JPH0422038A - 電子放出素子 - 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〕 本発明は電界放出型の電子放出素子に関するものである
。本発明の電子放出素子は、各種表示素子、光源、増幅
素子、高速スイッチング素子、センサー等における電子
源として有用である。

〔従来の技術〕

電界放出型の電子放出素子の代表的な構造例である縦型
の構造を第１１図に示す。図中１００は、不純物か高濃
度にトープされて高伝導率をもつ基板てあり、この基板
１００上に形成されたＳｉＯ□の絶縁層１０１中に形成
されたキャピテイ１０２内には、電子放出部としてＭＯ
からなるエミッタ１０３か形成されている。さらにこの
エミッタ１０３を囲んてゲート？Ｔｊ　Ｍ　１０４とな
るＭＯ薄膜か絶縁層１０１上に被着されている。

この電子放出素子によれば、例えば基板１００に対して
ゲート電極１０４を数１０Ｖから数１００ｖの範囲てバ
イアスすることにより、エミッタ１０３の先端とゲート
ＴＬ棒１０４間に１０　’　Ｖ　、、、’　ｃ　ｍ　〜
１０　’　Ｖ　／　ｃ　ｍ　ｆ）度の電界を生しさせ、
エミッタ１０３の先端よりトータルとして数１００ｍＡ
の電子成田を得ることかてきる。

第１２図には、このような電子放出素子を電子源に利用
した従来の表示装置の概略斜視図を示す（特開昭６１−
２２１７８３号参照）。

第１２図において、絶縁体基板１１０上には、列１１１
の方向に沿って複数の導電膜１１２が設けられ、該導電
膜！１２上には円錐形電界放射エミッタ１１３および絶
縁層１１４か設けられている。この絶縁層１１４上て、
且つ行１１５の方向に沿って複数のグリッド１１６か設
けられている。このクリット１１６の円錐形電界放射エ
ミッタ１１３に対面する位置には孔か設けられている。

方、透明基板１１７には、前記絶縁体基板１１０と対向
する面に、透明導電膜１１８、蛍光体層１１９かそれぞ
れへ夕状に積層被着されている。そして絶縁体基板１１
０及び透明基板１１７は、図示しない側面部材とともに
、真空外囲器を構成している。

以上の如く構成された表示装置の動作は以下の通っであ
る。

前記透明導電膜１１８には常時正の電位か印加されてい
る。表示信号に応答して、各列１１１及び各行１１５の
導電＠１１２とクリット１１６間に、所定の電位差を付
与する。該電位差が付与されたグリッド’　１１６と断
記円錐形電界放射エミッタ１１３の間に適当な電界が形
成され１円錐形状の先端部より電子が放出される。該電
子は、グリッド１１６の孔から放出され、対面する蛍光
体層１１９に射突し、該蛍光体層１１９は発光する。

以上の動作により、表示信号に応した画像が表示される
。

第１３図は、特開昭６４−３３８３３号て開示された電
界放出型電子放出素子の他の構造例である横型の構造図
である。

絶縁基板２００上には、中央に突端部２０１を備えたエ
ミッタ２０２が設けらゎている。このエミッタ２０２に
隣接して、前記突端部２０１に対応する開口部２０３を
備えたゲート２０４が設けられている。そして、このゲ
ート２０４を間にして前記エミッタ２０２と反対側の絶
縁基板２００上には、ゲート２０４と平行に２次電子放
出電極２０５か設けられている。

ここて、エミッタ２０２とゲート２０４の間、及びゲー
ト２０４と２次電子放出電極２０５との間にそわそわ所
定の電位差を付与すると、エミッタ２０２の突端部２０
１から放出された電子がゲート２０４の開口部２０３を
経て２次電子放出電極２０５に射突し、この２次電子放
出電極２０５からは２次電子か放出される。

〔発明か解決しようとする課題〕

１ｒｌｆ述し、たような従来の電子放出素子にＪ：わば
、密閉気密容器内や低真空度（例えば１０−５〜１Ｏ−
６Ｔｏｒｒ）て駆動すると、次にような不都合か生して
いた。即ち、気密容器の場合には、容器内に実装する工
程中てエミッタか汚染してしまう為、エミッション放出
しきい値か高いという問題点かある。また、低真空度の
場合には、ガスを吸着してしまう為、短時間で電子放出
素子の仕事関数か高くなり、エミッション放出効率か低
下したり、しきい値電圧か高くなるという問題かあった
。これらの問題点は、電界放出型の電子放出素子を気密
容器内に実装して応用する場合には特に重要であり、こ
の問題を解決しなけわば、ＦＥカソードを真空気密容器
内に実装した形て使用することは極めて困難となる。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１記載の電子放出素子は、複数のエミッタとゲー
トを有する電子放出素子において、ゲート電圧以上の電
圧又は電界電子放出電圧か交互に加えられる一方又は他
方のエミッタを備えたことを特徴としている。

