JP2809129B2 - 電界放射冷陰極とこれを用いた表示装置 - Google Patents

電界放射冷陰極とこれを用いた表示装置

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JP2809129B2
JP2809129B2 JP11770795A JP11770795A JP2809129B2 JP 2809129 B2 JP2809129 B2 JP 2809129B2 JP 11770795 A JP11770795 A JP 11770795A JP 11770795 A JP11770795 A JP 11770795A JP 2809129 B2 JP2809129 B2 JP 2809129B2
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル効果によって
薄膜状の電子放出層から電子を放出する電界放射冷陰極
と、これを用いて画像情報等を表示する平面ディスプレ
イ装置などの表示装置に関する。
【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ならべた電界放射冷陰極アレイ
(Field-Emission Cathode Array:FEA)が C.A.Spi
ndt 等(Journal of Applied Physics, Vol.39, No.7,
p.3504, 1968)および H.F.Gray によって提案されてい
る。
【0003】このFEA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、単一の電界放射陰極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
悪い真空度の環境でも動作する。
【0004】このFEAを電子源として行と列に並べ、
対面する蛍光体に電子を照射してこれを発光させる平面
ディスプレイ装置が試作され、発表されている(IVMC'9
1 Technical Digest,p.6, 1991)。図7は、この平面デ
ィスプレイ装置の構造を示す断面図である。同図に示さ
れるように、裏面ガラス板101上には導電体層102
が形成されており、この導電体層102上には、円錐形
の突起電極(エミッタ)103が形成されている。導電
体層102上には、また、絶縁膜104を介してゲート
電極105が形成されている。この冷陰極から所定を距
離を隔てて配置される前面ガラス板106上には、陽極
となる透明導電膜107が形成され、その上には蛍光体
層108が形成されている。
【0005】この平面ディスプレイ装置はCRTディス
プレイ装置と比較して体積と重量並びに消費電力が小さ
く、正確な図形表示が可能であるという特長を持ってい
る。さらに、液晶によるディスプレイ装置と比較して、
消費電力が小さく、自発光であるので視野角が広いとい
う特長を持っている。しかし、このディスプレイ装置の
FEAでは、突起電極103の先端を先鋭に加工する必
要があり、また突起電極の高さ、形状が電子放出効率に
大きく影響するため、高い加工精度が要求される。
【0006】一方、電子源として、仕事関数が小さいダ
イヤモンド薄膜を使用し、上記FEAと違って微細構造
を形成する必要がない電子素子(冷陰極)およびこれを
用いた表示装置が、それぞれ特開平6−36680号公
報、特開平6−208835号公報にて提案されてい
る。図8は、後者に記載された表示装置の断面図であっ
て、基板201の上に、ストライプ状の導電層202
と、蛍光体層(陰極ルミネセンス層)203が積層され
て形成されている。
【0007】基板201と真空を介して対面するフェー
スプレート204の上には、導電層202と直交する導
電層205が形成され、その上にはさらにダイヤモンド
材層206が形成されている。導電層202と導電層2
05とは1個ずつしか図示されていないが、実際にはそ
れぞれ複数本ずつ形成されている。導電層202と導電
層205とが交差する部分が1画素となり、両導電層間
に電圧を加えると、ダイヤモンド材層206から電子が
