JP2950378B2 - Electron-emitting device - Google Patents
Electron-emitting deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界放出型の電子放出素子（Field Emission
Cathodes,以下FECとも呼ぶ。）に関するものである。
本発明の電子放出素子は、各種表示装置、マイクロ真空
管、光源、増幅素子、高速スイッチング素子、センサー
等における電子源として有用である。The present invention relates to a field emission type electron emitting device (Field Emission).
Cathodes, also called FEC. ).
The electron-emitting device of the present invention is useful as an electron source in various display devices, micro vacuum tubes, light sources, amplification devices, high-speed switching devices, sensors, and the like.
電界放出型の電子放出素子の代表的な構造例である縦
型の構造を第３図に示す。図中100は、不純物が高濃度
にドープされて高伝導率をもつ基板であり、この基板10
0上に形成されたSiO2の絶縁層101中に形成されたキャビ
ティ102内には、電子放出部としてMoからなるエミッタ1
03が形成されている。さらにこのエミッタ103を囲んで
ゲート電極104となるMo薄膜が絶縁層101上に被着されて
いる。FIG. 3 shows a vertical structure which is a typical example of a field emission type electron-emitting device. In the figure, reference numeral 100 denotes a substrate which is highly doped with impurities and has a high conductivity.
In a cavity 102 formed in an insulating layer 101 of SiO 2 formed on an emitter 1 made of Mo as an electron emitting portion.
03 is formed. Further, a Mo thin film surrounding the emitter 103 and serving as a gate electrode 104 is deposited on the insulating layer 101.
この電子放出素子によれば、例えば基板100に対して
ゲート電極104を数10Vから数100Vの範囲でバイアスする
ことにより、エミッタ103の先端とゲート電極104間に10
6V/cm〜107V/cm程度の電界を生じさせ、エミッタ103の
先端よりトータルとして数100mAの電子放出を得ること
ができる。According to this electron-emitting device, for example, by biasing the gate electrode 104 with respect to the substrate 100 in the range of several tens of volts to several hundred volts,
By generating an electric field of about 6 V / cm to 10 7 V / cm, electron emission of several hundred mA can be obtained from the tip of the emitter 103 in total.
第４図には、このような電子放出素子を電子源に利用
した従来の表示装置の概略斜視図を示す（特開昭61−22
1783号参照）。FIG. 4 is a schematic perspective view of a conventional display device using such an electron-emitting device as an electron source (Japanese Patent Laid-Open No. 61-22 / 1986).
1783).
第４図において、絶縁体基板110上には、列111方向に
沿って複数の導電膜112が設けられ、該導電膜112上には
円錐形電界放射エミッタ113および絶縁層114が設けられ
ている。この絶縁層114上で、且つ行115の方向に沿って
複数のゲート116が設けられている。このゲート116の円
錐形電界放射エミッタ113に対面する位置には孔が設け
られている 一方、透明基板117には、前記絶縁体基板110と対向す
る面に、透明導電膜118、蛍光体層119がそれぞれベタ状
に積層被着され、コレクタとしての表示部120が形成さ
れている。そして絶縁体基板110及び透明基板117は、図
示しない側面部材とともに、真空外囲器を構成してい
る。In FIG. 4, a plurality of conductive films 112 are provided on an insulator substrate 110 along a column 111 direction, and a conical field emission emitter 113 and an insulating layer 114 are provided on the conductive film 112. . A plurality of gates 116 are provided on the insulating layer 114 and along the direction of the row 115. A hole is provided at a position of the gate 116 facing the conical field emission emitter 113, while a transparent substrate 117 has a transparent conductive film 118 and a phosphor layer 119 on a surface facing the insulator substrate 110. Are deposited in a solid pattern to form a display section 120 as a collector. The insulator substrate 110 and the transparent substrate 117 together with a side member (not shown) constitute a vacuum envelope.
以上の如く構成された表示装置の動作は以下の通りで
ある。The operation of the display device configured as described above is as follows.
前記透明導電膜118には常時正の電位が印加されてい
る。表示信号に応答して、各列111及び各行115の導電膜
112とゲート116間に、所定の電位差を付与する。該電位
差が付与されたゲート116と前記円錐形電界放射エミッ
タ113の間に適当な電界が形成され、円錐形状の先端部
より電子が放出される。該電子は、ゲート116の孔から
放出され、対面する蛍光体層119に射突し、コレクタと
しての表示部120において該蛍光体層119が発光する。A positive potential is always applied to the transparent conductive film 118. In response to the display signal, the conductive film of each column 111 and each row 115
A predetermined potential difference is applied between 112 and the gate 116. An appropriate electric field is formed between the gate 116 provided with the potential difference and the conical field emission emitter 113, and electrons are emitted from the conical tip. The electrons are emitted from the holes in the gate 116 and strike the facing phosphor layer 119, so that the phosphor layer 119 emits light in the display unit 120 as a collector.
