JP3077589B2 - 電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動装置 - Google Patents
電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡，電子
ビーム露光装置，フラットパネルディスプレイ等の各種
電子ビームを利用する装置の電子ビーム源として使用す
ることが可能な電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動
装置に関するものである。
ビーム露光装置，フラットパネルディスプレイ等の各種
電子ビームを利用する装置の電子ビーム源として使用す
ることが可能な電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体微細加工技術を用いて、導
電層上の絶縁層及びゲート電極層からなる多層膜の開口
部内に先鋭化された陰極を形成する電界放出型冷陰極の
研究開発が活発に行われ、高性能な電子中への応用が期
待されている。
電層上の絶縁層及びゲート電極層からなる多層膜の開口
部内に先鋭化された陰極を形成する電界放出型冷陰極の
研究開発が活発に行われ、高性能な電子中への応用が期
待されている。
【０００３】従来の電界放出型冷陰極の製造技術の一例
として、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４７（１９７６）の５２４８ペー
ジに記載されているように、Ｓｐｉｎｄｔ等は、高放射
電流密度の発生及び制御性の面から高融点金属モリブデ
ンを用いた電界放出型冷陰極の製造方法を提案してい
る。
として、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４７（１９７６）の５２４８ペー
ジに記載されているように、Ｓｐｉｎｄｔ等は、高放射
電流密度の発生及び制御性の面から高融点金属モリブデ
ンを用いた電界放出型冷陰極の製造方法を提案してい
る。
【０００４】前記陰極材料モリブデンを用いれば、高真
空中にて蒸着等の手法により、基板導電層上に形成され
た絶縁層及びゲート電極層の開口部内に、先端部が鋭利
なコーン形状の陰極エミッタチップが形成される。この
ようなエミッタチップは、複数個配列することも可能で
あり、先端部にゲート電圧をエミッタ電位に対して１０
０から３００ボルト印加することにより、１チップ当た
り５０から１５０マイクロアンペアの高い放出電流を放
出可能であることが、前記文献に報告されている。
空中にて蒸着等の手法により、基板導電層上に形成され
た絶縁層及びゲート電極層の開口部内に、先端部が鋭利
なコーン形状の陰極エミッタチップが形成される。この
ようなエミッタチップは、複数個配列することも可能で
あり、先端部にゲート電圧をエミッタ電位に対して１０
０から３００ボルト印加することにより、１チップ当た
り５０から１５０マイクロアンペアの高い放出電流を放
出可能であることが、前記文献に報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の電界放出型冷陰
極は、微細加工技術の進展に伴いエミッタチップを微細
加工し、集積化することにより、低い駆動電圧で高い放
出電流密度を発生すること等の特性向上が期待されてい
るが、実用に際しては、これらに加えて、所望の放出電
流を電圧印加に追随して瞬時に、しかも再現性良く発生
させることが要求される。
極は、微細加工技術の進展に伴いエミッタチップを微細
加工し、集積化することにより、低い駆動電圧で高い放
出電流密度を発生すること等の特性向上が期待されてい
るが、実用に際しては、これらに加えて、所望の放出電
流を電圧印加に追随して瞬時に、しかも再現性良く発生
させることが要求される。
【０００６】電界放出型冷陰極の電子放出特性は、エミ
ッタチップ表面状態とエミッタチップ先端形状に敏感で
あることが知られている。一般的に、陰極エミッタチッ
プを高真空中で形成した後に素子は、後工程や実装等の
関係から通常製造工程の途中で大気中に暴露される。大
気中に暴露されたエミッタチップ表面には、大気成分の
酸素や炭素系ガス等が吸着し、表面の仕事関数を変動さ
せ、放出電流量の低下や電流変動の増大を促す要因とな
る。
ッタチップ表面状態とエミッタチップ先端形状に敏感で
あることが知られている。一般的に、陰極エミッタチッ
プを高真空中で形成した後に素子は、後工程や実装等の
関係から通常製造工程の途中で大気中に暴露される。大
気中に暴露されたエミッタチップ表面には、大気成分の
酸素や炭素系ガス等が吸着し、表面の仕事関数を変動さ
せ、放出電流量の低下や電流変動の増大を促す要因とな
る。
【０００７】このような表面吸着種の存在は特に、初期
電子放出特性に見られる不安定性の原因となる場合が多
い。すなわち、ゲート電圧印加後の表面吸着種の再構成
や脱離等の経時変化に起因した初期特性の劣化である。
電子放出特性に見られる不安定性の原因となる場合が多
