JP3156755B2

JP3156755B2 - 電界放出型冷陰極装置

Info

Publication number: JP3156755B2
Application number: JP33560896A
Authority: JP
Inventors: 暢哉世古; 裕則井村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-12-16
Also published as: KR19980064170A; JPH10172417A; US5994833A; KR100293070B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート電極と陰極
との間に電界を生じさせることにより陰極を加熱するこ
となく電子を放出させることができる電界放出型冷陰極
装置に関し、特に、陰極に対するガス吸着を低減するた
めの熱源を備えた電界放出型冷陰極装置、及び該電界放
出型冷陰極装置と該電界放出型冷陰極装置を駆動するた
めの電源を備えた画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電界放出型冷陰極装置では、ゲ
ート電極の電位を基準電位として、陰極に負電圧を印加
することにより、陰極の表面に高電界を生じさせ、陰極
を加熱することなく、トンネル効果によってエミッタの
表面から電子を放出させている。このような、電界放出
型冷陰極装置における陰極及びゲート電極の一般的な構
造としては、以下に示すようなものが挙げられる。

【０００３】電子を放出させるために負電圧を印加され
る陰極は、アレイ状に配置された複数のエミッタを有し
ている。ここで、電界放出型冷陰極装置の電子放出電流
は、エミッタ先端部の電界強度によって決まる。一方、
ゲート電極と陰極との間に印加する電圧は、低い方が望
ましい。そこで、陰極の有するエミッタ（電子放出部）
は、尖鋭な先端形状を有している。

【０００４】ゲート電極は、夫々のエミッタ先端から約
１μｍ程度の近接した場所に配置される様に、エミッタ
先端を囲むような開口部を有している。

【０００５】また、この種の電界放出型冷陰極装置とし
て、ゲート電極の外周部あるいは上方に、ゲート電極の
有する開口部を通過してきた電子の広がりを集束するた
めの集束電極が備えられたものもある。尚、集束電極に
印加される電圧も、ゲート電極の電位を基準電位とする
と、負電圧である。

【０００６】このような電界放出型冷陰極装置における
問題点として、電子放出時にエミッタ表面にガスが吸着
することが知られている。エミッタ表面にガスが吸着す
ると、電子を放出するための仕事関数が増大することに
なり、ガスが吸着していない場合よりも高電界を印加し
なければ、電子を放出することができない。尚、ガスと
しては、低真空度の容器中に残留しているものや、放出
された電子がエミッタ周囲のゲート電極及び絶縁膜、並
びに陽極や真空槽内壁等の構造物に衝突することによ
り、分子やイオンとして飛び出したものが挙げられる。

【０００７】このような問題を解決する技術として、特
開平４−３７０６３５号公報（従来例１）、特開平４−
２２０３８号公報（従来例２）、特開平５−１９８２５
５号公報（従来例３）、特開平７−１８２９６９号公報
（従来例４）、特開平６−２２３７０５号公報（従来例
５）、特開昭６４−５４６３９号公報（従来例６）、特
開平６−３１００２４号（従来例７）に、夫々、開示さ
れているものが挙げられる。

【０００８】まず、従来例１には、負電界の印加により
微小冷陰極（エミッタ）の先端より電子ビームを引き出
し、この電子ビームを蛍光体に照射し画像表示させる画
像表示装置において、上記負電界の無印加時に上記微小
冷陰極に対し正電界を連続的又は間欠的に印加すること
により、ガスのエミッタ表面への吸着を防止する技術が
開示されている。

【０００９】従来例２には、エミッタアレイを例えば２
つのエミッタ群に分けて、一方のエミッタ群から電子を
放出する際に、他方のエミッタ群の電位を高く（一方の
エミッタ群に対応するゲート電極の電位以上に）するこ
とにより、一方のエミッタ群から放出された電子を他方
のエミッタ群に衝突させて、他方のエミッタ群をクリー
ニングする技術が開示されている。

【００１０】従来例３には、２つのエミッタ群に分けら
れたエミッタアレイにおいて、一方のエミッタ群から放
出された電子を他方のエミッタ群に衝突させることによ
り、他方のエミッタ群をクリーニングする際に、放出さ
れた電子がアノードに衝突せず、他方のエミッタ群に有
効に衝突する様に、アノードに対して負電圧を印加する
技術が開示されている。

【００１１】上記した従来例１乃至従来例３のいずれも
電界放出型冷陰極装置に設けられた本来備えられている
電極を用いて、ガスの吸着を防止している。しかしなが
ら、これら本来の電極を利用しただけでは、ガス吸着防
止及びガス吸着抑制に関して限界がある。このような観
点から従来例４乃至従来例７において、ヒータで加熱す
ることにより、エミッタ表面に対するガス吸着の防止又
は抑制をより効果的に行う提案がされている。

【００１２】具体的に言えば、従来例４には、複数のエ
ミッタを有するエミッタ電極の下部にヒータを備え、該
ヒータにより、複数のエミッタを加熱して、エミッタ表
面にに吸着したガス分子を乖離する技術が開示されてい
る。

【００１３】従来例５には、基板のエミッタ下部に位置
する領域の厚さを、他の領域と比較して薄くして、該基
板に電流を流すことにより、基板における厚さの薄い領
域を発熱させて複数のエミッタを加熱して、エミッタ表
面に吸着したガス分子を乖離する技術が開示されてい
る。

【００１４】従来例６には、ゲート電極と同じ層に、エ
ミッタ領域を囲むようにして設けられたヒータを備え、
エミッタを加熱して、エミッタ表面に吸着したガス分子
を乖離する技術が開示されている。

【００１５】従来例７には、エミッタを有するフィラメ
ント構造物を基板より電気的に絶縁された状態で形成
し、エミッタを挟むようにしてフィラメント構造物に設
けられた２つの電極間に電流を流すことにより、エミッ
タを加熱して、エミッタ表面に吸着したガス分子を乖離
する技術が開示されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
４乃至従来例７に開示された技術には、夫々、以下に示
すような問題点があった。

【００１７】即ち、従来例４においては、ヒータが、他
の構成要素と関連もなく、独立した電源により駆動され
ていることから、後述するように、他の従来例と共通の
問題点を有していた。

【００１８】更に、従来例５は、従来の工程に対して、
基板の裏面を大きく掘り込むための工程が更に必要とな
ることから、全体として工程が複雑になりコストアップ
につながるといった問題点を有していた。

【００１９】また、従来例６においては、エミッタエリ
アの周囲に設けられたヒータが、良好な集束効果を生じ
させるための構造を形成する際に妨げとなるといった問
題が生じていた。一般に良好な集束効果を生じさせるた
めには、ゲート電極の外周部あるいは上方であって、エ
ミッタエリアの周囲に、エミッタから放出された電子の
広がりを集束するための集束電極が設けられる。ここ
で、集束電極の作用、即ち集束効果は、集束電極に印加
された電圧によって生じる電界により、放出された電子
の軌道が曲げられることにより生じるものであるから、
集束電極はエミッタエリアの近傍に配置されることが望
ましい。しかしながら、従来例６においては、エミッタ
エリアの周囲にヒータが設けられていることから、集束
電極等の形成に制限が設けられることになり、結果とし
て、所望の集束効果を得ることが困難となっていた。

【００２０】更に、従来例７は、構造が複雑であり、従
来から存する構造等を利用することができないという問
題点を有していた。

【００２１】また、上述した従来例４乃至従来例６に共
通の問題として、エミッタを加熱するためのヒータを設
けるために、端子数が増加することになり、それに伴っ
て、以下に示すデメリット生じていた。

【００２２】電界放出型冷陰極装置は、言うまでもな
く、真空中で動作させる装置である。従って、電界放出
型冷陰極装置を実際に使用する際には、該装置を真空中
に保持するための何らかの外囲器が必要であり、また、
外囲器の外部から各電極に電源を供給するためには、当
然、端子を外囲器の外側へ引き出すことが必要である。
一方、例えば、ＣＲＴ等ではバルブの形状及び寸法等に
より、端子ピンを配置するためのスペースが限られてい
ることは、良く知られていることである。従って、電界
放出型冷陰極装置から引き出される端子の数が増えると
言うことは、上記の限られたスペースに配置される端子
ピンの数が増えることであり、各端子ピン間の間隔が狭
まることになる。このように各端子ピン間の間隔が狭ま
ると、その結果、ピン間の耐圧が劣化することになるた
め、実際には、限られたスペースに起因して引き出せる
端子数が制限されることになる。しかしながら、上述し
た従来例４乃至従来例６のいずれも端子数等には言及し
ておらず、従って実施不能であり、無理に実施をしよう
とすれば、上記のように、ピン間の耐圧劣化によるショ
ートが生じ得るといった問題を有していた。

【００２３】また、一般に端子数が増大することは、コ
スト的な観点から見て、好ましいものではない。特に、
セラミック製の外囲器を有するような電子管において
は、端子を引き出すために手間のかかる工程が必要とな
ることから、端子数が増大することは、コストを大きく
引き上げる要因となるといった問題が生じていた。

【００２４】更に、端子数が増大するということは、引
き出された端子に配線するための配線本数が増えること
になり、結果として、配線するための工程（ワイヤボン
ディング、溶接等）に関してもコストの増大を招くこと
になる。

【００２５】尚、参考までに、マイクロ波領域での増幅
または発振等に用いられるＴＷＴ（Traveling-Wave Tub
e ）を例にとると、一端子増加する毎に数万円のオーダ
ーでのコスト上昇を引き起こすことになる。

【００２６】そこで、本発明の目的は、エミッタを加熱
するためのヒータを備えた上で、ヒータを備えない場合
と比較して、端子ピン数の増加が抑えられた電界放出型
冷陰極装置を提供することにある。

【００２７】また、本発明の目的は、従来の製造工程と
比較して、工程の複雑化が防止された電界放出型冷陰極
装置を提供することにある。

【００２８】更に、本発明の目的は、エミッタを駆動す
る駆動パルス間の空き時間を利用して、効率的にヒータ
を駆動することにより、クリーニングの効率を上昇させ
た電界放出型冷陰極装置を提供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、ヒータと他の構成要素とで端子を共
有したり、従来から存する構成要素をヒータとして兼用
したりすることとした。