以上の動作により、表示信号に応じた画像が表示され
る。With the above operation, an image corresponding to the display signal is displayed.
第５図は、特開昭64−33833号で開示された電界放出
型電子放出素子の他の構造例である横型の構造図であ
る。FIG. 5 is a horizontal structural view showing another example of the structure of the field emission type electron-emitting device disclosed in JP-A-64-33833.
絶縁基板200上には、中央に突端部201を備えたエミッ
タ202が設けられている。このエミッタ202に隣接して、
前記突端部201に対応する開口部203を備えたゲート204
が設けられている。そして、このゲート204を間にして
前記エミッタ202と反対側の絶縁基板200上にはゲート20
4と平行にコレクタとしての２次電子放出電極205が設け
られている。On the insulating substrate 200, an emitter 202 having a projection 201 at the center is provided. Adjacent to this emitter 202,
Gate 204 having an opening 203 corresponding to the tip 201
Is provided. The gate 20 is located on the insulating substrate 200 opposite to the emitter 202 with the gate 204 interposed therebetween.
In parallel with 4, a secondary electron emission electrode 205 as a collector is provided.
ここで、エミッタ202とゲート204の間、及びゲート20
4と２次電子放出電極205との間にそれぞれ所定の電位差
を付与すると、エミッタ202の突端部201から放出された
電子がゲート204の開口部203を経て２次電子放出電極20
5に射突し、このコレクタとしての２次電子放出電極205
からは２次電子が放出される。Here, between the emitter 202 and the gate 204 and the gate 20
When a predetermined potential difference is applied between the secondary electron emission electrode 205 and the secondary electron emission electrode 205, electrons emitted from the protruding end 201 of the emitter 202 pass through the opening 203 of the gate 204 and the secondary electron emission electrode 20
5 and the secondary electron emission electrode 205 as a collector
Emits secondary electrons.
前述したような従来の電子放出素子によれば、例えば
10-5〜10-6Torr程度の低真空度で駆動すると、次のよう
な不都合が生じていた。According to the conventional electron-emitting device described above, for example,
Driving at a low vacuum of about 10 -5 to 10 -6 Torr has caused the following inconveniences.
即ち、電界放出電子は、コレクタに到達するまでの走
行運動途中やコレクタ等に射突した際に電離衝突によっ
てイオンを生成する。このイオンが、負電圧のエミッタ
の先端に損傷を与えたり、又はスパッタ膜を形成するこ
とでエミッタの先端を汚染する。そして、このようなエ
ミッタの損傷や汚染が低真空度におけるFECの寿命特性
を著しく短いものにしていた。That is, the field emission electrons generate ions by ionization collision during a traveling motion until reaching the collector or when the field emission electrons strike the collector or the like. These ions damage the tip of the negative voltage emitter or contaminate the emitter tip by forming a sputtered film. Such damage or contamination of the emitter has significantly shortened the life characteristics of the FEC at a low vacuum.
本発明の電子放出素子は、エミッタゲートとコレクタ
を有する電子放出素子において、前記エミッタの先端か
ら前記コレクタを直接見込めないような構造のシールド
電極を前記ゲートと前記コネクタの間に設けたことを特
徴としている。The electron-emitting device according to the present invention is characterized in that, in the electron-emitting device having an emitter gate and a collector, a shield electrode having a structure such that the collector cannot be directly seen from the tip of the emitter is provided between the gate and the connector. And
また本発明によれば、前記電子放出素子において、前
記シールド電極に印加される電圧を、前記エミッタに印
加される電圧以上で前記コレクタに印加される電圧より
も小さい値としてもよい。Further, according to the present invention, in the electron-emitting device, the voltage applied to the shield electrode may be equal to or higher than the voltage applied to the emitter and smaller than the voltage applied to the collector.
電界放出電子がコレクタに射突した際に発生したイオ
ンは、シールド電極に遮られてエミッタの先端には届か
ない。Ions generated when the field emission electrons strike the collector are blocked by the shield electrode and do not reach the tip of the emitter.
本発明の第１実施例を第１図によって説明する。本実
施例は、縦型のFEC1を有する蛍光表示素子２に関するも
のである。A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a fluorescent display element 2 having a vertical FEC1.
絶縁性の基板３の上面にはエミッタ電極４が形成さ
れ、その上にはSiO2に絶縁層５が形成されている。この
絶縁層５中に形成されたキャビティ６内には、Moからな
るコーン形状のエミッタ７が多数形成され、前記エミッ
タ電極４と接続導通している。さらに、前記絶縁層５上
にはMoからなるゲート８が被着されている。このゲート
８には、前記各エミッタ７と対応する位置に電子が通過
するための丸孔９がそれぞれ形成されている。An emitter electrode 4 is formed on the upper surface of the insulating substrate 3, and an insulating layer 5 is formed on SiO 2 thereon. A large number of cone-shaped emitters 7 made of Mo are formed in cavities 6 formed in the insulating layer 5, and are electrically connected to the emitter electrodes 4. Further, on the insulating layer 5, a gate 8 made of Mo is adhered. Each of the gates 8 has a round hole 9 at a position corresponding to each of the emitters 7 for allowing electrons to pass therethrough.