い。すなわち、ゲート電圧印加後の表面吸着種の再構成
や脱離等の経時変化に起因した初期特性の劣化である。
【０００８】例えば、電界放出型冷陰極をＣＲＴ（Ｃａ
ｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に実装し、初めてゲー
ト電圧を印加した場合、このような表面経時変化のため
に、従来は電源を投入後、安定な画像（放出電流）が得
られるまでに数十分程度のエージング時間を必要として
いた。
ｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に実装し、初めてゲー
ト電圧を印加した場合、このような表面経時変化のため
に、従来は電源を投入後、安定な画像（放出電流）が得
られるまでに数十分程度のエージング時間を必要として
いた。
【０００９】また、通常の使用時においても、長時間電
源を投入しないと、残留ガスの吸着等の影響のために、
再び、電源投入後の放出電流の応答が劣化するという問
題を生じていた。
源を投入しないと、残留ガスの吸着等の影響のために、
再び、電源投入後の放出電流の応答が劣化するという問
題を生じていた。
【００１０】本発明の目的は、ゲート電圧印加後の特性
不安定性を短時間で改善し、安定な高放出電流の発生が
可能な電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動装置を提
供することにある。
不安定性を短時間で改善し、安定な高放出電流の発生が
可能な電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動装置を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る電界放出型冷陰極の駆動方法は、電界
放出型冷陰極を駆動する電界放出型冷陰極の駆動方法で
あって、電界放出型冷陰極は、導電層上に絶縁層を介し
てゲート層を有し、ゲート層及び絶縁層の開口部には、
先鋭化されたエミッタチップを有し、エミッタチップ及
び導電層に対して正極の電圧がゲート層に電界放出が生
じる程度印加され、エミッタチップ先端部から開口部を
通して真空中に電子を放出するものであり、エミッタチ
ップから目的の電子放出を行う直前に、最大使用ゲート
電圧より高く絶縁層の絶縁耐圧以下の高ゲート電圧を印
加することにより、エミッタチップ先端を活性化させ
て、電子放出を行うものである。
め、本発明に係る電界放出型冷陰極の駆動方法は、電界
放出型冷陰極を駆動する電界放出型冷陰極の駆動方法で
あって、電界放出型冷陰極は、導電層上に絶縁層を介し
てゲート層を有し、ゲート層及び絶縁層の開口部には、
先鋭化されたエミッタチップを有し、エミッタチップ及
び導電層に対して正極の電圧がゲート層に電界放出が生
じる程度印加され、エミッタチップ先端部から開口部を
通して真空中に電子を放出するものであり、エミッタチ
ップから目的の電子放出を行う直前に、最大使用ゲート
電圧より高く絶縁層の絶縁耐圧以下の高ゲート電圧を印
加することにより、エミッタチップ先端を活性化させ
て、電子放出を行うものである。
【００１２】また前記高ゲート電圧は、絶縁層の破壊が
発生し始める３ＭＶ／ｃｍの電界に相当する電圧以下で
ある。
発生し始める３ＭＶ／ｃｍの電界に相当する電圧以下で
ある。
【００１３】また前記高ゲート電圧の印加は、電界放出
型冷陰極を製造した後、初めて電子放出を行う際に実施
するものである。
型冷陰極を製造した後、初めて電子放出を行う際に実施
するものである。
【００１４】また前記高ゲート電圧の印加は、電子放出
を５０時間以上行わない場合に実施するものである。
を５０時間以上行わない場合に実施するものである。
【００１５】また本発明に係る電界放出型冷陰極の駆動
装置は、第１のゲート電圧駆動回路と、第２のゲート電
圧駆動回路と、制御系とを有し、電界放出型冷陰極を駆
動する電界放出型冷陰極の駆動装置であって、電界放出
型冷陰極は、導電層上に絶縁層を介してゲート層を有
し、かつゲート層及び絶縁層の開口部内に先鋭化された
エミッタチップを有し、ゲート層をエミッタチップ及び
導電層に対して正極の電圧を電界放出が生じる程度印加
し、エミッタチップ先端部から開口部を介して真空中に
電子を放出するものであり、第１のゲート電圧駆動回路
は、使用最大ゲート電圧で発生可能な放出電流が発生し
た時点まで高ゲート電圧を前記電界放出型冷陰極に印加
するものであり、第２のゲート電圧駆動回路は、前記高
ゲート電圧より低圧のゲート電圧を前記電界放出型冷陰
極に印加して所望の放出電流を発生させるものであり、
制御系は、使用最大ゲート電圧で発生可能な放出電流が
発生した時点で前記第１のゲート電圧駆動回路を前記第
２のゲート電圧駆動回路に切り替えるものである。
装置は、第１のゲート電圧駆動回路と、第２のゲート電
圧駆動回路と、制御系とを有し、電界放出型冷陰極を駆
動する電界放出型冷陰極の駆動装置であって、電界放出
