JP2731733B2 - 電界放出冷陰極とこれを用いた表示装置 - Google Patents
電界放出冷陰極とこれを用いた表示装置Info
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- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
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- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/319—Circuit elements associated with the emitters by direct integration
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子放出源となる冷陰
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
ならびに電界放出冷陰極を用いた表示装置に関する。
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
ならびに電界放出冷陰極を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】微小な円錐状のエミッタと、エミッタの
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つゲート電極で構成された
微小冷陰極をアレイ状に並べた冷陰極がＣ．Ａ．Ｓｐｉ
ｎｄｔ等によって提案されている（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３９，
Ｎｏ．７，ｐｐ．３５０４，１９６８）。このスピント
（Ｓｐｉｎｄｔ）型冷陰極は、熱陰極と比較して高い電
流密度が得られ、放出電子の速度分散が小さい等の利点
を持つ。また、単一の電界放出エミッタと比較して電流
雑音が小さく、数１０〜２００Ｖの低い電圧で動作し、
比較的悪い真空度の環境中でも動作するとされている。
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つゲート電極で構成された
微小冷陰極をアレイ状に並べた冷陰極がＣ．Ａ．Ｓｐｉ
ｎｄｔ等によって提案されている（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３９，
Ｎｏ．７，ｐｐ．３５０４，１９６８）。このスピント
（Ｓｐｉｎｄｔ）型冷陰極は、熱陰極と比較して高い電
流密度が得られ、放出電子の速度分散が小さい等の利点
を持つ。また、単一の電界放出エミッタと比較して電流
雑音が小さく、数１０〜２００Ｖの低い電圧で動作し、
比較的悪い真空度の環境中でも動作するとされている。
【０００３】図８には前記文献に開示された従来技術で
あるスピント型冷陰極主要部の構造の断面図を示してい
る。基板１０１の上に絶縁層１０２とゲート電極１０３
が堆積されている。絶縁層１０２とゲート電極１０３に
は空洞１０４が形成されている。空洞１０４の中には、
高さ約１μｍの微小な円錐状のエミッタ１０５が膜堆積
法によって形成されている。基板１０１とエミッタ１０
５とは電気的に接続されており、エミッタ１０５とゲー
ト電極１０３の間には約１００Ｖの電圧が印加される。
絶縁層１０２の厚さは約１μｍ、ゲート電極１０３の開
口径も約１μｍと狭く、エミッタ１０５の先端は１０ｎ
ｍ程度と極めて尖鋭に作られているので、エミッタ１０
５の先端には強い電界が加わる。この電界が２〜５×１
０7 Ｖ／ｃｍ以上になるとエミッタ１０５の先端から電
子が放出される。このような構造の微小冷陰極を基板１
０１の上にアレイ状に並べることにより大きな電流を放
出する平面状の陰極が構成される。
あるスピント型冷陰極主要部の構造の断面図を示してい
る。基板１０１の上に絶縁層１０２とゲート電極１０３
が堆積されている。絶縁層１０２とゲート電極１０３に
は空洞１０４が形成されている。空洞１０４の中には、
高さ約１μｍの微小な円錐状のエミッタ１０５が膜堆積
法によって形成されている。基板１０１とエミッタ１０
５とは電気的に接続されており、エミッタ１０５とゲー
ト電極１０３の間には約１００Ｖの電圧が印加される。
絶縁層１０２の厚さは約１μｍ、ゲート電極１０３の開
口径も約１μｍと狭く、エミッタ１０５の先端は１０ｎ
ｍ程度と極めて尖鋭に作られているので、エミッタ１０
５の先端には強い電界が加わる。この電界が２〜５×１
０7 Ｖ／ｃｍ以上になるとエミッタ１０５の先端から電
子が放出される。このような構造の微小冷陰極を基板１
０１の上にアレイ状に並べることにより大きな電流を放
出する平面状の陰極が構成される。
【０００４】特開平６−１２９７４には図９に示すよう
に集束電極によって電子軌道の広がりを抑圧する技術が
開示されている。図９において、ゲート電極１０３の上
には第２絶縁層１１１が積層され、第２絶縁層１１１の
上には集束電極１１２が形成されている。エミッタ１０
５と集束電極１１２の間に印加する電圧を、エミッタ１
０５とゲート電極１０３の間の電圧よりも小さくするこ
とにより、集束電極１１２の付近に電子光学的な凹レン
ズが形成され、エミッタ１０５から放出された電子は集
束作用を受けて発散が小さく抑えられる。
に集束電極によって電子軌道の広がりを抑圧する技術が
開示されている。図９において、ゲート電極１０３の上
には第２絶縁層１１１が積層され、第２絶縁層１１１の
上には集束電極１１２が形成されている。エミッタ１０
５と集束電極１１２の間に印加する電圧を、エミッタ１
０５とゲート電極１０３の間の電圧よりも小さくするこ
とにより、集束電極１１２の付近に電子光学的な凹レン
ズが形成され、エミッタ１０５から放出された電子は集
束作用を受けて発散が小さく抑えられる。
【０００５】また、特開平６−１１１７３７には、図１
０（ａ），（ｂ）に示すように、フラットディスプレイ
パネルにおいて隣の画素に電子が到達するのを防ぐた
め、電子の拡がりを抑制する電極（拡がり抑制電極１１
３）を画素の間に設けている。
０（ａ），（ｂ）に示すように、フラットディスプレイ
