JP2964885B2 - 電子放出素子 - Google Patents

電子放出素子

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JP2964885B2 JP26504494A JP26504494A JP2964885B2 JP 2964885 B2 JP2964885 B2 JP 2964885B2 JP 26504494 A JP26504494 A JP 26504494A JP 26504494 A JP26504494 A JP 26504494A JP 2964885 B2 JP2964885 B2 JP 2964885B2
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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

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が略10μm
の円形の開口2a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上に例えば厚さが略0.5μm
で、抵抗値が3000Ω・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2a上の中心部および直径6μm
の同心円周上に、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9個形成さ
れている。そして、このカソード4の周囲に直径1μm
〜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7がカソ
ード4に対する対向電極として配置された構造となって
いる。
【0003】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7とカソード4との間に、約10の
7乗v/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。ところが、
上述した構造の電子放出素子では、カソードから放出さ
れる電子は発散角を有するため、電子ビームは外方に発
散して電子ビームが太くなるとともに、拡散して電子ビ
ームの質が低下するという問題があった。そこで、図5
に示すように、ゲート電極7に対して電子引き出し方向
の前方側に位置し、カソード4から放出された電子を収
束する収束電極8を一体的に形成し、この収束電極8で
形成される電界により放出された電子を中心方向に向け
て集め電子ビームを収束する技術が特開平6−1297
4号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した電
子放出素子を陰極線管の電子銃に使用する場合、1つの
カソード4から放出される電子の量は非常に微量である
ため、収束電極8で電子の発散を防止して良質の電子ビ
ームを得られても不十分で、通常、多数のカソード4か
ら放出される多数の電子ビームを、例えば、別に設けた
電子レンズで収束して利用することが行なわれている。
しかし、このように別に電子レンズを設けて多数のカソ
ード4からの電子ビームを有効に収束することは、電子
ビームの放出方向が制御されていないため、電子放出素
子と電子レンズとの位置合わせ等が困難で、解像度を低
下させたり、位置合わせ工数が増加したりするという問
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、複数のカソードから放出される電子ビームを電
子放出素子と一体的に設けた収束電極により効率よく収
束して、大電流でしかも尖鋭で解像度の高い電子ビーム
を得ることのできる電子放出素子を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
した複数の円錐状のカソードと、それぞれの前記カソー
ドを包囲するようにキャビティを形成する絶縁層及びゲ
ート電極と、このゲート電極上に形成した第二の絶縁層
上にあって前記カソードから引き出された電子を収束
複数のカソードに対応して複数の開口が形成されてなる
収束電極とを積層形成した電子放出素子において、前記
収束電極の開口の少なくとも一部を前記カソードに対し
て偏心させて配置したことを特徴とする電子放出素子を
提供する。
【0006】また、前記カソードを例えば、基板の中心
部位置とその同心円周状位置に配し、それぞれのカソー
ドに対応する前記収束電極の開口を中心部位置のカソー
ドに対しては偏心の無い位置に、同心円周状位置のカソ
ードに対しては中心部位置のカソードと当該カソードと
を結ぶ直線上に所定量偏心させて配置したり、前記カソ
ードを例えば、基板の中心部位置とその多重同心円周状