【００３０】より具体的には、以下に示す第１乃至第２
３の電界放出型冷陰極装置を提供することとした。

【００３１】即ち、本発明によれば、第１の電界放出型
冷陰極装置として、尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッ
タを有するエミッタ電極、該エミッタ電極から引き出さ
れたエミッタ端子、前記エミッタ電極と異なる電位を与
えられて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群を抽
出するためゲート電極、該ゲート電極から引き出された
ゲート端子、前記複数のエミッタを加熱するための熱源
を備えており、前記熱源は、二つの熱源端部を備えてお
り、該二つの熱源端部の一方は、前記エミッタ端子又は
前記ゲート端子の一方と、共通に接続されていることを
特徴とする電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００３２】また、本発明によれば、第２の電界放出型
冷陰極装置として、前記第１の電界放出型冷陰極装置に
おいて、前記熱源は、前記二つの熱源端部間に、抵抗体
を備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が
得られる。

【００３３】また、本発明によれば、第３の電界放出型
冷陰極装置として、前記第２の電界放出型冷陰極装置に
おいて、前記熱源は、前記二つの熱源端部間において、
前記抵抗体に直列に接続されたダイオードを更に備えて
いることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得られ
る。

【００３４】また、本発明によれば、第４の電界放出型
冷陰極装置として、前記第２又は第３のいずれかの電界
放出型冷陰極装置において、前記熱源は、前記エミッタ
電極及び前記ゲート電極を備える電界放出型冷陰極素子
内部に、設けられていることを特徴とする電界放出型冷
陰極装置が得られる。

【００３５】また、本発明によれば、第５の電界放出型
冷陰極装置として、前記第２又は第３のいずれかの電界
放出型冷陰極装置において、前記エミッタ電極の少なく
とも一部の領域は、抵抗体で構成されており、前記エミ
ッタ電極の有する該抵抗体は、前記熱源の備える抵抗体
を兼ねていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が
得られる。

【００３６】また、本発明によれば、第６の電界放出型
冷陰極装置として、前記第２又は第３のいずれかの電界
放出型冷陰極装置において、前記エミッタ端子及び前記
ゲート端子は、前記エミッタ電極及び前記ゲート電極を
備える電界放出型冷陰極素子を固定するための支持構体
に、設けられており、前記熱源は、前記二つの熱源端部
の内、一方の熱源端部を前記エミッタ端子に接続され、
他方の熱源端部を前記ゲート端子に接続される様にし
て、前記支持構体内部に設けられていることを特徴とす
る電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００３７】また、本発明によれば、第７の電界放出型
冷陰極装置として、前記第２乃至第５のいずれかの電界
放出型冷陰極装置において、前記熱源の備える二つの熱
源端部の内、一方は、前記エミッタ端子に共通に接続さ
れており、他方は、前記ゲート端子に共通に接続されて
いることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得られ
る。

【００３８】また、本発明によれば、第８の電界放出型
冷陰極装置として、前記第２又は第３のいずれかの電界
放出型冷陰極装置において、前記抵抗体は、前記複数の
エミッタがアレイ状に配されてなるエミッタアレイを取
り囲むようにして、且つ、二つの端部を備えるようにし
て、前記ゲート電極と異なる層であって、前記ゲート電
極よりも前記エミッタ電極により近い位置に形成されて
いることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得られ
る。

【００３９】更に、本発明によれば、第９の電界放出型
冷陰極装置として、前記第３の電界放出型冷陰極装置に
おいて、前記エミッタ電極は、半導体基板を備えてお
り、前記抵抗体は、前記複数のエミッタがアレイ状に配
されてなるエミッタアレイを取り囲むようにして、且
つ、二つの端部を備えるようにして、前記ゲート電極と
異なる層であって、前記ゲート電極よりも前記エミッタ
電極により近い位置に形成されており、前記ダイオード
は、前記半導体基板内に設けられ、一端を前記抵抗体の
備える二つの端部の内の一方に接続されていることを特
徴とする電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００４０】また、本発明によれば、第１０の電界放出
型冷陰極装置として、尖鋭な先端形状を持つ複数のエミ
ッタを有するエミッタ電極、前記エミッタ電極と異なる
電位を与えられて該複数のエミッタの夫々の先端から電
子群を抽出するためゲート電極、該ゲート電極から引き
出されたゲート端子、該ゲート電極と異なる電位を与え
られて抽出された前記電子群の広がりを集束するための
集束電極、該集束電極から引き出された集束端子、前記
複数のエミッタを加熱するための熱源を備えた電界放出
型冷陰極装置において、前記熱源は、二つの熱源端部を
備えており、該二つの熱源端部の一方は、前記ゲート端
子又は前記集束端子の一方と、共通に接続されているこ
とを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００４１】また、本発明によれば、第１１の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１０の電界放出型冷陰極装
置において、前記熱源は、前記二つの熱源端部間に、抵
抗体を備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装
置が得られる。

【００４２】また、本発明によれば、第１２の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１１の電界放出型冷陰極装
置において、前記熱源は、前記二つの熱源端部間に、前
記抵抗体に直列に接続されたダイオードを更に備えてい
ることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００４３】また、本発明によれば、第１３の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１１又は第１２のいずれか
の電界放出型冷陰極装置において、前記集束電極は、二
つの集束端部を備えており、該二つの集束端部の内、一
方は、前記集束端子と接続されており、他方は、前記二
つの熱源端部の一方と接続されていることを特徴とする
電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００４４】また、本発明によれば、第１４の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１３の電界放出型冷陰極装
置において、前記集束電極の備える前記二つ集束端部の
内の一方の電位と、該二つの集束端部の内の他方におけ
る電位とが実質的に等しくなるように、前記抵抗体の抵
抗値が調整されていることを特徴とする電界放出型冷陰
極装置が得られる。

【００４５】また、本発明によれば、第１５の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１３又は第１４のいずれか
の電界放出型冷陰極装置において、前記二つの熱源端部
の内、前記集束端部に接続されていない他方は、前記ゲ
ート端子と共通に接続されていることを特徴とする電界
放出型冷陰極装置が得られる。

【００４６】また、本発明によれば、第１６の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１１乃至第１５のいずれか
の電界放出型冷陰極装置において、前記熱源は、前記エ
ミッタ電極、前記ゲート電極及び前記集束電極を備える
電界放出型冷陰極素子内部に設けられていることを特徴
とする電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００４７】また、本発明によれば、第１７の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１１乃至第１５のいずれか
の電界放出型冷陰極装置において、前記抵抗体は、前記
複数のエミッタがアレイ状に配されてなるエミッタアレ
イを取り囲むようにして、且つ二つの端部を備えるよう
にして、前記ゲート電極と異なる層であって、前記ゲー
ト電極よりも前記エミッタ電極により近い位置に形成さ
れていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得ら
れる。

【００４８】また、本発明によれば、第１８の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１５の電界放出型冷陰極装
置において、前記エミッタ電極は、半導体基板を備えて
おり、前記抵抗体は、前記複数のエミッタがアレイ状に
配されてなるエミッタアレイを取り囲むようにして、且
つ、二つの端部を備えるようにして、前記ゲート電極と
異なる層であって、前記ゲート電極よりも前記エミッタ
電極により近い位置に形成されており、前記ダイオード
は、前記半導体基板内に設けられ、一端を前記抵抗体の
備える二つの端部の内の一方に接続されていることを特
徴とする電界放出型冷陰極装置が得られる。

【００４９】また、本発明によれば、第１９の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１０の電界放出型冷陰極装
置において、前記集束電極は、少なくとも一部が抵抗体
で構成されるものであり、前記二つの熱源端部の内、一
方は、前記集束端子と共通に接続されており、前記熱源
は、前記二つの熱源端部間に、前記集束電極の一部を構
成する抵抗体を備えていることを特徴とする電界放出型
冷陰極装置が得られる。

【００５０】また、本発明によれば、第２０の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１９の電界放出型冷陰極装
置において、前記熱源は、前記二つの熱源端部間におい
て、前記抵抗体に直列に接続されたダイオードを更に備
えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得ら
れる。

【００５１】また、本発明によれば、第２１の電界放出
型冷陰極装置として、前記第２０の電界放出型冷陰極装
置において、前記ダイオードは、カソードを前記ゲート
端子と共通に接続され、アノードを前記抵抗体と接続さ
れていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置が得ら
れる。

【００５２】また、本発明によれば、第２２の電界放出
型冷陰極装置として、前記第２０又は第２１のいずれか
の電界放出型冷陰極装置において、前記エミッタ電極
は、半導体基板を備えており、前記ダイオードは、前記
半導体基板内に設けられ、一端を前記集束電極の備える
前記抵抗体に接続されていることを特徴とする電界放出
型冷陰極装置が得られる。

【００５３】更に、本発明によれば、第２３の電界放出
型冷陰極装置として、前記第１９の電界放出型冷陰極装
置において、前記二つの熱源端部の内、前記集束端子と
共通に接続されていない他方は、前記ゲート端子と共通
に接続されていることを特徴とする電界放出型冷陰極装
置が得られる。

【００５４】また、上記した本発明の第１乃至第２３の
電界放出型冷陰極装置は、電源と組合わせて電子源とし
て使用され得る。特に、本発明によれば、以下に示す第
１乃至第４の電子源が得られる。

【００５５】即ち、本発明によれば、第１の電子源とし
て、前記第６又は第７のいずれかの電界放出型冷陰極装
置と、前記エミッタ端子と前記ゲート端子との間に電圧
を印加するための電源であって、二極性の電源である両
極出力電源とを備えることを特徴とする電子源が得られ
る。

【００５６】また、本発明によれば、第２の電子源とし
て、前記第１の電子源において、前記両極出力電源は、
前記エミッタ端子と前記ゲート端子との間に印加される
電圧の内、エミッタ駆動に関係しない電圧であって、熱
源を駆動するようにして印加する電圧に関して、電圧量
を調整することができるものであり、該電圧量の調整に
より、前記熱源の発熱量を制御することができることを
特徴とする電子源が得られる。

【００５７】また、本発明によれば、第３の電子源とし
て、前記第１５又は第２３のいずれかの電界放出型冷陰
極装置と、前記ゲート端子と前記集束端子との間に電圧
を印加するための電源であって、二極性の電源である両
極出力電源とを備えることを特徴とする電子源が得られ
る。

【００５８】更に、本発明によれば、第４の電子源とし
て、前記第３の電子源において、前記両極出力電源は、
前記エミッタ端子と前記ゲート端子との間に印加される
電圧の内、エミッタ駆動に関係しない電圧であって、熱
源を駆動するようにして印加する電圧に関して、電圧量
を調整することができるものであり、該電圧量の調整に
より、前記熱源の発熱量を制御することができることを
特徴とする電子源が得られる。

【００５９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態の電
界放出型冷陰極装置について、図面を参照して説明す
る。

