JPH05120990A - 電子放出装置 - Google Patents

電子放出装置

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JPH05120990A
JPH05120990A JP20562691A JP20562691A JPH05120990A JP H05120990 A JPH05120990 A JP H05120990A JP 20562691 A JP20562691 A JP 20562691A JP 20562691 A JP20562691 A JP 20562691A JP H05120990 A JPH05120990 A JP H05120990A
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JP
Japan
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electron
thin film
electrode
electron emitting
emitting device
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Withdrawn
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JP20562691A
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English (en)
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Toshihiko Takeda
俊彦 武田
Ichiro Nomura
一郎 野村
Tetsuya Kaneko
哲也 金子
Haruto Ono
治人 小野
Hidetoshi Suzuki
英俊 鱸
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/316Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field parallel to the surface, e.g. thin film cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/316Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165Surface conduction emission type cathodes

Abstract

(57)【要約】 【構成】 絶縁性基板上に、一対の対向する電極と、該
電極間に微粒子からなる不連続膜を有する表面伝導形電
子放出素子と、該素子の電子放出部から放出された電子
を変調するためのグリッド電極からなる電子放出装置に
おいて、電子放出部とグリッド電極間に電子通過孔を有
する導電性薄膜を有する電子放出素子。 【効果】 絶縁体部分のチャージアップが容易に防止さ
れ、極めて安定な電子放出素子が得られ、放出された電
子の変調、ビーム整形が低電圧で可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表面伝導形放出素子を
用いた電子放出装置に関し、特に電子放出部近傍に導電
性薄膜を有する電子放出装置に関する。
【0002】
【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・フィジィッス(Radio Eng. Elec
tron. phys.)第10巻、1290〜129
6頁、1965年]。
【0003】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。
【0004】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SnO2(Sb)薄膜を用
いたものの他、Au薄膜によるもの[ジー・ディトマ
ー:”スイン・ソリド・フィルムス”(G.Dittm
er:”Thin SolidFilms”),9巻,
317頁.(1972年)]、ITO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・
ディー・コンフ”(M.Hartwell and
C.G.Fonstad:”IEEE Trans.E
DConf.”)519頁,(1975年)]、カーボ
ン薄膜によるもの[荒木久他:”青空”,第26巻,第
1号,22頁,(1983年)]等が報告されている。
【0005】これらの表面伝導形放出素子の典型的な素
子構成を図5に示す。図中、1は絶縁性基板、2及び3
は電気的接続を得るための電極、4は電子放出部、11
は電子放出材料で形成される薄膜を示す。
【0006】上述した表面伝導形放出素子は、いずれ
も、薄膜11を設けた基板1上に電極2、3を設けて、
電極2、3間に電圧を印加し、フォーミングと呼ばれる
通電加熱処理で電子放出部4を形成することによって製
造されている。即ち、電極2、3間への電圧の印加によ
って薄膜11に通電し、これにより発生するジュール熱
で薄膜11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4を形成するこ
とにより、電子放出機能を付与しているものである。
【0007】上記電気的な高抵抗状態とは、薄膜11の
一部に0.5μm〜5μmの亀裂を有し、かつ亀裂内
が、いわゆる島構造を有する不連続状態となっているこ
とをいう。島構造を有する不連続状態膜とは、一般に数
