JP3296427B2

JP3296427B2 - 電界放出型冷陰極素子の駆動方法及びこれを利用する表示装置

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Publication number: JP3296427B2
Application number: JP13199799A
Authority: JP
Inventors: 明彦岡本; 和夫小沼
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: JP2000323055A; US6404138B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出型冷陰極
を少なくとも１つ有する電界放出型冷陰極素子の駆動方
法及び電界放出型冷陰極素子を電子発生源として用いる
表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電界放
出型冷陰極素子は、コーン形状の先鋭なエミッタや平面
型エミッタに近接してゲート電極を配置し、該ゲート電
極によりエミッタに高電界を集中し、該エミッタから電
子を放出させる素子である。

【０００３】この電界放出型冷陰極素子は、熱カソード
素子と比較して電流密度を大きくすることが可能であ
り、高電流密度が必要な装置たとえばブラウン管等の表
示装置への応用が可能である。ブラウン管等の電子源と
して熱カソードに替えて冷陰極素子を用いた場合、定電
圧駆動やヒータが不要になるなどの利点がある。

【０００４】このような表示装置では、エミッタより放
出された電子は、真空中において、エミッタの上方に設
置された電子レンズ（主レンズを含む）を通り、該電子
レンズと表示画面たるスクリーンと間において偏向ヨー
クによる磁界で偏向されながら、電子ビームとしてスク
リーンに到達する。特に、カラー表示装置では、通常、
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色に対応した３つ
の冷陰極を使用しており、スクリーン上にてＲ、Ｇ、Ｂ
の３つの冷陰極からの３つの電子ビームを重ね、しかも
ビームスポット径を小さくすることが要求される。

【０００５】このようなカラー表示装置においては、通
常の場合、インライン構造つまり三原色に対応した３つ
の冷陰極（電子銃）が横一列に並ぶ構造を採用してい
る。このような構造において、異なった電子銃から放出
されたビームは磁界のなかでスクリーン上に到達する
が、一様な磁界では通常一点に集中しない。スクリーン
上にて３つの電子ビームが重なるように集中させるため
には、外部から集中のための磁界を印加し、外側を通る
ビームをより強い磁界中に通して強く偏向させ、内側を
通るビームを弱い磁界中に通して弱く偏向させる。その
結果、３ビームがスクリーン上の一点に集中する。

【０００６】このようなスクリーン上でのビーム集中を
調整なしで実現するセルフコンバージェンスの技術が用
いられている。この技術では、偏向ヨークを工夫するこ
とで、水平偏向磁界分布をピンクッション状にし且つ垂
直偏向磁界分布をバレル状にして、歪ませた偏向磁界を
組み合わせた磁界を形成している。しかし、このような
磁界内を電子ビームが通過するとき、強く歪んだ偏向磁
界で各ビームが歪み、非点収差やスポットコマ収差とよ
ばれる収差が生じ、ビーム径が大きくなったり、スポッ
ト形状が歪んだりする。このようなビーム形状の歪みを
防止するための制御に関し、次のような提案がなされて
いる。

【０００７】即ち、たとえば、特開平７−１４７１２９
号公報には、電界放出型冷陰極を構成するエミッタアレ
イを複数の領域に分割し、ビームスポットが歪みを受け
ない表示画面の中央部にあるときは円形のエミッタアレ
イ領域のみを動作させ、スポットが表示画面の周辺部に
あるときには円形のエミッタアレイ領域とその周辺にあ
る副エミッタアレイ領域とを同時に動作させて縦に長い
形状に設定することでビームスポット歪みの発生を抑制
することが開示されている。しかしながら、ここでは、
表示画面の中央部と周辺部とで電子ビームスポットの大
きさが異なり、均一な解像度を得ることができないとい
う問題がある。