型冷陰極は、導電層上に絶縁層を介してゲート層を有
し、かつゲート層及び絶縁層の開口部内に先鋭化された
エミッタチップを有し、ゲート層をエミッタチップ及び
導電層に対して正極の電圧を電界放出が生じる程度印加
し、エミッタチップ先端部から開口部を介して真空中に
電子を放出するものであり、第１のゲート電圧駆動回路
は、使用最大ゲート電圧で発生可能な放出電流が発生し
た時点まで高ゲート電圧を前記電界放出型冷陰極に印加
するものであり、第２のゲート電圧駆動回路は、前記高
ゲート電圧より低圧のゲート電圧を前記電界放出型冷陰
極に印加して所望の放出電流を発生させるものであり、
制御系は、使用最大ゲート電圧で発生可能な放出電流が
発生した時点で前記第１のゲート電圧駆動回路を前記第
２のゲート電圧駆動回路に切り替えるものである。
【００１６】
【作用】本発明によれば、目的の放出電流を得る前に、
あらかじめ使用電圧よりも高いゲート電圧を印加してエ
ミッタチップの活性化を加速させるため、従来、活性化
に要した時間が飛躍的に短縮される。したがって、ゲー
ト電圧印加直後に見られる電子放出特性の不安定性が改
善され、ゲート電圧印加に追随した一定放出電流を瞬時
にしかも再現性良く発生することができる。
あらかじめ使用電圧よりも高いゲート電圧を印加してエ
ミッタチップの活性化を加速させるため、従来、活性化
に要した時間が飛躍的に短縮される。したがって、ゲー
ト電圧印加直後に見られる電子放出特性の不安定性が改
善され、ゲート電圧印加に追随した一定放出電流を瞬時
にしかも再現性良く発生することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図に
より説明する。
より説明する。
【００１８】図３は、本発明の一実施形態に係る電界放
出型冷陰極を示す断面図である。図３において、Ｎ型に
高ドープされたシリコン基板からなる導電層３上に、熱
酸化膜（ＳｉＯ2）からなる絶縁層２を５００ｎｍ，モ
リブデン（Ｍｏ）からなるゲート層１を２００ｎｍ順次
形成し、ゲート層１と絶縁層２を局部的にエッチングす
ることによって６００ｎｍ径の開口部１ａ，２ａを形成
し、開口部１ａ，２ａ内に露出した導電層３上にコーン
形状の金属モリブデン（Ｍｏ）を直上から蒸着すること
により、開口部１ａ，２ａ内の導電層３上にモリブデン
エミッタチップ４を形成する。なお、上述した電界放出
型冷陰極の製造は、Ｓｐｉｎｄｔ等によって提案されて
いる公知の方法によって行う。
出型冷陰極を示す断面図である。図３において、Ｎ型に
高ドープされたシリコン基板からなる導電層３上に、熱
酸化膜（ＳｉＯ2）からなる絶縁層２を５００ｎｍ，モ
リブデン（Ｍｏ）からなるゲート層１を２００ｎｍ順次
形成し、ゲート層１と絶縁層２を局部的にエッチングす
ることによって６００ｎｍ径の開口部１ａ，２ａを形成
し、開口部１ａ，２ａ内に露出した導電層３上にコーン
形状の金属モリブデン（Ｍｏ）を直上から蒸着すること
により、開口部１ａ，２ａ内の導電層３上にモリブデン
エミッタチップ４を形成する。なお、上述した電界放出
型冷陰極の製造は、Ｓｐｉｎｄｔ等によって提案されて
いる公知の方法によって行う。
【００１９】図１及び図２は、図３に示した電界放出型
冷陰極を実装した後、はじめて電子放出を行う際に、本
発明の実施形態と従来例とにより駆動させた場合の各ゲ
ート電圧印加後の放出電流の経時変化をそれぞれ示すも
のである。
冷陰極を実装した後、はじめて電子放出を行う際に、本
発明の実施形態と従来例とにより駆動させた場合の各ゲ
ート電圧印加後の放出電流の経時変化をそれぞれ示すも
のである。
【００２０】図１に示す本発明の実施形態の場合には、
エミッタチップ４に対してゲート電圧６０，７０，８０
Ｖを印加して所望の電子放出を行なう直前に、１５０Ｖ
の高ゲート電圧を１分間印加し、エミッタチップ４を活
性化させ、その後に正規の動作条件であるゲート電圧６
０，７０，８０Ｖを印加した場合の放出電流の経時変化
である。なお、ここでの活性化は、放出電流が最大使用
電圧８０Ｖで発生可能な放出電流に達した状態を意味す
る。図１から、放出電流量は、所望のゲート電圧を印加
した直後から急峻に立ち上がり、一定電流値を示すこと
が分かる。
エミッタチップ４に対してゲート電圧６０，７０，８０
Ｖを印加して所望の電子放出を行なう直前に、１５０Ｖ
の高ゲート電圧を１分間印加し、エミッタチップ４を活
性化させ、その後に正規の動作条件であるゲート電圧６
０，７０，８０Ｖを印加した場合の放出電流の経時変化
である。なお、ここでの活性化は、放出電流が最大使用
電圧８０Ｖで発生可能な放出電流に達した状態を意味す
る。図１から、放出電流量は、所望のゲート電圧を印加
した直後から急峻に立ち上がり、一定電流値を示すこと
が分かる。
【００２１】一方、図２に示すように、目的の放出電流
を得る前にエミッタチップの活性化を行わない従来例の
方法では、各ゲート電圧印加直後は、電子放出はすぐに
は起こらず、時間の増加とともに徐々に電流量が増加
