JP2727194B2 - 電子放出装置及び電子線発光装置 - Google Patents

電子放出装置及び電子線発光装置

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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/316Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165Surface conduction emission type cathodes

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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電子放出素子を利用して、面状の電子放出を
行なわせる電子放出装置及び該電子放出装置を用いた電
子線発光装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、簡単な構造で電子の放出が得られる素子とし
て、例えばエム・アイ・エリンソン(M.I.Elinson)等
によって発表された冷陰極素子が知られている。[ラジ
オ・エンジニアリング・エレクトロン・フィジィッス
(Radio Eng.Electron.Phys.)第10巻,1290〜1296頁,19
65年] これは、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に
平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を
利用するもので、一般には表面伝導形放出素子と呼ばれ
ている。
この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等
により開発されたSnO2(Sb)薄膜を用いたものの他、Au
薄膜によるもの[ジー・ディトマー:“スイン・ソリド
・フィルムス”(G.Dittmer:“Thin Solid Films"),9
巻,317頁,(1972年)]、ITO薄膜によるもの[エム・
ハートウェル・アンド・シー・ジー・フォンスタッド:
“アイ・イー・イー・イー・トランス・イー・ディー・
コンフ”(M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.
ED Conf.")519頁,(1975年)]、カーボン薄膜による
もの[荒木久他:“真空",第26巻,第1号,22頁,(198
3年)]等が報告されている。
これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子構成を第
5図に示す。同第5図において、1および2は電気的接
続を得る為の電極、3は電子放出材料で形成される薄
膜、4は基板、5は電子放出部を示す。
この表面伝導形放出素子において、電子放出部5は、
電子放出を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれ
る通電加熱処理を施すことによって形成される。即ち、
前記電極1と電極2の間に電圧を印加することにより、
薄膜3に通電し、これにより発生するジュール熱で薄膜
3を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に
高抵抗な状態にすることによって形成されるもので、こ
の電子放出部5を形成することにより電子放出機能を得
ている。
上述の表面伝導形素子は、 1)高い電子放出効率が得られる、 2)構造が簡単であるため、製造が容易である、 3)同一基板上に多数の素子を配列形成できる、 4)応答速度が速い 等の利点があり、今後広く応用される可能性をもってい
る。
一方、縦横等間隔で面状に複数の電子源を展開した電
子放出装置が知られている(特開昭56−28445号)。
しかしながら、残念なことに、上記電子放出装置で
は、電子源としてコイル状ヒータ形式の熱カソードを用
いているため、電子放出効率が低く、しかも構造が複雑
化してしまい、装置の消費電力や製造コストが莫大なも
のとなることから、実用化されるまでには至っていな
い。
そこで、上記コイル状ヒータ形式の熱カソードに代え
て、電子源として前記表面伝導形放出素子を使用するこ
とにより、電子放出効率の向上並びに構造の簡略化を図
り、実用的な電子放出装置とすることが考えられるが、
これには次のような問題がある。
[発明が解決しようとする課題] 前記熱カソードを単に表面伝導形放出素子に置き代え
ただけでは、各素子からの電子照射領域間に大きな隙間
を生じたり過度の重複を生じやすく、表状にほぼ均一な
電子の放出が得られない問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、表面
伝導形放出素子を平面状に展開して電子放出装置とした
ときの、電子照射領域間の大きな隙間や過度の重複を無
くすことをその解決すべき課題とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、前述の問題点が表面伝導形放出素子の特性
に起因することを見出したことによって完成されたもの
である。
本発明において、前記課題を解決するために講じられ