パネルにおいて隣の画素に電子が到達するのを防ぐた
め、電子の拡がりを抑制する電極（拡がり抑制電極１１
３）を画素の間に設けている。
【０００６】また、特開平６−８４４５３には図１１に
示すように同じ基板上にゲート開口径が異なりエミッタ
の高さが等しい微小冷陰極を形成する方法が開示されて
いる。ここでは、蒸着によるエミッタの形成を２段階に
分けているので、ゲート開口径にかかわらず同じ高さの
エミッタが形成される。
示すように同じ基板上にゲート開口径が異なりエミッタ
の高さが等しい微小冷陰極を形成する方法が開示されて
いる。ここでは、蒸着によるエミッタの形成を２段階に
分けているので、ゲート開口径にかかわらず同じ高さの
エミッタが形成される。
【０００７】さらに、特開昭６４−５４６３７には図１
２に示すように同じ陰極基板上に絶縁層厚さとエミッタ
高さが異なる微小冷陰極を形成する技術が開示されてい
る。これは、電圧−電流特性の異なる電流を合わせて、
小さな電圧変化で大きな電流変化が得られ、立ち上がり
が急峻で応答性が良い陰極の実現を目指したものであ
る。
２に示すように同じ陰極基板上に絶縁層厚さとエミッタ
高さが異なる微小冷陰極を形成する技術が開示されてい
る。これは、電圧−電流特性の異なる電流を合わせて、
小さな電圧変化で大きな電流変化が得られ、立ち上がり
が急峻で応答性が良い陰極の実現を目指したものであ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】電界放出冷陰極におい
ては、微小冷陰極のエミッタ先端から放出される電子の
軌道はエミッタの中心軸に必ずしも平行にならず、中心
軸に対し横方向の速度成分を持っている。これは、図８
に示すようにエミッタ１０５とゲート電極１０３で形成
されるエミッタ先端付近の等電位面１０６が電子に対し
て凹レンズの効果を与え、電子の軌道を発散させるため
である。シミュレーションによると、最も外側の電子軌
道は、中心軸に対して３０度以上の傾きを持つ場合もあ
る。
ては、微小冷陰極のエミッタ先端から放出される電子の
軌道はエミッタの中心軸に必ずしも平行にならず、中心
軸に対し横方向の速度成分を持っている。これは、図８
に示すようにエミッタ１０５とゲート電極１０３で形成
されるエミッタ先端付近の等電位面１０６が電子に対し
て凹レンズの効果を与え、電子の軌道を発散させるため
である。シミュレーションによると、最も外側の電子軌
道は、中心軸に対して３０度以上の傾きを持つ場合もあ
る。
【０００９】ＣＲＴ（陰極線管）において、このような
横方向速度成分を持つ電子が陰極から放出される電子に
含まれると、静電集束系によって形成された電子ビーム
は不要な広がりを持ち、スクリーンにおいて高電流密
度、微小径のスポットを形成出来なくなる。したがっ
て、この陰極をＣＲＴに装着した場合、充分に高い解像
度特性を実現出来なくなる。
横方向速度成分を持つ電子が陰極から放出される電子に
含まれると、静電集束系によって形成された電子ビーム
は不要な広がりを持ち、スクリーンにおいて高電流密
度、微小径のスポットを形成出来なくなる。したがっ
て、この陰極をＣＲＴに装着した場合、充分に高い解像
度特性を実現出来なくなる。
【００１０】また、この陰極を、蛍光面と電子源が画素
ごとに形成され、狭い空間を介して対面したフラットデ
ィスプレイパネルに装着した場合、陰極から放出された
電子が隣の画素の蛍光体に当たり、解像度やコントラス
トが低下する。特にカラーフラットディスプレイではさ
らに色純度が低下する。
ごとに形成され、狭い空間を介して対面したフラットデ
ィスプレイパネルに装着した場合、陰極から放出された
電子が隣の画素の蛍光体に当たり、解像度やコントラス
トが低下する。特にカラーフラットディスプレイではさ
らに色純度が低下する。
【００１１】たとえば、エミッタ−ゲート電極間電圧：
５０Ｖ、スルリーン−ゲート電極間電圧：２００Ｖ、ス
クリーン−ゲート電極間距離：５０μｍのとき、中心軸
から３０度の角度で放出された電子はスクリーン上では
約１７μｍ離れた位置を照射する。
５０Ｖ、スルリーン−ゲート電極間電圧：２００Ｖ、ス
クリーン−ゲート電極間距離：５０μｍのとき、中心軸
から３０度の角度で放出された電子はスクリーン上では
約１７μｍ離れた位置を照射する。
【００１２】この影響を防ぐためには、１画素の陰極の
面積に対し蛍光体の面積を大きくしたり、陰極と蛍光体
との距離を狭くして電子が広がる前に蛍光体に当たるよ
うにしたり、物理的に隣の画素に電子が到達しないよう
な障壁を形成したりする必要がある。このため、パネル
の精細度が制限されたり、パネルの構造が複雑になる等
の問題点が生じる。
面積に対し蛍光体の面積を大きくしたり、陰極と蛍光体
との距離を狭くして電子が広がる前に蛍光体に当たるよ
うにしたり、物理的に隣の画素に電子が到達しないよう
な障壁を形成したりする必要がある。このため、パネル
の精細度が制限されたり、パネルの構造が複雑になる等
の問題点が生じる。
【００１３】この問題点を解決する方法として、図９に
示すような集束電極１１２を備えた陰極構造が提案され
ている。しかし、この陰極構造では、集束電極１１２が
比較的薄い第２絶縁層１１１を介してゲート電極１０３
のすぐ上に形成されているので、エミッタ先端の電界強
度がゲート電極１０３と集束電極１１２の電位で決ま
る。他方、電子ビームの集束作用を持たせるためにはエ
ミッタ−集束電極間の電圧は、エミッタ−ゲート電極間
電圧よりも小さくする必要がある。したがって、同じエ
ミッション電流を得るのに高いゲート電圧が必要にな
り、電子ビームの変調に必要な電圧振幅が大きくなる。
また、ゲート電極１０３とほかの電極との間の静電容量
が約２倍になり、高速の電子ビーム変調が困難になる。
示すような集束電極１１２を備えた陰極構造が提案され
ている。しかし、この陰極構造では、集束電極１１２が
比較的薄い第２絶縁層１１１を介してゲート電極１０３
のすぐ上に形成されているので、エミッタ先端の電界強
度がゲート電極１０３と集束電極１１２の電位で決ま
る。他方、電子ビームの集束作用を持たせるためにはエ
ミッタ−集束電極間の電圧は、エミッタ−ゲート電極間
電圧よりも小さくする必要がある。したがって、同じエ
ミッション電流を得るのに高いゲート電圧が必要にな