放出され、蛍光体層203を衝撃して蛍光体を発光させ
る。これにより得られた表示光は、フェースプレート2
04を介して外部に放射される。
【0008】ダイヤモンド材層206は、単結晶ダイヤ
モンド層、多結晶のダイヤモンド材層あるいは粒状の離
散ダイヤモンド結晶のいずれかで構成されている。ダイ
ヤモンド結晶の仕事関数は通常の金属やシリコンなどの
半導体と比較して小さいので、極めて小さい電界で電子
が放出される。すなわち、金属や半導体の電子放出電界
がおよそ3×107 V/cmであるのに対し、ダイヤモ
ンドでは5×105 V/cmと、約2桁低い。このた
め、上述した第1の従来例でのFEAと違って電界を集
中させるための極めて鋭利な構造や、高い加工精度が要
求されることはなくなる。
【0009】また、同様に、ダイヤモンド薄層を電子放
出層とする表示装置が、N.Kumar 等によって、SID 94 D
IGEST, p.43, 1994 において提案されている。ぞの構造
を図9に示す。同図に示されるように、裏面ガラス板3
01上には、メタルストライプ302が形成され、その
上にはダイヤモンド材層303が形成される。その上方
には、グリッド支持部材305により支持されたグリッ
ド304が配置される。裏面ガラス板301上にスペー
サ309を介して保持される前面ガラス板306上に
は、透明導電膜306と蛍光体層308とが形成されて
いる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したFEAを使用
した平面ディスプレイ装置においては、エミッタの先端
の曲率半径を約10nm以下に、またゲート電極開口径
を約1μmと微細な構造をディスプレイ画面全体に形成
する必要がある。そして、ゲート電極開口の形状がエミ
ッタの形成形状に影響を与えるため、これを高い精度で
形成することが要求される。したがって、このディスプ
レイ装置を製造するには、最先端のリソグラフィ技術を
駆使する必要があり、特に、ゲート開口を形成するため
のレジストの露光には高分解能の露光装置が必要とな
る。
【0011】しかし、このような高分解能の露光装置で
はパターンを形成できる面積は広くはないため、大面積
のディスプレイ装置を実現するには何度も照射面積を移
動させて露光する必要がある。この結果、装置の占有時
間が長くなり、露光工程の処理時間が長くなる。而し
て、エミッタコーンは蒸着法(Spindtタイプ)あるいは
エッチング法(Grayタイプ)工程にて形成されるが、た
とえゲート電極開口が高い精度で形成できたとしても、
他のプロセスバラツキがあるため、表示面積全面におい
て上記先端曲率半径やエミッタの高さを均一に形成する
のは極めて困難である。
【0012】第2の従来例として説明した平面ディスプ
レイ装置(図8)においては、微細構造をリソグラフィ
技術によって形成する必要がないため、高分解能の露光
装置を使用する必要がなく、製造工程が簡単になり、ま
た構造も簡単になる。しかし、このディスプレイ装置に
おいては、カソード(導電層205)から直接電子をア
ノード(導電層202)で引き出しているため、両電極
間に高い電圧を印加することが必要となる。上記公報に
は、基板201とフェースプレート204間の距離を1
μm以下とすることによって10V以下の電圧で動作さ
せることが可能であるとしているが、実際の平面ディス
プレイ装置では、大面積の基板とフェースプレートとを
このような短い距離を隔てて配置するすることは信頼性
確保の面から困難で、カソードとアノードとの間は10
μm〜100μm程度の距離が必要となる。そのため、
カソード表面に電子放出に必要な電界を形成するには、
この間の電圧を300V〜500Vとする必要がある。
【0013】電圧−電流特性が非直線性であることを利
用して電圧−電流特性の直線領域で信号電圧を印加する
としても、この印加信号電圧は±80〜±150Vが必
要である。平面ディスプレイ装置では水平および垂直の
画素数に相当する数の駆動回路が必要となるので、印加
する信号電圧が大きいと外部の駆動回路の負担が極めて
大きくなる。
【0014】また、アノードとカソードとの間の電圧を
