JP2776353B2 - 電界放射冷陰極 - Google Patents
電界放射冷陰極Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- 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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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射冷陰極に
関し、特に放出される電子ビームの発散角が小さく抑え
られ、かつ電子ビームの進行方向の軸に対する対称性の
良い電界放射冷陰極の構造に関する。
関し、特に放出される電子ビームの発散角が小さく抑え
られ、かつ電子ビームの進行方向の軸に対する対称性の
良い電界放射冷陰極の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電子放出を利用した熱陰極に代わる電
子源として、電界放射冷陰極が開発されている。電界放
射冷陰極は先鋭な突起を持つ電極の先端に、高電界（２
〜５×１０7 Ｖ／ｃｍ以上）を発生させることで電子を
空間に放出させる。このため、先端の先鋭度がデバイス
の特性を左右する条件であるが、おおよそ数百オングス
トローム以下の曲率半径が必要であると言われている。
また、電界発生のためには電極を１μｍ程度あるいはそ
れ以下の近接した位置に配して、数１０〜数１００Ｖの
電圧を印加する必要がある。また、実際にはこのような
素子が、同一の基板上に数千〜数万個形成され、並列に
接続されたアレイとして使用されることが多い。このよ
うなことから、一般的に半導体の微細加工技術を応用し
て製造される。
子源として、電界放射冷陰極が開発されている。電界放
射冷陰極は先鋭な突起を持つ電極の先端に、高電界（２
〜５×１０7 Ｖ／ｃｍ以上）を発生させることで電子を
空間に放出させる。このため、先端の先鋭度がデバイス
の特性を左右する条件であるが、おおよそ数百オングス
トローム以下の曲率半径が必要であると言われている。
また、電界発生のためには電極を１μｍ程度あるいはそ
れ以下の近接した位置に配して、数１０〜数１００Ｖの
電圧を印加する必要がある。また、実際にはこのような
素子が、同一の基板上に数千〜数万個形成され、並列に
接続されたアレイとして使用されることが多い。このよ
うなことから、一般的に半導体の微細加工技術を応用し
て製造される。
【０００３】このような電界放射冷陰極の具体的な構造
の一つは、アメリカのＳＲＩ（Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅ
ｓｅｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）のスピント（Ｓｐｉ
ｎｄｔ）らによって開発された方法（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．３９，ｐ３５０４，１９６８）で、導電性の基
板上にモリブデンのような高融点金属を堆積させて先端
形状の先鋭な構造を得るものである。この構造を図１２
に示す。導電性基板３５上に絶縁層３４と導電性のゲー
ト電極３２を堆積し、絶縁層３４とゲート電極３２に直
径約１μｍの開口３６が設けられている。この開口３６
内にエミッタ電極３１が導電性基板３５と電気的に接続
された状態で形成され、エミッタ電極３１の先端部はゲ
ート電極３２の開口部の近くに配置されている。このよ
うな素子のエミッタ電極３１に負、ゲート電極３２が正
となるように電圧を印加することで、エミッタ電極３１
の先端部から、電子ビーム１５が放射される。このよう
な構造は一般に縦型電界放射冷陰極と呼ばれている。
の一つは、アメリカのＳＲＩ（Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅ
ｓｅｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）のスピント（Ｓｐｉ
ｎｄｔ）らによって開発された方法（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．３９，ｐ３５０４，１９６８）で、導電性の基
板上にモリブデンのような高融点金属を堆積させて先端
形状の先鋭な構造を得るものである。この構造を図１２
に示す。導電性基板３５上に絶縁層３４と導電性のゲー
ト電極３２を堆積し、絶縁層３４とゲート電極３２に直
径約１μｍの開口３６が設けられている。この開口３６
内にエミッタ電極３１が導電性基板３５と電気的に接続
された状態で形成され、エミッタ電極３１の先端部はゲ
ート電極３２の開口部の近くに配置されている。このよ
うな素子のエミッタ電極３１に負、ゲート電極３２が正
となるように電圧を印加することで、エミッタ電極３１
の先端部から、電子ビーム１５が放射される。このよう
な構造は一般に縦型電界放射冷陰極と呼ばれている。