り、電子ビームの変調に必要な電圧振幅が大きくなる。
また、ゲート電極１０３とほかの電極との間の静電容量
が約２倍になり、高速の電子ビーム変調が困難になる。
【００１４】図１０に示す拡がり抑制電極はパネル構造
が複雑になり、製造工程が増加する問題がある。さら
に、拡がり抑制電極には調整可能な電圧を印加する必要
があり、外部回路および接続が複雑になる。
が複雑になり、製造工程が増加する問題がある。さら
に、拡がり抑制電極には調整可能な電圧を印加する必要
があり、外部回路および接続が複雑になる。
【００１５】なお、同一陰極にゲート開口径（特開平６
−８４４５３）ならびに絶縁層の厚さとエミッタの高さ
（特開昭６４−５４６３７）の異なる微小冷陰極を混在
させる従来技術は、特殊な電子放出特性の実現を狙った
もので、横方向速度成分の抑圧ならびに電子ビームスポ
ット寸法の縮小には効果を与えることはできない。
−８４４５３）ならびに絶縁層の厚さとエミッタの高さ
（特開昭６４−５４６３７）の異なる微小冷陰極を混在
させる従来技術は、特殊な電子放出特性の実現を狙った
もので、横方向速度成分の抑圧ならびに電子ビームスポ
ット寸法の縮小には効果を与えることはできない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、この
基板の上に形成し先端を先鋭化した電子放出電極、この
電子放出電極とその付近を除いて基板上に形成した絶縁
層、前記電子放出電極を取り囲む開口を持つ制御電極か
ら成る複数の微小冷陰極とから構成された電界放出冷陰
極において、制御電極の開口径を電界放出冷陰極の電子
放出領域の中心部では大きく、周辺部では小さくする
か、または制御電極の厚さを中心部で薄く、周辺部で厚
くするか、または絶縁層の厚さを中心部で薄く、周辺部
で厚くしたことを特徴とする。また、基板と複数の微小
冷陰極との間に抵抗層を設け、この抵抗層の抵抗率を電
子放出領域の中心部で小さく、周辺部で大きくしてもよ
い。
基板の上に形成し先端を先鋭化した電子放出電極、この
電子放出電極とその付近を除いて基板上に形成した絶縁
層、前記電子放出電極を取り囲む開口を持つ制御電極か
ら成る複数の微小冷陰極とから構成された電界放出冷陰
極において、制御電極の開口径を電界放出冷陰極の電子
放出領域の中心部では大きく、周辺部では小さくする
か、または制御電極の厚さを中心部で薄く、周辺部で厚
くするか、または絶縁層の厚さを中心部で薄く、周辺部
で厚くしたことを特徴とする。また、基板と複数の微小
冷陰極との間に抵抗層を設け、この抵抗層の抵抗率を電
子放出領域の中心部で小さく、周辺部で大きくしてもよ
い。
【００１７】さらに本発明は、真空外囲器内に、電子放
出源と蛍光体層を有する表示装置において、電子放出源
として上記電界放出冷陰極を用いることを特徴とする。
出源と蛍光体層を有する表示装置において、電子放出源
として上記電界放出冷陰極を用いることを特徴とする。
【００１８】
【作用】この結果、電界放出冷陰極のエミッション特性
に大きな影響を与えず、周辺部電子放出領域から放出さ
れる電子の横方向速度成分を抑圧し、電子軌道の発散角
度を小さく保つことが出来る。
に大きな影響を与えず、周辺部電子放出領域から放出さ
れる電子の横方向速度成分を抑圧し、電子軌道の発散角
度を小さく保つことが出来る。
【００１９】この電界放出冷陰極を用いたＣＲＴにおい
ては、スクリーン上のスポットサイズを小さく保つこと
ができるので、高解像度を実現出来る。
ては、スクリーン上のスポットサイズを小さく保つこと
ができるので、高解像度を実現出来る。
【００２０】また、この電界放出冷陰極を用いたフラッ
トディスプレイにおいては、同様に高い解像度を実現で
きるとともに、陰極と蛍光面の間隔を大きくできるの
で、高い加速電圧を蛍光体に印加でき、発光効率を向上
させることができる。さらに、隣の画素の蛍光体に当た
る電子が少なくなるので、コントラストおよび色純度が
改善される。
トディスプレイにおいては、同様に高い解像度を実現で
きるとともに、陰極と蛍光面の間隔を大きくできるの
で、高い加速電圧を蛍光体に印加でき、発光効率を向上
させることができる。さらに、隣の画素の蛍光体に当た
る電子が少なくなるので、コントラストおよび色純度が
改善される。
【００２１】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す電界放出
冷陰極の構造で、冷陰極中心部で切断した断面も示す。
図１において、シリコンの基板１には下から順に絶縁層
２、ゲート電極３が積層され、ゲート電極３と絶縁層２
には微小な空洞４が形成されている。空洞４の中には、
電子を放出する円錐状のエミッタ５が形成されており、
基板１とエミッタ５とは電気的に接続されている。エミ
ッタ５、ゲート電極３の開口、空洞４で微小陰極６が形
成され、多数の微小冷陰極６で電子放出領域７が形成さ
れる。
説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す電界放出
冷陰極の構造で、冷陰極中心部で切断した断面も示す。
図１において、シリコンの基板１には下から順に絶縁層
２、ゲート電極３が積層され、ゲート電極３と絶縁層２
には微小な空洞４が形成されている。空洞４の中には、
電子を放出する円錐状のエミッタ５が形成されており、
基板１とエミッタ５とは電気的に接続されている。エミ
ッタ５、ゲート電極３の開口、空洞４で微小陰極６が形
成され、多数の微小冷陰極６で電子放出領域７が形成さ
れる。
【００２２】エミッタ５はタングステンあるいはモリブ
デンのような耐熱金属で作られ、ゲート電極３はタング
ステン、モリブデン、ニオブ、タングステンシリサイド
等の金属あるいは金属化合物で作られ、絶縁層２には例
えばシリコンの熱酸化膜（ＳｉＯ2 ）を使用する。中央
部の微小冷陰極５−１において、ゲート電極３の開口の
直径ｄ１は約１μｍ、エミッタ５の高さｈ１は約１μ
ｍ、絶縁層２の厚さは約０．８μｍ、ゲート電極３の厚
さは約０．２μｍである。周辺部の微小冷陰極５−２に
おいて、ゲート電極３の開口の直径ｄ２は約０．８μ
ｍ、エミッタ５の高さｈ２は約０．８μｍである。
デンのような耐熱金属で作られ、ゲート電極３はタング