変えると、エミッション電流と同時に蛍光体を衝撃する
加速電圧も変わるため、ディスプレイ画面、特に、カラ
ーディスプレイ画面の細かい調節が困難になる。さら
に、ダイヤモンド薄膜の微細構造は必ずしも均一にはな
っていないので、放出される一部の電子の方向がフェー
スプレート204および基板201と垂直にならず、横
方向の速度成分を持つ。このため、隣の画素を電子が照
射する可能性があり、表示画面の解像度やコントラスト
が低下し、特に、カラー平面ディスプレイ装置ではさら
に色純度の低下がある。
【0015】たとえば、アノード−カソード間電圧:2
00V、アノード−カソード電極間距離:50μmのと
き、中心軸から30度の角度で放出された電子はアノー
ドが形成されたスクリーン上では約15μm離れた位置
を照射する。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、陰極とアノー
ド(蛍光体)との間の距離を狭くして電子ビームが発散
する前に蛍光体に当たるようにしたり、物理的に隣の画
素の電子が到達しないような障壁を形成する必要があ
る。このため、ディスプレイ装置の精細度が制限された
り、構造が複雑になる等の問題点が生じる。
【0016】また、第3の従来例として図9に示した平
面ディスプレイ装置では、1μm〜数μm程度の開口を
持つグリッド304を前面ガラス板306と電子源(ダ
イヤモンド材層303)の間に保持する必要があるの
で、ディスプレイ装置の構造が複雑になる。また、微細
構造を持つグリッド304を製作する必要があり、さら
に、グリッド304と電子源とを精度よく位置合わせす
ることは極めて困難である。また、第2の従来例と同様
に、電子ビームの発散の問題がある。
【0017】本発明はこのような従来例の問題点に対処
すべくなされたものであって、その目的は、第1に、高
精度の加工を必要とすることなく、容易に製作しうるよ
うにすることであり、第2に、低い電流変調電圧で装置
を駆動しうるようにすることであり、第3に、高い解像
度、コントラストおよび色純度の得られる平面ディスプ
レイ装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、規則的に凹部が形成された基板
(1、8)と、前記基板の凹部に設けられた仕事関数の
小さい材料からなる電子放出層(5)と、該電子放出層
を囲んで該電子放出層上に形成されたビーム形成電極
(2、9)と、該ビーム形成電極上に絶縁層(3)を介
して形成された電子引き出し用のゲート電極(4)と、
を備える電界放射冷陰極、が提供される。そして、前記
ゲート電極の開口寸法dが5μm以上数10μm以下で
あり、前記凹部底面から前記ゲート電極までの距離hは
前記ゲート電極の開口寸法dの1/2より大きくなされ
るか、若しくは、前記基板が半導体のみにより形成され
ているか、若しくは、前記電子放出層の平面形状が6角
形であるか、若しくは、前記基板が絶縁体により形成さ
れ、前記電子放出層の下面には陰極となる導電層が形成
される。
【0019】また、本発明によれば、陽極となる透明導
電膜(23)とその上に形成された蛍光体層(24)と
を有する前面ガラス板(21)と、上記構成の電界放射
冷陰極を有する裏面板(22)とが所定の間隔を隔てて
配置されている表示装置、が提供される。
【0020】
【作用】上記のように構成された電界放射冷陰極では、
先鋭な先端を持つエミッタを形成する必要がないので、
高精度のリソグラフィ装置を使用せずに製造できる。そ
して、電子源近くにビーム形成電極を配置したことによ
りビーム形状が絞られるため、ビームの重なりが防止さ
れ解像度が向上する。また、電子引き出し用のゲート電
極が配置されたことにより、低い電流変調電圧で駆動す
ることが可能になる。
【0021】この電子源を平面ディスプレイ装置に導入
することにより、構造が簡単で、大面積化が容易な、か
つ、電流を変調するための電圧が低いデバイスを実現で
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、解像度、コントラストおよび色純度が改善さ