し、数十分程度の時間スケールで所定の電流量に達す
る。放出電流の安定化に要する時間は、印加するゲート
電圧が増加するほど短時間になり、６０Ｖ，７０Ｖ，８
０Ｖではそれぞれ６０分，２０分，１０分間の時間を必
要とする。
を得る前にエミッタチップの活性化を行わない従来例の
方法では、各ゲート電圧印加直後は、電子放出はすぐに
は起こらず、時間の増加とともに徐々に電流量が増加
し、数十分程度の時間スケールで所定の電流量に達す
る。放出電流の安定化に要する時間は、印加するゲート
電圧が増加するほど短時間になり、６０Ｖ，７０Ｖ，８
０Ｖではそれぞれ６０分，２０分，１０分間の時間を必
要とする。
【００２２】このような従来例に見られる電子放出特性
は、ゲート電圧を印加しても直ちに素子が駆動しないこ
とを意味しており、電界放出型冷陰極の実装後、はじめ
て電子放出を行う際に見られる特性不安定性の原因とな
る。
は、ゲート電圧を印加しても直ちに素子が駆動しないこ
とを意味しており、電界放出型冷陰極の実装後、はじめ
て電子放出を行う際に見られる特性不安定性の原因とな
る。
【００２３】しかしながら、上述した本発明による駆動
方法を実施することにより、明らかに図２に示す従来例
のような初期特性の不安定性は改善され、ゲート電圧印
加直後から安定な一定放出電流を加速させて発生するこ
とができる。
方法を実施することにより、明らかに図２に示す従来例
のような初期特性の不安定性は改善され、ゲート電圧印
加直後から安定な一定放出電流を加速させて発生するこ
とができる。
【００２４】図１に示した電子放出は、１０-7Ｐａから
１０-5Ｐａの真空環境で行ったものであり、ＣＲＴ（Ｃ
ａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）やフラットパネルデ
ィスプレイ等の１０-5Ｐａ程度の真空環境を有するよう
な管球内でも同様な効果が期待される。
１０-5Ｐａの真空環境で行ったものであり、ＣＲＴ（Ｃ
ａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）やフラットパネルデ
ィスプレイ等の１０-5Ｐａ程度の真空環境を有するよう
な管球内でも同様な効果が期待される。
【００２５】ただし、これらの応用例では、その真空環
境が１０-7Ｐａの高真空と比較して残留ガスが極めて多
いため、電子放出を長期間行わない場合には、残留ガス
の吸着等によるゲート電圧印加後の特性不安定性が再び
現れる。
境が１０-7Ｐａの高真空と比較して残留ガスが極めて多
いため、電子放出を長期間行わない場合には、残留ガス
の吸着等によるゲート電圧印加後の特性不安定性が再び
現れる。
【００２６】そのため、本発明によりエミッタチップの
活性化を実施するにあたっては、エミッタチップの素子
を管球に封じた後、初めて電子放出を行う際に実施する
ばかりではなく、エミッタチップの素子を管球に封じて
実装した後の通常の使用で、ある所定の時間電子放出を
行わない場合にも同様な駆動方法を適用してエミッタチ
ップの活性化を行う。
活性化を実施するにあたっては、エミッタチップの素子
を管球に封じた後、初めて電子放出を行う際に実施する
ばかりではなく、エミッタチップの素子を管球に封じて
実装した後の通常の使用で、ある所定の時間電子放出を
行わない場合にも同様な駆動方法を適用してエミッタチ
ップの活性化を行う。
【００２７】電子放出を行わないことによる特性の劣化
は、１０-5Ｐａの動作環境では５０時間までは顕著に現
れないことを確認している。したがって、５０時間以上
ゲート電圧を印加しない場合には、所望の電子放出を行
う直前に、上述した高ゲート電圧印加によるエミッタチ
ップの活性化を再び行うことにより、安定な素子動作を
実現することが可能である。
は、１０-5Ｐａの動作環境では５０時間までは顕著に現
れないことを確認している。したがって、５０時間以上
ゲート電圧を印加しない場合には、所望の電子放出を行
う直前に、上述した高ゲート電圧印加によるエミッタチ
ップの活性化を再び行うことにより、安定な素子動作を
実現することが可能である。
【００２８】また、１０-5Ｐａよりも高真空で電子放出
を行う場合には、動作環境中の残留ガス密度が実質的に
減少するため、１０-5Ｐａでエミッタチップに吸着する
残留ガスと同数のガス種が吸着するまでの時間は、さら
に長くなる。したがって、１０-5Ｐａ以下の高真空中で
素子を駆動させる場合には、エミッタチップの活性化を
行う間隔を５０時間以上に設定しても良い。
を行う場合には、動作環境中の残留ガス密度が実質的に
減少するため、１０-5Ｐａでエミッタチップに吸着する
残留ガスと同数のガス種が吸着するまでの時間は、さら
に長くなる。したがって、１０-5Ｐａ以下の高真空中で
素子を駆動させる場合には、エミッタチップの活性化を
行う間隔を５０時間以上に設定しても良い。
【００２９】なお、ゲート電圧印加後の放出電流の安定
化に要する時間は、図２の従来例の結果からも推測され
るように、ゲート電圧が高くなるほど短時間で達成され