【０００８】また、たとえば、特開平９−１１５４２６
号公報には、ゲート電極周囲に複数の収束電極を設け、
これら収束電極に電圧を印加することにより、セルフコ
ンバージェンス偏向磁界中を電子が通過する際に磁界の
歪みの影響を受けて横方向につぶれるスポット形状を、
補正することが開示されている。しかし、ここでは、水
平偏向磁界分布をピンクッション状にし垂直偏向磁界分
布をバレル状にして歪ませた偏向磁界の組み合わせ磁界
を形成しており、偏向ヨークとして複雑なものが必要で
あり、またヨークの設計も表示装置の機種ごとにしなけ
ればならない。また、現物合わせにより開発する方法が
行われ、開発期間と開発費用の増大を招いている。また
個々の表示装置や取付けのばらつきにより個体差が生
じ、ビーム径の大きな不良品が発生しやすく、歩留まり
の低下を招いている。

【０００９】そこで、本発明の目的は、以上のような従
来技術の問題点に鑑み、水平偏向磁界分布や垂直偏向磁
界分布を不要とするか又は小さくすることが可能で、磁
界分布によるビーム形状歪みの発生やスクリーンでのビ
ームスポットの大径化を抑制することができる電界放出
型冷陰極素子の駆動方法及びこれを利用する表示装置を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）電界放出型冷陰極
素子の駆動方法の第１発明：本発明によれば、以上の如
き目的を達成するものとして、少なくとも１つのエミッ
タによりエミッタ群を形成し、前記エミッタの近傍にゲ
ート電極を配置し、該ゲート電極に前記エミッタに対し
正の電圧を印加することで前記エミッタ群より電子を放
出する電界放出型冷陰極を複数個線状に配列して電界放
出型冷陰極素子を形成し、前記冷陰極のうちの少なくと
も１個に少なくとも１つの制御電極を配しておき、前記
エミッタ群より放出された電子のビームを電子レンズに
より収束させ斉一磁界により前記冷陰極の配列の方向に
偏向させてスクリーンに照射するに際して、前記冷陰極
に対して前記制御電極を前記冷陰極の配列の方向に関し
前方及び／又は後方に配置し、前記制御電極を制御する
ことで、前記冷陰極のうちの或る冷陰極の直上での偏向
側と反偏向側との電位差を、前記或る冷陰極よりも反偏
向側に位置する別の冷陰極の直上での偏向側と反偏向側
との電位差とは異ならせることで、前記複数の冷陰極か
ら発せられる電子のビームを前記スクリーン上にて重な
るように集中させることを特徴とする電界放出型冷陰極
素子の駆動方法、が提供される。

【００１１】本発明の一態様においては、前記制御電極
を制御することで、前記冷陰極のうちの或る冷陰極の直
上での偏向側と反偏向側との電位差を、前記或る冷陰極
よりも反偏向側に位置する別の冷陰極の直上での偏向側
と反偏向側との電位差より低くする。

【００１２】本発明の一態様においては、前記電界放出
型冷陰極素子は前記電界放出型冷陰極を３個線状に配列
して形成されている。

【００１３】本発明の一態様においては、前記電界放出
型冷陰極のそれぞれには、前記電界放出型冷陰極の配列
方向に関し前後双方に制御電極が配置されている。

【００１４】（２）電界放出型冷陰極素子の駆動方法の
第２発明：また、本発明によれば、以上の如き目的を達
成するものとして、少なくとも１つのエミッタによりエ
ミッタ群を形成し、前記エミッタの近傍にゲート電極を
配置し、該ゲート電極に前記エミッタに対し正の電圧を
印加することで前記エミッタ群より電子を放出する電界
放出型冷陰極を少なくとも１個用いて電界放出型冷陰極
素子を形成し、前記冷陰極のうちの少なくとも１個に少
なくとも１つの制御電極を配しておき、前記エミッタ群
より放出された電子のビームを電子レンズにより収束さ
せ磁界により偏向させてスクリーンに照射するに際し
て、前記制御電極を制御することで、前記電子ビームの
磁界による偏向に伴いスクリーンのビーム照射位置が遠
ざかるに従い、前記冷陰極の直上の電位を低くすること
を特徴とする電界放出型冷陰極素子の駆動方法、が提供
される。

【００１５】本発明の一態様においては、前記制御電極
の制御は、前記電子ビームの磁界による偏向の偏向角に
応じて行われる。

【００１６】更に、本発明によれば、以上のような駆動
方法を利用して前記電子ビームを前記スクリーンに照射
することで、該スクリーンでの表示を行うことを特徴と
する表示装置、が提供される。前記スクリーンは、例え
ば前記電子ビームの照射により発光するものである。