位置に配し、それぞれのカソードに対応する前記収束電
の開口が中心部位置のカソードに対しては偏心の無い
位置に、同心円周状位置のカソードに対しては中心部位
置のカソードと当該カソードとを結ぶ直線上に、かつ内
円周状位置のカソードから外円周状位置のカソードにゆ
くにしたがつて偏心量を所定量変化させて配置するのが
望ましい。
【0007】
【作用】上記構成によれば、各カソードから放出される
電子ビームは収束電極により、収束電極の中心に収束さ
れると共に、収束電極の開口とゲート電極との偏心量に
対応して偏向されるため、例えば、収束電極の開口を中
心部のカソードに対しては偏心の無い位置に、同心円周
状位置のカソードに対しては中心部位置のカソードと当
該カソードとを結ぶ直線上で内側に偏心させて配するこ
とにより、全てのカソードから放出される電子ビームを
1本の電子ビームに収束できる。また、例えば、収束電
の開口を基板の中心部位置のカソードに対しては偏心
の無い位置に、同心円周状位置のカソードに対しては
心部位置のカソードと当該カソードとを結ぶ直線上で
側に偏心させて配し、大口径レンズにより収束すれば、
電子ビームの発散方向が均一に制御されるため、全ての
カソードから放出される電子ビームを1本の電子ビーム
に収束できると共に、解像度を向上できる。さらに、例
えばカソードを基板の中心部位置および多重同心円周状
位置に配置し、内円周状位置のカソードから外円周上の
カソードにゆくにしたがって偏心量を変化させて収束電
の開口を配置することにより、さらに多数の電子ビー
ムを収束でき、大容量の電子放出素子が実現できる。
【0008】
【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子放出素子は、図
1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が略10μmの円形の開口
2a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上に例えば厚さが略0.5μmで、抵抗値が30
00Ω・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2a上の中心部および直径6μmの同心円周上に、
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9個形成されている。そし
て、それぞれのカソード4の周囲に直径1μm〜1.5
μmの開口幅wをもったキャビティ5を有する酸化珪素
等よりなる厚さ略2μmの絶縁層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ゲート電極7がカソード4に対する
対向電極として配置された構造となっている。さらに、
このゲート電極7の上に酸化珪素等よりなる厚さ略2μ
mの第二の絶縁層9を介して収束電極10の開口が、絶
縁基板1の中心部位置のカソード4に対しては偏心の無
位置に、同心円周状位置のカソード4に対しては中心
部位置のカソードと当該カソードとを結ぶ直線上で中心
部位置のカソード4に近づく方向に0.2μm偏心させ
て形成されている。
【0009】このような電子放出素子は、ゲート電極7
とカソード4との間に、約10の7乗v/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、収束電極10で図中に矢印で表示するように、中
心部のカソード4より放出される電子は直進する電子ビ
ームに、同心円周状位置のカソード4より放出される電
子は中心方向に偏向された電子ビームにそれぞれ収束さ
れる。したがつて、このそれぞれの電子ビームの収束点
にスクリーンを設ければ、9個の電子放出素子からの電
子ビームを1本に収束した大電流でしかも先鋭度の優れ
た電子ビームを得ることができる。
【0010】本発明の第二の実施例の電子放出素子は、
図2に示すように、カソード4を絶縁基板1の中心部位
置に1個および直径が6μmおよび12μmの2重の同
心円周状位置にそれぞれ例えば、8個および16個配置
し、収束電極10の開口を内側の同心円周状位置のカソ
ード4に対しては中心部位置のカソードと当該カソード
とを結ぶ直線上で中心部位置のカソード4に近づく方向
に0.2μm、外側の同心円周状位置のカソード4に対
しては同様に0.4μm偏心させて配置したものであ
る。この電子放出素子においては、25個の電子放出素
子の電子ビームを1本に収束した更に大電流で先鋭度の
優れた電子ビームを得ることができる。
【0011】また、本発明の第三の実施例の電子放出素
子は、図3に示すように、カソード4を絶縁基板1の中
心部位置に1個および直径が6μmの同心円周状位置に
それぞれ例えば、8個配置し、収束電極10の開口を同
心円周状位置のカソード4に対しては中心部位置のカソ