れる。
【0022】また、電流値と加速電圧を独立に設定でき
るので、画面の輝度、色相などを最適に調節することが
できる。電子ビームの発散が小さく、アノードで電流を
引き出す必要がないので、カソードとアノードとの間の
距離を必要十分な値に設定でき、真空排気抵抗を小さく
抑えることができる。さらに、カソードとアノードとの
間の絶縁の問題が緩和されるので、アノード電圧を高く
設定でき、高い発光輝度と高い発光効率を実現できる。
【0023】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して詳細
に説明する。 [第1の実施例]図1は、本発明の第1の実施例である
電界放射冷陰極の構造を示す断面図であり、図2は、そ
の斜視図である。図1、図2において、金属あるいは半
導体の基板1には複数の矩形形状の凹部がマトリックス
状に形成され、凹部が形成されていない凸部はビーム形
成電極2を構成している。ビーム形成電極2の上には絶
縁層3が形成され、絶縁層3の上には薄膜あるいは厚膜
の金属材料によるゲート電極4が積層されている。基板
1の凹部の上には仕事関数が小さい材料を使用した電子
放出層5が形成されている。電子放出層5と、これを取
り囲むビーム形成電極2、絶縁層3およびゲート電極4
で微小冷陰極11が形成され、この微小冷陰極11と基
板1により陰極12が構成される。
【0024】本実施例においては、基板1上に複数の微
小冷陰極11が形成されていたが、用途に応じて単独の
微小冷陰極を形成することもできる。各部の寸法はこの
陰極12が使用される目的に応じて設定されるが、ゲー
ト電極4の開口の寸法dは約5μm〜数10μm程度で
ある。凹部底面からゲート電極4までの距離hはゲート
電極4の開口の寸法dの1/2よりも大きく設定し、ビ
ーム形成電極2の高さh′は凹部底面からゲート電極4
までの距離hの1/2よりも小さく設定するのが望まし
い。また、電子放出層5から放出される電子ビームを有
効に集束させるには電子放出層5よりもビーム形成電極
2を高くする必要がある。
【0025】基板1にはたとえばシリコンのような半導
体あるいは金属が使用され、絶縁層3にはシリコンの酸
化物あるいはシリコンの窒化物等が使用される。ゲート
電極4には半導体の配線材料が使用できるが、タングス
テン、モリブテン、ニオブなどの耐熱材料およびこれら
の化合物が望ましい材料である。
【0026】電子放出層5は仕事関数が小さい材料を含
む材料であるが、望ましくは単結晶ダイヤモンド、多結
晶ダイヤモンド、非晶質ダイヤモンドのうちの一つある
いはこれらのうちの二つ以上を含有する材料である。こ
こで、非晶質ダイヤモンドとはカーボンのレーザアブレ
ーション(Laser Ablation)技術等によって形成される
薄膜のことで、アモルファス状態あるいは極く小さい形
状のダイヤモンド結晶状態あるいはこれらが混在してい
る状態の膜である。多結晶ダイヤモンド薄膜は、たとえ
ばSi基板の上に、COガスを主原料としたマイクロ波
プラズマCVD法、あるいは熱フィラメントCVD法に
より成膜できる。単結晶ダイヤモンド薄膜は、多結晶ダ
イヤモンド薄膜ほど容易ではないが、やはりCVD法に
より成膜することが可能である。
【0027】この陰極12を動作させるには、ゲート電
極4に基板1および電子放出層5の電位に対して約10
V〜数10Vの電圧(電流変調電圧)を印加する。この
電圧により電子放出層5から電子が放出される。図3に
は、この時の等電位線6と電子ビーム7の軌道を示して
いる。ビーム形成電極2によって電子放出層5の周辺部
には放出された電子を中心部に集めるような等電位線6
が作られ、電子ビーム軌道は集束される。このため、放
出された電子のほとんど全てはゲート電極4および絶縁
層3には当たらずにゲート電極4の開口を通り抜ける。
【0028】[第2の実施例]図4は、本発明の第2の
実施例である電界放射冷陰極の構造を示す断面図であ
る。本実施例においては、図1に示した第1の実施例と
は異なり、基板が絶縁体により構成されている。図4に
おいて、絶縁基板8には複数の矩形形状の凹部がマトリ