【０００４】このような素子の応用としては、平面型デ
ィスプレー、微小真空管、およびマイクロ波管、ブラウ
ン管等の電子管や各種センサーの電子源等が提案されて
いる。
ィスプレー、微小真空管、およびマイクロ波管、ブラウ
ン管等の電子管や各種センサーの電子源等が提案されて
いる。
【０００５】さて、エミッタ電極３１の先端部から放射
される電子は、図１２のように導電性基板３５に垂直な
方向のみでなく、エミッタ電極３１近傍では断面の半角
（発散角）が２０〜３０°程度の範囲に広がりを持って
いる。このため、例えばアノード電極１１に塗布された
蛍光膜１４をこの電子ビームで励起するようなデバイス
を考えた場合、発光領域が大きくなってしまう。また、
電子管の電子源として用いた場合にも、電子レンズでの
集束に障害を及ぼす。
される電子は、図１２のように導電性基板３５に垂直な
方向のみでなく、エミッタ電極３１近傍では断面の半角
（発散角）が２０〜３０°程度の範囲に広がりを持って
いる。このため、例えばアノード電極１１に塗布された
蛍光膜１４をこの電子ビームで励起するようなデバイス
を考えた場合、発光領域が大きくなってしまう。また、
電子管の電子源として用いた場合にも、電子レンズでの
集束に障害を及ぼす。
【０００６】これらの問題の解決策としては、ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，ｖｏ
ｌ．４２，ｐｐ．３４０−３４７，１９９５に紹介され
ているように、素子上に集束電極を追加して発散角を小
さくする方法が知られている。これらは、大別すると２
つの構造に整理できる。ひとつは図７に示すように、ゲ
ート電極２の上にさらに第２の絶縁層４′と集束電極３
を積層した２段構造で、集束電極３にはゲート電極２の
電圧よりも低い電圧（例えばエミッタ電極を０Ｖとし
て、ゲート電極：７０Ｖ、集束電極：１０Ｖ）を印加す
ることにより、集束電極による電界で電子ビームを集束
させる。もうひとつは、図８に示すように、ゲート電極
２と同一面上にゲート電極２を取り囲むように集束電極
３を設ける２重構造である。集束電極３にはエミッタ電
極１の電圧より低い電圧（例えばエミッタ電極を０Ｖと
して、ゲート電極：７０Ｖ、集束電極：−２０Ｖ）を印
加することにより、集束電極による電界で電子ビームを
集束させることができる。
Ｔｒａｎｓ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，ｖｏ
ｌ．４２，ｐｐ．３４０−３４７，１９９５に紹介され
ているように、素子上に集束電極を追加して発散角を小
さくする方法が知られている。これらは、大別すると２
つの構造に整理できる。ひとつは図７に示すように、ゲ
ート電極２の上にさらに第２の絶縁層４′と集束電極３
を積層した２段構造で、集束電極３にはゲート電極２の
電圧よりも低い電圧（例えばエミッタ電極を０Ｖとし
て、ゲート電極：７０Ｖ、集束電極：１０Ｖ）を印加す
ることにより、集束電極による電界で電子ビームを集束
させる。もうひとつは、図８に示すように、ゲート電極
２と同一面上にゲート電極２を取り囲むように集束電極
３を設ける２重構造である。集束電極３にはエミッタ電
極１の電圧より低い電圧（例えばエミッタ電極を０Ｖと
して、ゲート電極：７０Ｖ、集束電極：−２０Ｖ）を印
加することにより、集束電極による電界で電子ビームを
集束させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】電界放射カソードから
の電子ビームの発散角を抑制するために、図７のような
２段構造を採った場合、第２の絶縁層４′及び集束電極
３を形成する成膜工程が増えるだけでなく、ゲート電極
２と集束電極３から、電圧印加のための配線を絶縁した
状態で引き出す必要があるため、配線パターン形成のフ
ォトリソグラフィおよびエッチングの工程が増える。ま
た、エミッタ電極１形成部分の開口３６′を形成するに
は、１回のフォトリソグラフィで開口を形成することを
考えると、集束電極３が無い場合に比べて約２倍程度の
エッチング深さが必要となり、ドライエッチングを使用
する場合では、マスクとなるフォトレジスト層との選択
比が、またウェットエッチングを使用する場合には、サ
イドエッチング量が問題となり製造プロセスが困難にな
る。集束電極３とゲート電極２を別のフォトリソグラフ
ィでパターニングすると、上記の問題は無くなるが、目
合わせずれを皆無にすることは難しく、集束効果の対称
性に影響が及ぶ。
の電子ビームの発散角を抑制するために、図７のような
２段構造を採った場合、第２の絶縁層４′及び集束電極
３を形成する成膜工程が増えるだけでなく、ゲート電極
２と集束電極３から、電圧印加のための配線を絶縁した
状態で引き出す必要があるため、配線パターン形成のフ
ォトリソグラフィおよびエッチングの工程が増える。ま
た、エミッタ電極１形成部分の開口３６′を形成するに
は、１回のフォトリソグラフィで開口を形成することを
考えると、集束電極３が無い場合に比べて約２倍程度の
エッチング深さが必要となり、ドライエッチングを使用