【００６０】本発明の電界放出型冷陰極装置の特徴は、
従来から存する構成要素の内、特に電圧が印加されるも
のと、ヒータ（熱源）の一端とが、一つの端子に共通に
接続されることである。以下に示す実施の形態において
は、大別して、次の二つの形態を挙げて説明する。一方
の形態は、ヒータの一端が、エミッタ端子又はゲート端
子の一方と共通に接続されるものであり、その中には、
更に、ヒータの他端が、エミッタ端子又はゲート端子の
他方と共通に接続されているものも含む。また、他方の
形態は、ヒータの一端が、集束端子又はゲート端子の一
方と共通に接続されるものであり、その中には、ヒータ
の他端が、エミッタ端子又はゲート端子の他方と共通に
接続されているものも含む。前者は、第１乃至第６の実
施の形態として説明し、後者は、第７乃至第１０の実施
の形態として説明する。尚、後述する第１乃至第１０の
実施の形態において、ヒータとして、全て抵抗体を備え
るものを例に挙げて説明するが、端部を少なくとも二つ
有しているヒータであれば同様の原理に基づいて、以下
に説明する効果を得られることは言うまでもない。

【００６１】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図１に示される様
に、エミッタ電極１０と、ゲート電極２０と、ヒータ３
０とを備えている。

【００６２】エミッタ電極１０は、尖鋭な先端形状を持
つエミッタ１１を複数個有している。また、エミッタ電
極１０から装置外部（装置と外部との境界を破線４０で
示す；以下、各実施の形態においても同じ。）には、エ
ミッタ端子１２が引き出されている。このエミッタ端子
１２からエミッタ電極１０には、電子放出動作をする際
に、後述する様に、ゲート電極２０を基準とした場合に
負の値を有する電圧が供給されている。

【００６３】ゲート電極２０は、夫々のエミッタ１１の
先端に高電界を生じさせるための複数の開口部２１を有
している。また、ゲート電極２０から装置外部には、ゲ
ート端子２２が引き出されている。このゲート端子２２
からゲート電極２０には、基準電圧が印加されている。
例えば、エミッタ動作時において、エミッタ端子１２に
供給される電圧は、基準電圧を０Ｖとすると、まさに負
の電圧であり、基準電圧を５０Ｖとすると、５０Ｖ以下
の電圧である。逆に、エミッタ動作時において、エミッ
タ端子１２に供給される電圧を０Ｖとすると、基準電圧
は、まさに正の電圧である。尚、ゲート電極２０が絶縁
膜（図示せず）を介してエミッタ電極１０上に設けられ
ていることは、従来と同じである。

【００６４】ヒータ３０は、二つの熱源端部（ヒータ端
部）３１及び３２と、該二つのヒータ端部３１及び３２
間に設けられた抵抗体３３とを備えている。

【００６５】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置は、エミッタ端子１２と、ゲート端
子２２とに接続される電源（図示せず）により、図２に
示される様にして、駆動される。尚、図２は、ゲート端
子２２を基準とした場合に、エミッタ端子１２に供給さ
れる電圧を示すものである。また、図２において、右下
がりの斜線を施したパルスは、抵抗体３３に導電させて
ヒータ３０から熱を放射させるためのものであり、左下
がりの斜線を施したパルスは、エミッタ電極１０に、負
電圧（ゲート電位を基準とした場合に負の値を有する電
圧；以下同じ）を印加して、エミッタ１１から電子を放
出させるためのものである。図２を参照すれば理解され
る様に、電源は、ゲート電位を基準電位として二極性を
有する電圧を供給することができる両極出力電源であ
る。また、エミッタを駆動する場合には、ヒータも同時
に駆動される。一方、正電圧（ゲート電位を基準とした
場合に正の値を有する電圧；以下同じ）を印加した場合
には、ヒータのみが駆動される。従って、ヒータによる
発熱量等は、正電圧を印加しているパルスの夫々の面積
や該パルスの数などを任意に選択することで、制御する
ことができる。例えば、図２において、ヒータ駆動のみ
を目的としたパルスに着目し、時間軸の左方から順に、
第１のパルス、第２のパルス、第３のパルスと呼ぶこと
とすると、第１のパルスは、第２のパルスと比較して、
パルス幅も広く、また、面積も大きい。第３のパルス
は、面積全てが明らかではないものの、パルス高さが、
第１及び第２のパルスと比較して高いことが理解され
る。また、図２においてヒータの発熱量は、これら第１
乃至第３のパルスによる発熱量と、エミッタ駆動時にお
ける発熱量との和により決定される。このように、エミ
ッタ端子１２に対して正電圧を印加する際、パルスの数
や面積を任意に選択することにより、ヒータの総発熱量
を制御することができる。

【００６６】以上説明してきた様に、本実施の形態にお
いては、エミッタ駆動時において同時にヒータをも駆動
出来ると共に、エミッタを駆動していない間において
も、エミッタ端子１２に正電圧を印加することでヒータ
を駆動することができ、該ヒータ駆動に伴うエミッタ加
熱によるクリーニング、並びにエミッタへのガス吸着の
防止及び抑制を行うことができる。更に、図１を参照す
れば理解される様に、本実施の形態においては、ヒータ
の有する二つのヒータ端部が夫々、エミッタ端子１２又
はゲート端子２２に共通に接続されている。従って、ヒ
ータを独立して設けた場合と比較して、端子数を二つ減
らすことが出来る。

【００６７】尚、本実施の形態においては、ゲート電極
により抽出された電子の広がりを集束するための集束電
極については、説明を省略したが、従来技術により、適
宜設けることとしても良い。

【００６８】また、図１は、本実施の形態を概略的に示
したものであり、従って、ヒータ３０は、エミッタ１１
を加熱することができる位置に設けられていれば良く、
エミッタ電極１０の下部に設けられなければならないと
いった制限を課すものではない。

【００６９】また、ヒータ３０は、エミッタ電極本体と
電気的に独立している構造を有しておれば良く、素子内
部に設けられたもの、支持構体に組み込んだものを問わ
ない。ここで、素子とは、エミッタ電極、ゲート電極、
エミッタ電極−ゲート電極間に設けられる絶縁層、集束
電極等が、Ｓｉウェハ等の同一基板上に形成されたもの
の総称を言い、支持構体とは、該素子を実際にデバイス
として使用するために、該素子を固定し、該素子の有す
る各電極への給電のための端子等を備えたものを言う。

【００７０】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図３に示される様
に、前述した第１の実施の形態を変形したものである。
従って、第１の実施の形態と同様の構成要素について
は、図３において図１にて用いたものと同じ参照符号を
付すこととし、説明を省略する。

【００７１】第１の実施の形態と比較した本実施の形態
の特徴は、ヒータ３０ａを備えていることにある。詳し
くは、ヒータ３０ａは、二つのヒータ端部３１及び３２
間に抵抗体３３と直列に接続されたダイオード３４を更
に備えている。尚、図を参照すれば理解される様に、ダ
イオード３４のアノードは、ヒータ端部３２として、エ
ミッタ端子１２に共通に接続されており、ダイオード３
４のカソードは、抵抗体３３に接続されている。

【００７２】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置は、エミッタ端子１２と、ゲート端
子２２とに接続される電源（図示せず）により、図４に
示される様にして、駆動される。尚、図４は、図２と同
様、ゲート端子２２を基準とした場合に、エミッタ端子
１２に供給される電圧を示すものであり、右下がりの斜
線及び左下がりの斜線が施されたパルスは、夫々、ヒー
タ駆動及びエミッタ駆動に対応するものである。また、
図３及び４を参照すれば理解される様に、本実施の形態
においても両極出力電源を用いている。

【００７３】以上説明した本実施の形態においては、エ
ミッタを駆動していない間、エミッタ端子１２に正電圧
を印加することで、ヒータ駆動に伴うエミッタ加熱によ
るエミッタ表面のクリーニング並びにエミッタへのガス
吸着の防止及び抑制を行うことができる。また、本実施
の形態においては、ヒータは、エミッタが駆動されてい
ない時間にのみ、駆動されることから、エミッタとは独
立して駆動制御することが可能である。更に、電界放出
型冷陰極装置が、ゲート−エミッタ間に静電容量を有す
る装置であること、及び電源装置の内部インピーダンス
を考慮すると、ゲート−エミッタ間にダイオードが挿入
された本実施の形態の電界放出型冷陰極装置は、第１の
実施の形態と比較して、高周波動作においてより安定し
た動作が得られるものである。

【００７４】尚、本実施の形態においても、第１の実施
の形態と同様、集束電極を備えていても良いし、ヒータ
の位置も図から得られる視覚的な情報に制限されるもの
ではない。

【００７５】また、ゲート−エミッタ間に挿入されたダ
イオードは、半導体素子として電界放出型冷陰極装置内
部に作り込まれたものであっても、外囲器の内部（例え
ば、支持構体内部）において素子に外付けされたもので
あっても良く、本実施の形態に制限されるものではな
い。

【００７６】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図５に示される様
に、第１の実施の形態を変形したものである。従って、
第１の実施の形態と同様の構成要素については、図５に
おいて図１にて用いたものと同じ参照符号を付すことと
し、説明を省略する。

【００７７】本実施の形態の特徴は、ヒータ３０ｂであ
り、詳しくは、一方のヒータ端部３２から引き出された
ヒータ端子（熱源端子）３５を備えていることである。
また、ヒータ３０ｂの有する他方のヒータ端部３１は、
ゲート端子２２に共通に接続されている。

【００７８】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置においては、第１の実施の形態と比
較して、一つ端子数が増えるものの、従来例の様に、単
にヒータを組み込んだものと比較して、端子数の削減が
図られている。

【００７９】また、本実施の形態においては、エミッタ
を駆動するために、エミッタ端子１２とゲート端子２２
との間に供給される電圧と、ヒータを駆動するために、
ヒータ端子３５とゲート端子２２との間に供給される電
圧とは、夫々、別個のものとすることができる。また、
ヒータ端子３５とゲート端子２２との間に印加する電圧
は、抵抗体３３の両端に供給されて、結果としてヒータ
３０が熱放出状態になる程度のもので良い。したがっ
て、エミッタを駆動するための電源及びヒータを駆動す
るための電源の双方とも、第１の実施の形態の様に、パ
ルスを出力するものに限る必要はないと共に、二極性の
ものに限られる必要もない。このように、本実施の形態
においては、第１の実施の形態と比較して、ヒータを駆
動するための電源に関し、より自由に電源を選択するこ
とができると共に、エミッタを駆動するための電源に関
し、電界放出型冷陰極装置の用途に応じた電源を選択す
ることができる。