ックス状に形成され、凹部が形成されていない凸部上に
はビーム形成電極9が積層されている。ビーム形成電極
9の上には絶縁層3が形成され、さらにその上には薄膜
あるいは厚膜の金属材料によるゲート電極4が積層され
ている。絶縁基板8の凹部の上には陰極電極層10が形
成され、陰極電極層10の上には仕事関数が小さい材料
を使用した電子放出層5が形成されている。電子放出層
5と、これを取り囲むビーム形成電極2、絶縁層3およ
びゲート電極4により微小冷陰極11が構成され、この
微小冷陰極11と絶縁基板8により陰極12が構成され
る。
【0029】なお、陰極電極層10は、絶縁基板8の図
示されない領域に形成された溝部を介して隣接する電極
層同士が接続されている。ビーム形成電極9には電子放
出層5および陰極電極層10とは異なる電圧が印加でき
るので、電子放出層5から放出される電子に対するゲー
ト電極4を通過する電子の割合が最も大きくなるように
設定することができる。さらに、図には示されていない
が、陰極12に対面するコレクタあるいはスクリーンに
おける電子ビームスポット形状の最適化にも利用でき
る。
【0030】[第3の実施例]図5は、本発明の第3の
実施例である電界放射冷陰極の構造を示す斜視図であ
る。図5において、図1、図2に示した第1の実施例の
部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられている
ので、重複する説明は省略するが、本実施例において
は、ゲート電極4の開口ならびに電子放出層5の形状が
矩形ではなく、6角形になっている。そして、開口なら
びに電子放出層5はジグザグに配置されている。電子放
出層5の形状は矩形、6角形以外の形状でも電子放出を
制御することができる。例えば、電子放出層5の形状が
円形の場合、電子放出層5の表面における放出軸方向の
電界強度分布は最も均一になるが有効面積率すなわち全
陰極面積に対する電子放出面積は小さくなる。
【0031】一方、電子放出層5の形状が6角形の場
合、電子放出層5の表面における電界強度分布は矩形の
パターンよりも均一であるのでゲート電極4の電流制御
性が改善され、より低い電圧で電流が制御できる。さら
に、正6角形は、矩形と同様に平面を埋め尽くすことが
できる形状であるため、平面上の有効な利用率、即ち有
効面積率を矩形パターンと同様に高くすることができ、
より多くの陰極電流を取り出すことができる。
【0032】なお、第3の実施例では、基板を第1の実
施例と同様に金属あるいは半導体としていたが、第2の
実施例と同様に絶縁材料の基板を用いるようにしてもよ
い。その場合には、第2の実施例の特長と第3の実施例
のと特長を活かした陰極を実現できる。また、実施例で
は、基板上に複数の微小冷陰極11が形成されていた
が、これを単一の微小冷陰極によって陰極を構成するよ
うに変更することができる。
【0033】[第4の実施例]図6は、本発明の第4の
実施例である平面ディスプレイ装置の構造を示す断面図
である。図6において、前面ガラス板21は真空外囲器
の一部となっており、真空の内側の表面に、透明導電膜
(ITO膜)の陽極(アノード)23が積層され、陽極
23の上には蛍光体層24が積層されている。また、裏
面ガラス板22は真空外囲器の一部となっており、裏面
ガラス板22と前面ガラス板21は約数10μm〜数1
00μmの狭い真空の空間25を介して対面している。
【0034】裏面ガラス板22の真空側の表面には陰極
12が形成されている。陰極12の基板1とゲート電極
4は複数のストライプ状に形成され、互いに直交してい
る。基板1のストライプとゲート電極4のストライプが
行および列の走査電極となり、両者が交差する部分が1
画素の電子源となる。図6において、1画素は2×2の
4個の微小冷陰極11で構成されている例を示している
が、単数を含むこれ以外の数の微小冷陰極11で1画素
を構成することもできる。
【0035】図6に示す平面ディスプレイ装置を動作さ
せるには、ゲート電極4と基板1との間にゲート電極4
が正になる数V〜数10Vの電圧を印加し、陽極23に
陰極12の基板1に対して100V〜数100Vの電圧
