1は、一方のコレクタ26に到達すると共に他方の
電極23に射突してこれをクリーニングし、逆の場合には
同様に一方の電極22がクリーニングされる。
第５図は、横型に構成された第４実施例の電界放出型
の電子放出素子30である。
基板31上には、エミッタ及びゲートとして機能する２
個１組の電極32,33が入れ子状に配設されている。各電
極32,33にはそれぞれ鋸歯状となるように多数の突端部3
4が形成されており、各突端部34は対向するようになっ
ている。また、図中35はコレクタである。
第３図及び第４図の第３実施例と同様、本実施例の各
電極32,33にも、半波正弦波及びゲート電圧を交互に印
加し、又は正負の正弦波を交互に印加する。このように
すれば、第３実施例と同様の作用効果を得ることができ
る。
第６図は、第５図に示した第４実施例の電子放出素子
30を、蛍光表示管の原理を用いた表示装置に応用した第
５実施例である。
この例では、第４実施例で示した入れ子状の電極32,3
3の組合せが第１基板40上にマトリクス状に配設されて
おり、共通に接続されて引出された各一方の電極CLに駆
動信号が与えられ、同じく各他方の電極Cuに同期した駆
動信号が与えられてマトリクス内の任意のエミッタを選
択できるようになっている。なお、選択中のエミッタに
は、第７図に示す信号が印加される。
また、本例では、第４実施例のコレクタ35のかわり
に、電極32,33が設けられた第１基板40に対向する透明
な第２基板41上に、アノードとして透明電極42が設けて
ある。透明電極42は帯状であり、赤、緑、青に発光する
蛍光体R,G,Bがそれぞれ２本おきに被着されている。
上記の構成において、各電極CL,Cuに適切なタイミン
グで第７図に示すような信号を印加して所望の位置にあ
る電極32,33から電子を放出させれば、第２基板41の透
明電極42に設けられた各蛍光体R,G,Bをドット状に選択
して発光させることができ、任意の文字・図形を表示さ
せることができる。この例でも、選択された各電極32,3
3においては、正負の相反する駆動信号が交互に印加さ
れることにより、電子の射突によるクリーニング効果を
得ることができる。
第８図は、第３図及び第４図に示した第３実施例の電
子放出素子20を、蛍光表示管の原理を用いた表示装置に
応用した第６実施例である。
この例では、絶縁基板50上に絶縁層51を介して一対の
逆台形状の電極52,53が並設されており、各電極52,53の
外方には、蛍光体層54,55を有するアノード電極56,57が
それぞれ配設されている。
各電極52,53には、第10図に示すような180゜位相がず
れた正弦波又は図示しない矩形波が印加されるように電
源E1,E2が接続されている。また、両アノード電極56,57
には、両電極52,53に対して正の電圧が選択的に印加さ
れるよになっている。
上記の構成において、各電極52,53に第10図のような
正弦波を印加すると共にアノード電極56,57の一方に正
電位を与える。第10図におけるｔ＝t1では、第９図
（Ａ）に示すように、右側の電極53がエミッタとして機
能し、表示信号が与えられた左側のアノード56の蛍光体
層54に電子が射突すると共に、ゲートとして機能してい
る左側の電極52に電子の一部が射突してこれをクリーニ
ングする。第10図におけるｔ＝t2では、第９図（Ｂ）に
示すように、逆に左側の電極52がエミッタとなり、右側
のアノード57が点灯するとともに右側の電極53がクリー
ニングされる。
〔発明の効果〕
本発明の電子放出素子によれば、エミッタから放出さ
れた電子の一部が、エミッション状態にない他のエミッ
タに射突してこれをクリーニングするようにしているの
で、ガス吸着による電界放出エミッタの汚染が防止さ
れ、表示管等の気密容器のような低真空雰囲気において
も長時間安定したエミッション放出を行えるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は同
第２実施例を示す斜視図、第３図は同第３実施例の側面
図、第４図は同斜視図、第５図は同第４実施例の平面
図、第６図は同第５実施例の構成を示す模式図、第７図
は第６図における選択中のエミッタに印加する信号の波
形図、第８図は同第６実施例の構成を示す断面図、第９
図（Ａ）、第９図（Ｂ）はそれぞれ同実施例における作
用を示す断面図、第10図は同実施例で電極に与える信号
の波形図、第11図は縦型の電界電子放出素子の断面図、
第12図は縦型の電界電子放出素子を用いた表示装置の構
造説明図、第13図は横型の電界電子放出素子の斜視図で
ある。 1,10,20,30……電子放出素子、 4,5,13,14……エミッタ、 7,15,16……ゲート、 22,23,32,33,52,53……電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−221783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−80239（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−124362（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のエミッタとゲートを有する電子放出
    素子において、 一部のエミッタにゲート電圧以上の電圧が加えられた時
    に他のエミッタの少なくとも一部には電界電子放出電圧
    が加えられる第１の状態と、 前記一部のエミッタに電界電子放出電圧が加えられた時
    に前記他のエミッタの少なくとも一部にはゲート電圧以
    上の電圧が加えられる第２の状態とを有し、 前記第１の状態と前記第２の状態を切り換えて使用する
    ことを特徴とする 電子放出素子。
  2. 【請求項２】少なくとも一対の電極を有し、 前記一対の電極の内の一方の電極に電界電子放出電圧が
    印加された時に、前記一対の電極の内の他方の電極には
    前記電界電子放出電圧よりも高いゲート電圧が印加され
    る第３の状態と、 前記一対の電極の内の他方の電極に電界電子放出電圧が
    印加された時に、前記一対の電極の内の一方の電極には
    前記電界電子放出電圧よりも高いゲート電圧が印加され
    る第４の状態とを有し、 前記第３の状態と前記第４の状態を切り換えて使用する
    ことにより、 前記電界電子放出電圧が印加された電極がエミッタとし
    て機能し、前記ゲート電圧が印加された電極ゲートとし
    て機能することを特徴とする 電子放出素子。
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