前記基板３の上方には、基板３と平行に第２の絶縁性
の基板10が設けられている。この基板10と前記基板３
は、図示しない側面板とともに箱形の密封外囲器を構成
しており、その内部は真空状態に排気されている。Above the substrate 3, a second insulating substrate 10 is provided in parallel with the substrate 3. This substrate 10 and the substrate 3
Constitutes a box-shaped sealed envelope together with a side plate (not shown), and the inside thereof is evacuated to a vacuum state.
この第２の基板10の内面には、コレクタ11が形成され
ている。本実施例は蛍光表示素子２に関するものであ
り、前記コレクタ11は基板10に被着されたコレクタ電極
12と、その上面に設けられた蛍光体13によって構成され
ている。On the inner surface of the second substrate 10, a collector 11 is formed. The present embodiment relates to a fluorescent display element 2, wherein the collector 11 is a collector electrode attached to a substrate 10.
It is constituted by 12 and a phosphor 13 provided on the upper surface thereof.
次に、本実施例の蛍光表示素子２が有するFEC1は、エ
ミッタ７とコレクタ11の間にシールド電極14を備えてい
る。このシールド電極14は多数の開口部15を有する板状
の電極であるが、各エミッタ７が開口部15を介してコレ
クタ11に直接晒されることがないように、エミッタ７の
真上には開口部15がこないようになっている。即ち、こ
の開口部15を有するシールド電極14は、各エミッタ７の
先端からコレクタ11を直接見込めないように位置及び形
状が構成されている。Next, the FEC 1 included in the fluorescent display element 2 of the present embodiment has a shield electrode 14 between the emitter 7 and the collector 11. The shield electrode 14 is a plate-like electrode having a large number of openings 15, but an opening is provided immediately above the emitter 7 so that each emitter 7 is not directly exposed to the collector 11 through the opening 15. The part 15 does not come. That is, the position and shape of the shield electrode 14 having the opening 15 are configured so that the collector 11 cannot be directly viewed from the tip of each emitter 7.
シールド電極14とエミッタ７の関係を本実施例に即し
てより具体的に説明すれば、シールド電極14の隣り合う
２つの開口部15,15においてそれぞれ対角線を想定した
場合、両開口部15,15の中間下方で両対角線は交叉す
る。本実施例では図中破線でこの対角線が示してある
が、エミッタ７の先端が両破線よりも上方に位置するよ
うになっている。なお、電子放出効率を考慮して、エミ
ッタ７の先端とゲート８の上面は同じ高さになってい
る。More specifically, the relationship between the shield electrode 14 and the emitter 7 will be described in accordance with this embodiment. In the case where two adjacent openings 15 and 15 of the shield electrode 14 are assumed to be diagonal lines, respectively, Below the middle of 15, the two diagonals cross. In this embodiment, the diagonal line is indicated by a broken line in the figure, but the tip of the emitter 7 is located above the two broken lines. In consideration of the electron emission efficiency, the tip of the emitter 7 and the upper surface of the gate 8 are at the same height.
このように、本実施例によれば、各エミッタ７の先端
からコレクタ11を直接見込めないような位置及び形状と
なるようにシールド電極14を構成しているので、少くと
もコレクタ11から飛来するイオンから各エミッタ７の先
端を守ることができる。As described above, according to the present embodiment, since the shield electrode 14 is configured so as to have a position and a shape that does not allow the collector 11 to be directly seen from the tip of each emitter 7, at least ions that fly from the collector 11 , The tip of each emitter 7 can be protected.
次に、本発明の第２実施例を第２図によって説明す
る。本実施例は、横型のFEC20に関するものである。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a horizontal FEC 20.
図中21はくし歯状のエミッタ、22はゲート、23はコレ
クタであり、絶縁性の基板上に配設されている。これら
の基本的な構成は従来と同じである。本実施例のFEC20
は、ゲート22とコレクタ23の間にシールド電極24を有し
ている。シールド電極24の高さは、ゲート22及びコレク
タ23の高さよりも大きく、エミッタ21の先端から直接コ
レクタ23を見込むことができない。このため、第１実施
例と同様、コレクタ23から飛来するイオンによってエミ
ッタ21の先端部が損傷したり汚染したりすることは確実
に防止される。In the figure, 21 is a comb-shaped emitter, 22 is a gate, and 23 is a collector, which are arranged on an insulating substrate. These basic configurations are the same as the conventional one. FEC20 of this embodiment
Has a shield electrode 24 between the gate 22 and the collector 23. The height of the shield electrode 24 is larger than the heights of the gate 22 and the collector 23, and the collector 23 cannot be directly seen from the tip of the emitter 21. Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to reliably prevent the tip of the emitter 21 from being damaged or contaminated by ions coming from the collector 23.