を印加する。この結果、選ばれた画素の微小冷陰極11
からは電子が放出され、蛍光体層24を衝撃してこれを
発光させる。
【0036】本実施例の平面ディスプレイ装置において
は、陰極12のビーム形成電極2で作られる電界によっ
て電子ビームが集束されるので、隣接する画素の蛍光体
に当たる電子が少なくなり、解像度、コントラストおよ
び色純度が改善される。
【0037】さらに、電流値と加速電圧を独立に設定で
きるので、画面の輝度、色相等を最適に調節することが
できる。電子ビームの発散が小さく、アノードで電流を
引き出す必要がないため、カソードとアノードとの間の
距離を狭くする必要がなく、必要十分な値に設定できる
ので、真空排気抵抗を小さく抑えることができる。カソ
ード−アノード間隔を大きくできれば、カソード−アノ
ード間の絶縁の問題が緩和されるので、アノード電圧を
高くでき、高い発光輝度と高い発光効率が実現できる。
【0038】なお、カラー化する場合には、画素ごとに
蛍光体24を分割して異なった特性の蛍光材料を使用
し、同時に陽極あるいは陰極を分割して独立に電圧を印
加するようにすれば、従来のFEAを電子源とした平面
ディスプレイ装置(例えば、IVMC'91 Technical Diges
t,p.6,1991 )と同様に、カラー化が可能である。ま
た、第4の実施例においては、第1の実施例の電界放射
冷陰極を用いるものとして説明したが、第2あるいは第
3の実施例を用いてもよく、それぞれの実施例の特長を
活かした平面ディスプレイ装置を構成できる。
【0039】さらに、第4の実施例では、行と列の走査
を組み合わせて画像情報を表示する平面ディスプレイ装
置の例を示したが、ゲート電極4あるいは陰極電極層1
0を文字、数字あるいは図形の形に形成し、この形に応
じて蛍光体を発光させる蛍光表示デバイスとすることも
できる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、電流変調電圧が低くかつ発散の抑制された電子源
を、高精度のリソグラフィ装置を使用せずに、また容易
に製造することができる。この電子源を平面ディスプレ
イ装置に導入することにより、構造が簡単で、大面積化
が容易な、そして電流変調電圧が低い装置を実現でき
る。さらに、隣接する画素の蛍光体に当たる電子が少な
くなるので、解像度、コントラストおよび色純度が改善
される。
【0041】さらに、電流値と加速電圧を独立に設定で
きるので、画面の輝度、色相等を最適に調節することが
できる。また、電子ビームの発散が小さく、アノードで
電流を引き出す必要がないので、カソードとアノードと
の間の距離を必要十分な値に設定でき、真空排気抵抗を
小さく抑えることができるとともに、アノード電圧を高
くできるので、高い発光輝度と高い発光効率が実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例の電界放射冷陰極の断
面図。
【図2】 本発明の第1の実施例の電界放射冷陰極の斜
視図。
【図3】 本発明の第1の実施例の効果を説明するため
の断面図。
【図4】 本発明の第2の実施例の電界放射冷陰極の断
面図。
【図5】 本発明の第3の実施例の電界放射冷陰極の斜
視図。
【図6】 本発明の第4の実施例の平面ディスプレイ装
置の断面図。
【図7】 第1の従来例の平面ディスプレイ装置の断面
図。
【図8】 第2の従来例の平面ディスプレイ装置の断面
図。
【図9】 第3の従来例の平面ディスプレイ装置の断面
図。
【符号の説明】
1 基板 2 ビーム形成電極 3 絶縁層 4 ゲート電極 5 電子放出層 6 等電位線 7 電子ビーム 8 絶縁基板 9 ビーム形成電極 10 陰極電極層 11 微小冷陰極 12 陰極 21 前面ガラス板 22 裏面ガラス板 23 陽極 24 蛍光体層 25 空間 101 裏面ガラス板 102 導電体層 103 突起電極(エミッタ) 104 絶縁膜 105 ゲート電極 106 前面ガラス板 107 透明導電膜 108 蛍光体層 201 基板 202 導電層 203 蛍光体層 204 フェースプレート 205 導電層 206 ダイヤモンド材層 301 裏面ガラス板 302 メタルストライプ 303 ダイヤモンド材層 304 グリッド 305 グリッド支持部材 306 前面ガラス板 307 透明導電膜 308 蛍光体層 309 スペーサ