【００８０】尚、エミッタを駆動するための電源は、電
界放出型冷陰極装置の種々の用途に応じて、以下に挙げ
る様々なものが挙げられる。電界放出型冷陰極装置を例
えば、通信用のＴＷＴに使用する場合、エミッタを駆動
するための電源は、一定電圧を出力するものであり、レ
ーダ用のＴＷＴに使用する場合、エミッタを駆動するた
めの電源は、パルス電圧を出力するものである。また、
電界放出型冷陰極装置を例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray
Tube）等の画像表示装置に使用する場合、エミッタを駆
動するための電源は、輝度信号によって変調される電圧
を出力するものである。

【００８１】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図６に示される様
に、第３の実施の形態を変形したものである。従って、
第３の実施の形態と同様の構成要素については、図６に
おいて図５にて用いたものと同じ参照符号を付すことと
し、説明を省略する。

【００８２】本実施の形態の特徴は、ヒータ３０ｃであ
り、詳しくは、一方のヒータ端部３２からはヒータ端子
３５が引き出されており、また、他方のヒータ端部３１
は、エミッタ端子１２に共通に接続されていることであ
る。

【００８３】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置においては、第３の実施の形態と同
様、従来例のように、単にヒータを組み込んだものと比
較して、端子数の削減が図られている。

【００８４】また、本実施の形態においては、エミッタ
を駆動するために、エミッタ端子１２とゲート端子２２
との間に供給される電圧と、ヒータを駆動するために、
ヒータ端子３５とエミッタ端子１２との間に供給される
電圧とは、夫々、別個のものとすることができる。ま
た、ヒータ端子３５とエミッタ端子１２との間に印加す
る電圧は、抵抗体３３の両端に供給されて、結果とし
て、ヒータ３０が熱放出状態になる程度のもので良い。
従って、エミッタを駆動するための電源及びヒータを駆
動するための電源の双方とも、第１の実施の形態の様
に、パルスを出力するものに限られる必要はないと共
に、二極性のものに限られる必要もない。このように、
本実施の形態においては、ヒータを駆動するための電源
及びエミッタを駆動するための電源の夫々に関して、第
３の実施の形態と同様にして、選択することができる。

【００８５】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図７に示される様
に、第２の実施の形態を変形したものである。従って、
第２の実施の形態と同様の構成要素については、図７に
おいて図３にて用いたものと同じ参照符号を付すことと
し、説明を省略する。

【００８６】本実施の形態の特徴は、エミッタ電極１０
ａの一部が抵抗体３３で構成されていると共に、該エミ
ッタ電極１０ａを含めてヒータ３０ｄが構成されている
ことにある。

【００８７】詳しくは、ヒータ３０ｄは、二つのヒータ
端部３１及び３２間に、エミッタ電極１０ａの一部を構
成する抵抗体３３と、該抵抗体３３に直列に接続された
ダイオード３４とを備えている。また、ダイオード３４
のカソードは、ヒータ端部３１として、ゲート端子２２
に共通に接続されており、アノードは、エミッタ電極の
端部１３に接続されている。また、ヒータ端部３２は、
エミッタ電極１０ａから引き出されるエミッタ端子１２
までの一部を構成している。尚、抵抗体３３は、ゲート
端子２２の電位を基準電位として、正電圧がエミッタ端
子１２に供給された際に、所望の発熱をする様にして、
エミッタ電極１０ａの内部に構成されていることは言う
までもない。

【００８８】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置の駆動方法は、前述した第２の実施
の形態と同様、即ち、図４に示されるものと同様である
ため、説明を省略する。

【００８９】しかしながら、その効果としては、第２の
実施の形態の呈する効果に加え、以下に述べる様なもの
が挙げられる。

【００９０】本実施の形態の様に、エミッタ電極１０ａ
がその一部を抵抗体で構成されていること自体は、既に
知られている技術である。従って、本実施の形態におい
ては、従来技術の有する構成である抵抗体を簡易な手段
でヒータとして利用することができることから、製造コ
スト等の上昇を防ぐことが出来ると共に、一般に知られ
ているスキルをもって製造することが出来るといった効
果を有する。

【００９１】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図８に示される様
に、第５の実施の形態を変形したものである。従って、
第５の実施の形態と同様の構成要素については、図８に
おいて図７にて用いたものと同じ参照符号を付すことと
し、説明を省略する。

【００９２】本実施の形態の特徴は、エミッタ電極１０
ａの一部が抵抗体３３で構成されていると共に、該エミ
ッタ電極１０ａを含めてヒータ３０ｅが構成されてお
り、更に、ヒータ端子３５を備えていることにある。

【００９３】詳しくは、ヒータ３０ｅは、二つのヒータ
端部３１及び３２の間に、エミッタ電極１０ａの一部を
構成する抵抗体３３を備えている。また、ヒータ端部３
１から、ヒータ端子３５が装置外部に引き出されてお
り、ヒータ端部３２は、エミッタ電極１０ａから引き出
されるエミッタ端子１２までの一部を構成している。
尚、第５の実施の形態と同様に、抵抗体３３が所望の発
熱をする様にして構成されていることは言うまでもな
い。

【００９４】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置におけるヒータの駆動方法として
は、エミッション時にヒータ３０ｅを発熱させようとす
ると、ヒータ３０ｅの備える抵抗体３３内において電位
勾配が大きくなり、エミッション特性が乱れるおそれが
あることから、エミッション開始前に、吸着物を離脱さ
せるために、抵抗体３３に対して給電することが望まし
い。しかしながら、エミッション特性に厳密さを要求さ
れない様な用途に用いる場合には、例えば、前述した第
４の実施の形態と同様にして駆動することとしても良
い。

【００９５】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置においては、第４の実施の形態と同
様、従来例のように単にヒータを組み込んだものと比較
して、端子数の削減が図られている。

【００９６】また、本実施の形態においては、従来技術
の有する構成である抵抗体を簡易な手段でヒータとして
利用することができることから、製造コスト等の上昇を
防ぐことが出来ると共に、一般に知られているスキルを
もって製造することが出来るといった効果を有する。

【００９７】（第７の実施の形態）本発明の第７の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図９に示される様
に、エミッタ電極１０と、ゲート電極２０と、集束電極
５０と、ヒータ６０とを備えている。

【００９８】エミッタ電極１０は、第１の実施の形態と
同様、尖鋭な先端形状を持つエミッタ１１を複数個有
し、エミッタ端子１２が引き出されているものである。
尚、電子放出動作をする際に、ゲート電位を基準として
エミッタ端子１２に供給される電圧も第１の実施の形態
と同様とする。

【００９９】また、ゲート電極２０は、夫々のエミッタ
１１の先端に高電界を生じさせるための複数の開口部２
１を有しており、ゲート端子２２が引き出されているも
のである。本実施の形態においても、ゲート端子２２か
らゲート電極２０には、基準電圧が印加されているもの
とする。尚、ゲート電極２０が絶縁膜（図示せず）を介
してエミッタ電極１０上に設けられていることは、従来
と同じである。

【０１００】集束電極５０は、ゲート電極２０を囲む様
にして設けられており、また、集束端子５２が引き出さ
れている。また、ゲート電極２０の抽出した電子の広が
りを集束させる際、即ち集束動作時に、集束電極５０に
は、集束端子５２を介して、基準電圧から見て負の電圧
が供給されている。

【０１０１】ヒータ６０は、二つのヒータ端部６１及び
６２間に抵抗体６３を備えている。また、一方のヒータ
端部６１は、集束電極５０に接続されており、他方のヒ
ータ端部６２は、ゲート端子２２に共通に接続されてい
る。

【０１０２】ここで、良好な集束効果を得るためには、
集束電極５０が全体として実質的に等電位になるように
して、且つ、集束動作に適した電圧を集束電極に供給し
た場合に所望の発熱量が得られるようにして、抵抗体６
３の抵抗値を決定することが望ましい。

【０１０３】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置においては、ヒータ６０を設けたに
もかかわらず、端子数の増加が防止されている。

【０１０４】尚、ヒータ６０は、素子内に設けられ、素
子内において接続されている場合に特に効果を発揮する
が、外付けとしても良い。即ち、図９は、接続関係を概
略的に説明するためのものであり、第１の実施の形態と
同様、エミッタを加熱することができる位置にヒータが
設けられていれば良い。

【０１０５】また、図９において、集束電極５０は、ゲ
ート電極２０と同じ層上に存在する様に描かれている
が、例えば、複数の開口部を有し、絶縁膜を介してゲー
ト電極２０の上方（ゲート電極２０から見て、エミッタ
電極１０とは逆の方向）に設けられるものとしても良
い。

【０１０６】また、本実施の形態においては、ヒータ６
０として、２つのヒータ端部６１及び６２間に抵抗体６
３を備えているものを例に挙げて説明してきたが、エミ
ッタをパルス駆動する場合、２つのヒータ端部６１及び
６２間に、抵抗体６３と直列に接続されたダイオードを
更に備えていてもよい。

【０１０７】例えば、ダイオードは、カソードをヒータ
端部６２としてゲート端子２２と共通に接続され、アノ
ードを抵抗体６３の一端に接続される様にして備えら
れ、抵抗体６３は、他端をヒータ端部６１として、集束
電極５０に接続される。

【０１０８】このような構成を備えている場合、エミッ
タ駆動時に集束動作を行わせ、エミッタを駆動しない間
にヒータ駆動を行わせるために、集束端子５２とゲート
端子２２との間にゲート電位を基準とした二極性の電圧
を供給することで、ヒータ駆動と集束電極５０による集
束作用とを別個に制御することができる。

【０１０９】（第８の実施の形態）本発明の第８の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図１０に示される様
に、第７の実施の形態を変形したものである。従って、
第７の実施の形態と同様の構成要素については、図１０
において図９にて用いたものと同じ参照符号を付すこと
とし、説明を省略する。

【０１１０】本実施の形態の特徴は、ヒータ６０ａであ
り、詳しくは、一方のヒータ端部６２は、集束端子５２
に共通に接続されており、他方のヒータ端部６１からは
ヒータ端子６５が引き出されている。

【０１１１】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置において、集束端子５２及びエミッ
タ端子１２には、前述の通り、集束動作時及びエミッタ
動作時に、夫々、ゲート端子２２に供給される電位を基
準として負電圧が供給される。また、ヒータ端子６５に
は、集束端子５２との間に抵抗体６３を発熱させるだけ
の電位差が生じる様にして、所定の電圧が供給される。

【０１１２】（第９の実施の形態）本発明の第９の実施
の形態の電界放出型冷陰極装置は、図１１に示される様
に、第７の実施の形態を変形したものである。従って、
第７の実施の形態と同様の構成要素については、図１１
において図９にて用いたものと同じ参照符号を付すこと
とし、説明を省略する。

