JPH01311532A - 電子放出素子及びそれを用いた電子放出装置並びに発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、表面伝導形放出素子及びそれを用いた電子放
出装置に関するもので、特に表面伝導形放出素子から放
出される電子ビームの形状制御並びに−次元（線）又は
二次元（面）状の電子放出を行う電子放出装置に関する
。

［従来の技術］ 従来、簡単な構造で電子の放出が得られる素子として、
例えば、エム・アイ・エリンソン（Ｍ、　Ｉ。

Ｅｌｉｎｓｏｎ）等によって発表された冷陰極素子が知
られている。［ラジオ・エンジニアリング・エレクトロ
ン−７４ジ４　ックス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ。

Ｐｈｙｓ、）第１０巻、　１２１１１０〜１２９Ｂ頁、
　１９８５年］これは、基板上に形成された小面積の薄
膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が
生ずる現象を利用するもので、一般には表面伝導形放出
素子と呼ばれている。

この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等に
より開発されたＳｍ１ｔ　（Ｓｂ）薄膜を用いたものの
他、　Ａｕ薄膜によるもの［ジー・ディットマー“スイ
ン　ソリッド　フィルムス”（Ｇ、　Ｄｉｔｔ■ｅｒ：
“丁ｈｉｎ　　５ｏｌｉｄ　　Ｆｉｌｍｓ”　）　、　
９巻　、３１７　頁　、　　（１９７２年）］、■↑０
薄膜によるもの［エム・ハートウェル・アンド・シー・
ジー・フォンスタッド“アイ・イー・イー・イー・トラ
ンス・イー・デイ−・コンブ″（Ｍ、　Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、　Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ　
Ｔｒａｎｓ、　ＥＤ　Ｃｏｎｅ、”　）　５１９頁、　
（１９７５年）Ｊ、カーボン薄膜によるもの［荒木久他
：“真空”、第２Ｂ巻、第１号、２２頁、　（１９８３
年）１などが報告されている。

これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子構成を第７
図に示す、同第７図において、！および２は電気的接続
を得る為の電極、３は電子放出材料で形成される薄膜、
４は基板、５は電子放出部を示す。

従来、これらの表面伝導形放出素子に於ては、電子放出
を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電加
熱処理によって電子放出部５を形成する。即ち、前記電
極１と電極２の間に電圧を印加する事により、薄膜３に
通電し、これにより発生するジュール熱で薄膜３を局所
的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な
状態にした電子放出部５を形成することにより電子放出
機能を得ている。

第７図及び第８図において６は、上記表面伝導形放出素
子から放出される電子ビームの広がる面積を目視で測定
できるように、透明基板の電子ビームの照射面に蛍光体
を塗布した蛍光体基板。

７は放出された電子ビームにより発光した発光部である
。

従来の表面伝導形放出素子の放射特性は、表面伝導形放
出素子から数、麿謄程度離れた空間上に蛍光体基板６を
配置して数百Ｖから数千Ｖの電圧を印加し、前記電極ｌ
と電極２の間に駆動電圧を印加した場合、蛍光体基板６
上に発光する発光部７が第７図のごとく、三ケ月形をな
すものとなっている。この放射特性は、従来の表面伝導
層電子放出素子の固有の特性である。

さらに１表面伝導形電子放出素子をライン状にマルチに
配置した場合、第８図のごとく、三ケ月形の発光部７が
ライン状にならんだ、非常に変形されたライン電子源を
構成することになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のように、従来の表面伝導形放出素子は、放出され
た電子ビームが三ケ月状に広がりながら飛翔するため１
次のような欠点がある。

（１）表面伝導形放出素子から放出された電子ビームを
任意の形状に絞るには、非常に複雑な電子光学系を必要
とする。

（２）表面伝導形放出素子を複数個、ライン状に規則正
しくマルチに配置した場合、ライン状に均一な電子放出
を得られない。

以上のような問題点があるため、従来の表面伝導形放出
素子は、素子構造が簡単でかつ、２つ以上の複数の素子
をライン状に配置することが容易であるにもかかわらず
、産業上積極的に応用されるには至っていないのが現状
である。

本発明は、上記のような従来の欠点を除去するためにな
されたもので、簡単に電子ビームの形状を制御できるよ
うにすると共に、きれいに揃ったライン状の電子放出が
得られるようにすることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明において講じられた手
段を、本発明の一実施例に対応する第１図で説明すると
、本発明では、電極ギャップ８を隔てて位置する一対の
電極１．２を有する表面伝導形放出素子において、該電
極ギャップ８を形成する２つの電極１．２の幅を互に異
ならせるという手段を講じているものである。