【００１７】

【作用】本発明の作用は、例えば、次のように説明する
ことができる。

【００１８】ブラウン管等の複数たとえば３つの電界放
出型冷陰極からの電子ビームを電子レンズ（主レンズを
含む）を通過させた後に、磁界により偏向させながらス
クリーン上の１点（厳密には同一画素に属する近接３領
域）に集中照射させ、しかもできるだけ小さいスポット
径を形成する場合、従来ではスクリーン上の全面で３つ
のビームを１点に集中させるために、水平偏向磁界をピ
ンクッション磁界とし、垂直偏向磁界をバレル磁界とし
て、異なる冷陰極からのビームにかかる磁界の強度をか
えて、スクリーン上にて３ビームを集中させていた。し
かし、この場合、電子の走行軌道の違いにより、電子の
受ける磁界が異なり、各ビームのスポット形状が歪むと
いう問題が生じていた。

【００１９】ところで、冷陰極では熱カソードと異なり
温度が低く近傍に制御電極を配することが可能であり、
制御電極に印加する電圧を制御することにより冷陰極直
上の電界を変えることが可能である。冷陰極より放出さ
れた電子の電位はゲート電圧程度であり、制御電極にゲ
ート電圧と同程度の電圧を印加することで、極めて簡便
に冷陰極直上の電界を変化させ電子の飛行方向を制御す
ることができる。

【００２０】更に、ブラウン管では陰極より放出された
各電子ビームを収束させるため、静電レンズ（電子レン
ズ：主レンズを含む）を用いる。静電レンズでは、レン
ズの軸に近い部分では近軸軌道近似が可能であるが、軸
より離れるに従い、球面収差によりビームの曲がりが大
きくなる。主レンズ軸を外れた部分に入射したビーム
は、レンズの効果でスクリーンに向かううちに収束して
ゆき、スクリーンへの入射位置は軸に対して主レンズへ
の入射側とは反対側である。このような原理を用いるこ
とで、極めて容易に低い電圧でビームスポットの位置を
変えることができる。

【００２１】そこで、偏向方向にある冷陰極の直上で
は、偏向方向側（単に「偏向側」という）の電位と偏向
側とは反対側（単に「反偏向側」という）の電位との差
（偏向側電位−反偏向側電位：正負の符号を含む）を、
当該冷陰極よりも反偏向側に位置する別の冷陰極の直上
での偏向側と反偏向側との電位差とは異ならせることに
より（低くすることにより）、偏向側の冷陰極から放出
された電子の偏向を強くし、反偏向側の冷陰極から放出
された電子の偏向を弱くすることができ、複数の冷陰極
からのビームを一点に集中させることができる。これに
より、従来のセルフコンバージェンスの偏向ヨークによ
る磁界と同様の効果が得られる。

【００２２】広いスクリーン面をもつブラウン管の場合
には、一様磁界を用いたときでは十分に１点に集中でき
ない場合があるが、このときには、水平方向偏向磁界が
ピンクッション磁界で垂直方向磁界がバレル磁界である
従来のセルフコンバージェンスの偏向ヨークを併用する
ことにより１点に集中させることが可能である。本発明
では、この場合でも、従来のセルフコンバージェンスの
場合よりも磁界強度の分布を小さくすることができるの
で、磁界によるコマ収差や非点収差によるビームの歪み
を小さくすることができる。

【００２３】一方、偏向により主レンズからスクリーン
までの距離が変わり、フォーカスのずれが生じる。従来
の主レンズ特に四極レンズ等では、別途電極を取付けて
電圧を外より印加し、偏向度合いに連動させてレンズの
フォーカスをダイナミックに調整していた。このような
方法では、例えばスクリーン電圧２５ＫＶの場合にはダ
イナミック調整電極には平均６ＫＶ程度を印加してお
り、装置に依存するものの最大で１ＫＶ程度のダイナミ
ック調整をしなければならなかった。