【０１１３】本実施の形態の特徴は、集束電極５０ａの
一部が抵抗体６３で構成されていると共に、該集束電極
５０ａを含めてヒータ６０ｂが構成されていることにあ
る。

【０１１４】詳しくは、ヒータ６０ｂは、二つのヒータ
端部６１及び６２間に、集束電極５０ａの一部を構成す
る抵抗体６３と、該抵抗体６３に直列に接続されたダイ
オード６４とを備えている。また、ダイオード６４のカ
ソードは、ヒータ端部６１として、ゲート端子２２に共
通に接続されており、ダイオード６４のアノードは、集
束電極５０ａの端部５３に接続されている。また、ヒー
タ端部６２は、集束電極５０ａから引き出される集束端
子５２までの一部を構成している。

【０１１５】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置は、ゲート端子２２を基準として、
エミッタ端子１２及び集束端子５２とに対して、夫々、
図１２（ａ）及び（ｂ）に示される様な電圧を印加する
ことにより、駆動される。図１２（ａ）において、左下
がりの斜線が施されたパルスは、エミッタを駆動するた
めのものである。図１２（ｂ）において、右下がりの斜
線が施されたパルスは、ヒータのみを駆動するためのも
のであり、左下がりの斜線が施されたパルスは、集束電
極に集束動作を行わせるためのものである。尚、本実施
の形態においても、パルスの形状、間隔等は、所望とす
る条件により決定されるものであり、図１２に示される
電圧に制限されないことは、言うまでもない。

【０１１６】このような構成を備えた本実施の形態の電
界放出型冷陰極装置においては、従来から存する構成要
素である集束電極の一部を抵抗体とし、集束電極をヒー
タとして利用することができることから、第５の実施の
形態においてエミッタ電極を利用した場合と同様の効果
を得ることが出来る。

【０１１７】尚、集束電極５０ａが集束動作を行う際に
は、前述の通り、集束端子５２に対して、ゲート電位を
基準電位として負の電圧が印加されており、更に、その
ような電圧が印加された際に電流が流れない様にして、
ダイオード６４が設けられていることから、集束電極５
０ａの一部が抵抗体６３で構成されていたとしても、電
位差（電位分布）が実質的に生じないことは言うまでも
ない。

【０１１８】（第１０の実施の形態）本発明の第１０の
実施の形態の電界放出型冷陰極装置は、図１３に示され
る様に、第９の実施の形態を変形したものである。従っ
て、第９の実施の形態と同様の構成要素については、図
１３において図１１にて用いたものと同じ参照符号を付
すこととし説明を省略する。

【０１１９】本実施の形態の特徴は、ヒータ６０ｂであ
り、詳しくは、ヒータ６０ｂは、集束電極５０ａの一部
を構成する抵抗体６３を含む様にして構成されており、
一方のヒータ端部６１からはヒータ端子６５が引き出さ
れており、また、他方のヒータ端部６２は、集束端子５
２に共通に接続されていることである。

【０１２０】このような構成を備えた電界放出型冷陰極
装置は、図１４に示される様にして、駆動される。即
ち、本実施の形態の電界放出型冷陰極装置は、図１４
（ａ）に示される様に、エミッタに負電圧が印加されて
電子放出動作を行う際に、図１４（ｂ）に示される様に
して、集束電極にも負電圧が印加されて、集束動作が行
なわれる。ここで、本実施の形態のようにして、エミッ
タ駆動される場合、ヒータ端子に常に電圧を印加し続け
るものとすると集束電極５０ａ内に電圧分布が生じるこ
とになるが、集束電極の形状や配置を選択することによ
り、エミッタから放出される電子ビームに対しての集束
電圧の対称性が崩れないようにすれば良い。例えば、こ
のような例としては、適宜選択されたゲート電極に対し
て、エミッタアレイの中心から見て放射状に電流を流す
ようにすれば良い。しかしながら、実際上は、エミッタ
をパルス駆動しない場合等、他の条件を加味して、該条
件に適当であると思われる電圧を印加すれば良い。

【０１２１】本実施の形態の電界放出型冷陰極装置にお
いては、第９の実施の形態と比較して、端子数が一本増
えるものの、ほぼ同様の効果が得られ、更に、ヒータ駆
動のための電源を適宜選択することが出来ることにな
る。

【０１２２】尚、上述した第１乃至第１０の実施の形態
において、各電極及びその他の構成物の材料として使用
可能なものを、以下に列挙する。

【０１２３】エミッタの材料は、製造プロセスに応じ
て、大別して２つの群に分けることができる。一方は、
基板上に絶縁層、ゲート電極等の構成物を形成した後、
エッチングにより穴を空け、該穴に対して斜め蒸着する
様にして犠牲層を形成し、該犠牲層を利用して尖鋭な先
端形状を有するエミッタを製造するプロセスに用いられ
るものであり、他方は、基板上又は基板上に形成された
金属層上に対して、酸化膜又は窒化膜を形成し、該酸化
膜又は窒化膜を所望の形状にエッチングした後、その酸
化膜をマスクとして、基板又は基板上に形成された金属
層をアンダーエッチングして、尖鋭な先端形状を有する
エミッタを製造するプロセスに用いられるものである。

【０１２４】前者のプロセスに用いられるエミッタ材料
としては、Mo,TiC,ZrC,Ni,TiN,ZrN等が挙げられ、後者
のプロセスに用いられるエミッタ材料としては、Si及び
Si基板上に形成されたTa等が挙げられる。

【０１２５】また、ゲート電極材料及び集束電極材料と
しては、W,Mo,WSi₂が挙げられる。

【０１２６】また、ゲート電極とエミッタ電極との間等
に介在する絶縁層としては、SiO ₂やSi₃N ₄等が挙げ
られる。

【０１２７】また、抵抗体材料としては、ＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition ）等で形成されるポリシリコン
であって、不純物濃度の低いもの等が挙げられる。

【０１２８】

【実施例】以下に、上述した第１乃至第１０の実施の形
態の夫々について、更に、具体的構成を挙げて、第１乃
至第１０の実施例として、図面を用いて説明する。尚、
各実施例を説明する各図面において、対応する実施の形
態と同様の機能を果たす構成要素については、同じ参照
符号を付すこととする。

【０１２９】（第１の実施例）本発明の第１の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第１の実施の形態に対応した
例であり、図１５に示される様に、素子外部にヒータが
設けられた構成を備えている。

【０１３０】素子７０は、第１の実施の形態におけるエ
ミッタ電極１０及びゲート電極２０、並びに層間絶縁膜
等を備えているものであり、支持構体８０は、エミッタ
端子１２及びゲート端子２２を備えているものである。

【０１３１】また、素子７０は、支持構体８０上に搭載
・固定され、エミッタ端子１２とエミッタ電極１０をエ
ミッタ給電線１５により、ゲート端子２２とゲート電極
２０とをゲート給電線２５により、夫々接続されてい
る。

【０１３２】本実施例の特徴は、ヒータ３０としての抵
抗体３３が、支持構体８０内部において、エミッタ端子
１２とゲート端子２２との間に設けられていることであ
る。このような構成を備えていることにより、本実施例
の電界放出型冷陰極装置においては、エミッタ端子１２
とゲート端子２２との間に所定の電圧を供給することに
より、第１の実施の形態において述べた様な効果が得ら
れることになる。

【０１３３】尚、本実施例において、ヒータ３０とし
て、抵抗体３３を備えているものを示したが、更に抵抗
体３３と直列に接続されたダイオードを備えているもの
とすると、上述した第２の実施の形態に対応した実施例
となる。その場合、ヒータ３０としては、次の二つの例
を挙げることができる。即ち、一方の例は、ダイオード
のアノードがエミッタ端子１２に接続され、カソードが
抵抗体３３の一端に接続され、抵抗体３３の他端がゲー
ト端子２２に接続される様にして、ヒータ３０が構成さ
れるものであり、他方の例は、ダイオードのカソードが
ゲート端子２２に接続され、アノードが抵抗体３３の一
端に接続され、抵抗体３３の他端がエミッタ端子１２に
接続される様にして、ヒータ３０が構成されるものであ
る。

【０１３４】また、後者の接続関係を有する例として
は、図１６に示されるような構成を備えるものが挙げら
れる。図１６に示される例は、図１５に示される例の変
形であり、支持構体８０の絶縁部分であって、素子７０
とは逆側に形成された凹部に対して、ダイオードチップ
８１が設けられており、ダイオードのカソードがゲート
端子２２に接続され、ダイオードのアノードが抵抗体３
３の一端に接続されたものである。尚、凹部を設ける位
置や接続関係を変更することによって、容易に前者の例
を構成することができることは言うまでもないことであ
る。また、ダイオードチップ８１を設けるために形成さ
れた凹部はあってもなくても良く、更に、ダイオードチ
ップ８１は、支持構体８０の素子７０側に設けることと
しても良い。

【０１３５】（第２の実施例）本発明の第２の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第２の実施の形態に対応した
例であり、図１７及び図１８に示される様に、ヒータ
（抵抗体及びダイオード）が素子内部に作り込まれた構
成を備えている。

【０１３６】Si基板１００（ｐ型）上の所定の領域に絶
縁層（本実施例においては、後述する様に、SiO ₂層）
７１が設けられており、絶縁層７１に挟まれた一部の領
域には、ｎ型領域が形成されている。ここで、このｎ型
領域とｐ型のSi基板１００の一部とにより、第２の実施
の形態におけるダイオード３４が構成されている。

【０１３７】エミッタ領域には、絶縁層７１間を介し
て、Si基板１００から電圧が供給される様にして設けら
れた電流制限用抵抗層７２が形成されており、該電流制
限用抵抗層７２上には、複数の尖鋭な先端形状を有する
エミッタ１１が設けられている。ここで、電流制限用抵
抗層７２は、主にエミッタ１１に流れる電流を制限する
ための抵抗であり、このような抵抗層をエミッタ１１の
下部に設けることは、前述の通り、従来良く知られてい
ることである。

【０１３８】ここで、第２の実施の形態におけるエミッ
タ電極１０は、Si基板１００と、電流制限用抵抗層７２
と、複数のエミッタ１１とを備えているものとする。

【０１３９】ヒータ３０ａは、ｎ型領域とｐ型のSi基板
１００の一部とで構成されるダイオード３４と、ｎ型領
域上を通りエミッタ領域を囲む様にして形成されている
抵抗体３３とを備えている。尚、抵抗体３３とエミッタ
領域とは、絶縁層７３を介するようにして構成されてい
る。

【０１４０】抵抗体３３の一端は、絶縁層７３の孔に設
けられたコンタクト７４を介して、絶縁層７３上に設け
られたゲート電極２０に接続されている。

【０１４１】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、エミッタ端子１２に正電圧
が供給されると、ダイオード３４がオンになり、抵抗体
３３及びコンタクト７４を介してゲート電極２０に通電
することにより、抵抗体３３が発熱することになる。