する場合では、マスクとなるフォトレジスト層との選択
比が、またウェットエッチングを使用する場合には、サ
イドエッチング量が問題となり製造プロセスが困難にな
る。集束電極３とゲート電極２を別のフォトリソグラフ
ィでパターニングすると、上記の問題は無くなるが、目
合わせずれを皆無にすることは難しく、集束効果の対称
性に影響が及ぶ。
【０００８】一方、図８のような２重構造の場合には、
集束電極３を持たない構造のゲート電極２と同一の膜
を、ゲート電極２と同時にパターニングすることで集束
電極３を形成することができるので、上記の２段構造の
ようなプロセス上の問題は無い。しかし、特開平７−１
４５０１（図９）に開示されているように、集束電極３
およびゲート電極２への給電線９を同一平面上に形成す
るためには、内側にあるゲート電極２の給電線９を集束
電極３の外側に引き出すために、集束電極３を分断する
必要がある。このように集束電極３が分断されている
と、エミッタ電極１を中心としてこの方向には集束電極
３が無いため、集束電極３の電位によって生じる電界に
非対称性が生じ、逆にゲート電極２の給電線９の電位に
電子が引っ張られるようになるため、この方向に電子ビ
ームが滲みだしたように広がる。
集束電極３を持たない構造のゲート電極２と同一の膜
を、ゲート電極２と同時にパターニングすることで集束
電極３を形成することができるので、上記の２段構造の
ようなプロセス上の問題は無い。しかし、特開平７−１
４５０１（図９）に開示されているように、集束電極３
およびゲート電極２への給電線９を同一平面上に形成す
るためには、内側にあるゲート電極２の給電線９を集束
電極３の外側に引き出すために、集束電極３を分断する
必要がある。このように集束電極３が分断されている
と、エミッタ電極１を中心としてこの方向には集束電極
３が無いため、集束電極３の電位によって生じる電界に
非対称性が生じ、逆にゲート電極２の給電線９の電位に
電子が引っ張られるようになるため、この方向に電子ビ
ームが滲みだしたように広がる。
【０００９】図１２のようなアノード１１上の蛍光膜１
４を電子ビーム１５で励起するようなデバイスでは、図
９（ｂ）のように、その発光領域２７は集束電極３が分
断された方向に広がった形状になる。図９のような構造
のデバイスを平面上に配置した表示素子として使用した
場合には、解像度が悪くなり、また、電子ビーム源とし
て利用する場合にもビームの軸対称性が崩れるという問
題がある。
４を電子ビーム１５で励起するようなデバイスでは、図
９（ｂ）のように、その発光領域２７は集束電極３が分
断された方向に広がった形状になる。図９のような構造
のデバイスを平面上に配置した表示素子として使用した
場合には、解像度が悪くなり、また、電子ビーム源とし
て利用する場合にもビームの軸対称性が崩れるという問
題がある。
【００１０】２重構造でのゲート電極２からの給電線９
の引き出し方については、１９９５年第４２回応用物理
学関係連合講演会 予稿集３０ｐ−Ｔ−５（図１０）に
左右対称に電極を引き出した構造が開示されている。し
かし、この場合にも、ビームは面対称な断面形状にはな
るが、上記のような蛍光体を発光させた場合の発光領域
２８は左右の分断位置に対応して広がった形になり、集
束効果に問題がある。
の引き出し方については、１９９５年第４２回応用物理
学関係連合講演会 予稿集３０ｐ−Ｔ−５（図１０）に
左右対称に電極を引き出した構造が開示されている。し
かし、この場合にも、ビームは面対称な断面形状にはな
るが、上記のような蛍光体を発光させた場合の発光領域
２８は左右の分断位置に対応して広がった形になり、集
束効果に問題がある。
【００１１】図１１のようにゲート電極２の給電線９を
絶縁層２４を介して集束電極３と立体的に配置して、集
束電極３の分断を避けることも可能ではあるが、膜形成
及びパターニングの工程が増加するため得策ではない。
絶縁層２４を介して集束電極３と立体的に配置して、集
束電極３の分断を避けることも可能ではあるが、膜形成
及びパターニングの工程が増加するため得策ではない。
【００１２】上述のように、ゲート電極と同一面に円環
状の集束電極３を持つ２重構造はプロセスが比較的単純
化できるというメリットがあるものの、ゲート電極２の
給電線９が集束電極３を分断するために、電子ビームの
集束効果を阻害し、またビームの軸対称性が崩れるとい
う問題点がある。
状の集束電極３を持つ２重構造はプロセスが比較的単純
化できるというメリットがあるものの、ゲート電極２の
給電線９が集束電極３を分断するために、電子ビームの
集束効果を阻害し、またビームの軸対称性が崩れるとい
う問題点がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放射冷陰極
は、エミッタ領域と同心のゲート電極と、さらにその外
側を囲み、ゲート電極と同一面（同一薄膜層で）に形成
された、放出電子を集束するための集束電極を具備し、
ゲート電極への給電線は集束電極と局部的に相互噛合形
状を形成することを特徴としている。さらに、相互噛合