本発明において、電極ギャップ８を形成する電極の形状
は、直線形状であっても、凹又は凸形状であってもよい
、凹又は凸形状とする場合、第３図に示されるように、
一方の電極ｌを凸形状で、他方の電極２を凹形状とし、
凹凸を組合わせて用いることが好ましい、この場合、幅
の広い電極２を凹形状、幅の狭い電極１を凸形状とする
ことが更に好ましい。

本発明において、幅の広い電極２と狭い電極１は、どち
らを正極としても、また負極としてもよいが、幅の狭い
電極１を正極とし、幅の広い電極２を負極とすることが
好ましい、ここで、正極とは、正の電位が印加される電
極をいい、負極とは負の電位が印加される電極をいう。

特に本発明では、幅の広い電極２を凹形状かつ負極とし
、幅の狭い電極１を凸形状かつ正極とするのが最適であ
る。

上述した本発明に係る各表面伝導形放出素子は、整った
形状の電子ビームが得やすいことから、当該素子を直線
的に一列に並べて、−次元状の電子放出をなす電子放出
装置を構成するのに適している。また、当該素子を複数
列並べることにより、対象領域全体に均一な電子ビーム
の照射が可能な、二次元状の電子放出を行う電子放出装
置を得ることができる。

更に本発明について説明すると、本発明の表面伝導形放
出素子は、従来と同様に基板４上に形成されるもので、
この基板４としては、例えばガラス、石英等の絶縁材料
が用いられる。

電極１，２は、例えば真空蒸着プロセスとフォトリソプ
ロセス等の通常よく用いられる方法で形成することがで
きる。この電極１．２の材料は。

−殻内な導電材料で、例えば旧、ＡＰ、　Ｇｕ、　Ａｕ
。

Ｐｔ、　Ａｇ等の金属や、　５ｎ０３．　ＩＴＯ等の金
属酸化物等を用いることができる。

電極１．２の間隔、即ち電極ギャップ８は、０．１　ミ
クロンメートルから数ミクロンメートルであれば良いが
、これに限定するものではない０幅の狭い電極ｌの幅Ｗ
１は任意の大きさで良いが、通常数十ミクロンから数ミ
リの大きさに形成する。

幅の広い電極２の幅Ｗ２は、電極１の幅りｌより大きく
設ける必要がある。この画電極１．２の幅の違いは、わ
ずかであっても、ある程度の所望の効果を得ることがで
きるが、一般には一方を他方の数倍以上にすることが好
ましく、理想的には、一方の幅を無視できる程（数十倍
以上）広くすることが望ましい。

電極１．２間における電子放出部５の形成は、従来と同
様に、例えば１１１２０３　、５ｕ０２　、　ＰｂＯ等
の金属酸化物、Ａｇ、　Ｐｔ、　ＡＲ，Ｃｕ、　Ａｕ等
の金属、カーボン、その他各種半導体等の電子放出材料
を用いた真空蒸着等によって薄［３を成膜し、これにフ
ォーミング処理を施すことで行うことができる。

また、電子放出部５の他の形成方法としては、上記電子
放出材料の微粒子を分散媒に分散させた分散液を、例え
ばデツピングやスピンコード等で基板４に塗布した後焼
成することによって行うことが挙げられる。この場合の
分散媒としては、微粒子を変質させることなく分散させ
得るものであればよく１例えば酢酸ブチル、アルコール
類、メチルエチルケトン、シクロヘキサン及びこれらの
混合物等が用いられる。また微粒子は、数十Ａ〜数糾鳳
の粒径のものが好ましい。

本発明は、第４図に示されるように、基板４上に設けら
れた段差形成層１０の段差部上下端に一対の電極１，２
の各端部が位置し、該電極１．２が該段差部をはさんで
、対向して電極ギャップ８を有しており、該電極ギャッ
プ８である段差部側端面に電子放出部５を形成してなり
、電極１．２間に電圧を印加することにより、電子放出
部５から電子放出することを特徴とする電子放出素子の
構造においても、同様な効果を得ることができる。