る。しかしながら、ゲート電圧の上限は、導電層３（エ
ミッタチップ４を含む）とゲート層１の絶縁を行う絶縁
層２の絶縁耐圧強度によって決定される。
化に要する時間は、図２の従来例の結果からも推測され
るように、ゲート電圧が高くなるほど短時間で達成され
る。しかしながら、ゲート電圧の上限は、導電層３（エ
ミッタチップ４を含む）とゲート層１の絶縁を行う絶縁
層２の絶縁耐圧強度によって決定される。
【００３０】通常、熱酸化により形成された二酸化シリ
コンからなる絶縁層２の絶縁破壊耐圧は、Ｐｒｏｃ．Ｉ
ＲＰＳ（１９８３）の１８４ページで山部等が報告して
いるように、３ＭＶ／ｃｍ以上から絶縁性の経時破壊に
起因するＢモード不良および８ＭＶ／ｃｍ以上で真性破
壊が顕著になるＣモード不良が生じる。
コンからなる絶縁層２の絶縁破壊耐圧は、Ｐｒｏｃ．Ｉ
ＲＰＳ（１９８３）の１８４ページで山部等が報告して
いるように、３ＭＶ／ｃｍ以上から絶縁性の経時破壊に
起因するＢモード不良および８ＭＶ／ｃｍ以上で真性破
壊が顕著になるＣモード不良が生じる。
【００３１】したがって、素子の長期的な信頼性を考慮
すると、印加可能なゲート電圧の上限は、Ｂモード不良
が起こりにくい３ＭＶ／ｃｍ以下であることが望まし
い。
すると、印加可能なゲート電圧の上限は、Ｂモード不良
が起こりにくい３ＭＶ／ｃｍ以下であることが望まし
い。
【００３２】本実施形態では、二酸化シリコンからなる
絶縁層２の膜厚が５００ｎｍであるため、印加ゲート電
圧の上限は、１５０Ｖ（３ＭＶ／ｃｍ）になる。ただ
し、エミッタチップ形状の不均一性やチップ先端の極度
の汚れ等のため、上記ゲート電圧で効果が十分に得られ
ない場合は、３ＭＶ／ｃｍ以上，８ＭＶ／ｃｍ以内の高
電界に相当するゲート電圧を印加しても数秒間程度の短
時間であれば、絶縁性の経時破壊は起こりにくいため、
このような高ゲート電圧を印加してもよい。
絶縁層２の膜厚が５００ｎｍであるため、印加ゲート電
圧の上限は、１５０Ｖ（３ＭＶ／ｃｍ）になる。ただ
し、エミッタチップ形状の不均一性やチップ先端の極度
の汚れ等のため、上記ゲート電圧で効果が十分に得られ
ない場合は、３ＭＶ／ｃｍ以上，８ＭＶ／ｃｍ以内の高
電界に相当するゲート電圧を印加しても数秒間程度の短
時間であれば、絶縁性の経時破壊は起こりにくいため、
このような高ゲート電圧を印加してもよい。
【００３３】また、本発明の実施形態において、上述し
た高ゲート電圧の印加時間をもって電界放出型冷陰極を
駆動制御する駆動装置は、第１のゲート電圧駆動回路５
と、第２のゲート電圧駆動回路６と、制御系７とを有し
ている。
た高ゲート電圧の印加時間をもって電界放出型冷陰極を
駆動制御する駆動装置は、第１のゲート電圧駆動回路５
と、第２のゲート電圧駆動回路６と、制御系７とを有し
ている。
【００３４】第１のゲート電圧駆動回路５は、使用最大
ゲート電圧で発生可能な放出電流が発生した時点まで高
ゲート電圧を前記電界放出型冷陰極に印加するものであ
り、第２のゲート電圧駆動回路６は、前記高ゲート電圧
より低圧のゲート電圧を前記電界放出型冷陰極に印加し
て所望の放出電流を発生させるものであり、制御系６
は、使用最大ゲート電圧で発生可能な放出電流が発生し
た時点で第１のゲート電圧駆動回路５を第２のゲート電
圧駆動回路６に切替えるものである。
ゲート電圧で発生可能な放出電流が発生した時点まで高
ゲート電圧を前記電界放出型冷陰極に印加するものであ
り、第２のゲート電圧駆動回路６は、前記高ゲート電圧
より低圧のゲート電圧を前記電界放出型冷陰極に印加し
て所望の放出電流を発生させるものであり、制御系６
は、使用最大ゲート電圧で発生可能な放出電流が発生し
た時点で第１のゲート電圧駆動回路５を第２のゲート電
圧駆動回路６に切替えるものである。
【００３５】図４は、本発明に係る電界放出型冷陰極の
駆動装置における電圧印加のフローチャートの一実施形
態を示すものである。また図５は、上記の電圧印加シー
ケンスを備えた駆動装置を用いて高ゲート電圧を印加し
た場合の一実施形態を示すものである。図５は、先に示
した図１及び図２と同様な特性を持つ素子について、使
用最大ゲート電圧が８０Ｖで、最初に６０Ｖのゲート電
圧で駆動させる場合の、高ゲート電圧印加によるエミッ
タチップ活性化過程と正規のゲート電圧を駆動させるま
での経過を示すものである。
駆動装置における電圧印加のフローチャートの一実施形
態を示すものである。また図５は、上記の電圧印加シー
ケンスを備えた駆動装置を用いて高ゲート電圧を印加し
た場合の一実施形態を示すものである。図５は、先に示
した図１及び図２と同様な特性を持つ素子について、使
用最大ゲート電圧が８０Ｖで、最初に６０Ｖのゲート電
圧で駆動させる場合の、高ゲート電圧印加によるエミッ
タチップ活性化過程と正規のゲート電圧を駆動させるま
での経過を示すものである。
【００３６】図２から、最大ゲート電圧８０Ｖ，駆動ゲ
ート電圧６０Ｖで得られる安定な放出電流は、それぞれ
１５０マイクロアンペア（１．５×１０-4アンペア），