形状とした給電線の一部と回転対称な補正パターンをゲ
ート電極に付加することを特徴としている。本構造をと
ることにより、ゲート電極への給電線により集束電極は
分断されるものの、エミッタ領域を中心とした、いずれ
の方向にも集束電極が存在し、集束のための電界の軸対
称性が保持される。
は、エミッタ領域と同心のゲート電極と、さらにその外
側を囲み、ゲート電極と同一面（同一薄膜層で）に形成
された、放出電子を集束するための集束電極を具備し、
ゲート電極への給電線は集束電極と局部的に相互噛合形
状を形成することを特徴としている。さらに、相互噛合
形状とした給電線の一部と回転対称な補正パターンをゲ
ート電極に付加することを特徴としている。本構造をと
ることにより、ゲート電極への給電線により集束電極は
分断されるものの、エミッタ領域を中心とした、いずれ
の方向にも集束電極が存在し、集束のための電界の軸対
称性が保持される。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１（ａ）は本発明の電界放射冷陰極１
０の第１の実施の形態を概略的に示す平面図、図１
（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ′部分断面図である。図１
（ａ）および（ｂ）において、導電性基板５上にエミッ
タ電極１が形成されており、エミッタ電極１を中心とし
てその先端部分を同心状に取り囲むゲート電極２が、絶
縁層４を介して配置されている。さらに、その外周部
の、ゲート電極２と同一面に集束電極３が配置されて、
エミッタ電極１をゲート電極２と集束電極３が取り囲む
２重構造になっている。それぞれの電極に電源を接続す
るために、エミッタ電極１に対しては基板裏面（図示せ
ず）または素子表面の基板露出部６から、ゲート電極２
にはゲート給電線９を介してゲートパッド７から、そし
て、集束電極３に接続された集束パッド８から外部への
配線を行う。
して説明する。図１（ａ）は本発明の電界放射冷陰極１
０の第１の実施の形態を概略的に示す平面図、図１
（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ′部分断面図である。図１
（ａ）および（ｂ）において、導電性基板５上にエミッ
タ電極１が形成されており、エミッタ電極１を中心とし
てその先端部分を同心状に取り囲むゲート電極２が、絶
縁層４を介して配置されている。さらに、その外周部
の、ゲート電極２と同一面に集束電極３が配置されて、
エミッタ電極１をゲート電極２と集束電極３が取り囲む
２重構造になっている。それぞれの電極に電源を接続す
るために、エミッタ電極１に対しては基板裏面（図示せ
ず）または素子表面の基板露出部６から、ゲート電極２
にはゲート給電線９を介してゲートパッド７から、そし
て、集束電極３に接続された集束パッド８から外部への
配線を行う。
【００１５】ゲート電極２と集束電極３を２重構造にし
た場合、内側のゲート電極２からのゲート給電線９はゲ
ートパッド７に接続するために集束電極３を横切らなけ
ればならない。この実施の形態の電界放射冷陰極１０で
は、この部分を図１（ａ）のように、ゲート給電線９と
集束電極３を相互噛合形状としている。相互噛合部の具
体例は、集束電極３の半径方向の幅２００μｍ、ゲート
給電線９の線幅１０μｍで、その中央部付近に７０μｍ
の幅で、横方向に１００μｍの屈曲部を設けたものであ
る。図１（ａ）はこの実施の形態の概念をわかりやすく
するために素子の全体を描いた概念図であって、実際の
寸法関係とは若干異なる図である。
た場合、内側のゲート電極２からのゲート給電線９はゲ
ートパッド７に接続するために集束電極３を横切らなけ
ればならない。この実施の形態の電界放射冷陰極１０で
は、この部分を図１（ａ）のように、ゲート給電線９と
集束電極３を相互噛合形状としている。相互噛合部の具
体例は、集束電極３の半径方向の幅２００μｍ、ゲート
給電線９の線幅１０μｍで、その中央部付近に７０μｍ
の幅で、横方向に１００μｍの屈曲部を設けたものであ
る。図１（ａ）はこの実施の形態の概念をわかりやすく
するために素子の全体を描いた概念図であって、実際の
寸法関係とは若干異なる図である。
【００１６】このような素子構造は、集束電極３を持た
ない基本的な構造の電界放射冷陰極と、全く同じプロセ
スで製造する事が可能である。すなわち、従来、絶縁層
４の上、全面に形成されたゲート層（図示せず）に、ゲ
ート電極２をパターニングするために使用していたフォ
トマスクのパターンを変更するだけで、同じゲート層か
らゲート電極２と分離された集束電極３が形成できる。
ない基本的な構造の電界放射冷陰極と、全く同じプロセ
スで製造する事が可能である。すなわち、従来、絶縁層
４の上、全面に形成されたゲート層（図示せず）に、ゲ
ート電極２をパターニングするために使用していたフォ
トマスクのパターンを変更するだけで、同じゲート層か
らゲート電極２と分離された集束電極３が形成できる。
【００１７】続いて、この素子の動作方法を説明する。
図２（ａ）は第１の実施の形態の電界放射冷陰極１０の