た手段を、本発明の特徴を最も良く表わしている第2図
で説明すると、本発明では、複数の電子放出素子を一列
に並べたライン状電子源を複数列有する電子放出装置に
おいて、前記電子放出素子が、対向する電極間に設けら
れた薄膜に、当該電極の対向側端縁に沿った方向に長く
形成された電子放出部を有するもので、電子放出部の長
手方向に相隣接する電子放出素子の素子間隔P2が、前記
長手方向に直交する方向に相隣接する電子放出素子の素
子間隔P1より大きい電子放出装置とするという手段を講
じているものである。
また、本発明は、前記本発明の電子放出装置と、該電
子放出装置から放出される電子線の照射により発光する
発光部材とを有する電子線発光装置を提供するものであ
り、該電子放出装置においては、上記発光部材上での各
電子放出素子による電子照射領域の長軸をL,短軸をWと
する(第1図参照)と、P2<LかつP1<Wの関係を満た
すように各電子放出素子が配列されていることが好まし
い。尚、本発明において、電子照射領域7の幅Wとは、
相対向する電極1,2間の間隔と平行方向の電子照射領域
7の長さをいい、電子照射領域7の長さLとは、電極1,
2と平行方向の電子照射領域7の長さをいう。
本発明で用いる表面伝導形放出素子の構成材料に特に
制限はないが、基板4としては、例えばガラス、石英等
の絶縁材料が用いられる。薄膜3としては、例えば、In
2O3,SnO2,PbO等の金属酸化物、Au,Pg,Px等の金属、カ
ーボン、その他の各種半導体等の電子放出材料が用いら
れる。また、電気1,2としては、Ni,Pt,Al,Cu,Au等の導
電性材料が用いられる。
[作用] 第1図に示されるように、表面伝導形放出素子による
電子照射領域7は、その特性上、L>Wとなっただ円形
に近い形状となる。
本発明において、P2>P1としているので、上記特性に
合わせた電子放出部5の配列状態を得るためのものであ
る。即ち、相隣接する電子照射領域7間の間隔を、W方
向には小さく、L方向には大きくする働きをなす。また
L>P2かつW>P1とすることは、各電子照射領域7を部
分的に重複させて、隙間を無くす働きをなすものであ
る。
[実施例] 実施例1 まず、第1図に示されるような単の表面伝導形放出素
子と蛍光体ターゲット6を以下のようにして作製し、そ
の特性を調べた。尚、第2図において、4は基板、3は
薄膜、1および2は電気的接続を得るための電極、5は
電子放出部、6は電子放出面積を測定するための蛍光体
ターゲット、7は電子照射領域(発光部)、8は透明
板、9は透明電極、10は蛍光体である。
基板4に石英基板を用い、洗浄した石英基板4上に、
電子放出材料としてIn2O3を用い、1000Åの薄膜3を成
膜した。次いで、フォトリソグラフィー技術により、電
子放出部5が形成される、長さl=0.3mm,幅w=0.1mm
のネック部を有する形状の薄膜3とした。
上記薄膜3のネック部に形成される電子放出部5と電
気的接続を得るための電極1,2としてNiをマスク蒸着に
より1500Åの膜厚で付着させた。
上記電極1と電極2の間に、30V程度の電圧を印加す
ることにより、薄膜3に通電し、これにより発生するジ
ュール熱で、薄膜3を局所的に破壊変形もしくは変質せ
しめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成
した。
次に、透明板8に青板ガラスを用い、洗浄した後、透
明電極9としてITO(In2O3:SnO2=95:5)を蒸着により
1000Å厚で付着させ、更に、電子により発光する蛍光体
10を塗布し、蛍光体ターゲット6を形成した。
上記のごとく形成された、表面伝導形電子放出素子と
蛍光体ターゲット6を用い、上記素子の電極1,2間に駆
動電圧14Vを印加し、蛍光体ターゲット6を上記素子か
ら約5mmの位置に配置して、透明電極9に1000Vの電圧を
印加した。上記素子の電子照射領域(発光部)7を測定
したところ、幅W方向に約2mm、長さL方向に約4mmの発
光を得た。すなわち、上記素子において、1素子当りの
電子放出部5の長手方向(幅w方向)と同じ方向に長細
く広がる特性を得た。
上記特性は上記表面伝導形放出素子の固有の特性で、
電子放出部5の幅wが広がれば、蛍光体ターゲット6上
の電子照射領域7の長さLが長くなる性質が認められ
た。
上記素子と同様の表面伝導形放出素子を複数個用い
て、第2図のごとく、電子照射領域7の幅w方向の素子
間隔、すなわち電子放出部5の長手方向に直交する方向
に相隣接する電子放出素子の素子間隔をP1、電子照射領
域7の長さL方向の素子間隔、すなわち電子放出部5の
長手方向に相隣接する電子放出素子の素子間隔をP1とし
たとき、素子間隔P1,P2の関係がP1<P2の関係となるよ
う素子を配置した。また、第3図のごとく、電子照射領
域7が重なり合って面状の電子放出が得られるよう、素
子間隔P1,P2と電子照射領域7のW,Lとの関係をP1<W,P
2<Lとした。また、ネック部のどの位置に電子放出部
が形成されても面状の電子照射領域7が得られるように
素子間隔P1,P2とネック部の長さlとの関係をP1−l<
P1として。更に具体的に説明すると、電子照射領域7に
ついては、前記の通りW=2mm,L=4mmであるため、P1
P2,P1<W,P2<L,P1−l<P2を満足するように、P1=1.