３マイクロアンペア（３×１０-6アンペア）となる。
ート電圧６０Ｖで得られる安定な放出電流は、それぞれ
１５０マイクロアンペア（１．５×１０-4アンペア），
３マイクロアンペア（３×１０-6アンペア）となる。
【００３７】図５に示すように、第２のゲート電圧駆動
回路６により駆動電圧６０Ｖを印加する前に、第１のゲ
ート電圧駆動回路５を用いて、１５０Ｖと８０Ｖのパル
ス電圧をｄｕｔｙ比５０％，１０Ｈｚでゲート層（ゲー
ト電極）１に印加する。印加電圧の周波数は、フィード
バックを迅速に行う上で、高周波にすることが望ましい
が、その際、電界放出型冷陰極からの放出電流が印加す
るパルス電圧に充分に追従する程度の高周波に設定する
必要がある。
回路６により駆動電圧６０Ｖを印加する前に、第１のゲ
ート電圧駆動回路５を用いて、１５０Ｖと８０Ｖのパル
ス電圧をｄｕｔｙ比５０％，１０Ｈｚでゲート層（ゲー
ト電極）１に印加する。印加電圧の周波数は、フィード
バックを迅速に行う上で、高周波にすることが望ましい
が、その際、電界放出型冷陰極からの放出電流が印加す
るパルス電圧に充分に追従する程度の高周波に設定する
必要がある。
【００３８】第１のゲート電圧駆動回路５で１５０Ｖと
８０Ｖを印加したときに発生する電界放出型冷陰極から
の放出電流は、上記パルス電圧の周波数に同期させてモ
ニターする。放出電流量が使用最大電圧８０Ｖで期待さ
れる電流値に達するまで、電圧印加と電流モニターのフ
ィードバックを図４のフローチャートに従って行う。
８０Ｖを印加したときに発生する電界放出型冷陰極から
の放出電流は、上記パルス電圧の周波数に同期させてモ
ニターする。放出電流量が使用最大電圧８０Ｖで期待さ
れる電流値に達するまで、電圧印加と電流モニターのフ
ィードバックを図４のフローチャートに従って行う。
【００３９】放出電流量が使用最大電圧８０Ｖで期待さ
れる電流値、例えば１５０マイクロアンペア以上に達し
た時点で、前記第１のゲート電圧駆動回路５による高電
圧パルス駆動を停止し、第２のゲート電圧駆動回路６に
切替え、ゲート層（ゲート電極）１にゲート電圧６０Ｖ
を印加して駆動する。この場合では、およそ５秒程度で
ゲート電圧６０Ｖで期待される安定な一定放出電流を発
生させることが可能である。
れる電流値、例えば１５０マイクロアンペア以上に達し
た時点で、前記第１のゲート電圧駆動回路５による高電
圧パルス駆動を停止し、第２のゲート電圧駆動回路６に
切替え、ゲート層（ゲート電極）１にゲート電圧６０Ｖ
を印加して駆動する。この場合では、およそ５秒程度で
ゲート電圧６０Ｖで期待される安定な一定放出電流を発
生させることが可能である。
【００４０】このように図４に示すような電圧印加シー
ケンスを備えた駆動装置を、実装後初めて電子放出を行
う場合と実装後の使用で長期間電子放出を行わない場合
に適用することによって、ゲート電圧に追随した安定な
高放出電流を瞬時に発生することができ、さらに電流モ
ニターすることにより、エミッタチップ４の活性化を自
動的に検出できるため、さらに短縮することができる。
ケンスを備えた駆動装置を、実装後初めて電子放出を行
う場合と実装後の使用で長期間電子放出を行わない場合
に適用することによって、ゲート電圧に追随した安定な
高放出電流を瞬時に発生することができ、さらに電流モ
ニターすることにより、エミッタチップ４の活性化を自
動的に検出できるため、さらに短縮することができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、目
的の放出電流に対応したゲート電圧をエミッタチップに
印加する前に、あらかじめ素子の絶縁耐圧内の高ゲート
電圧を印加してエミッタチップの活性化を加速させるた
め、活性化に要する時間を飛躍的に短縮することができ
る。
的の放出電流に対応したゲート電圧をエミッタチップに
印加する前に、あらかじめ素子の絶縁耐圧内の高ゲート
電圧を印加してエミッタチップの活性化を加速させるた
め、活性化に要する時間を飛躍的に短縮することができ
る。
【００４２】また本発明によれば、複雑なプロセス技術
を多様させることなく、駆動装置を付加するのみで効果
的にエミッタチップの活性化を行うことができるため、
低コスト，高スループットで再現性の高い安定な電子放
出特性を実現することができる。
を多様させることなく、駆動装置を付加するのみで効果
的にエミッタチップの活性化を行うことができるため、
低コスト，高スループットで再現性の高い安定な電子放
出特性を実現することができる。
【図１】本発明の実施形態における電界放出型冷陰極か
らの放出電流量の経時変化を説明する特性図である。
らの放出電流量の経時変化を説明する特性図である。
【図２】従来例における電界放出型冷陰極の放出電流量
の経時変化を説明する特性図である。
の経時変化を説明する特性図である。
【図３】本発明の一実施形態における電界放出型冷陰極
を断面した図、及びその電界放出型冷陰極を駆動する駆
動装置を示すブロック図である。
を断面した図、及びその電界放出型冷陰極を駆動する駆