なお、以上の２つの実施例においては、シールド電極
14,24に印加される電圧は、前記エミッタ7,21に印加さ
れる電圧以上であり、かつコレクタ11,23に印加される
電圧よりも小さければよい。またゲート8,22およびシー
ルド電極への電子流をできるだけ減らし、コレクタ11,2
3への流入効率を上げるために、第１実施例において
は、ゲート８上に帯状の絶縁層と導体層を形成した構造
とし、該導体層に電圧を印加することにより電子流を偏
向させ、開口部を電子流が通りやすくなるようにしても
よい。In the above two embodiments, the shield electrode
The voltage applied to the emitters 14 and 24 should be higher than the voltage applied to the emitters 7 and 21 and lower than the voltage applied to the collectors 11 and 23. In addition, the electron flow to the gates 8, 22 and the shield electrode is reduced as much as possible, and the collectors 11, 2
In order to increase the efficiency of inflow into 3, the first embodiment has a structure in which a strip-shaped insulating layer and a conductor layer are formed on the gate 8, and a voltage is applied to the conductor layer to deflect the electron flow. You may make it easy for an electron flow to pass through an opening part.
また、第２実施例においては、エミッタ21等が配設さ
れている絶縁性基板と対向する基板に、全面をベタ状に
導体を被着し、該導体に電圧を印加することにより電子
流を該対向基板側へ幾分偏向させることにより、電子流
がシールド電極24に衝突することなく、コレクタ23へ到
達できるようにすることも可能である。In the second embodiment, a solid conductor is applied to the entire surface of the substrate facing the insulating substrate on which the emitters 21 and the like are provided, and a voltage is applied to the conductor to reduce the electron flow. By slightly deflecting the light toward the counter substrate, the electron flow can reach the collector 23 without colliding with the shield electrode 24.
本発明によれば、ゲートとコレクタの間にシールド電
極を設けてあるので、従来問題とされていたイオン衝撃
によるエミッタ先端の損傷を大幅に軽減させることがで
き、FECの低真空度雰囲気での寿命を伸ばすことができ
る。According to the present invention, since the shield electrode is provided between the gate and the collector, damage to the tip of the emitter due to ion bombardment, which has been a problem in the past, can be greatly reduced. Life can be extended.
第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は同
第２実施例を示す斜視図、第３図は従来の縦型の電子放
出素子の断面図、第４図は従来の縦型の電子放出素子を
用いた表示装置の構造説明図、第５図は従来の横型の電
子放出素子の斜視図である。 1,20……電子放出素子（FEC）、 7,21……エミッタ、 8,22……ゲート、 11,23……コレクタ、 14,24……シールド電極。1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the second embodiment, FIG. 3 is a sectional view of a conventional vertical electron-emitting device, and FIG. FIG. 5 is a structural explanatory view of a display device using a conventional vertical electron-emitting device, and FIG. 5 is a perspective view of a conventional horizontal electron-emitting device. 1,20: Electron emission device (FEC), 7,21: Emitter, 8,22: Gate, 11,23: Collector, 14,24: Shield electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 1/30 H01J 31/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01J 1/30 H01J 31/12
Claims (2)
放出素子において、前記エミッタの先端から前記コレク
タを直接見込めないような構造のシールド電極を前記ゲ
ートと前記コレクタの間に設けた電子放出素子。1. An electron-emitting device having an emitter, a gate, and a collector, wherein a shield electrode having a structure in which the collector cannot be directly seen from a tip of the emitter is provided between the gate and the collector.
記エミッタに印加される電圧以上で前記コレクタに印加
される電圧よりも小さい値とされた請求項１記載の電子
放出素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a voltage applied to said shield electrode is equal to or higher than a voltage applied to said emitter and smaller than a voltage applied to said collector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18405590A JP2950378B2 (en) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | Electron-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18405590A JP2950378B2 (en) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | Electron-emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0473837A JPH0473837A (en) | 1992-03-09 |
| JP2950378B2 true JP2950378B2 (en) | 1999-09-20 |
Family
ID=16146590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18405590A Expired - Lifetime JP2950378B2 (en) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | Electron-emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CA2137873C (en) * | 1993-12-27 | 2000-01-25 | Hideaki Mitsutake | Electron source and electron beam apparatus |
| WO2007023945A1 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Discharge plasma generation auxiliary device |
-
1990
- 1990-07-13 JP JP18405590A patent/JP2950378B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH0473837A (en) | 1992-03-09 |
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