使用状態の一例を説明するための断面を示す概念図で、
電界放射冷陰極１０と対向して、ガラス基板１２上に透
明導電膜１３、蛍光膜１４を積層したアノード電極１１
が配置され、電子ビーム１５により蛍光膜１４を発光さ
せる構成となっている。各電極には図のように電源が接
続されており、印加電圧はエミッタ電極１を０Ｖとし
て、ゲート電極２に約＋７０Ｖ、集束電極３にはエミッ
タ電極１よりも低い−２０Ｖ、アノード電極１１には１
００〜１０００Ｖ程度である。図２（ｂ）はアノード電
極１１上の蛍光膜１４の発光パターンの例を示す概念図
である。ゲート電極２の作る電界によって引き出された
電子ビーム１５は集束電極３の作る電界によって集束さ
れ、蛍光膜１４上に発光領域１６をもたらす。
図２（ａ）は第１の実施の形態の電界放射冷陰極１０の
使用状態の一例を説明するための断面を示す概念図で、
電界放射冷陰極１０と対向して、ガラス基板１２上に透
明導電膜１３、蛍光膜１４を積層したアノード電極１１
が配置され、電子ビーム１５により蛍光膜１４を発光さ
せる構成となっている。各電極には図のように電源が接
続されており、印加電圧はエミッタ電極１を０Ｖとし
て、ゲート電極２に約＋７０Ｖ、集束電極３にはエミッ
タ電極１よりも低い−２０Ｖ、アノード電極１１には１
００〜１０００Ｖ程度である。図２（ｂ）はアノード電
極１１上の蛍光膜１４の発光パターンの例を示す概念図
である。ゲート電極２の作る電界によって引き出された
電子ビーム１５は集束電極３の作る電界によって集束さ
れ、蛍光膜１４上に発光領域１６をもたらす。
【００１８】図３は２重構造の集束電極３をもつ電界放
射冷陰極の動作状態の２次元シミュレーション結果の一
例である。動作条件は、エミッタ電極１：０Ｖ、ゲート
電極２：７０Ｖ、集束電極３：−２０Ｖで、そのときの
等電位線２６と電子ビームの軌跡２５を示している。エ
ミッタ電極１から放射された電子は、一旦、外へ広がる
が、すぐに集束電極３がつくる電界の反発力によって内
側に曲げられ、集束される。ところが、ゲート給電線９
をエミッタ電極１を中心とした半径方向に直線的に引き
出した場合には、エミッタ電極１を通るある断面におい
て、片側の集束電極が存在しなくなる。すなわち、その
方向での集束のための電界が弱まるばかりでなく、その
位置にはゲート電極２と同電位のゲート給電線９が存在
するために、逆に電子ビームを引き寄せ、この方向に電
子ビームが広がってしまう。
射冷陰極の動作状態の２次元シミュレーション結果の一
例である。動作条件は、エミッタ電極１：０Ｖ、ゲート
電極２：７０Ｖ、集束電極３：−２０Ｖで、そのときの
等電位線２６と電子ビームの軌跡２５を示している。エ
ミッタ電極１から放射された電子は、一旦、外へ広がる
が、すぐに集束電極３がつくる電界の反発力によって内
側に曲げられ、集束される。ところが、ゲート給電線９
をエミッタ電極１を中心とした半径方向に直線的に引き
出した場合には、エミッタ電極１を通るある断面におい
て、片側の集束電極が存在しなくなる。すなわち、その
方向での集束のための電界が弱まるばかりでなく、その
位置にはゲート電極２と同電位のゲート給電線９が存在
するために、逆に電子ビームを引き寄せ、この方向に電
子ビームが広がってしまう。
【００１９】その結果、上述の蛍光膜１４を発光させる
デバイスにおいては、図２（ｃ）のように、集束電極３
がない場合の発光領域１７に比べて集束はされるもの
の、ゲート給電線９の存在する方向に広がった発光領域
１８をもたらす。
デバイスにおいては、図２（ｃ）のように、集束電極３
がない場合の発光領域１７に比べて集束はされるもの
の、ゲート給電線９の存在する方向に広がった発光領域
１８をもたらす。
【００２０】一方、この実施の形態の電界放射冷陰極の
場合、ゲート給電線９による集束電極３の対称性の乱れ
は存在するものの、エミッタ電極１を中心としたいずれ
の方向においても、集束電極３が存在し、集束効果が得
られる。その結果、蛍光膜１４上には図２（ｂ）のよう
に、軸対称性に優れた発光領域１６がもたらされる。
場合、ゲート給電線９による集束電極３の対称性の乱れ
は存在するものの、エミッタ電極１を中心としたいずれ
の方向においても、集束電極３が存在し、集束効果が得
られる。その結果、蛍光膜１４上には図２（ｂ）のよう
に、軸対称性に優れた発光領域１６がもたらされる。
【００２１】軸対称性の優れたビームを得るための方法
としては、図７のようなゲート電極２と集束電極３を２
段構造にする方法や、２重構造においても、図１１のよ
うにゲート給電線９が集束電極３を分断しないように立
体的に交差させる方法が考えられるが、いずれも製造プ
ロセスが複雑になり、本発明の方が安価に良好な特性を
実現できる点で優れている。
としては、図７のようなゲート電極２と集束電極３を２
段構造にする方法や、２重構造においても、図１１のよ
うにゲート給電線９が集束電極３を分断しないように立
体的に交差させる方法が考えられるが、いずれも製造プ
ロセスが複雑になり、本発明の方が安価に良好な特性を
実現できる点で優れている。