【００２４】しかし、本発明により冷陰極のエミッタ近
傍の制御電極に印加する電圧を制御することにより冷陰
極直上の電位を低くすることでビームの広がりを抑える
ことができ、主レンズでの電子の通過位置がレンズの軸
に近づき、球面収差の影響が小さくなりフォーカスポイ
ントが遠ざかる。従って、ビームを偏向し、偏向角の増
大に伴いスクリーンまでの距離が遠ざかる場合、フォー
カスポイントを遠ざけることにより１本のビームの焦点
をスクリーン上に合わせることが可能となる。

【００２５】これは、従来と同様にダイナミックなフォ
ーカス調整機能であるが、エミッタ近傍の制御電極に印
加する電圧はゲート電圧程度であり、従来のような数Ｋ
Ｖでしかも偏向周波数に同期した１ＫＶ程度の電圧を調
整するよりも格段に信頼性が向上し、回路の簡素化、消
費電力低減の効果は大きい。また、偏向角が大きいため
にスクリーン上で十分に焦点を合わすことが可能ではな
い場合には、従来のダイナミックフォーカスと連動して
使用することができるが、この場合でも本発明を用いな
い場合よりもダイナミック動作に必要な電圧制御の電圧
変動幅を抑えることができ、消費電力の低減や電源、回
路の簡素化が可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施形態の
説明特に具体例の説明においては、特定の電圧値や寸法
値が示されているが、これらは例示のためのものであ
り、本発明がこれら具体的数値に限定されるものでない
ことはもちろんである。

【００２７】［実施形態１］この実施形態は、上記第１
発明の電界放出型冷陰極素子の駆動方法及びこれを利用
する表示装置の実施形態である。

【００２８】図１は、本発明の実施形態１の電界放出型
冷陰極素子を示すものであり、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの画
像信号に対応する電子ビームを形成する３つの冷陰極１
を備えた電界放出型冷陰極素子３の構体部分の平面図で
ある。左側よりＲ、Ｇ、Ｂに対応した３つの冷陰極１が
Ｘ１−Ｘ２−Ｘ３の方向（水平方向）に配列されてお
り、各冷陰極の周辺には、複数の制御電極２が配置され
ている。ここでは、各冷陰極１の中央部には微小エミッ
タが複数個集積されてエミッタ群を形成しており、各エ
ミッタの周りにはゲート電極が位置している。このよう
な構成は、上記特開平９−１１５４２６号公報に記載さ
れているものと類似である。

【００２９】Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した３つの冷陰極のそれ
ぞれの周囲には、６個の制御電極２が配置されており、
各制御電極は互いに独立に制御される。これにより水平
方向偏向ばかりでなく、垂直方向偏向も精度よく行うこ
とができる。Ｒ冷陰極の周囲の制御電極２のうち水平方
向に左右両側のものはＡ１，Ｂ１で示されており、Ｇ冷
陰極の周囲の制御電極２のうち水平方向に左右両側のも
のはＡ２，Ｂ２で示されており、Ｂ冷陰極の周囲の制御
電極２のうち水平方向に左右両側のものはＡ３，Ｂ３で
示されている。

【００３０】図２は、以上のような冷陰極素子を電子発
生源として用いた表示装置の模式的構成図である。Ｒ、
Ｇ、Ｂ冷陰極を備えた冷陰極素子３から発せられた３つ
の電子ビームは、それぞれ電子レンズ（主レンズを含
む）４により収束され、スクリーン５上にスポット照射
される。尚、各電子ビームはレンズ４を構成する各電極
に各電子ビーム対応して形成された孔を通過するのであ
るが、図２では代表的にＧ冷陰極からの電子ビーム及び
それに対応するレンズ４の電極に形成された孔のみが模
式的に示されている。

【００３１】スクリーン５は例えば蛍光面を有してお
り、各表示画素はＲ、Ｇ、Ｂ発光蛍光体領域を有する。

【００３２】図３は、Ｒ、Ｇ、Ｂ冷陰極からの電子ビー
ムが主レンズ通過後にスクリーン５へと至る電子軌道を
概念的に示す図である。電子ビームは、水平方向偏向に
よりスクリーン５上においてＸ１−Ｘ２−Ｘ３とスポッ
ト走査がなされる。Ｘ２は、図１のＧ冷陰極の中心に対
向する位置である。