【０１４２】以下にこのような構成を備える本実施例の
素子の一製造プロセス例について、図１９を参照して説
明する。

【０１４３】まず、図１９（ａ）に示されるように、ｐ
型Si基板１００上に、Si₃N ₄膜１０１、フォトレジス
ト層を順次形成し、その後、露光・現像を行い所定のレ
ジストパターン１０２を形成する。ここで、Si₃N ₄膜
１０１は、後述する様に、ＬＯＣＯＳ（local oxidatio
n of silicon）プロセスにおけるマスクとして用いられ
るものであり、Si₃N ₄膜１０１とｐ型Si基板１００と
の間にパッド酸化膜（パッドSiO ₂）を介在させる様に
して形成されるものとしても良い。

【０１４４】次に、図１９（ｂ）に示されるように、レ
ジストパターン１０２をマスクとして、Si₃N ₄膜１０
１をエッチングし、その後、レジストパターン１０２を
剥離する。

【０１４５】次に、図１９（ｃ）に示されるように、Si
₃N ₄膜１０１をマスクとして、ＬＯＣＯＳプロセスに
より、絶縁層７１（本製造例においては、SiO ₂層）を
形成する。

【０１４６】次に、図１９（ｄ）に示される様に、Si₃
N ₄膜１０１を除去し（パッド酸化膜を形成した場合は
パッド酸化膜も除去し）、全面にフォトレジスト層を形
成し、該フォトレジスト層の内、ｎ型領域を形成したい
部分の上部に当たる領域のみを除去してレジストパター
ン１０３を形成し、その後、レジストパターン１０３を
マスクとして、Si基板１００が露出している部分に対し
て、リンをイオン注入してｎ型領域１０４を形成する。

【０１４７】次に、図１９（ｅ）に示される様に、レジ
ストパターン１０３を除去した後、抵抗層１０５として
ポリシリコンをＣＶＤ（chemical vapor deposition ）
により成膜し、抵抗層１０５上にフォトレジスト層を形
成し、露光・現像を行い所定の形状にパターニングし
て、レジストパターン１０６を形成する。

【０１４８】次に、図１９（ｆ）に示される様に、レジ
ストパターン１０６をマスクとして、抵抗層１０５をエ
ッチングして、抵抗体３３と電流制限用抵抗層７２に分
離する。その後、ＰＶＤ（physical vapor deposition
）又はＣＶＤ等により絶縁層７３及びゲート電極２０
を全面に亘って形成し、該絶縁層７３及びゲート電極２
０に孔を形成して該孔に対してコンタクト７４を埋め込
み形成する。尚、絶縁層７３を形成後、ゲート電極２０
を形成せずにコンタクト７４を絶縁層７３に設けられた
孔に対して埋め込み形成し、ゲート電極２０をコンタク
ト７４形成後に蒸着させる様にしても良い。

【０１４９】その後、ゲート電極２０に開口部を形成す
る等のパターニングを行うと共に絶縁層７３に孔を形成
し、ゲート電極２０上部に犠牲層を形成し、該犠牲層を
利用してエミッタ１１を形成し、犠牲層の除去を行っ
て、図１９（ｇ）に示される様な本実施例における電界
放出型冷陰極装置に用いられる素子を形成することがで
きる。

【０１５０】（第３の実施例）本発明の第３の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第３の実施の形態に対応した
例であり、図２０及び図２１に示される様に、ヒータ
（抵抗体）が素子内部に作り込まれた構成を備えてい
る。

【０１５１】Si基板１００上の所定の領域に絶縁層７１
が設けられており、該絶縁層７１上に、絶縁層７１間を
介してSi基板１００と接続される様にして電流制限用抵
抗層７２が設けられ、該電流制限用抵抗層７２の外周部
を囲む様にして、二つの端部を有する抵抗体３３が設け
られている。

【０１５２】電流制限用抵抗層７２上には、複数のエミ
ッタ１１が形成されている。また、抵抗体３３の両端部
は、夫々、コンタクト７４を介してゲート電極２０及び
ヒータ端子３５に接続されている。

【０１５３】尚、本実施例においても、抵抗体３３と電
流制限用抵抗層７２との間、並びに電流制限用抵抗層７
２とゲート電極２０との間には、第２の実施例と同様、
絶縁層７３が形成されている。また、第３の実施の形態
におけるエミッタ電極１０は、Si基板１００と、電流制
限用抵抗層７２と、複数のエミッタ１１とを備えている
ものとする。

【０１５４】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、ヒータ端子３５及びゲート
端子２２との間に所定の電圧が供給されると、エミッタ
領域を囲む様にして形成された抵抗体３３が発熱するこ
とになり、第３の実施の形態において説明した様な効果
が得られることになる。

【０１５５】（第４の実施例）本発明の第４の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第４の実施の形態に対応した
例であり、図２２及び図２３に示される様に、ヒータ
（抵抗体）が素子内部に作り込まれた構成を備えてい
る。

【０１５６】Si基板１００上の所定の領域に絶縁層７１
が設けられており、該絶縁層７１上のエミッタ領域に
は、絶縁層７１間を介してSi基板１００と接続される様
にして電流制限用抵抗層７２が設けられており、電流制
限用抵抗層７２上には、複数のエミッタ１１が形成され
ている。

【０１５７】ここで、第４の実施の形態におけるエミッ
タ電極１０は、Si基板１００と、電流制限用抵抗層７２
と、複数のエミッタ１１とを備えているものとする。

【０１５８】また、該絶縁層７１上には、絶縁層７１間
を介してSi基板１００と一端を接続される様にして、且
つ、電流制限用抵抗層７２の外周部を囲む様にして、二
つの端部を有する抵抗体３３が設けられており、抵抗体
３３の二つの端部の内、Si基板１００に接続されていな
い端部は、コンタクト７４を介してヒータ端子３５に接
続されている。

【０１５９】尚、本実施例においても、抵抗体３３と電
流制限用抵抗層７２との間、並びに電流制限用抵抗層７
２とゲート電極２０との間には、第２の実施例と同様、
絶縁層７３が形成されている。

【０１６０】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、ヒータ端子３５とエミッタ
端子１２との間に所定の電圧が供給されると、エミッタ
領域を囲む様にして設けられた抵抗体３３が発熱するこ
とになり、第４の実施の形態において説明した様な効果
が得られることになる。

【０１６１】（第５の実施例）本発明の第５の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第５の実施の形態に対応した
例であり、図２４及び図２５に示される様に、エミッタ
電極の一部を構成する抵抗体（エミッタ下部に配される
電流制限用抵抗層であり、従来備えている構成要素）が
ヒータに含まれる構成を備えている。

【０１６２】Si基板１００（ｐ型）上の所定の領域に絶
縁層７１が設けられており、該絶縁層７１に挟まれた一
部の領域には、ｎ型領域が形成され、更に、ｎ型領域内
にｎ⁺型領域が形成されている。ここで、このｎ型領域
とｐ型のSi基板１００の一部とは、第５の実施の形態に
おけるダイオード３４を構成している。また、ｎ+ 型領
域は、後述する様に、ｎ型領域とコンタクト７４との間
でオーミックコンタクトをとるためのものである。

【０１６３】また、絶縁層７１上には、絶縁層７１間を
介してSi基板１００と一端が接続される様にして、従
来、電流制限用抵抗層として用いられていた抵抗体３３
が設けられており、該抵抗体３３上のエミッタ領域にあ
たる部分には、複数のエミッタ１１がアレイ状に配され
ている。

【０１６４】ここで、第５の実施の形態におけるエミッ
タ電極１０ａは、Si基板１００、抵抗体３３、複数のエ
ミッタ１１を備えているものとする。

【０１６５】本実施例において、ヒータ３０ｄは、ｎ型
領域とｐ型のSi基板１００の一部とで構成されるダイオ
ード３４と、抵抗体３３とを備えている。抵抗体３３の
一端は、絶縁層７３内に設けられたコンタクト７４を介
してエミッタ端子１２に接続されており、抵抗体３３の
他端は、Si基板１００内においてダイオード３４と接続
されている。また、ダイオード３４のｎ型領域内に設け
られｎ+ 型領域は、絶縁層７３内に設けられた孔に対し
て埋め込み形成されたコンタクト７４を介して、ゲート
電極２０に接続されている。

【０１６６】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、エミッタ端子１２に正電圧
が供給されると、ダイオード３４がオンして、抵抗体３
３が発熱することになり、第５の実施の形態において説
明した様な効果が得られることになる。

【０１６７】（第６の実施例）本発明の第６の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第６の実施の形態に対応した
例であり、図２６及び図２７に示される様に、ヒータと
して、従来構成の電流制限用抵抗層を用いた構成を備え
ている。

【０１６８】Si基板１００上に絶縁層７１が設けられて
おり、該絶縁層７１上には、従来、電流制限用抵抗層と
して用いられていた抵抗体３３が形成されている。抵抗
体３３上のエミッタ領域に当たる領域には、複数のエミ
ッタ１１がアレイ状に配されており、抵抗体３３の異な
る二つの端部は、夫々、絶縁層７３に設けられた孔に埋
め込み形成されたコンタクト７４を介して、エミッタ端
子１２又はヒータ端子３５に接続されている。

【０１６９】ここで、第６の実施の形態におけるエミッ
タ電極１０ａは、Si基板１００と、抵抗体３３と、複数
のエミッタ１１とを備えているものとする。

【０１７０】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、エミッタ端子１２とヒータ
端子３５との間に所定の電圧を供給されると、エミッタ
下部に設けられている抵抗体３３が発熱することにな
り、第６の実施の形態において説明した様な効果が得ら
れることになる。

【０１７１】（第７の実施例）本発明の第７の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第７の実施の形態に対応した
例であり、図２８及び図２９に示される様に、集束電極
を有する素子内部にヒータ（抵抗体）が作り込まれた構
成を備えている。

【０１７２】Si基板１００上の所定の領域に絶縁層７１
が設けられており、該絶縁層７１上のエミッタ領域に
は、絶縁層７１間を介してSi基板１００と接続される様
にして電流制限用抵抗層７２が設けられており、電流制
限用抵抗層７２上には、複数のエミッタ１１が形成され
ている。

【０１７３】ここで、第７の実施の形態におけるエミッ
タ電極１０は、Si基板１００と、電流制限用抵抗層７２
と、複数のエミッタ１１とを備えているものとする。

【０１７４】また、該絶縁層７１上には、電流制限用抵
抗層７２の外周部を囲む様にして、二つの端部を有する
抵抗体６３が設けられている。更に、抵抗体６３の二つ
の端部の内、一端は、絶縁層７３内に設けられた孔に対
して埋め込み形成されたコンタクト７４を介して、集束
電極５０に接続されており、他端は、同様にして設けら
れたコンタクト７４を介して、ゲート電極２０に接続さ
れている。