ードと当該カソードとを結ぶ直線上で中心部位置のカソ
ード4から遠ざかる方向に0.2μm偏心させて配置
し、別に配置した大口径レンズ11により収束したもの
である。この電子放出素子においては、大口径レンズ1
1に入射する電子ビームの入射角が制御されるため、さ
らに、解像度を向上した大電流の電子ビームを得ること
ができる。
【0012】以上、ガラス等の絶縁基板上に第一の電極
を形成し、抵抗層を介して絶縁基板の中央部位置に1個
および同心円周状位置に8個、または2重の同心円周状
位置に8個、16個のカソードを配置し、1層の収束電
極を形成した例について説明したが、本発明はこれに限
定されず、例えば、シリコン基板上に抵抗層を介さずに
直接シリコンカソードを形成し、多重の同心円周状位置
に更に多くのカソードを配置し、収束電極も2層以上の
複数層として大電流化、電子ビームの収束特性を向上す
ることができる。た、本発明は、基板の中央部位置よ
り離隔して配置されるカソードが上記実施例のように、
同心円状位置や2重の同心円状位置に配置することに限
定されることなく、中央部よりランダムな距離の位置に
配設されてもよい。
【0013】
【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、各カソードから放出される電子ビームは収束
電極により、収束電極の中心に収束されると共に、収束
電極とゲート電極との偏心量に対応して偏向されるた
め、例えば、収束電極を基板の中心部位置のカソードに
対しては偏心の無い位置に、同心円周状位置のカソード
に対しては中心部位置のカソードに近づく方向に偏心さ
せて配することにより、全てのカソードから放出される
電子ビームを1本の電子ビームに収束できる。したがっ
て、複数のカソードから放出される電子ビームを電子放
出素子と一体的に設けた収束電極により効率よく収束し
て、大電流でしかも尖鋭で解像度の高い電子ビームを得
ることのできる陰極線管に好適する電子放出素子を提供
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一実施例の電子放出素子の要部断
面図
【図2】 本発明の第二実施例の電子放出素子の要部断
面図
【図3】 本発明の第三実施例の電子放出素子の要部断
面図
【図4】 従来の電子放出素子の要部斜視図
【図5】 従来の他の電子放出素子の要部断面図
【符号の説明】
1 基板(絶縁基板) 4 カソード 5 キャビティ 6 絶縁層 7 ゲート電極 9 第二の絶縁層 10 収束電極 11 大口径レンズ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成した複数の円錐状のカソード
    と、それぞれの前記カソードを包囲するようにキャビテ
    ィを形成する絶縁層及びゲート電極と、該ゲート電極上
    に形成した第二の絶縁層上にあって前記カソードから引
    き出された電子を収束し複数のカソードに対応して複数
    の開口が形成されてなる収束電極とを積層形成した電子
    放出素子において、前記開口の少なくとも一部が開口に
    対応するカソードに対して偏心して配置されてなり、か
    つ前記カソードが基板の中心部位置とそれより離隔した
    位置に配され、それぞれのカソードに対応する収束電極
    の前記開口を、中心部位置のカソードに対しては偏心の
    無い位置に、中心部位置から離隔した位置のカソードに
    対しては、中心部位置のカソードと当該カソードとを結
    ぶ直線上に所定量偏心させて配置したことを特徴とする
    電子放出素子。
  2. 【請求項2】基板上に形成した複数の円錐状のカソード
    と、それぞれの前記カソードを包囲するようにキャビテ
    ィを形成する絶縁層及びゲート電極と、該ゲート電極上
    に形成した第二の絶縁層上にあって前記カソードから引
    き出された電子を収束し複数のカソードに対応して複数
    の開口が形成されてなる収束電極とを積層形成した電子
    放出素子において、前記開口の少なくとも一部が開口に
    対応するカソードに対して偏心して配置されてなり、か
    つ前記カソードが基板の中心部位置とそれより離隔した
    位置に配され、それぞれのカソードに対応する収束電極
    の前記開口を、中心部位置のカソードに対しては偏心の
    無い位置に、中心部から離隔した位置のカソードに対し
    ては中心部位置のカソードと当該カソードとを結ぶ直線
    に、中心部位置からの離隔距離の小さいカソードから
    離隔距離の大きいカソードにいくにしたがって偏心量を
    所定量変化させて配置したことを特徴とする電子放出素
    子。
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