ステン、モリブデン、ニオブ、タングステンシリサイド
等の金属あるいは金属化合物で作られ、絶縁層２には例
えばシリコンの熱酸化膜（ＳｉＯ2 ）を使用する。中央
部の微小冷陰極５−１において、ゲート電極３の開口の
直径ｄ１は約１μｍ、エミッタ５の高さｈ１は約１μ
ｍ、絶縁層２の厚さは約０．８μｍ、ゲート電極３の厚
さは約０．２μｍである。周辺部の微小冷陰極５−２に
おいて、ゲート電極３の開口の直径ｄ２は約０．８μ
ｍ、エミッタ５の高さｈ２は約０．８μｍである。
【００２３】この陰極を製作するには、基本的には（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．７，ｐｐ．３５０４，１９６
８）等に開示されているように、ゲート電極３と絶縁層
２に空洞４を形成したのちウエハを回転させながら斜め
方向から犠牲層を堆積し、次にエミッタ材料をウエハの
真上から堆積すれば良い。空洞４を形成するためのマス
クに対し、陰極周辺部のゲート電極開口径を僅かに小さ
くしておくことにより、陰極周辺部のエミッタは他の部
分のエミッタと比較して低く形成される。
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．７，ｐｐ．３５０４，１９６
８）等に開示されているように、ゲート電極３と絶縁層
２に空洞４を形成したのちウエハを回転させながら斜め
方向から犠牲層を堆積し、次にエミッタ材料をウエハの
真上から堆積すれば良い。空洞４を形成するためのマス
クに対し、陰極周辺部のゲート電極開口径を僅かに小さ
くしておくことにより、陰極周辺部のエミッタは他の部
分のエミッタと比較して低く形成される。
【００２４】この陰極を動作させるには、基板１の電位
を基準にして、ゲート電極３に数１０〜約１００Ｖの電
圧を印加する。シミュレーションによると、周辺部では
中心部と比較して、ゲート電極開口径が小さくなる効果
よりもエミッタの高さが低いことによる影響が大きくあ
らわれ、エミッション電流が低下するが、電子軌道の横
方向速度成分は小さくなり、発散角も小さくなった。
を基準にして、ゲート電極３に数１０〜約１００Ｖの電
圧を印加する。シミュレーションによると、周辺部では
中心部と比較して、ゲート電極開口径が小さくなる効果
よりもエミッタの高さが低いことによる影響が大きくあ
らわれ、エミッション電流が低下するが、電子軌道の横
方向速度成分は小さくなり、発散角も小さくなった。
【００２５】図２は本発明の第２の実施例を示す電界放
出冷陰極の構造で、冷陰極中央部で切断した断面も示
す。図２において、図１と同じ番号の部分は図１と全く
同じ構成要素を示し、各構成要素の材料、寸法は図１に
示す第１の実施例と同じである。図２においては、ゲー
ト電極開口径は電子放出領域全体で均一であるが、ゲー
ト電極の厚さが電子放出領域の中央部と周辺部で異なっ
ており、周辺部のゲート電極を厚くしている。
出冷陰極の構造で、冷陰極中央部で切断した断面も示
す。図２において、図１と同じ番号の部分は図１と全く
同じ構成要素を示し、各構成要素の材料、寸法は図１に
示す第１の実施例と同じである。図２においては、ゲー
ト電極開口径は電子放出領域全体で均一であるが、ゲー
ト電極の厚さが電子放出領域の中央部と周辺部で異なっ
ており、周辺部のゲート電極を厚くしている。
【００２６】この陰極を製造するには、基板１の上に均
一の厚さのシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物の絶
縁層２、次に、均一な厚さの金属層を成膜する。その後
に適当な犠牲層をパターニングし、陰極周辺部のみにさ
らに金属層を堆積し、不要な部分を除去すれば良い。こ
れ以外はすでに公知の方法で製造することができる。
一の厚さのシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物の絶
縁層２、次に、均一な厚さの金属層を成膜する。その後
に適当な犠牲層をパターニングし、陰極周辺部のみにさ
らに金属層を堆積し、不要な部分を除去すれば良い。こ
れ以外はすでに公知の方法で製造することができる。
【００２７】この場合にも、図１の第１の実施例と同じ
ように、シミュレーションによると、周辺部のエミッタ
から放出される電流量は少なくなるが、電子軌道の横方
向速度成分も小さくなり、発散角も小さくなった。
ように、シミュレーションによると、周辺部のエミッタ
から放出される電流量は少なくなるが、電子軌道の横方
向速度成分も小さくなり、発散角も小さくなった。
【００２８】陰極全面のゲート電極開口径を小さくすれ
ば、蒸着によって形成されるエミッタの高さが低くなる
ため、陰極全面のエミッタから放出される電子の発散角
を小さくすることができる。しかし、同時に、同じエミ
ッタ−ゲート電極間の電圧では、エミッション電流が低
下しエミッション特性が低下する。同じエミッション電
流を得るためゲート電圧を高くすると、同時に、横方向
速度成分も大きくなり、期待する横方向速度成分の抑圧
が実現できない。しかし、電子放出領域中央部のエミッ
タからの電子の発散角は電子ビームの広がりには大きな
影響を与えないので、周辺のみの発散角を抑制すること
によって、エミッション特性を大幅に低下させずに、電
子ビームの広がりのみを有効に抑圧することができる。
ば、蒸着によって形成されるエミッタの高さが低くなる
ため、陰極全面のエミッタから放出される電子の発散角
を小さくすることができる。しかし、同時に、同じエミ
ッタ−ゲート電極間の電圧では、エミッション電流が低
下しエミッション特性が低下する。同じエミッション電
流を得るためゲート電圧を高くすると、同時に、横方向
速度成分も大きくなり、期待する横方向速度成分の抑圧
が実現できない。しかし、電子放出領域中央部のエミッ
タからの電子の発散角は電子ビームの広がりには大きな
影響を与えないので、周辺のみの発散角を抑制すること
によって、エミッション特性を大幅に低下させずに、電
子ビームの広がりのみを有効に抑圧することができる。
【００２９】図３は本発明の第３の実施例を示す電界放
出冷陰極の構造で、冷陰極中央部で切断した断面も示
す。図３において、図１と同じ番号の部分は図１と全く
同じ構成要素を示し、各構成要素の材料、寸法は図１に