【００２２】この軸対称性に優れた集束特性は、図２
（ａ）のような構造を平面的に配列した表示装置を構成
した場合には、優れた解像度を実現し、電子銃に組み込
んで使用する場合にも最終的な電子ビームの軸対称性、
集束特性の向上をもたらす。
（ａ）のような構造を平面的に配列した表示装置を構成
した場合には、優れた解像度を実現し、電子銃に組み込
んで使用する場合にも最終的な電子ビームの軸対称性、
集束特性の向上をもたらす。
【００２３】この実施の形態においては、エミッタ電極
１がひとつの集束電極３に対して１個の場合について説
明したが、図４のように複数のエミッタ電極１が配列さ
れた場合にも同様の効果が得られる。
１がひとつの集束電極３に対して１個の場合について説
明したが、図４のように複数のエミッタ電極１が配列さ
れた場合にも同様の効果が得られる。
【００２４】また、相互噛合部は、この実施の形態の形
状寸法に限定されるものではなく、図５のように、ゲー
ト給電線９を、半径方向へ引き出しと、円周方向への引
き回しを段階的に組み合わせた形状（図５（ａ））、一
連の曲線状に引き出したもの（図５（ｂ））、あるいは
半径方向に対して傾きを持った直線状に引き出したもの
（図５（ｃ））等、様々な形状においても同様の効果が
得られる。
状寸法に限定されるものではなく、図５のように、ゲー
ト給電線９を、半径方向へ引き出しと、円周方向への引
き回しを段階的に組み合わせた形状（図５（ａ））、一
連の曲線状に引き出したもの（図５（ｂ））、あるいは
半径方向に対して傾きを持った直線状に引き出したもの
（図５（ｃ））等、様々な形状においても同様の効果が
得られる。
【００２５】図６（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施
の形態を概略的に説明する平面図と、この実施の形態に
よる蛍光膜の蛍光パターンの概念図である。第１の実施
の形態と共通の部分には同じ番号を付加してあり、第１
の実施の形態との相違点について説明する。
の形態を概略的に説明する平面図と、この実施の形態に
よる蛍光膜の蛍光パターンの概念図である。第１の実施
の形態と共通の部分には同じ番号を付加してあり、第１
の実施の形態との相違点について説明する。
【００２６】ゲート電極２からゲートパッド７に至るゲ
ート給電線９は半径方向への引き出しと、円周方向への
引き回しを段階的に組み合わせた形状になっており、集
束電極３と相互噛合形状を形成している。さらに、ゲー
ト電極２からは少なくとも１ケ所（図６では３ケ所）
に、エミッタ電極１に対してゲート給電線９の一部と回
転対称になるような補正パターン１９が形成されてい
る。
ート給電線９は半径方向への引き出しと、円周方向への
引き回しを段階的に組み合わせた形状になっており、集
束電極３と相互噛合形状を形成している。さらに、ゲー
ト電極２からは少なくとも１ケ所（図６では３ケ所）
に、エミッタ電極１に対してゲート給電線９の一部と回
転対称になるような補正パターン１９が形成されてい
る。
【００２７】この素子を図２（ａ）と同様にして動作さ
せると、ゲート給電線９と集束電極３を相互噛合形状に
するだけでは除ききれなかった集束電界の非対称性が、
３個の補正パターン１９によりさらに緩和される。その
結果、アノード電極１１上の蛍光膜１４の発光パターン
は、図６（ｂ）のように極めて軸対称性に優れたものに
なることからわかるように、電子ビームの軸対称性がさ
らに向上する。
せると、ゲート給電線９と集束電極３を相互噛合形状に
するだけでは除ききれなかった集束電界の非対称性が、
３個の補正パターン１９によりさらに緩和される。その
結果、アノード電極１１上の蛍光膜１４の発光パターン
は、図６（ｂ）のように極めて軸対称性に優れたものに
なることからわかるように、電子ビームの軸対称性がさ
らに向上する。
【００２８】この実施の形態においては、エミッタ電極
１がひとつの集束電極３に対して１個の場合について説
明したが、第１の実施の形態と同様に、図４のような複
数のエミッタ電極１が配列された場合に適用しても同様
の効果が得られる。また、相互噛合部の形状について
も、図６の形状に限らず、他の形状においても同等の効
果が得られる。
１がひとつの集束電極３に対して１個の場合について説
明したが、第１の実施の形態と同様に、図４のような複
数のエミッタ電極１が配列された場合に適用しても同様
の効果が得られる。また、相互噛合部の形状について
も、図６の形状に限らず、他の形状においても同等の効
果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の集束電極を持たない電界放射冷陰極とほぼ同じプ
ロセスによって、発散が少なく、かつ、軸対称性に優れ
た電子源を製造することが可能になる。そのため、各種
電子管や、電子ビーム装置の電子源として、高性能の陰
極を安価に提供することができる。
従来の集束電極を持たない電界放射冷陰極とほぼ同じプ
ロセスによって、発散が少なく、かつ、軸対称性に優れ
た電子源を製造することが可能になる。そのため、各種
電子管や、電子ビーム装置の電子源として、高性能の陰