【０１７５】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、ゲート端子２２と集束端子
５２との間に所定の電圧が供給されると、エミッタ領域
の外周部を回る様にして設けられた抵抗体６３が発熱す
ることになり、第７の実施の形態において説明した様な
効果が得られることになる。

【０１７６】尚、本実施例においては、抵抗体がエミッ
タ領域に対して集束電極よりも離れた位置（正面図参
照）に形成されている場合について説明してきたが、抵
抗体と集束電極とは異なる層に形成されているため、抵
抗体をよりエミッタ領域に近い位置に配することも可能
である。例えば、抵抗体を集束電極の下部に配すること
もできる。

【０１７７】（第８の実施例）本発明の第８の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第８の実施の形態に対応した
例であり、図３０及び図３１に示される様に、集束電極
を有する素子内部にヒータ（抵抗体）が作り込まれた構
成を備えている。

【０１７８】Si基板１００上の所定の領域に絶縁層７１
が設けられており、該絶縁層７１上のエミッタ領域に
は、絶縁層７１間を介してSi基板１００と接続される様
にして電流制限用抵抗層７２が設けられており、電流制
限用抵抗層７２上には、複数のエミッタ１１が形成され
ている。

【０１７９】ここで、第８の実施の形態におけるエミッ
タ電極１０は、Si基板１００と、電流制限用抵抗層７２
と、複数のエミッタ１１とを備えているものとする。

【０１８０】また、該絶縁層７１上には、電流制限用抵
抗層７２の外周部を囲む様にして、二つの端部を有する
抵抗体６３が設けられている。更に、抵抗体６３の二つ
の端部の内、一端は、絶縁層７３内に設けられた孔に対
して埋め込み形成されたコンタクト７４を介して、集束
電極５０に接続されており、他端は、同様にして設けら
れたコンタクト７４を介して、ヒータ端子６５に接続さ
れている。

【０１８１】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、ヒータ端子６５と集束端子
５２との間に所定の電圧が供給されると、エミッタ領域
の外周部を回る様にして設けられた抵抗体６３が発熱す
ることになり、第８の実施の形態において説明した様な
効果が得られることになる。

【０１８２】尚、本実施例においても、第７の実施例と
同様、抵抗体がエミッタ領域に対して集束電極よりも離
れた位置（正面図参照）に形成されている場合について
説明してきたが、抵抗体と集束電極とは異なる層に形成
されているため、抵抗体をよりエミッタ領域に近い位置
に配することも可能である。

【０１８３】（第９の実施例）本発明の第９の実施例の
電界放出型冷陰極装置は、第９の実施の形態に対応した
例であり、図３２及び図３３に示される様に、ヒータと
して、集束電極の一部を構成する抵抗体と、該抵抗体と
直列に接続される様に素子内部に作り込まれたダイオー
ドとを備えている例である。

【０１８４】Si基板１００（ｐ型）上の所定の領域に絶
縁層７１が設けられており、該絶縁層７１に挟まれた一
部の領域には、アイソレイーション領域としてのｎ型領
域が形成されている。ｎ型領域内には、ｐ⁺型領域及び
ｎ⁺型領域が形成されており、更に、ｐ⁺型領域内に
は、ｎ⁺型領域が形成されている。ここで、ｐ⁺型領域
と、ｐ⁺型領域内に形成されたｎ⁺型領域とは、第９の
実施の形態におけるダイオード６４を構成している。ま
た、ｎ型領域内のｎ⁺型領域及びｐ⁺型領域内のｎ⁺型
領域は、コンタクト７４と夫々の領域との間で、オーミ
ックコンタクトをとるために不純物濃度を高くされてい
る。ｎ型領域内のｎ⁺型領域及びｐ⁺領域は、絶縁層７
３内に設けられたコンタクト７４を介して、集束電極５
０ａに接続されており、ｐ⁺型領域内のｎ⁺型領域は、
同様にして設けられたコンタクト７４を介して、ゲート
電極２０に接続されている。

【０１８５】また、絶縁層７１上のエミッタ領域に当た
る領域には、絶縁層７１間を介してSi基板１００と接続
される様にして、電流制限用抵抗層７２が設けられてお
り、該電流制限用抵抗層７２上には、複数のエミッタ１
１が形成されている。

【０１８６】ここで、第９の実施の形態におけるエミッ
タ電極１０は、Si基板１００と、電流制限用抵抗層７２
と、複数のエミッタ１１とを備えているものである。

【０１８７】尚、本実施例の構成を備えた電界放出型冷
陰極装置においては、エミッタ駆動をさせるためにエミ
ッタに印加される負電圧の絶対値（ゲート電位基準）
が、集束動作をさせるために集束電極に供給される負電
圧の絶対値（ゲート電位基準）よりも小さくなると、エ
ミッタ基板から集束電極にリーク電流が流れることにな
る。従って、本実施例において、エミッタ駆動をさせる
ためにエミッタに印加される負電圧の絶対値は、集束動
作をさせるために集束電極に供給される負電圧の絶対値
よりも大きいことが望ましい。

【０１８８】この様な構成を備えた本実施例の電界放出
型冷陰極装置は、集束端子５２に対して、ゲート電子を
基準として前述の条件を満たす正電圧が供給されると、
ダイオード６４がオンして、集束電極５０ａの一部を構
成する抵抗体６３が発熱することになり、第９の実施の
形態において説明した様な効果が得られることになる。

【０１８９】（第１０の実施例）本発明の第１０の実施
例の電界放出型冷陰極装置は、第１０の実施の形態に対
応した例であり、図３４に示される様に、ヒータとし
て、集束電極の一部を構成する抵抗体を備えている例で
ある。

【０１９０】集束電極５０ａは、ゲート電極２０を囲む
様にして構成されており、また、その一部が抵抗体６３
で構成されている。更に、集束電極５０ａは、二つの端
部を有しており、一端は集束端子５２へ接続され、他端
は、ヒータ端子６５へ接続されている。

【０１９１】このような構成を備えた本実施例の電界放
出型冷陰極装置においては、集束端子５２とヒータ端子
６５との間に所定の電圧が供給されると、集束電極５０
ａの一部を構成する抵抗体６３が発熱することになり、
第１０の実施の形態において説明した様な効果が得られ
ることになる。

【０１９２】

【発明の効果】以上説明してきた様に、本発明によれ
ば、端子数の増加を極力抑えたまま、ヒータを備えるこ
とができる電界放出型冷陰極装置が得られる。

【０１９３】また、本発明は、従来から存する構成要素
をヒータとして利用するなどして、従来技術に簡易な手
段を加えるだけで良いという利点も有している。

【０１９４】更に、本発明によれば、エミッタを駆動す
る駆動パルス間の空き時間を利用して、効率的にヒータ
を駆動することができることから、高いクリーニング効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略図である。

【図２】図１に示される端子間に印加される電圧を示す
図である。

【図３】第２の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略図である。

【図４】図３に示される端子間に印加される電圧を示す
図である。

【図５】第３の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略図である。

【図６】第４の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略図である。

【図７】第５の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略図である。

【図８】第６の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略図である。

【図９】第７の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略図である。

【図１０】第８の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の
構成を示す概略図である。

【図１１】第９の実施の形態の電界放出型冷陰極装置の
構成を示す概略図である。

【図１２】図１１に示されるエミッタ端子１２に供給さ
れる電圧（ａ）と集束端子５２に供給される電圧（ｂ）
とを示す図である。

【図１３】第１０の実施の形態の電界放出型冷陰極装置
の構成を示す概略図である。

【図１４】図１３に示されるエミッタ端子１２に供給さ
れる電圧（ａ）と集束端子５２に供給される電圧（ｂ）
とを示す図である。

【図１５】第１の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す図である。

【図１６】図１５の変形であり、第２の実施の形態に対
応する電界放出型冷陰極装置の構成を示す図である。

【図１７】第２の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図１８】図１７におけるａ−ａ´断面を示す図であ
る。

【図１９】図１８に示される構成の電界放出型冷陰極装
置の製造プロセスを示す図である。

【図２０】第３の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図２１】図２０におけるｂ−ｂ´断面を示す図であ
る。

【図２２】第４の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図２３】図２２におけるｃ−ｃ´断面を示す図であ
る。

【図２４】第５の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図２５】図２４におけるｄ−ｄ´断面を示す図であ
る。

【図２６】第６の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図２７】図２６におけるｅ−ｅ´断面を示す図であ
る。

【図２８】第７の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図２９】図２８におけるｆ−ｆ´断面を示す図であ
る。

【図３０】第８の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図３１】図３０におけるｇ−ｇ´断面を示す図であ
る。