上記段差形成層ｌＯとしては、一般に絶縁材料を用いる
０例えば、５ｉ０２．　ＭｇＯ，ＴｉＯ２，Ｔａ２０５
゜Ａｊ）ｚ０３等及びこれらの積層物もしくはこれらの
混合物でも良い、電極ギャップ８は、段差形成層１０の
厚みと電極１．２の厚みによって決定されるが、数１０
Ａ〜数ルが良い、その他の構成部材は、前述したものと
同様な材料、構成を用いることができる。

［作　用］ 本発明によって、電子ビームの形状が制御できる理由は
必ずしも明らかではないが、本発明者等は、電極１．２
の形状が、三次元的な電子光学レンズを形成することが
大きな原因となっていると推測している。そして、本発
明によれば、電子ビームを整った形状のものとすること
ができるため、当該表面伝導層放出素子を直線的に一列
に並べたときに、均一に連なった電子放出状態が得やす
くなるものである。

尚、本発明において、幅の狭い電極ｌを正極とし１幅の
広い電極２を負極とすると、電子ビームの広がりを抑え
ることができ、正負を逆にすると、電子ビームを広げて
放出させることができる。

［実施例］ 実施例１ ！ｓ１図は本実施例を説明する概略的説明図である。

通常よく用いられる真空成膜技術とバターニング技術に
より、石英の基板４上に、一対の電極１．２を形成した
。電極ギャップ８（電極間隔）は２ミクロンメートル、
電極１．２の幅ｗｌ　ｐ　’ＩＪ２をそれぞれ０．５　
ミリメートル、１０ミリメートルに形成した。

電極１．２を形成した後、電極１．２間に、スピナー塗
布法で有機パラジウム（実費製薬■ＣＣＰ−４２３０）
を塗布する。その後２５０℃の温度で１時間焼成せしめ
、電極１．２間にパラジウムの微粒子を形成した。

つぎに、電源９により、電極１側がプラスとなるように
素子に電圧を印加し、電子放出させた。電子放出させる
環境は、電子ビームが飛翔できる真空度であれば構わな
いが、一般にはｌ　Ｘ　ｌｏ”ｔｏｒｒ以上の真空度が
望ましく、本実施例もこれに従った。

蛍光体基板６を石英の基板４から１０ミリメートル離し
、電子ビームの飛翔方向を観測した。ここで、蛍光体基
板６に印加する電圧Ｖａは素子電位よりプラス１０００
ボルトにした。

また、従来の素子の一例として電極幅ｗ１．１２の等し
い素子を形成し本実施例の効果と比較検討した。従来の
素子は電極幅以外は全て本実施例と同じ方法で形成し、
ｗ、　＝　ｗ２　＝　０．５　ミリメートルとした。

その結果を第１表に示す、尚、電子ビームの広がりのパ
ラメータとして、蛍光体基板６上での一点の暢りで比較
した。

第　　１　　表 結果からも明らかなように、本発明は、従来の素子と比
較して、電子ビームの広がりの小さな表面伝導形放出素
子を提供するものである。

また、本実施例において、素子に印加する電圧を逆にし
たところ、蛍光体基板６上の輝点の幅りは５．２　ミリ
メートルに拡大した。

以上説明したように、表面伝導形放出素子の電極１，２
の各部を互いに異なるように形成し、かつそれぞれの電
極１．２に印加する電圧の極性を変えることにより、電
子ビームの飛翔方向を変え、ビームの広がりを改善する
ことができた。

実施例２ 第２図は本実施例を説明する為の概略的説明図である。

第３図は第２図に於ける電子放出部５付近の拡大図であ
る。

実施例１と同様に、石英の基板４上に、通常良く知られ
る真空成膜技術とパターニング技術により、電極１．２
を形成した。電極１．２の幅％’ｌＩ＋動はそれぞれ０
．５　ミリメートルと１０ミリメートルとした。電極ギ
ャップ８は、輻２ミクロンメートルで、直径０６５　ミ
リメートルの半円形状で形成し、電極ｌ側を凸形に電゛
極２側を凹形にした。

また、電子放出部５の形成は、実施例１と同様におこな
った。

次に実施例１と同様に素子上に蛍光体基板６を設け、蛍
光体基板６上の輝点７で電子ビームの飛翔方向を観測し
た。

その結果、半径０．４　ミリメートルのほぼ円形の輝点
７を得ることができた。又、素子に印加する電圧を変化
することにより、輝点の半径を変えることもできた。つ
まり、本実施例の電極形状は、電子ビームの飛翔方向を
変え、ビームを絞ることができる、いわゆる収束電極の
効果を持つものである。