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 規則的に凹部が形成された基板と、前記
    基板の凹部に設けられた仕事関数の小さい材料からなる
    電子放出層と、該電子放出層を囲んで該電子放出層上に
    形成されたビーム形成電極と、該ビーム形成電極上に絶
    縁層を介して形成された電子引き出し用のゲート電極
    と、を備える電界放射冷陰極において、前記ゲート電極
    の開口寸法dが5μm以上数10μm以下であり、前記
    凹部底面から前記ゲート電極までの距離hは前記ゲート
    電極の開口寸法dの1/2より大きいことを特徴とする
    電界放射冷陰極。
  2. 【請求項2】 規則的に凹部が形成された基板と、前記
    基板の凹部に設けられた仕事関数の小さい材料からなる
    電子放出層と、該電子放出層を囲んで該電子放出層上に
    形成されたビーム形成電極と、該ビーム形成電極上に絶
    縁層を介して形成された電子引き出し用のゲート電極
    と、を備える電界放射冷陰極において、前記基板が半導
    体のみにより形成されていることを特徴とする電界放射
    冷陰極。
  3. 【請求項3】 規則的に凹部が形成された基板と、前記
    基板の凹部に設けられた仕事関数の小さい材料からなる
    電子放出層と、該電子放出層を囲んで該電子放出層上に
    形成されたビーム形成電極と、該ビーム形成電極上に絶
    縁層を介して形成された電子引き出し用のゲート電極
    と、を備える電界放射冷陰極において、前記ゲート電極
    の開口形状および前記電子放出層の平面形状が6角形で
    あることを特徴とする電界放射冷陰極。
  4. 【請求項4】 規則的に凹部が形成された基板と、前記
    基板の凹部に設けられた仕事関数の小さい材料からなる
    電子放出層と、該電子放出層を囲んで該電子放出層上に
    形成されたビーム形成電極と、該ビーム形成電極上に絶
    縁層を介して形成された電子引き出し用のゲート電極
    と、を備える電界放射冷陰極において、前記ゲート電極
    の開口および前記電子放出層の平面上での配置がジグザ
    グ状であることを特徴とする電界放射冷陰極。
  5. 【請求項5】 前記基板がビーム形成電極を兼ねている
    ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載の電界
    放射冷陰極。
  6. 【請求項6】 規則的に凹部が形成された基板と、前記
    基板の凹部に設けられた仕事関数の小さい材料からなる
    電子放出層と、該電子放出層を囲んで該電子 放出層上に
    形成されたビーム形成電極と、該ビーム形成電極上に絶
    縁層を介して形成された電子引き出し用のゲート電極
    と、を備える電界放射冷陰極において、前記基板が絶縁
    体により形成されており、前記電子放出層の下面には陰
    極となる導電層が形成されていることを特徴とする電界
    放射冷陰極。
  7. 【請求項7】 前記電子放出層が、単結晶ダイヤモン
    ド、多結晶ダイヤモンド、非晶質ダイヤモンドまたはそ
    れらの組み合わせにより形成されていることを特徴とす
    る請求項1、2、3、4または6記載の電界放射冷陰
    極。
  8. 【請求項8】 陽極となる透明導電膜とその上に形成さ
    れた蛍光体層とを有する前面ガラス板と、電界放射冷陰
    極を有する裏面板とが所定の間隔を隔てて配置されてい
    る表示装置において、 前記電界放射冷陰極が、請求項1、2、3、4または6
    記載の構成を有することを特徴とする表示装置。
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