動装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態における電界放出型冷陰極の
駆動装置を用いた場合の電圧印加のフローチャート図で
ある。
駆動装置を用いた場合の電圧印加のフローチャート図で
ある。
【図５】本発明の一実施形態に係る駆動方法を説明する
図である。
図である。
１ ゲート層 ２ 絶縁層 ３ 導電層 ４ エミッタチップ ５ 第１のゲート電圧駆動回路 ６ 第２のゲート電圧駆動回路 ７ 制御系
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G09G 3/22 H01J 1/30 H01J 9/44
Claims (5)
- 【請求項１】 電界放出型冷陰極を駆動する電界放出型
冷陰極の駆動方法であって、 電界放出型冷陰極は、導電層上に絶縁層を介してゲート
層を有し、ゲート層及び絶縁層の開口部には、先鋭化さ
れたエミッタチップを有し、エミッタチップ及び導電層
に対して正極の電圧がゲート層に電界放出が生じる程度
印加され、エミッタチップ先端部から開口部を通して真
空中に電子を放出するものであり、 エミッタチップから目的の電子放出を行う直前に、最大
使用ゲート電圧より高く絶縁層の絶縁耐圧以下の高ゲー
ト電圧を印加することにより、エミッタチップ先端を活
性化させて、電子放出を行うことを特徴とする電界放出
型冷陰極の駆動方法。 - 【請求項２】 前記高ゲート電圧は、絶縁層の破壊が発
生し始める３ＭＶ／ｃｍの電界に相当する電圧以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型冷陰極
の駆動方法。 - 【請求項３】 前記高ゲート電圧の印加は、電界放出型
冷陰極を製造した後、初めて電子放出を行う際に実施す
ることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型冷陰極
の駆動方法。 - 【請求項４】 前記高ゲート電圧の印加は、電子放出を
５０時間以上行わない場合に実施することを特徴とする
請求項１に記載の電界放出型冷陰極の駆動方法。 - 【請求項５】 第１のゲート電圧駆動回路と、第２のゲ
ート電圧駆動回路と、制御系とを有し、電界放出型冷陰
極を駆動する電界放出型冷陰極の駆動装置であって、 電界放出型冷陰極は、導電層上に絶縁層を介してゲート
層を有し、かつゲート層及び絶縁層の開口部内に先鋭化
されたエミッタチップを有し、ゲート層をエミッタチッ
プ及び導電層に対して正極の電圧を電界放出が生じる程
度印加し、エミッタチップ先端部から開口部を介して真
空中に電子を放出するものであり、 第１のゲート電圧駆動回路は、使用最大ゲート電圧で発
生可能な放出電流が発生した時点まで高ゲート電圧を前
記電界放出型冷陰極に印加するものであり、 第２のゲート電圧駆動回路は、前記高ゲート電圧より低
圧のゲート電圧を前記電界放出型冷陰極に印加して所望
の放出電流を発生させるものであり、 制御系は、使用最大ゲート電圧で発生可能な放出電流が
発生した時点で前記第１のゲート電圧駆動回路を前記第
２のゲート電圧駆動回路に切替えるものであることを特
徴とする電界放出型冷陰極の駆動装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14745496A JP3077589B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動装置 |
| US08/870,972 US5825134A (en) | 1996-06-10 | 1997-06-06 | Method of holding field emission cathode in its standby state |
| KR1019970023585A KR100288893B1 (ko) | 1996-06-10 | 1997-06-09 | 전계방출냉음극을구동하는방법및장치 |
| FR9707112A FR2749694B1 (fr) | 1996-06-10 | 1997-06-09 | Procede et appareil pour exciter des cathodes a emission de champ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14745496A JP3077589B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09330055A JPH09330055A (ja) | 1997-12-22 |