実施例３ 第４図は本実施例を説明する為の概略的説明図である。

第５図はその電子放出部５を説明する為の概略的断面図
である。

石英の基板４上に段差形成層ｌＯとして、Ｓ　ｉ０２の
液体コーテイング材（東京応化工業社製０ＣＤ）を塗布
、乾燥し、厚み３０００Ａの５ｉＯｚ層を作成した０次
に、電子放出部５の平面形状となるように１段差形成層
ｌＯをＨＦエツチング液によりパターンエッチし、段差
部を設けた。さらに、該段差部上へ、マスク真空蒸着法
により、旧を厚み５００Ａ成膜し、電極１．２を実施例
１と同様の形状に形成した。

この時、電極ギャップ８部分には、成膜時のステップカ
バレージを悪くして、Ｎｉが堆積しないようにした。そ
の後、前述実施例と同様にして、微粒子を形成して、電
極ギャップ８に電子放出部５を配置した。

電極１．２の幅Ｗｌ、Ｗ２はそれぞれ０．５　ミリメー
トルと１０ミリメートルに形成した。

電極１側をプラスの電位になるように素子に電圧を印加
し、実施例１と同様な評価をした結果、同様な効果が得
られた。

実施例４ 第６図は本実施例を説明する為の概略的説明図である０
本実施例は、実施例１の素子をライン状に規則正しくマ
ルチに配置せしめたものである。

電極１，２および電子放出部５は、実施例１と同様な方
法により形成した。電子放出部５の幅Ｗを０．５　ミリ
メートル、素子ピッチＰを！、２ミリメートルに作成し
た。

実施例１と同様に蛍光体基板６上の輝点を観測したとこ
ろ、従来の問題点が解決し、非常に−様なライン状の輝
線が得られた。

以上説明した様に本実施例は、複雑な電子光学レンズを
使わずに、ライン状の電子放出源を形成するものである
。

［発明の効果］ 以上説明したように、表面伝導形放出素子の電子放出部
において、２つの電極の幅を互いに変えることにより次
のような効果がある。

ｌ、電子ビームの飛翔方向を変える（電子ビームの広が
りを変える）ことができる。

２、電極幅の狭い方をプラス電位、電極幅の広い方ヲマ
イナス電位にせしめ電子放出させることにより、電子ビ
ームの広がりを改善することができる。

３、凸形状電極の幅を狭く、凹形状電極の幅を広く構成
しかつ凸形状電極をプラス電位、凹形状電極をマイナス
電位にせしめて電子放出させることにより、電子ビーム
の広がりを改善させるだけでなく、電子ビームを収束飛
翔させる効果がある。

４、素子を直線状にマルチに配置することにより、−様
な線状電子源を得るのに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々実施例１及び実施例２を説明す
るための概略的説明図、第３図は第２図における電子放
出部付近の拡大図、第４図は実施例３を説明するための
概略的説明図、第５図はその電子放出部を説明するため
の概略的断面図、第６図は実施例４を説明するための概
略的説明図、＄７図及び第８図は従来技術の説明図であ
る。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極ギャップを隔てて位置する一対の電極を有す
   る表面伝導形放出素子において、該電極ギャップを形成
   する２つの電極の幅が互いに異なることを特徴とする表
   面伝導形放出素子。
2. （２）電極ギャップを形成する電極が直線形状であるこ
   とを特徴とする請求項第１項記載の表面伝導形放出素子
   。
3. （３）電極ギャップを形成する電極の一方が凸形状で他
   方が凹形状であることを特徴とする請求項第１項記載の
   表面伝導形放出素子。
4. （４）電極幅の狭い電極が正極、電極幅の広い電極が負
   極であることを特徴とする請求項第１項記載の表面伝導
   形放出素子。
5. （５）凸形状の電極の幅が狭く、凹形状の電極の幅が広
   く構成され、かつ凸形状の電極が正極、凹形状の電極が
   負極であることを特徴とする請求項第３項記載の表面伝
   導形放出素子。
6. （６）請求項第１〜第５項記載のいずれかの表面伝導形
   放出素子が、各素子の電子放出部を直線的に位置させて
   、規則正しくマルチに配列されていることを特徴とする
   電子放出装置。