極を安価に提供することができる。
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に
よる電界放射冷陰極を説明する平面図および部分的断面
図である。
よる電界放射冷陰極を説明する平面図および部分的断面
図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に
よる電界放射冷陰極の動作状態を説明するための断面を
示す概念図および蛍光膜の発光パターンの概念図であ
る。
よる電界放射冷陰極の動作状態を説明するための断面を
示す概念図および蛍光膜の発光パターンの概念図であ
る。
【図３】２重電極構造をもつ電界放射冷陰極の動作状態
のシミュレーション結果の一例である。
のシミュレーション結果の一例である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による電界放射冷陰
極の応用例を説明する平面図である。
極の応用例を説明する平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に
よる電界放射冷陰極の変形例を説明する平面図である。
よる電界放射冷陰極の変形例を説明する平面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に
よる電界放射冷陰極を説明する平面図および蛍光膜の発
光パターンの概念図である。
よる電界放射冷陰極を説明する平面図および蛍光膜の発
光パターンの概念図である。
【図７】従来技術による２段電極構造をもつ電界放射冷
陰極を説明する部分的断面斜視図である。
陰極を説明する部分的断面斜視図である。
【図８】従来技術による２重電極構造をもつ電界放射冷
陰極を説明する部分的断面図斜視図である。
陰極を説明する部分的断面図斜視図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は特開平７−１４５０１に開示
されている電界放射冷陰極の構造を説明する平面図およ
び蛍光膜の発光パターンの概念図である。
されている電界放射冷陰極の構造を説明する平面図およ
び蛍光膜の発光パターンの概念図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は１９９５年 第４２回応用
物理学関係連合講演会 予稿集３０ｐ−Ｔ−５に開示さ
れている電界放射冷陰極の構造を説明する平面図および
蛍光膜の発光パターンの概念図である。
物理学関係連合講演会 予稿集３０ｐ−Ｔ−５に開示さ
れている電界放射冷陰極の構造を説明する平面図および
蛍光膜の発光パターンの概念図である。
【図１１】２重電極構造をもつ電界放射冷陰極のゲート
給電線と集束電極を立体的に配置した従来例を説明する
斜視図である。
給電線と集束電極を立体的に配置した従来例を説明する
斜視図である。
【図１２】従来技術による電界放射冷陰極の構造及び動
作状態を説明する部分的断面図である。
作状態を説明する部分的断面図である。
１，３１ エミッタ電極 ２，３２ ゲート電極 ３ 集束電極 ４，４′，２４，３４ 絶縁層 ５，３５ 導電性基板 ６ 基板露出部 ７ ゲートパッド ８ 集束パッド ９ ゲート給電線 １１ アノード電極 １２ ガラス基板 １３ 透明導電膜 １４ 蛍光膜 １５ 電子ビーム １６，１７，１８，２７，２８ 発光領域 １９ 補正パターン ２５ 電子ビームの軌跡 ２６ 等電位線 ３６，３６′ 開口
Claims (2)
- 【請求項１】 導電性基板、あるいは絶縁性基板上に導
電性層を積層した基板と、その上に堆積した絶縁層と導
電性のゲート電極と、その絶縁層と導電性のゲート電極
に形成した少なくとも１個の空洞内に設けられた先端の
先鋭な略円錐状のエミッタ電極、およびゲート電極と同
一面にあり、ゲート電極の周囲を取り囲むように配置さ
れた集束電極を有する電界放射冷陰極において、前記ゲ
ート電極と同一面に形成された給電線が、前記集束電極
と局部的に相互噛合形状を形成しながら、集束電極の外
側へ引き出され、前記エミッタ電極の中心から放射方向
のいずれの角度にも、集束電極が存在するような形状で
あることを特徴とする電界放射冷陰極。 - 【請求項２】 請求項１記載の電界放射冷陰極におい
て、前記給電線の相互噛合形状とした形状の一部と回転
対称な、少なくともひとつの補正パターンがゲート電極
に付加されていることを特徴とする電界放射冷陰極。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34153295A JP2776353B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 電界放射冷陰極 |
| US08/781,961 US5889359A (en) | 1995-12-27 | 1996-12-20 | Field-emission type cold cathode with enhanced electron beam axis symmetry |