示す第１の実施例と同一である。図３においては、ゲー
ト電極３の厚さ、ゲート電極開口径は全電子放出領域に
わたって均一であるが、絶縁層２の厚さが電子放出領域
の中央部と周辺部で異なり、周辺部の絶縁層が厚く形成
されている。
出冷陰極の構造で、冷陰極中央部で切断した断面も示
す。図３において、図１と同じ番号の部分は図１と全く
同じ構成要素を示し、各構成要素の材料、寸法は図１に
示す第１の実施例と同一である。図３においては、ゲー
ト電極３の厚さ、ゲート電極開口径は全電子放出領域に
わたって均一であるが、絶縁層２の厚さが電子放出領域
の中央部と周辺部で異なり、周辺部の絶縁層が厚く形成
されている。
【００３０】この陰極を製造するには、基板１の上に均
一の厚さのシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物の絶
縁層２を成膜し、その後に適当な犠牲層をパターニング
し、陰極周辺部のみにシリコン酸化物あるいはシリコン
窒化物を堆積させ、不要な部分を除去すれば良い。これ
以外はすでに公知の方法で製造することができる。
一の厚さのシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物の絶
縁層２を成膜し、その後に適当な犠牲層をパターニング
し、陰極周辺部のみにシリコン酸化物あるいはシリコン
窒化物を堆積させ、不要な部分を除去すれば良い。これ
以外はすでに公知の方法で製造することができる。
【００３１】この場合にも、図１の第１の実施例と同じ
ように、シミュレーションによると、周辺部のエミッタ
から放出される電流量は少なくなるが、電子軌道の横方
向速度成分も小さくなり、発散角も小さくなった。
ように、シミュレーションによると、周辺部のエミッタ
から放出される電流量は少なくなるが、電子軌道の横方
向速度成分も小さくなり、発散角も小さくなった。
【００３２】図４は本発明の第４の実施例を示す電界放
出冷陰極の構造で、冷陰極中央部で切断した断面も示
す。図４において、図１と同じ番号の部分は図１と全く
同じ構成要素を示し、各構成要素の材料、寸法は図１に
示す第１の実施例と同じである。図４においては、基板
１の上に抵抗層９を積層し、この抵抗層９の上に絶縁層
２およびエミッタ５を形成している。抵抗層９は、一個
のエミッタ５に対し直列となる抵抗１〜１０ＭΩを与え
るもので、エミッション電流に比例した電圧降下を作
る。ゲート電極３の厚さ、絶縁層２の厚さおよびゲート
電極開口径は全電子放出領域にわたって均一であるが、
電子放出領域中央部の直列抵抗Ｒ１よりも周辺部の直列
抵抗Ｒ２を僅かに大きくしておく。
出冷陰極の構造で、冷陰極中央部で切断した断面も示
す。図４において、図１と同じ番号の部分は図１と全く
同じ構成要素を示し、各構成要素の材料、寸法は図１に
示す第１の実施例と同じである。図４においては、基板
１の上に抵抗層９を積層し、この抵抗層９の上に絶縁層
２およびエミッタ５を形成している。抵抗層９は、一個
のエミッタ５に対し直列となる抵抗１〜１０ＭΩを与え
るもので、エミッション電流に比例した電圧降下を作
る。ゲート電極３の厚さ、絶縁層２の厚さおよびゲート
電極開口径は全電子放出領域にわたって均一であるが、
電子放出領域中央部の直列抵抗Ｒ１よりも周辺部の直列
抵抗Ｒ２を僅かに大きくしておく。
【００３３】なお、この構造の抵抗層を形成するには、
たとえば、抵抗層９にシリコンエピタキシャル層を使用
し、陰極周辺部が保護されたマスクを介して不純物とな
るイオンを打ち込むことによって、陰極の中心部と周辺
部の膜抵抗を変えることができる。
たとえば、抵抗層９にシリコンエピタキシャル層を使用
し、陰極周辺部が保護されたマスクを介して不純物とな
るイオンを打ち込むことによって、陰極の中心部と周辺
部の膜抵抗を変えることができる。
【００３４】この実施例の場合、中心部および周辺部の
微小冷陰極の電極形状は同一であるので放出される電子
の軌道は変わらないが、エミッション電流による電圧降
下量が異なるため、エミッタ−ゲート電極間の電圧が異
なり、周辺部のエミッタから放出された電子の初速度の
絶対値は小さくなり、したがって、横方向の速度成分が
小さくなる。
微小冷陰極の電極形状は同一であるので放出される電子
の軌道は変わらないが、エミッション電流による電圧降
下量が異なるため、エミッタ−ゲート電極間の電圧が異
なり、周辺部のエミッタから放出された電子の初速度の
絶対値は小さくなり、したがって、横方向の速度成分が
小さくなる。
【００３５】なお、第１から第４までの実施例は単一で
適用することが出来るが、２〜４種類までの任意の組合
せを同時に採用しても同等以上の効果が得られる。
適用することが出来るが、２〜４種類までの任意の組合
せを同時に採用しても同等以上の効果が得られる。
【００３６】図５は本発明の第５の実施例で、電界放出
冷陰極を電子源として使用した表示装置としてＣＲＴ
（受像管）を示す。ガラス外囲器１１の中に、冷陰極１
２、第１集束電極１３、第２集束電極１４、第３集束電
極１５で構成された電子銃１６が収められ、冷陰極１２
から放出された電子は集束・加速され電子ビーム１７が
形成される。電子ビーム１７は偏向ヨーク１８に印加さ
れた電流波形に応じて偏向され、蛍光体１９を衝撃す
る。図６はシミュレーションによって求めたＣＲＴ中の
電子軌道を示す。図６における計算条件は、ゲート電位
を基準にして、エミッタ電圧：−１００Ｖ、第１集束電
極電圧：１００Ｖ、第２集束電極電圧：５００Ｖ、第３
集束電極電圧：８ｋＶ、陰極における電子の発散角：３
０度である。横方向速度成分を持つ電子は電子ビームの
スポットを拡大するが、陰極の周辺部から放出された電
子の横方向速度成分が小さい場合にはスポット拡大効果
が抑制される。
冷陰極を電子源として使用した表示装置としてＣＲＴ
（受像管）を示す。ガラス外囲器１１の中に、冷陰極１
２、第１集束電極１３、第２集束電極１４、第３集束電
極１５で構成された電子銃１６が収められ、冷陰極１２
から放出された電子は集束・加速され電子ビーム１７が
形成される。電子ビーム１７は偏向ヨーク１８に印加さ
れた電流波形に応じて偏向され、蛍光体１９を衝撃す
る。図６はシミュレーションによって求めたＣＲＴ中の
電子軌道を示す。図６における計算条件は、ゲート電位