請求項２記載の電子放出素子は、電界電子放出電圧か与
えられた電極かエミッタとして機能し、これよりも高い
電圧か与えられた電極がゲートとして機能するように、
電界電子放出可能電界か交互に互いの電極間に形成され
る少なくとも一対の電極を有することを特徴としている
。

（作　　用〕 請求項！記載の電子放出素子によれば、電界電子放出電
圧か加えられた一方のエミッタからは電子か放出され、
その一部はゲート電圧以上の電圧か加えられている他方
のエミッタに射突してこれをクリーニングする。この作
用か交互に繰返さ耽れば、各エミッタは常に清浄に保た
れる。

請求項２記載の電子放出素子によれば、電界電子放出電
圧が加えられた一方の電極かエミッタとして機能し、電
子を放出する。この時、これよりも高い電圧か加えられ
た他方の電極はゲートとして機能し、放出された前記電
子の一部はゲートとしての該電極に射突してこれをクリ
ーニングする。この作用か交互に繰返されれば、エミッ
タとしても機能する各電極は常に清浄に保たれる。

〔実施例〕

第１図は、縦型に構成された第１実施例の電界放出型の
電子放出素子１である。

基板２上に形成されたエミッタ電極３は、対になるよう
に複数に分割しである。１柱４，５は各エミッタ電極２
ごとに設けられたエミッタ、６は絶縁層、７はゲート、
８はコレクタである。

上記の構成において、分割された一方のエミッタ電極３
に設けられたエミッタ４（又はエミッタ群）か正規の電
界条件で電子ｅ１を放出した時、こむと対を成す他方の
エミッタ５（又はエミッタ群）には少くともゲート７と
同電位以上の正電位か印加されるようにする。そして、
他方のエミッタ５のエミッション時には、一方のエミッ
タ４に前記所定の正電位を与える。

このように駆動すれば、一方のエミッタ４から放出され
た電子ｅ、か他方のエミッタ５に射突してこれをクリー
ニングし、他方のエミッタ５からの放出電子ｅ２かエミ
ッタ４をクリーニングする。

ここで、ゲート７に対して負となる半波正弦波を一方の
エミッタ４にかける場合には、他方のエミッタ５に物理
吸着しているガスを脱離させるに十分な電子線衝撃加熱
を与える為、この他方のエミッタ５には少くとも前記ゲ
ート電圧以上の直流又は正の半波正弦波等をかける。

エミッタ４．５は、複数に分割されたエミッタ電極３ご
とに少くとも１個以上あればよい。また駆動系統が分割
されたエミッタ（又はエミッタ群）は、２個又は２群以
上あればよい。なお、このような電子放出素子をティス
プレィに用いる場合には、第１図に示したコレクタ８以
外に蛍光体を塗布したアノードを設け、これにコレクタ
電圧以上の正電位を与えるようにした四極管構造てもよ
いし、コレクタ８をアノードに兼用した三極管構造でも
よい。

第２図は、横型に構成された第２実施例の電界放出型の
電子放出素子１０である。

基板１１上には、突端部１２を有するエミッタ１３．１
４とゲート１５．１６か、共通のコレクタ１７を間に挟
んて対向して配置されている。第１実施例と同様に、一
方のエミッタ１３か電子を放出した時、他方のエミッタ
１４にゲート電圧以上の正電位を与えておき、放出され
た電子の一部を他方のエミッタ１４に射突させてクリー
ニングさせるようにすわば、各エミッタ１３．１４によ
る交互の電子放出を安定的に行わせることかてきる。

第３図及び第４図は、横型に構成された第３実施例の電
界放出型の電子放出素子２０である。

基板２１上には、エミッタ及びゲートとして機能する断
面台形状の電極２２．２３か尖端縁２４を上にして２本
並設されており、その外側にはコレクタ２５．２６かそ
４それ並設されている。

各電極２２．２３に、半波正弦波及びゲート電圧を交互
に印加するか、又は正負の正弦波か各電極２２．２３に
交互に印加されるように駆動する。このようにすれば、
エミッタとして機能した力の電極２２の尖端縁２４から
放出さおた電子ｅ１は、一方のコレクタ２６に到達する
と共に他方の電極２３に射突してこれをクリーニングし
、逆の場合には同様に一方の電極２２かクリーニングさ
れる。

第５図は、横型に構成された第４実施例の電界放出型の
電子放出素子３０である。

基板３１上には、エミッタ及びゲートとして機能する２
個１組の電極３２．３３か入れ千秋に配設されている。

各電極３２．３３にはそれぞれ鋸歯状となるように多数
の突端部３４か形成されており、各突端部３４は対向す
るようになっている。また、図中３５はコレクタである
。

第３図及び第４図の第３実施例と同様、本実施例の各電
極３２．３３にも、半波正弦波及びゲート電圧を交互に
印加し、又は正負の正弦波を交互に印加する。このよう
にすれば、第３実施例と同様の作用効果を得ることがで
きる。