【００３３】図１の矢印に示すように、水平方向にＸ１
からＸ３まで電子ビームを偏向する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ冷
陰極での制御電極Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３、Ｂ３
に印加する電圧の時間変化を、図４に示す。本発明で
は、このような電圧を印加してビームの軌道を補正す
る。すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂ冷陰極の３ガンをエミッショ
ンさせ、Ｘ３に近くにビームを偏向したとき、斉一磁界
の場合３ビームは図３のＰの位置（スクリーン５の手
前）に集中する。ビームの水平方向偏向角を変化させる
ことで、図３に示されるようにスクリーン５の手前に偏
向角に応じた距離だけ隔てられた位置に集中する。

【００３４】そこで、図４（ａ）に示すようにＲ冷陰極
の制御電極Ａ１、Ｂ１の印加電圧を変化させ、図４
（ｂ）に示すようにＧ冷陰極の制御電極Ａ２、Ｂ２の印
加電圧をゲート電圧に維持し、図４（ｃ）に示すように
Ｂ冷陰極の電極Ａ３、Ｂ３の印加電圧を変化させると、
Ｘ３に近くにビームを偏向する際には、Ｒ冷陰極から放
射された電子は主レンズの対応電極孔ではＸ１に近い部
分を通過するためにスクリーン５に向かうビームは反対
方向（Ｘ３の方向）に曲げられ、Ｂ冷陰極から放射され
た電子は主レンズの対応電極孔ではＸ３に近い部分を通
過するためにスクリーン５に向かうビームは反対方向
（Ｘ１の方向）に曲げられる。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ
冷陰極の３ガンのビームを図３のＱの位置すなわちスク
リーン５上に集中させることができる。なお、本実施形
態ではＧ冷陰極では制御電極Ａ２、Ｂ２への印加電圧を
変調していないが、後述する実施形態２を用いたような
場合などではこの限りでない。

【００３５】偏向角度が大きいと印加電極や電源の関係
で十分に３ガンビームを１点集中できないことがある
が、その場合には従来のセルフコンバージェンスの偏向
ヨークよりも弱い磁界分布をもつ偏向ヨークを併用する
ことにより、1 点に集中させることが可能であり、変形
が小さく小さなスポット形状を実現することができる。
このとき、本発明を用いることで、偏向ヨークの自由度
が増し、また、磁界分布が小さくなるため、磁界分布に
よるビーム形状やサイズの劣化が小さくなる。

【００３６】次に、具体例を示す。直径３０μｍの円形
の第１〜第３の冷陰極を線状に配列した。そして、図１
に示されているように、冷陰極配列方向に第１〜第３冷
陰極のそれぞれについて、冷陰極を挟むように両側に１
０μｍのギャップを挟んで２００μｍ幅の制御電極Ａ
１、Ｂ１：Ａ２、Ｂ２：Ａ３、Ｂ３を配した。また、第
１〜第３の冷陰極の上方に、Ｇ１電極、Ｇ２電極および
Ｇ３電極よりなる電子レンズを配した。該電子レンズの
Ｇ１電極、Ｇ２電極およびＧ３電極のそれぞれには、上
記第１〜第３の冷陰極から放射される電子ビームがそれ
ぞれ通過するための３つの孔を配し、Ｇ１電極の孔径、
Ｇ２電極の入口側孔径、Ｇ２電極の出口側孔径、及びＧ
３電極の孔径をそれぞれ１．０ｍｍ、１．０ｍｍ、８．
０ｍｍ、８．０ｍｍとし、冷陰極／Ｇ１電極間の距離を
０．７ｍｍとし、Ｇ１電極／Ｇ２電極間の距離を０．４
５ｍｍとし、Ｇ２電極の入口側と出口側との距離を２４
ｍｍとし、Ｇ２電極／Ｇ３電極間の距離を１．０ｍｍと
した。Ｇ１電極、Ｇ２電極およびＧ３電極に、それぞれ
１０００Ｖ、４５００Ｖ、１８ＫＶを印加し、Ｇ３電極
から３０ｃｍ離れたスクリーン上に３つの冷陰極からの
ビームを集中させた（Ｇ２電極とＧ３電極とにより主レ
ンズが形成される）。