を基準にして、エミッタ電圧：−１００Ｖ、第１集束電
極電圧：１００Ｖ、第２集束電極電圧：５００Ｖ、第３
集束電極電圧：８ｋＶ、陰極における電子の発散角：３
０度である。横方向速度成分を持つ電子は電子ビームの
スポットを拡大するが、陰極の周辺部から放出された電
子の横方向速度成分が小さい場合にはスポット拡大効果
が抑制される。
【００３７】図７は本発明の第６の実施例で、電界放出
冷陰極を電子源として使用した表示装置としてフラット
ディスプレイパネルを示す。図７において、前面ガラス
２１と裏面ガラス２２とは１００μｍ以下の狭いギャッ
プで対面しており、真空の外囲器を兼ねる。前面ガラス
２１には、真空となる内側に、透明で導電性の金属膜で
あるＩＴＯ膜２３、およびその上に蛍光体２４が順次積
層されており、２００Ｖから１０００Ｖ程度の加速電圧
をＩＴＯ膜２３に印加して蛍光体２４に電子ビームを当
てる。裏面ガラス２２には、真空となる内側に、エミッ
タ電極２５、絶縁層２６、ゲート電極２７が順次積層さ
れている。絶縁層２６、ゲート電極２７には空洞が形成
され、その空洞の中のエミッタ電極２５の上に円錐形の
エミッタ２８が形成されている。一つの画素を形成する
微小冷陰極群のうち、中央部のゲート開口径を大きく、
周辺部を小さくしている。
冷陰極を電子源として使用した表示装置としてフラット
ディスプレイパネルを示す。図７において、前面ガラス
２１と裏面ガラス２２とは１００μｍ以下の狭いギャッ
プで対面しており、真空の外囲器を兼ねる。前面ガラス
２１には、真空となる内側に、透明で導電性の金属膜で
あるＩＴＯ膜２３、およびその上に蛍光体２４が順次積
層されており、２００Ｖから１０００Ｖ程度の加速電圧
をＩＴＯ膜２３に印加して蛍光体２４に電子ビームを当
てる。裏面ガラス２２には、真空となる内側に、エミッ
タ電極２５、絶縁層２６、ゲート電極２７が順次積層さ
れている。絶縁層２６、ゲート電極２７には空洞が形成
され、その空洞の中のエミッタ電極２５の上に円錐形の
エミッタ２８が形成されている。一つの画素を形成する
微小冷陰極群のうち、中央部のゲート開口径を大きく、
周辺部を小さくしている。
【００３８】このため、中央部のエミッタ２８−１から
放出される電子軌道は大きく発散し、周辺部のエミッタ
２８−２から放出される電子軌道の発散角は小さくな
り、隣の蛍光体に電子が当たる可能性がきわめて小さく
なる。
放出される電子軌道は大きく発散し、周辺部のエミッタ
２８−２から放出される電子軌道の発散角は小さくな
り、隣の蛍光体に電子が当たる可能性がきわめて小さく
なる。
【００３９】図７においては、第１の実施例に示す冷陰
極を電子源としたフラットディスプレイの例を示してい
るが、第２から第４迄の実施例を採用した冷陰極あるい
は第１から第４までの実施例を組み合わせた冷陰極を電
子源としたフラットディスプレイも同等以上の効果が得
られる。
極を電子源としたフラットディスプレイの例を示してい
るが、第２から第４迄の実施例を採用した冷陰極あるい
は第１から第４までの実施例を組み合わせた冷陰極を電
子源としたフラットディスプレイも同等以上の効果が得
られる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷陰極に
おいては、電界放出冷陰極のエミッション特性に大きな
影響を与えずに、周辺部の電子放出領域から放出される
電子の横方向速度成分を抑圧し、電子軌道の発散角度を
小さく保つことができ、広がりの小さな電子ビームを形
成できる。
おいては、電界放出冷陰極のエミッション特性に大きな
影響を与えずに、周辺部の電子放出領域から放出される
電子の横方向速度成分を抑圧し、電子軌道の発散角度を
小さく保つことができ、広がりの小さな電子ビームを形
成できる。
【００４１】この電界放出冷陰極を用いたＣＲＴにおい
ては、スクリーン上のスポットサイズを小さく保つこと
ができるので、高解像度を実現出来る。
ては、スクリーン上のスポットサイズを小さく保つこと
ができるので、高解像度を実現出来る。
【００４２】また、この電界放出冷陰極を用いたフラッ
トディスプレイにおいては、同様に高い解像度を実現で
きるとともに、陰極と蛍光面の間隔を大きくできるの
で、高い加速電圧を印加でき、発光効率を向上させるこ
とができる。さらに、隣の画素の蛍光体に当たる電子が
少なくなるので、コントラストおよび色純度が改善され
る。
トディスプレイにおいては、同様に高い解像度を実現で
きるとともに、陰極と蛍光面の間隔を大きくできるの
で、高い加速電圧を印加でき、発光効率を向上させるこ
とができる。さらに、隣の画素の蛍光体に当たる電子が
少なくなるので、コントラストおよび色純度が改善され
る。
【図１】本発明の第１の実施例を示す電界放出冷陰極の
構造図である。
構造図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す電界放出冷陰極の
構造図である。
構造図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す電界放出冷陰極の
構造図である。
構造図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す電界放出冷陰極の
構造図である。
構造図である。
【図５】本発明の第５の実施例を示すＣＲＴの構造図で
ある。
ある。
【図６】本発明の第５の実施例のＣＲＴにおける電子ビ
ーム軌道のシミュレーション結果である。
ーム軌道のシミュレーション結果である。
【図７】本発明の第６の実施例を示すフラットディスプ
レイの構造図である。
レイの構造図である。
【図８】従来技術のＳｐｉｎｄｔタイプ冷陰極の断面図
である。
である。
【図９】特開平６−１２９７４に開示された従来技術の
冷陰極の断面図である。
冷陰極の断面図である。
【図１０】特開平６−１１１７３７に開示された従来技
術のフラットディスプレイの断面図（ａ）と電子ビーム
軌道（ｂ）である。
術のフラットディスプレイの断面図（ａ）と電子ビーム
軌道（ｂ）である。
【図１１】特開平６−８４４５３に開示された従来技術
の冷陰極の断面図である。
の冷陰極の断面図である。
【図１２】特開昭６４−５４６３７に開示された従来技
術の冷陰極の断面図である。