6mm、P2=3.4mmとした。
上記の通り配置し、前記1素子の駆動条件と同じ条件
で蛍光体ターゲット6を発光させたところ、目視では各
素子による発光領域を各々識別不可能な、発光面積が約
26mm×28mmの面状発光状態を得ることができた。
更に、上記素子の安定性は、1素子では±15%の電子
放出のバラツキがあるのに対して、面全体では±10%
と、電子放出のバラツキが改善された。
また、表面伝導形放出素子を、P1<W,P2<Lの条件下
に配列することが困難な場合は、蛍光体ダーゲット6と
素子の距離をひろげることにより、W.Lを大きくし、面
状に均一な電子放出を得ることができた。
実施例2 第1図に示すように、基板4に石英基板を用い、電極
1,2に膜厚1000ÅのNiをEB蒸着し、フォトリソグラフィ
ー技術により、薄膜3を幅w=0.3mm、間隔l=0.01mm
で形成し、次いで、電極1,2間へ、電子放出材料となる
1次粒径80〜200ÅのSnO2分散液(SnO2:1g、溶剤:MEK/
シクロヘキサン=3/1を1000cc,ブチラール1g)をスピン
コートして塗布し、250℃で加熱処理し、電子放出部5
を形成した。
上記のごとく形成された表面伝導形放出素子と実施例
1と同様の蛍光体ターゲット6とを用い、上記素子に駆
動電圧13Vを印加し、蛍光体ターゲット6を上記素子か
ら約3mmの位置に配置して1000vの電圧を印加し、蛍光体
ターゲット6を発光させて電子照射領域7を測定したと
ころ、幅W方向に約1.5mm、長さL方向に約3mmの発光を
した。
上記素子をP1<P2,W>P1,L>P2,P1−l<P2の関係を
満足しうるよう、素子間隔をP1=1.2mm、P2=2.5mmと
し、第2図に示されるものと同様に、4×2のマトリッ
クスに配置して、1素子と同条件で電子放出させ、蛍光
体ターゲット6を発光させたところ、約6.0mm×5.5mmの
面積で均一な、目視で各素子による発光領域の識別が困
難な面状の発光状態を得ることができた。
実施例3 第1図に示されるように、基板4として石英基板を用
い、洗浄された石英基板上に電子放出材料としてSnO2
用いて1500Åの薄膜3を成膜し、次いでフォトリソグラ
フィー技術により電子放出部5が形成されるl=0.3m
m、w=0.1mmのネック部を有する形状の薄膜3とした。
次いで、前記薄膜3に形成される電子放出部5と電気
的接続を得る電極1,2としてNiをマスク蒸着により1500
Åの膜厚で付着させた。
上記電極1と電極2の間に35V程度の電圧を印加する
ことにより、薄膜3に通電し、これにより発生するジュ
ール熱で薄膜3を局所的に破壊変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成し
た。
上記のごとく形成された表面伝導形放出素子と、前記
実施例1で用いた蛍光体ターゲット6とを用い上記素子
に駆動電圧14Vを印加し、蛍光体ターゲット6を上記素
子から約5mmの位置に配置して1000Vの電圧を印加し、上
記素子の電子照射領域を蛍光体ターゲット6の発光部の
面積より測定したところ、W=約2.0mm,L=約3.5mmであ
った。
上記素子をP1<P2,W>P1,L>P2,P1−l<P2の関係が
満足されうるように、素子間隔P1=1.5mm,P2=3.0mmと
し、第4図に示されるような5×4のマトリックスに配
置し、前記1素子のときと同条件で電子放出させ、蛍光
体ターゲット6を発光させたところ、約8.0mm×14.0mm
の面積で均一な、目視では各素子による発光領域の識別
の困難な面状の発光状態を得ることができた。
[発明の効果] 以上説明したように、複数の電子放出素子を一列に並
べたライン状電子源の電子放出部5の長手方向に相隣接
する電子放出素子の素子間隔P2と、前記長手方向と直交
する方向に相隣接する電子放出素子の素子間隔P1の関係
を、P1<P2とし、好ましくは、電子照射領域7のW,Lと
の関係をP1<W,P2<Lとした条件で素子を配置すること
により、均一な面状の電子照射領域が得られる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例で用いた表面伝導形放出素子の電子照
射領域確認のための試験の説明図、第2図は実施例1及
び2における素子の配列状態を示す平面図、第3図は実
施例1〜3における電子照射領域の説明図、第4図は実
施例3における素子の配列状態を示す平面図、第5図は
従来技術の説明図である。 1,2は電極、3は薄膜、4は基板、5は電子放出部、6
は蛍光体ターゲット、7は電子照射領域(発光部)、8
は透明板、9は透明電極、10は蛍光体。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の電子放出素子を一列に並べたライン
    状電子源を複数列有する電子放出装置において、前記電
    子放出素子が、対向する電極間に設けられた薄膜に、当
    該電極の対向側端縁に沿った方向に長く形成された電子
    放出部を有するもので、電子放出部の長手方向に相隣接
    する電子放出素子の素子間隔P2が、前記長手方向に直交
    する方向に相隣接する電子放出素子の素子間隔P1より大
    きいことを特徴とする電子放出装置。
  2. 【請求項2】前記電子放出素子の電子放出部が、薄膜の
    一部に形成された破壊、変形、あるいは変質部であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の電子放出装置。
  3. 【請求項3】前記電子放出素子が、表面伝導型電子放出
    素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電
    子放出装置。
  4. 【請求項4】複数の電子放出素子を一列に並べたライン
    状電子源を複数列有する電子放出装置と、該電子放出装
    置から放出される電子線の照射により発光する発光部材
    とを有する電子線発光装置において、前記電子放出装置
    が請求項1〜3のいずれかに記載の電子放出装置である
    ことを特徴とする電子線発光装置。
  5. 【請求項5】前記発光部材上での各電子放出素子による
    電子照射領域の長軸をL、短軸をWとすると、P2<Lか
    つP1<Wの関係を満たすように各電子放出素子が配列さ
    れていることを特徴とする請求項4に記載の電子線発光
    装置。
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