【００３７】各冷陰極のゲート電圧を６０Ｖとし、全制
御電極に電圧６０Ｖを印加した場合、第１〜第３の冷陰
極より放出された電子ビームは磁場を印加しない時には
スクリーン上に集中されるが、磁場を印加して１０度程
度偏向したときにはスクリーン上において３ビームスポ
ットのずれが観測された。一方、各冷陰極のゲート電圧
を６０Ｖとし、第１〜第３の冷陰極の制御電極Ａ１、Ｂ
１：Ａ２、Ｂ２：Ａ３、Ｂ３にはじめ電圧６０Ｖを印加
し、次に磁界印加により図１のＸ３の方向にビームを偏
向し、同時に制御電極Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３の電圧を
６０Ｖに維持しながら制御電極Ａ１に６０Ｖよりも低い
電圧を印加し、制御電極Ｂ３に６０Ｖよりも低い電圧を
印加したところ、１０度偏向した場合でもスクリーン上
において３ビームスポットのずれは観測されなかった。

【００３８】［実施形態２］この実施形態は、上記第２
発明の電界放出型冷陰極素子の駆動方法及びこれを利用
する表示装置の実施形態である。

【００３９】図５は、本発明の実施形態２の電界放出型
冷陰極素子を示すものであり、冷陰極素子の平面図であ
る。実施形態１と同様な構成を持つ冷陰極１’のゲート
電極の周りにリング状の制御電極２’を配置し、冷陰極
１’直上の電位を制御する。図６は、冷陰極１”（図５
では１’）の上方のスクリーン５”上でＸ１からＸ３ヘ
電子ビームを偏向する時のビームの軌跡、主レンズを含
む電子レンズ４”、スクリーン５”の断面を示すもので
ある。図６（ａ）では、制御電極２”（図５では２’）
に所望の電圧をかけた場合に、冷陰極１”からの拡散ビ
ームが電子レンズ４”により収束されスクリーン５”上
でスポットを形成している。図６（ｂ）は、制御電極に
図６（ａ）と同じ電圧を印加し、偏向磁界をかけて偏向
させた場合の電子の軌跡を示しており、スクリーン５”
の手前に焦点を結んでいる。次に、図６（ｃ）では、制
御電極２”の電圧を図６（ａ）〜（ｂ）の場合より低く
設定し、冷陰極１”からのビームの広がりを抑えた場合
の電子の軌跡を示している。電子レンズ４”を細いビー
ムが通過するため、球面収差の影響を受けにくく、フォ
ーカスポイントをスクリーン上にすることができる。

【００４０】図７は、電子ビームをＸ１からＸ２、Ｘ３
へと偏向した場合にスクリーン上にフォーカスさせるた
めに制御電極に印加した電圧の時間経過をビームスポッ
ト位置とともに示すものである。図中、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ
３は図６のＸ１、Ｘ２、Ｘ３に対応する。ビームがＸ２
を通過するときに制御電極への印加電圧を大きくするの
で冷陰極からのビームは広がり、電子レンズでのビーム
が太くなり、ビームはスクリーンの近い位置に良好に収
束する。ビームがＸ３に近づくにつれて制御電極への印
加電圧を下げ、電子レンズの中心部に近い位置にビーム
を通過させるため、フォーカスポイントが遠くなり、偏
向した場合でもスクリーン上に小さいスポット径で収束
する。

【００４１】また、偏向角度が大きい場合には、本発明
によっても十分に小さいビーム径にならない場合がある
が、この場合は従来よりも弱い電圧をフォーカス電極に
印加してダイナミックフォーカスをすることによりスク
リーン上にフォーカスさせることが可能である。しか
も、このダイナミックフォーカスにおいて、本発明を併
用することにより変調電圧を小さくすることができ、消
費電力の低減、駆動回路の信頼性の向上が得られる。

【００４２】また、スクリーンサイズが小さくダイナミ
ックフォーカスを用いないブラウン管では、スクリーン
の場所によってビーム径が大きく変化するが、本発明を
用いた場合、スクリーン全面においてビーム径の変化を
小さくすることが可能であり、フォーカスもよくなる。

【００４３】次に、具体例を示す。直径３０μｍの円形
の冷陰極１’の周囲に１０μｍのギャップを挟んで２０
０μｍ幅の制御電極２’を配した。更に、冷陰極１’の
上方にＧ１電極、Ｇ２電極およびＧ３電極よりなる電子
レンズを配した。該電子レンズのＧ１電極、Ｇ２電極お
よびＧ３電極のそれぞれには、上記冷陰極１’から放射
される電子ビームが通過するための１つの孔を配し、Ｇ
１電極の孔径、Ｇ２電極の入口側孔径、Ｇ２電極の出口
側孔径、及びＧ３電極の孔径をそれぞれ１．０ｍｍ、
１．０ｍｍ、８．０ｍｍ、８．０ｍｍとし、冷陰極／Ｇ
１電極間の距離を０．７ｍｍとし、Ｇ１電極／Ｇ２電極
間の距離を０．４５ｍｍとし、Ｇ２電極の入口側と出口
側との距離を２４ｍｍとし、Ｇ２電極／Ｇ３電極間の距
離を１．０ｍｍとした。Ｇ１電極、Ｇ２電極およびＧ３
電極に、それぞれ１０００Ｖ、４５００Ｖ、１８ＫＶを
印加し、Ｇ３電極から３０ｃｍ離れたスクリーン上に冷
陰極からのビームを集光させた（Ｇ２電極とＧ３電極と
により主レンズが形成される）。

【００４４】冷陰極のゲート電圧を６０Ｖとし、制御電
極に電圧６０Ｖを印加した場合、冷陰極より放出された
電子ビームは磁場を印加しない時にはスクリーン上に収
束されるが、磁場を印加して１０度程度偏向したときに
はスクリーン上でのビームスポット径は大きくなり焦点
がスクリーン上からずれていることが観測された。一
方、磁界印加によりビームを偏向させ、冷陰極のゲート
電圧を６０Ｖとし、制御電極２’に６０Ｖよりも低い電
圧を印加したところ、１０度偏向した場合でもスクリー
ン上においてビームスポット径は大きくならず焦点がス
クリーン上にあることが観測された。

【００４５】本実施形態では、１つの冷陰極に関して説
明したが、カラーのブラウン管のように複数の冷陰極を
用いる場合にも同様に適用することができる。

【００４６】また、実施形態１のような偏向の際のスク
リーン上での複数ビームの集中の技術と、実施形態２の
ような偏向の際のスクリーン上でのビームの収束の技術
とを併用することも可能である。

【００４７】また、以上の説明は、１方向の偏向のみの
説明であったが、水平方向及び垂直方向両方の偏向の場
合も同様に行うことができる。特に、実施形態１のよう
な複数の冷陰極からのビーム集中の場合には、上記のよ
うな水平方向偏向に対する制御電極Ａ１〜Ｂ３の制御
と、垂直方向偏向に対するＡ１〜Ｂ３以外の制御電極の
制御とを組み合わせることで、水平方向及び垂直方向に
関してインラインの３ガンから電子ビームをスクリーン
上で１点集中させたり、スクリーン上にフォーカスさせ
ることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強度分布がないか又は従来よりも小さな強度分布の偏向
磁界内に電子ビームを通過させても、ビームの磁界分布
によるコマ収差や非点収差によるビームの歪みをなくす
か又は小さくすることができる。

【００４９】また、冷陰極近傍の制御電極への印加電圧
を調節することにより、偏向によりスクリーンのビーム
スポット照射位置までの距離が変わっても、従来のよう
なダイナミックフォーカス調整機能を発揮でき、しかも
冷陰極近傍の制御電極に印加する電圧はゲート電圧程度
であり、従来のような偏向周波数に同期した１ＫＶ程度
の電圧調整に比べて信頼性の向上、回路の簡素化、消費
電力低減の効果は大きい。

【００５０】また偏向角度が大きくスクリーン上で十分
に焦点を合わすことが可能ではない場合には、従来のセ
ルフコンバージェンスするような偏向ヨークやダイナミ
ックフォーカスと併用することにより、本発明を用いな
い場合よりも弱い磁界分布で動作させることができ、磁
界によるビームの歪みやダイナミック動作に必要な電圧
制御の電圧幅を抑えることができ、消費電力の低減や電
源、回路の簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の電界放出型冷陰極素子を
示す平面図である。