| JP3077589B2 true JP3077589B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=15430731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14745496A Expired - Fee Related JP3077589B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 電界放出型冷陰極の駆動方法および駆動装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5825134A (ja) |
| JP (1) | JP3077589B2 (ja) |
| KR (1) | KR100288893B1 (ja) |
| FR (1) | FR2749694B1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6081246A (en) * | 1996-11-12 | 2000-06-27 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus for adjustment of FED image |
| US5898415A (en) * | 1997-09-26 | 1999-04-27 | Candescent Technologies Corporation | Circuit and method for controlling the color balance of a flat panel display without reducing gray scale resolution |
| US6104139A (en) | 1998-08-31 | 2000-08-15 | Candescent Technologies Corporation | Procedures and apparatus for turning-on and turning-off elements within a field emission display device |
| US6364730B1 (en) | 2000-01-18 | 2002-04-02 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a field emission device and method for the operation thereof |
| US20050164371A1 (en) * | 2003-03-28 | 2005-07-28 | Fujitsu Limited | Cavity electrode structure, and sensor and protein detection device using the same |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5461009A (en) * | 1993-12-08 | 1995-10-24 | Industrial Technology Research Institute | Method of fabricating high uniformity field emission display |
| JP2625370B2 (ja) * | 1993-12-22 | 1997-07-02 | 日本電気株式会社 | 電界放出冷陰極とこれを用いたマイクロ波管 |
| US5610478A (en) * | 1995-10-30 | 1997-03-11 | Motorola | Method of conditioning emitters of a field emission display |
-
1996
- 1996-06-10 JP JP14745496A patent/JP3077589B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-06-06 US US08/870,972 patent/US5825134A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-09 FR FR9707112A patent/FR2749694B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-09 KR KR1019970023585A patent/KR100288893B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5825134A (en) | 1998-10-20 |
| KR100288893B1 (ko) | 2001-05-02 |
| JPH09330055A (ja) | 1997-12-22 |
| KR980005141A (ko) | 1998-03-30 |
| FR2749694B1 (fr) | 1998-11-27 |
| FR2749694A1 (fr) | 1997-12-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |