JP2907024B2 - 電子放出素子 - Google Patents

電子放出素子

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JP2907024B2
JP2907024B2 JP22941594A JP22941594A JP2907024B2 JP 2907024 B2 JP2907024 B2 JP 2907024B2 JP 22941594 A JP22941594 A JP 22941594A JP 22941594 A JP22941594 A JP 22941594A JP 2907024 B2 JP2907024 B2 JP 2907024B2
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electron
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details 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
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02Electron guns
    • H01J3/021Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
    • H01J3/022Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/319Circuit elements associated with the emitters by direct integration

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電界放出型の電子放出素
子に関し、特に平面型ディスプレイの電子銃として用い
られる微小サイズの電界放出型陰極線管用電子放出素子
に関する。
【0002】
【従来の技術】平面型陰極線管の電子銃として、特開平
4−292831号公報に開示されているように、最
近、微小サイズの多数のカソードを平面的に配置した電
界放出型の電子放出素子が使用されている。この電子放
出素子は、図4に示すように、ガラス等の絶縁基板1上
にアルミニウム等から成り、例えば直径φが数μm〜1
0μmの円形の開口を有する第一の電極2が被着形成さ
れ、この第一の電極2上に例えば厚さが数十Å〜数μm
で、抵抗値が数百Ω・cm〜数百万Ω・cmのシリコン
薄膜等より成る抵抗層3が全面的に被着形成されてい
る。そして、この第一の電極2の開口上に、抵抗層3を
介して、タングステン、モリブデン等の高融点かつ低仕
事関数の金属からなり、尖鋭な先端形状を有する円錐状
のカソード4が形成される。
【0003】そして、このカソード4の周囲に直径1μ
m〜1.5μmの開口幅wをもったキャビティ5を有す
る酸化珪素等よりなる絶縁層6が形成され、この絶縁層
6の上に、モリブデン、タングステン、ニオブ等の高融
点金属からなる第二の電極7すなわちゲート電極がカソ
ード4に対する対抗電極として配置された構造となって
いる。このような電子放出素子は、第二の電極7すなわ
ちゲート電極とカソード4との間に、約10Kv/cm
以上の電界強度を付与する電圧(上記素子の場合、数
V)を印加することによりカソード4を熱することなく
電子を放出させることができる。そして、例えば平面型
陰極線管の電子銃としてこの電子放出素子を用いると例
えば20μmピツチ程度で配置することにより、画素が
数億個の低電圧、低消費電力の薄型ディスプレイを得る
ことができる。
【0004】ところが、第二の電極7とカソード4との
距離が0.5μm〜0.75μmと微小であるため、動
作中に塵埃等が付着して第二の電極7とカソード4が短
絡すると、その短絡電流により素子の破壊が起きること
がある。したがって、上述した電子放出素子において
は、抵抗層3の抵抗により短絡電流を制限し、短絡によ
る素子の破壊を防止する構成となっている。しかし、抵
抗層の厚さが薄いため、その抵抗値は第一の電極とカソ
ードの間隔に依存するので、高精細のカラーディスプレ
イのように更にカソードのピツチを小さくすると、抵抗
層の抵抗値が小さくなるとともに、短絡電流の制限特性
も低下するという問題があった。
【0005】そこで、図5に示すように、特開平4−2
29922号公報に、第一の電極8をメッシュ状に配置
し、第一の電極に包囲された区画9内に、6×6のマト
リクス状に36個のカソード10,10・・を配置し、
第一の電極8とカソード10の間の距離を稼ぐことによ
り抵抗層の抵抗値を大きくして抵抗層の短絡電流の制限
特性を向上し、しかも、各カソード10,10・・間の
抵抗層により各カソード10,10・・への印加電圧を
調整し、平均化した電子放出が得られるようにした電子
放出素子が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した第
一の電極8をメッシュ状に配置し、第一の電極8に包囲
された区画内にマトリクス状に複数のカソード10,1
0・・を配置した場合、第一の電極8に近い外周部に配
置したカソード10と、第一の電極8から遠い中央部に
配置したカソード10では抵抗層の抵抗値が異なるた
め、印加される電界強度に差が生じ、電子放出特性が不
均一になるという問題があった。本発明の目的は、上記
の問題点を解決するために、第一の電極をメッシュ状に
配置し、第一の電極に包囲された区画の中央部に第一の
電極から等間隔に複数のカソードを配置することによ
り、電子放出特性が均一な、しかも、抵抗層の短絡電流
の制限特性を向上した電子放出素子を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、絶縁基板上にメッシュ状に形成した第一の電極と、
全面に亘り形成した抵抗層と、キャビティを形成する絶
縁層と第二の陰極とが順次積層されてなり、前記第一の
電極に区画されたメッシュ内に複数のキャビティが形成
され、前記の各キャビティ内に円錐状のカソードが前記
抵抗層上に接して配された電子放出素子において、前記
の各カソードと前記第一の電極との最短距離を等しく配
置したことを特徴とし、また、前記第一の電極を正n角
形のメッシュパターンとし、該メツシュパターンの中央
部にn個のカソードを正n角形パターン状に配置した
り、前記第一の電極を長方形のメッシュパターンとし、
該メツシュパターンの中央部に該メッシュパターンと相
似形状に複数の前記カソードを配置するのが望ましい。
【0008】
【作用】本発明の電子放出素子によれば、各カソードは
該カソードに電圧を印加する第一の電極から等間隔に配
置されているため、どのカソードに対しても抵抗層の抵
抗値は等しくなり、電子放出特性は均一となる。また、
第一の電極に包囲された区画内に複数のカソードを配置
することができるため、カソードピッチを微小にして
も、抵抗層の抵抗値を大きくできるため、カソード密度
を高くしても短絡電流の制限特性を向上できる。また、
各カソード間の抵抗層による電子放出の均一効果も維持
できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明について、図面を参照して説明
する。従来例と同一部分には同一参照符号を付し説明を
省略する。本発明の第一の実施例の電界放出素子は、図
1(a)に示すように、ガラス等の絶縁基板1上にアル
ミニウム等から成る略幅1μm、厚さ0.2μmの第一
の電極12が、図1(b)に示すように、ピッチ16μ
mでメッシュ状に被着形成され、この第一の電極12を
含む絶縁基板1上に例えば厚さが略0.5μmで、抵抗
値が略3000Ω・cmのシリコン薄膜等より成る抵抗
層13が全面的に被着形成されている。そして、この第
一の電極12に包囲された部分の中央部の抵抗層13上
にタングステン、モリブデン等の高融点かつ低仕事関数
の金属からなり、底面部の直径が略1μmの、尖鋭な先
端形状を有する円錐状のカソード14が、図1(b)に
示すように、4個、ピッチ4μmで正方形状に形成され
ている。
【0010】そして、このカソード14の周囲に直径1
μm〜1.5μmの開口幅wをもったキャビティ15を
有する酸化珪素等よりなる厚さ略2μmの絶縁層16が
形成され、この絶縁層16の上に、モリブデン、タング
ステン、ニオブ等の高融点金属からなる第二の電極17
すなわちゲート電極がカソード14に対する対抗電極と
して配置された構造となっている。このような電界放出
素子は、第二の電極17すなわちゲート電極とカソード
14との間に、約10Kv/cm以上の電界強度を付与
する電圧(上記素子の場合、数V)を印加することによ
りカソード14を熱することなく電子を放出させること
ができる。
【0011】この電界放出素子においては、第二の電極
17とカソード14との距離が0.5μm〜0.75μ
mと微小で、動作中に塵埃等が付着して第二の電極17
とカソード14が短絡すると、抵抗層13を介して短絡
電流が流れ、この抵抗層13の抵抗により短絡電流が制
限され、短絡による素子の破壊を防止するとともに、第
一の電極12と各カソード14の間の距離が等しいた
め、抵抗層13を介して印加される各カソードへの印加
電圧が等しくなり、かつ、抵抗層13により各カソード
の印加電圧も調整され、平均化した電子放出が得られ
る。 また、第二の実施例として、図2に示すように、
ガラス等の絶縁基板上にアルミニウム等から成る略幅1
μm、厚さ0.2μmの第一の電極18をピッチ19μ
mで正三角形のメッシュが形成されるように被着形成
し、この第一の電極18を含む絶縁基板1上に例えば厚
さが略0.5μmで、抵抗値が略3000Ω・cmのシ
リコン薄膜等より成る抵抗層13が全面的に被着形成
し、この第一の電極18に包囲された部分の中央部の抵
抗層13上にタングステン、モリブデン等の高融点かつ
低仕事関数の金属からなり、底面部の直径が略1μm
の、尖鋭な先端形状を有する円錐状のカソード14が3
個、ピッチ4μmで正三角形状に形成した電子放出素子
がある。また、キャビティ、絶縁膜、第二の電極は図示
しないが第一の実施例と同様に形成される。
【0012】この実施例の場合、カソードの密度は前記
第一の実施例と比べて低下するものの、3電子銃方式の
カラーディスプレイ用の電子銃に好適し、第二の電極と
カソードの短絡による素子の破壊を防止し、かつ、各カ
ソードからの均一な電子放出が得られるという効果は第
一の実施例と同様である。また、本発明の第三の実施例
の電界放出素子は、図3に示すように、ガラス等の絶縁
基板上にアルミニウム等から成る略幅1μm、厚さ0.