術の冷陰極の断面図である。
１，１０１ 基板 ２，２６，１０２ 絶縁層 ３ ゲート電極 ４，１０４ 空洞 ５，２８，１０５ エミッタ ６ 微小冷陰極 ７ 電子放出領域 ８ 陰極 ９ 抵抗層 １１ ガラス外囲器 １２ 冷陰極 １３ 第１集束電極 １４ 第２集束電極 １５ 第３集束電極 １６ 電子銃 １７ 電子ビーム １８ 偏向ヨーク １９ 蛍光体 ２１ 前面ガラス ２２ 裏面ガラス ２３ ＩＴＯ膜 ２４ 蛍光体 ２５ エミッタ電極 ２７，１０３ ゲート電極 １０６ 等電位面 １０７ 電子ビーム軌道 １１１ 第２絶縁層 １１２ 集束電極 １１３ 拡がり抑制電極
Claims (7)
- 【請求項１】 基板と、前記基板の上に形成し、先端を
先鋭化した電子放出電極、前記電子放出電極とその付近
を除いて前記基板の上に形成した絶縁層、前記電子放出
電極を取り囲む開口を持つ制御電極から成る複数の微小
冷陰極とから構成された陰極において、前記制御電極の
開口径が前記陰極の電子放出領域の中心部では大きく、
前記陰極の電子放出領域の周辺部では小さいことを特徴
とする電界放出冷陰極。 - 【請求項２】 基板と、前記基板の上に形成し、先端を
先鋭化した電子放出電極、前記電子放出電極とその付近
を除いて前記基板の上に形成した絶縁層、前記電子放出
電極を取り囲む開口を持つ制御電極から成る複数の微小
冷陰極とから構成された陰極において、前記制御電極の
厚さが前記陰極の電子放出領域の中心部では薄く、前記
陰極の電子放出領域の周辺部では厚いことを特徴とする
電界放出冷陰極。 - 【請求項３】 基板と、前記基板の上に形成し、先端を
先鋭化した電子放出電極、前記電子放出電極とその付近
を除いて前記基板の上に形成した絶縁層、前記電子放出
電極を取り囲む開口を持つ制御電極から成る複数の微小
冷陰極とから構成された陰極において、前記絶縁層の厚
さが前記陰極の電子放出領域の中心部では薄く、前記陰
極の電子放出領域の周辺部では厚いことを特徴とする電
界放出冷陰極。 - 【請求項４】 基板と、前記基板の上に形成した抵抗層
と、前記抵抗層の上に形成し、先端を先鋭化した電子放
出電極、前記電子放出電極とその付近を除いて前記抵抗
層あるいは前記基板上に形成した絶縁層、前記電子放出
電極を取り囲む開口を持つ制御電極から成る複数の微小
冷陰極とから構成された陰極において、前記基板は導電
性であり、前記抵抗層の抵抗率が前記陰極の電子放出領
域の中心部では小さく、前記陰極の電子放出領域の周辺
部では大きいことを特徴とする電界放出冷陰極。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４の少なくとも２つ
を組合せたことを特徴とする電界放出冷陰極。 - 【請求項６】 真空外囲器内に、電子銃と、この電子銃
から出射する電子ビームを偏向する手段と、前記電子銃
に対向する位置に設けた蛍光体層とを備える表示装置に
おいて、前記電子銃の陰極として請求項１から請求項５
のいずかの電界放出冷陰極を備えたことを特徴とする表
示装置。 - 【請求項７】 真空外囲器内に、電子放出源と、この電
子放出源に対向して設けた蛍光体層とを有する表示装置
において、前記電子放出源として請求項１から請求項５
までのいずれかの電界放出冷陰極を備えたことを特徴と
する表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29439094A JP2731733B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 電界放出冷陰極とこれを用いた表示装置 |
| TW084112696A TW377447B (en) | 1994-11-29 | 1995-11-29 | Improved field emission cold cathode having micro electrodes of different electron emission characteristics |
| US08/564,811 US5734223A (en) | 1994-11-29 | 1995-11-29 | Field emission cold cathode having micro electrodes of different electron emission characteristics |
| KR1019950044616A KR100242038B1 (ko) | 1994-11-29 | 1995-11-29 | 전계 방출 냉음극과 이를 이용한 표시 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29439094A JP2731733B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 電界放出冷陰極とこれを用いた表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08153459A JPH08153459A (ja) | 1996-06-11 |
| JP2731733B2 true JP2731733B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=17807117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29439094A Expired - Lifetime JP2731733B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 電界放出冷陰極とこれを用いた表示装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5734223A (ja) |
| JP (1) | JP2731733B2 (ja) |
| KR (1) | KR100242038B1 (ja) |
| TW (1) | TW377447B (ja) |
Families Citing this family (16)
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|---|---|---|---|---|