| KR1019960072363A KR100237273B1 (ko) | 1995-12-27 | 1996-12-26 | 전계 방사형 냉음극 |
| KR1019960072363A KR970051639A (ko) | 1995-12-27 | 1996-12-26 | 전계 방사형 냉음극 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34153295A JP2776353B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 電界放射冷陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09180625A JPH09180625A (ja) | 1997-07-11 |
| JP2776353B2 true JP2776353B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=18346803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34153295A Expired - Lifetime JP2776353B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 電界放射冷陰極 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5889359A (ja) |
| JP (1) | JP2776353B2 (ja) |
| KR (2) | KR100237273B1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3353818B2 (ja) | 1998-03-26 | 2002-12-03 | 日本電気株式会社 | 電界放出型冷陰極装置 |
| JP3984548B2 (ja) | 2001-02-01 | 2007-10-03 | シャープ株式会社 | 電子放出装置及びフィールドエミッションディスプレイ |
| US6628052B2 (en) * | 2001-10-05 | 2003-09-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Enhanced electron field emitter spindt tip and method for fabricating enhanced spindt tips |
| US6891185B2 (en) * | 2003-06-24 | 2005-05-10 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Electronic device with aperture and wide lens for small emission spot size |
| KR20070014840A (ko) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | 삼성에스디아이 주식회사 | 저저항 스페이서를 이용한 전자방출표시장치 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2646963B2 (ja) * | 1993-06-22 | 1997-08-27 | 日本電気株式会社 | 電界放出冷陰極とこれを用いた電子銃 |
| JP2731733B2 (ja) * | 1994-11-29 | 1998-03-25 | 関西日本電気株式会社 | 電界放出冷陰極とこれを用いた表示装置 |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP34153295A patent/JP2776353B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-12-20 US US08/781,961 patent/US5889359A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-26 KR KR1019960072363A patent/KR100237273B1/ko active
- 1996-12-26 KR KR1019960072363A patent/KR970051639A/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5889359A (en) | 1999-03-30 |
| KR100237273B1 (ko) | 2000-01-15 |
| KR970051639A (ko) | 1997-07-29 |
| JPH09180625A (ja) | 1997-07-11 |
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