【図２】実施形態１の冷陰極素子を電子発生源として用
いた表示装置の模式的構成図である。

【図３】冷陰極からの電子ビームが主レンズ通過後にス
クリーンへと至る電子軌道を概念的に示す図である。

【図４】Ｘ１からＸ３まで電子ビームを偏向する場合、
冷陰極での制御電極に印加する電圧の時間変化をビーム
スポット位置とともに示す図である。

【図５】本発明の実施形態２の電界放出型冷陰極素子を
示す平面図である。

【図６】冷陰極１の上方のスクリーン上でＸ１からＸ３
ヘ電子ビームスポットを走査する時のビームの軌跡、主
レンズを含む電子レンズ、スクリーンの断面を示す図で
ある。

【図７】電子ビームをＸ１からＸ２、Ｘ３へと偏向する
場合にスクリーン上にフォーカスさせるために制御電極
に印加する電圧の時間経過をビームスポット位置ととも
に示す図である。

【符号の説明】

１，１’，１” 冷陰極２，２’，２” 制御電極Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３制御電極３冷陰極素子４，４” 電子レンズ５，５” スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 29/04 H01J 29/48 H01J 29/51 H01J 29/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つのエミッタによりエミッ
タ群を形成し、前記エミッタの近傍にゲート電極を配置
し、該ゲート電極に前記エミッタに対し正の電圧を印加
することで前記エミッタ群より電子を放出する電界放出
型冷陰極を複数個線状に配列して電界放出型冷陰極素子
を形成し、前記冷陰極のうちの少なくとも１個に少なく
とも１つの制御電極を配しておき、前記エミッタ群より
放出された電子のビームを電子レンズにより収束させ斉
一磁界により前記冷陰極の配列の方向に偏向させてスク
リーンに照射するに際して、前記冷陰極に対して前記制
御電極を前記冷陰極の配列の方向に関し前方及び／又は
後方に配置し、前記制御電極を制御することで、前記冷
陰極のうちの或る冷陰極の直上での偏向側と反偏向側と
の電位差を、前記或る冷陰極よりも反偏向側に位置する
別の冷陰極の直上での偏向側と反偏向側との電位差とは
異ならせることで、前記複数の冷陰極から発せられる電
子のビームを前記スクリーン上にて重なるように集中さ
せることを特徴とする電界放出型冷陰極素子の駆動方
法。
【請求項２】前記制御電極を制御することで、前記冷
陰極のうちの或る冷陰極の直上での偏向側と反偏向側と
の電位差を、前記或る冷陰極よりも反偏向側に位置する
別の冷陰極の直上での偏向側と反偏向側との電位差より
低くすることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出
型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項３】前記電界放出型冷陰極素子は前記電界放
出型冷陰極を３個線状に配列して形成されていることを
特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の電界放出
型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項４】前記電界放出型冷陰極のそれぞれには、
前記電界放出型冷陰極の配列方向に関し前後双方に制御
電極が配置されていることを特徴とする、請求項３に記
載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項５】少なくとも１つのエミッタによりエミッ
タ群を形成し、前記エミッタの近傍にゲート電極を配置
し、該ゲート電極に前記エミッタに対し正の電圧を印加
することで前記エミッタ群より電子を放出する電界放出
型冷陰極を少なくとも１個用いて電界放出型冷陰極素子
を形成し、前記冷陰極のうちの少なくとも１個に少なく
とも１つの制御電極を配しておき、前記エミッタ群より
放出された電子のビームを電子レンズにより収束させ磁
界により偏向させてスクリーンに照射するに際して、前
記制御電極を制御することで、前記電子ビームの磁界に
よる偏向に伴いスクリーンのビーム照射位置が遠ざかる
に従い、前記冷陰極の直上の電位を低くすることを特徴
とする電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項６】前記制御電極の制御は、前記電子ビーム
の磁界による偏向の偏向角に応じて行われることを特徴
とする、請求項５に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動
方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかの駆動方法を利
用して前記電子ビームを前記スクリーンに照射すること
で、該スクリーンでの表示を行うことを特徴とする表示
装置。
【請求項８】前記スクリーンは前記電子ビームの照射
により発光するものであることを特徴とする、請求項７
に記載の表示装置。