| JP2776353B2 (ja) * | 1995-12-27 | 1998-07-16 | 日本電気株式会社 | 電界放射冷陰極 |
| JP2917898B2 (ja) * | 1996-03-29 | 1999-07-12 | 日本電気株式会社 | 電界放出冷陰極素子およびその使用方法 |
| JP3127844B2 (ja) * | 1996-11-22 | 2001-01-29 | 日本電気株式会社 | 電界放出型冷陰極 |
| FR2766011B1 (fr) * | 1997-07-10 | 1999-09-24 | Alsthom Cge Alcatel | Cathode froide a micropointes |
| JPH1196892A (ja) | 1997-09-17 | 1999-04-09 | Nec Corp | フィールドエミッタ |
| US6255768B1 (en) | 1999-07-19 | 2001-07-03 | Extreme Devices, Inc. | Compact field emission electron gun and focus lens |
| KR100477739B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2005-03-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전계 방출 소자 및 그 구동 방법 |
| JP4169496B2 (ja) * | 2001-07-05 | 2008-10-22 | 松下電器産業株式会社 | 受像管装置 |
| US20040232857A1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-11-25 | Takashi Itoh | CRT device with reduced fluctuations of beam diameter due to brightness change |
| US6720569B1 (en) * | 2003-05-13 | 2004-04-13 | Motorola, Inc. | Electro-optical device including a field emission array and photoconductive layer |
| US6946784B2 (en) * | 2003-05-14 | 2005-09-20 | Chunghwa Picture Tubes, Ltd. | Electron gun of monochromic CRT |
| JP2005004117A (ja) * | 2003-06-16 | 2005-01-06 | Hitachi Ltd | 表示装置 |
| JP2005004118A (ja) * | 2003-06-16 | 2005-01-06 | Hitachi Ltd | 表示装置 |
| JP4844041B2 (ja) * | 2005-08-15 | 2011-12-21 | ソニー株式会社 | 冷陰極電界電子放出表示装置用カソードパネル、並びに、冷陰極電界電子放出表示装置 |
| KR101107133B1 (ko) * | 2005-10-28 | 2012-01-31 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스 |
| EP3604805B1 (en) * | 2018-08-02 | 2024-04-24 | ENPULSION GmbH | Ion thruster for thrust vectored propulsion of a spacecraft |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5278472A (en) * | 1992-02-05 | 1994-01-11 | Motorola, Inc. | Electronic device employing field emission devices with dis-similar electron emission characteristics and method for realization |
| JPH0612974A (ja) * | 1992-06-29 | 1994-01-21 | Shimadzu Corp | 電子放出素子 |
| JPH06111737A (ja) * | 1992-09-30 | 1994-04-22 | Toppan Printing Co Ltd | 画像表示素子 |
| JP3269236B2 (ja) * | 1993-12-22 | 2002-03-25 | 双葉電子工業株式会社 | 電界放出形電子源 |
| US5786659A (en) * | 1993-11-29 | 1998-07-28 | Futaba Denshi Kogyo K.K. | Field emission type electron source |
-
1994
- 1994-11-29 JP JP29439094A patent/JP2731733B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-11-29 US US08/564,811 patent/US5734223A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1995-11-29 KR KR1019950044616A patent/KR100242038B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5734223A (en) | 1998-03-31 |
| JPH08153459A (ja) | 1996-06-11 |
| KR960019379A (ko) | 1996-06-17 |
| TW377447B (en) | 1999-12-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971202 |