第６図は、第５図に示した第４実施例の電子放出素子３
０を、蛍光表示管の原理を用いた表示装置に応用した第
５実施例である。

この例ては、第４実施例で示した入れ早秋の電極３２．
３３の組合せか第１基板４０上にマトリクス状に配設さ
れており、共通に接続されて引出された各一方の電極Ｃ
Ｌに駆動信号が与えられ、同しく各他方の電極ＣＵに同
期した駆動信号か与えられてマトリクス内の任意のエミ
ッタを選択てきるようになっている。なお、選択中のエ
ミッタには、第７図に示す信号か印加される。

また、本例では、第４実施例のコレクタ３５のかわりに
、電極３２．３３か設けられた第１基板４０に対向する
透明な第２基板４１上に、アノードとして透明電極４２
か設けである。透明電極４２は帯状であり、赤、緑、青
に発光する蛍光体Ｒ，Ｇ、Ｂかそれぞれ２本おきに被着
されている。

上記の構成において、各電極ＣＬ、Ｃｕに適切なタイミ
ングて第７図に示すような信号を印加して所望の位置に
ある電極３２．３３がら電子を放出させれば、第２基板
４１の透明電極４２に設けられた各蛍光体Ｒ，Ｇ、Ｂを
ドツト状に選択して発光させることかてき、任意の文字
・図形を表示させることがてきる。この例ても、選択さ
れた各電極３２．３３においては、正負の相反する駆動
信号か交互に印加されることにより、電子の射突による
クリーニング効果を得ることかできる。

第８図は、第３図及び第４図に示した第３実施例の電子
放出素子２０を、蛍光表示管の原理を用いた表示装置に
応用した第６実施例である。

この例では、絶縁基板５０上に絶縁層５１を介して一対
の逆台形状の電極５２．５３が並設されており、各電極
５２．５３の外方には、蛍光体層５４．５５を有す−る
アノード電極５６．５７かそわそわ配設されている。

各電極５２．５３には、第１０図に示すような１８０°
位相かずれた正弦波又は図示しない矩形波か印加される
ーように電源Ｅ、、Ｅ２か接続されている。また、両ア
ノード電極５６．５７には、画電極５２．５３に対して
正の電圧か選択的に印加されるよになっている。

上記の構成において、各電極５２．５３に第１０図のよ
うな正弦波を印加すると共にアノード電極５６．５７の
一方に正電位を与える。第１０図における１＝１．ては
、第９図（Ａ）に示すように、右側の電極かエミッタと
して機能し、表示信号か与えられた左側のアノード５６
の蛍光体層５４に電子か射突すると共に、ゲートとして
機能している左側の電極５２に電子の一部か射突してこ
れをクリーニングする。第１０図におけるｔ＝ｔ２ては
、第９図（Ｂ）に示すように、逆に左側の電極５２かエ
ミッタとなり、右側のアノード５７か点灯するとともに
右側の電極５３かクリーニングされる。

〔発明の効果） 本発明の電子放出素子によりば、エミッタから放出され
た電子の一部か、エミッション状態にない他のエミッタ
に射突してこれをクリ一二ンクするようにしているのて
、ガス吸着による電界放出エミッタの汚染が防止され、
表示管等の気密容器のような低真空雰囲気においても長
期間安定したエミッション放出を行えるという効果かあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は同
第２実施例を示す斜視図、第３図は同第３実施例の側面
図、第４図は同斜視図、第５図は同第４実施例の平面図
、第６図は同第５実施例の構成を示す模式図、第７図は
第６図における選択中のエミッタに印加する信号の波形
図、第８図は同第６実施例の構成を示す断面図、第９図
（Ａ）、第９図（Ｂ）はそれぞれ同実施例における作用
を示す断面図、第１０図は同実施例て電極に与える信号
の波形図、第１１図は縦型の電界電子放出素子の断面図
、第１２図は縦型の電界電子放出素子を用いた表示装置
の構造説明図、第１３図は横型の電界電子放出素子の斜
視図である。 １．１０，２０．３０・・・電子放出素子、４．５．１
３．１４−・・エミッタ、 ７．１５．１６・・・ゲート、 ２２．２３，３２，３３，５２．５３−・・電極。 特許出願人　双葉電子工業株式会社 代理人・弁理士　西　　村　　教　　先竿 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図（Ａ） 第 図（Ｂ） 第１０１ 第 図 第１２　ＩＸｌ 第 １３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のエミッタとゲートを有する電子放出素子にお
   いて、ゲート電圧以上の電圧又は電界電子放出電圧が交
   互に加えられる一方又は他方のエミッタを備えた電子放
   出素子。 ２、電界電子放出電圧が与えられた電極がエミッタとし
   て機能し、これよりも高い電圧が与えられた電極がゲー
   トとして機能するように、電界電子放出可能電界が交互
   に互いの電極間に形成される少くとも一対の電極を有す
   る電子放出 素子。