【図３２】第９の実施例の電界放出型冷陰極装置の構成
を示す概略平面図である。

【図３３】図３２におけるｈ−ｈ´断面を示す図であ
る。

【図３４】第１０の実施例の電界放出型冷陰極装置の構
成を示す概略平面図である。

【符号の説明】

１０エミッタ電極１１エミッタ１２エミッタ端子２０ゲート電極２１開口部２２ゲート端子３０熱源（ヒータ）３１熱源端部（ヒータ端部）３２熱源端部（ヒータ端部）３３抵抗体３４ダイオード３５熱源端子（ヒータ端子）５０集束電極５２集束端子６０熱源（ヒータ）６１熱源端部（ヒータ端部）６２熱源端部（ヒータ端部）６３抵抗体６４ダイオード６５熱源端子（ヒータ端子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−266787（ＪＰ，Ａ) 特開平６−223705（ＪＰ，Ａ) 特開平４−229922（ＪＰ，Ａ) 特開平10−208649（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−54639（ＪＰ，Ａ) 特開平７−182969（ＪＰ，Ａ) 特開平６−310024（ＪＰ，Ａ) 特開平４−370635（ＪＰ，Ａ) 特開平４−249026（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/304 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタを
有するエミッタ電極、該エミッタ電極から引き出された
エミッタ端子、前記エミッタ電極と異なる電位を与えら
れて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群を抽出す
るためゲート電極、該ゲート電極から引き出されたゲー
ト端子、前記複数のエミッタを加熱するための熱源を備
えており、前記熱源は、二つの熱源端部を有し、且つ、該二つの熱
源端部間に、抵抗体を備えており、該二つの熱源端部の一方は前記ゲート端子と共通に接続
されており、他方は前記エミッタ端子と独立に設けられ
ている電界放出型冷陰極装置において、前記熱源は、前記二つの熱源端部間において、前記抵抗
体に直列に接続されたダイオードを更に備えていること
を特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項２】前記熱源は、前記エミッタ電極及び前記
ゲート電極を備える電界放出型冷陰極素子内部に、設け
られていることを特徴とする請求項１に記載の電界放出
型冷陰極装置。
【請求項３】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタを
有するエミッタ電極、該エミッタ電極から引き出された
エミッタ端子、前記エミッタ電極と異なる電位を与えら
れて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群を抽出す
るためゲート電極、該ゲート電極から引き出されたゲー
ト端子、前記複数のエミッタを加熱するための熱源を備
えており、前記エミッタ端子及び前記ゲート端子は、前記エミッタ
電極及び前記ゲート電極を備える電界放出型冷陰極素子
を固定するための支持構体に、設けられており、前記熱源は、前記支持構体内部に設けられており、前記熱源は、二つの熱源端部を備え、且つ、当該二つの
熱源端部間に、抵抗体と、該抵抗体に直列に接続された
ダイオードを備えており、前記二つの熱源端部のうち、前記抵抗体側の熱源端部は
前記エミッタ端子と共通に接続され、前記ダイオード側
の熱源端部は前記ゲート端子と共通に接続されているこ
とを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項４】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタを
有するエミッタ電極、該エミッタ電極から引き出された
エミッタ端子、前記エミッタ電極と異なる電位を与えら
れて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群を抽出す
るためゲート電極、該ゲート電極から引き出されたゲー
ト端子、前記複数のエミッタを加熱するための熱源を備
えており、前記エミッタ端子及び前記ゲート端子は、前記エミッタ
電極及び前記ゲート電極を備える電界放出型冷陰極素子
を固定するための支持構体に、設けられており、前記熱源は、前記支持構体内部に設けられており、前記熱源は、二つの熱源端部を備え、且つ、当該二つの
熱源端部間に、抵抗体と、該抵抗体に直列に接続された
ダイオードを備えており、前記二つの熱源端部のうち、前記ダイオード側の熱源端
部は前記エミッタ端子と共通に接続され、前記抵抗体側
の熱源端部は前記ゲート端子と共通に接続されているこ
とを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項５】前記抵抗体は、前記複数のエミッタがア
レイ状に配されてなるエミッタアレイを取り囲むように
して、且つ、二つの端部を備えるようにして、前記ゲー
ト電極と異なる層であって、前記ゲート電極よりも前記
エミッタ電極により近い位置に形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項６】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタを
有するエミッタ電極、該エミッタ電極から引き出された
エミッタ端子、前記エミッタ電極と異なる電位を与えら
れて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群を抽出す
るためゲート電極、該ゲート電極から引き出されたゲー
ト端子、前記複数のエミッタを加熱するための熱源を備
えており、前記熱源は、二つの熱源端部を備え、且つ、当該二つの
熱源端部間に、抵抗体と、該抵抗体に直列に接続された
ダイオードを備えており、前記二つの熱源端部のうち、前記抵抗体側の熱源端部は
前記エミッタ端子と共通に接続され、前記ダイオード側
の熱源端部は前記ゲート端子と共通に接続されており、前記エミッタ電極は、半導体基板を備えており、前記抵抗体は、前記複数のエミッタがアレイ状に配され
てなるエミッタアレイを取り囲むようにして、且つ、二
つの端部を備えるようにして、前記ゲート電極と異なる
層であって、前記ゲート電極よりも前記エミッタ電極に
より近い位置に形成されており、前記ダイオードは、前記半導体基板内に設けられ、一端
を前記抵抗体の備える二つの端部の内の一方に接続され
ていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項７】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタを
有するエミッタ電極、該エミッタ電極から引き出された
エミッタ端子、前記エミッタ電極と異なる電位を与えら
れて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群を抽出す
るためゲート電極、該ゲート電極から引き出されたゲー
ト端子、前記複数のエミッタを加熱するための熱源を備
えており、前記熱源は、二つの熱源端部を備え、且つ、当該二つの
熱源端部間に、抵抗体と、該抵抗体に直列に接続された
ダイオードを備えており、前記二つの熱源端部のうち、前記ダイオード側の熱源端
部は前記エミッタ端子と共通に接続され、前記抵抗体側
の熱源端部は前記ゲート端子と共通に接続されており、前記エミッタ電極は、半導体基板を備えており、前記抵抗体は、前記複数のエミッタがアレイ状に配され
てなるエミッタアレイを取り囲むようにして、且つ、二
つの端部を備えるようにして、前記ゲート電極と異なる
層であって、前記ゲート電極よりも前記エミッタ電極に
より近い位置に形成されており、前記ダイオードは、前記半導体基板内に設けられ、一端
を前記抵抗体の備える二つの端部の内の一方に接続され
ていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項８】請求項３又は請求項４のいずれかに記載
の電界放出型冷陰極装置と、前記エミッタ端子と前記ゲート端子との間に電圧を印加
するための電源であって、二極性の電源である両極出力
電源とを備えることを特徴とする電子源。
【請求項９】前記両極出力電源は、前記エミッタ端子
と前記ゲート端子との間に印加される電圧の内、エミッ
タを駆動しない電圧であって、熱源を駆動するようにし
て印加する電圧に関して、電圧量を調整することができ
るものであり、該電圧量の調整により、前記熱源の発熱量を制御するこ
とができることを特徴とする請求項８に記載の電子源。
【請求項１０】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタ
を有するエミッタ電極、前記エミッタ電極と異なる電位
を与えられて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群
を抽出するためゲート電極、該ゲート電極から引き出さ
れたゲート端子、該ゲート電極と異なる電位を与えられ
て抽出された前記電子群の広がりを集束するための集束
電極、該集束電極から引き出された集束端子、前記複数
のエミッタを加熱するための熱源を備えた電界放出型冷
陰極装置において、前記熱源は、二つの熱源端部を備えており、該二つの熱源端部の一方は、前記ゲート端子又は前記集
束端子の一方と、共通に接続されており、前記熱源は、前記二つの熱源端部間に、抵抗体を備えて
いると共に、当該二つの熱源端部間に、前記抵抗体に直
列に接続されたダイオードを更に備えていることを特徴
とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項１１】前記集束電極は、二つの集束端部を備
えており、該二つの集束端部の内、一方は、前記集束端子と接続さ
れており、他方は、前記二つの熱源端部の一方と接続さ
れており、前記集束電極の備える前記二つ集束端部の内の一方の電
位と、該二つの集束端部の内の他方における電位とが実
質的に等しくなるように、前記抵抗体の抵抗値が調整さ
れていることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出
型冷陰極装置。
【請求項１２】前記抵抗体は、前記複数のエミッタが
アレイ状に配されてなるエミッタアレイを取り囲むよう
にして、且つ、二つの端部を備えるようにして、前記ゲ
ート電極と異なる層であって、前記ゲート電極よりも前
記エミッタ電極により近い位置に形成されていることを
特徴とする請求項１０又は請求項１１のいずれかに記載
の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１３】前記二つの熱源端部の内、前記集束端
部に接続されていない他方は、前記ゲート端子と共通に
接続されており、前記抵抗体は、前記複数のエミッタがアレイ状に配され
てなるエミッタアレイを取り囲むようにして、且つ、二
つの端部を備えるようにして、前記ゲート電極と異なる
層であって、前記ゲート電極よりも前記エミッタ電極に
より近い位置に形成されていることを特徴とする請求項
１１に記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１４】前記エミッタ電極は、半導体基板を備
えており、前記抵抗体は、前記複数のエミッタがアレイ状に配され
てなるエミッタアレイを取り囲むようにして、且つ、二
つの端部を備えるようにして、前記ゲート電極と異なる
層であって、前記ゲート電極よりも前記エミッタ電極に
より近い位置に形成されており、前記ダイオードは、前記半導体基板内に設けられ、一端
を前記抵抗体の備える二つの端部の内の一方に接続され
ていることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出型
冷陰極装置。
【請求項１５】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタ
を有するエミッタ電極、前記エミッタ電極と異なる電位
を与えられて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群
を抽出するためゲート電極、該ゲート電極から引き出さ
れたゲート端子、該ゲート電極と異なる電位を与えられ
て抽出された前記電子群の広がりを集束するための集束
電極、該集束電極から引き出された集束端子、前記複数
のエミッタを加熱するための熱源を備えた電界放出型冷
陰極装置において、前記熱源は、二つの熱源端部を備え、且つ、当該二つの
熱源端部間に、抵抗体と該抵抗体に直列に接続されたダ
イオードとを備えており、該二つの熱源端部の一方は、前記集束端子と共通に接続
されていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項１６】前記ダイオードは、カソードを前記ゲ
ート端子と共通に接続され、アノードを前記抵抗体と接
続されていることを特徴とする請求項１５に記載の電界
放出型冷陰極装置。
【請求項１７】前記エミッタ電極は、半導体基板を備
えており、前記ダイオードは、前記半導体基板内に設けられ、一端
を前記集束電極の備える前記抵抗体に接続されているこ
とを特徴とする請求項１５又は請求項１６のいずれかに
記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１８】前記二つの熱源端部の内、前記集束端
子と共通に接続されていない他方は、前記ゲート端子と
共通に接続されていることを特徴とする請求項１５に記
載の電界放出型冷陰極装置と、前記ゲート端子と前記集束端子との間に電圧を印加する
ための電源であって、二極性の電源である両極出力電源
とを備えることを特徴とする電子源。
【請求項１９】尖鋭な先端形状を持つ複数のエミッタ
を有するエミッタ電極、前記エミッタ電極と異なる電位
を与えられて該複数のエミッタの夫々の先端から電子群
を抽出するためゲート電極、該ゲート電極から引き出さ
れたゲート端子、該ゲート電極と異なる電位を与えられ
て抽出された前記電子群の広がりを集束するための集束
電極、該集束電極から引き出された集束端子、前記複数
のエミッタを加熱するための熱源を備えた電界放出型冷
陰極装置と、前記ゲート端子と前記集束端子との間に電
圧を印加するための電源であって、二極性の電源である
両極出力電源とを備える電子源において、前記電界放出型冷陰極装置は、前記熱源が、二つの熱源端部を備え、且つ、当該二つの
熱源端部間に抵抗体を備えており、該二つの熱源端部の一方が、前記ゲート端子と共通に接
続されており、前記集束電極が、二つの集束端部を備えており、該二つの集束端部の内、一方が、前記集束端子と接続さ
れており、他方が、前記二つの熱源端部の内の前記ゲー
ト端子に接続されていない他方と接続されていることを
特徴とする電子源。