2μmの第一の電極19をピッチ20μmで正六角形の
メッシュが形成されるように被着形成し、この第一の電
極19を含む絶縁基板上に例えば厚さが略0.5μm
で、抵抗値が略3000Ω・cmのシリコン薄膜等より
成る抵抗層13が全面的に被着形成されてた電子放出素
子がある。そして、この第一の電極19に包囲された部
分の中央部の抵抗層13上にタングステン、モリブデン
等の高融点かつ低仕事関数の金属からなり、底面部の直
径が略1μmの、尖鋭な先端形状を有する円錐状のカソ
ード14が6個、ピッチ4μmで正六角形状に形成され
ている。この場合も、キャビティ、絶縁膜、第二の電極
は図示しないが第一の実施例と同様に形成される。
【0013】この実施例の場合、カソードの密度は前記
第一、第二の実施例と比べて特段に増加し、十分実用化
に耐えるレベルとなる。しかも、第二の電極とカソード
の短絡による素子の破壊を防止し、かつ、各カソードか
らの均一な電子放射が得られるという効果は前記第一
第二の実施例と同様である。以上、第一の電極を正多角
形のメッシュ状に形成し、そのメッシュの中央部近辺に
第一の電極と相似形の正多角形の複数のカソードを配置
した例について説明したが、本発明は、これに限定され
ず、第一の電極をメッシュ構造の高精細化に伴い、正多
角形の第一の電極のメッシュの中央部に1個のカソード
を配置するようにしても良い。
【0014】
【発明の効果】上述したように、本発明の電子放出素子
によれば、各カソードは該カソードに電圧を印加する第
一の電極から等間隔に配置されているため、どのカソー
ドに対しても抵抗層の抵抗値は等しくなり、電子放出特
性は均一となる。また、第一の電極に包囲された区画内
に複数のカソードを配置することができるため、カソー
ドピッチを微小にしても、抵抗層の抵抗値を大きくでき
るため、カソード密度を高くしても短絡電流の制限特性
を向上できる。また、各カソード間の抵抗層による電子
放出の均一効果も維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)本発明の第一実施例の電子放出素子の
要部断面図 (b)本発明の第一実施例の電子放出素子のカソード配
置を示す平面図
【図2】 本発明の第二実施例の電子放出素子のカソー
ド配置を示す平面図
【図3】 本発明の第三実施例の電子放出素子のカソー
ド配置を示す平面図
【図4】 従来の電子放出素子の要部断面図
【図5】 従来の他の電子放出素子のカソード配置を示
す平面図
【符号の説明】 1 絶縁基板 12,18,19 第一の電極 13 抵抗層 14 カソード 15 キャビティ 16 絶縁層 17 第二の電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上にメッシュ状に形成した第一の
    電極と、全面に亙り形成した抵抗層と、キャビティを形
    成する絶縁層と第二の電極とが順次積層されてなり、前
    記第一の電極に区画されたメッシュ内に複数のキャビテ
    ィが形成され、各キャビティ内に円錐状のカソードが前
    記抵抗層上に接して配された電子放出素子において、各
    カソードとの最短距離を等しくするため、前記第一の電
    極を正6角形以上のメッシュパターンとし、このメッシ
    ュパターンの中央部近辺に、前記メッシュパターンと対
    応して相似な正6角形以上のパターン状のカソードを
    置したことを特徴とする電子放出素子。
  2. 【請求項2】絶縁基板上にメッシュ状に形成した第一の
    電極と、全面に亙り形成した抵抗層と、キャビティを形
    成する絶縁層と第二の電極とが順次積層されてなり、前
    記第一の電極に区画されたメッシュ内にキャビティが形
    成され、キャビティ内に円錐状のカソードが前記抵抗層
    上に接して配された電子放出素子において、カソードと
    の最短距離を等しくするため、前記第一の電極を正多角
    形のメッシュパターンとし、このメッシュパターンの中
    央部に1個のカソードを配置したことを特徴とする電子
    放出素子。
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US5814925A (en) 1998-09-29
KR0172021B1 (ko) 1999-02-01
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