十Åから数μm径の微粒子が基板1上にあり、該微粒子
は空間的に不連続で且つ電気的に連続な膜を形成してい
ることをいう。
【0008】また、従来報告されてきた表面伝導形放出
素子では電子放出の放射特性、即ち素子から放出される
電子の方向は、図5のように電極3をプラス電位、電極
2をアース電位、蛍光体を塗布した基板9を+1000
V程度とした場合、同図中12のように蛍光体の発光輝
点は実際の電子放出部の鉛直上よりもプラス電極側にず
れており、同素子から放出される電子はアース電極側か
ら見ると斜め前方に向かって放出されていることを示し
ている。
【0009】さらに、特開昭61−210588号公
報、特願昭62−255063号公報、特願昭62−2
55068号公報等で既に技術開示したような、微小間
隔部と金属、或いは酸化物等の微粒子から形成されるフ
ォーミング工程を必要としない表面伝導形放出素子にお
いても、上記電子放出の方向はアース電極側から見て斜
め前方にずれを生じている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面伝
導形電子放出素子は、微小面積の薄膜に電流を流すこと
により電子放出が生ずる現象を利用するもので、微小部
分に電気的に接続するための素子電極が電子放出部に極
めて近く、真空中に放出された電子は、前記素子電極の
影響を強く受ける。そのため、所望の電子軌道を得るた
めには、複雑な電子光学系が必要となり、表面伝導形放
出素子の応用に著しく妨げとなっていた。
【0011】さらに、従来表面伝導形放出素子は電気的
に絶縁された基板上に形成されるため、素子近傍の絶縁
部に放出された電子が照射された場合、電荷の蓄積が生
じ素子近傍の電界を乱し、電子軌道に著しく影響を与え
るため、表面伝導形素子の設計を困難にしていた。
【0012】そこで本発明では、表面伝導形放出素子を
用いた電子放出装置において、上記欠点を除去した電子
放出装置を実現することを目的としたものである。
【0013】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するために、本発明では、基板上に設けられた少なく
とも1個の表面伝導形電子放出素子と、その上方に設け
られた該放出素子から放出された電子の変調を行うため
のグリッド電極からなる電子放出装置において、該電子
放出素子とグリッド電極の間の放出素子の極めて近傍に
導電性材料からなる薄膜層を有することを特徴としてい
る。
【0014】以下に本発明の特徴と図1を用いて詳細に
説明する。図1において、1は絶縁性ガラス基板、2、
3は素子を形成する電極、4は素子電極間に設けられた
微粒子からなる薄膜、5、5’は絶縁層、6は本発明に
より設けられた導電性薄膜、7は放出された電子の変調
を行うグリッド電極である。同図において、素子電極2
をアース電位とし、3に+10V以上の電圧を印加する
と、微粒子からなる薄膜4の部分から電子の放出が生じ
る。グリッド電極7に適当な電圧を印加することで、4
より放出された電子を引き出し、或いはカットオフする
ことができる。
【0015】表面伝導形放出素子は上述のように、電極
2、3間に通電することにより、電極2、3間を流れる
電流に対して直角方向に電子を放出させるため、放出さ
れる電子は通電方向の速度成分を持っており、上部グリ
ッド電極7の印加電圧が小さい場合、放出された電子は
絶縁層に照射、蓄積され電子軌道を乱す。
【0016】そこで本発明では上述表面伝導形放出素子
固有の性質を除外するために放出部近傍に電圧印加可能
な導電姓薄膜を設けることを特徴としている。
【0017】また、本発明で設けられた導電性薄膜6
は、電子放出部となる微粒子からなる薄膜4の極めて近
傍にあることが望ましく、図1に示したごとく、素子電
極2の上に絶縁層を介して薄膜6を設けることが望まし
い。
【0018】さらに、上記薄膜6は素子電極2、3とは
独立に電圧印加可能とすることで、放出された電子の軌
道を任意に補正することができる。
【0019】
【実施例】実施例1 図1は本発明の特徴を表す断面図である。同図におい
て、1は絶縁性基板、2、3は表面伝導形放出素子の電
極、4は電子放出部を形成するパラジウム微粒子、5は
絶縁層、6は導電性薄膜、7は電子を変調するためのグ
リッド電極である。
【0020】また、図2は放出素子部の上面図である。
同図中では素子電極2、3と導電性薄膜6を電気的に絶
縁するための絶縁層5、グリッド電極7は省略されてい
る。
【0021】次に、上記構成の製造工程について、図3
に基づいて説明する。
【0022】 先ず、絶縁性ガラス基板1上に、ほぼ
10μmの間隔を有する一対の電極2、3を通常のフォ
トリソグラフィ技術等を用いて形成する(a)。
【0023】 次に、RFスパッタにより第1層目の
絶縁層5をSiO2で形成した。かかるSiO2膜の膜厚
は3000Åである。その後、このSiO2層の電子放
出部近傍のみをリアクティブイオンエッチング(RI
E)を用いてエッチング除去し、放出部電極を露出させ
た(b)。
【0024】 次に、通常の真空蒸着とフォトリソグ
ラフィ技術を用いて、クロム薄膜によるマスクを形成し
た後、電極間のみに有機パラジウム化合物を含む有機溶
媒(奥野製薬工業製キャタペースト−ccp)を回転塗
布し、さらに空気中で300℃、10分間の焼成を行
い、パラジウムを微粒子化して電子放出部4を形成し
た。この後、パラジウムのパターニングに使用したクロ
ムマスクを全てエッチング除去し、表面伝導形電子放出
素子部を完成した(c)。
【0025】 次に、導電性薄膜6を通常の真空蒸着
及びフォトリソグラフィ技術を用いて形成した。この
時、導電性薄膜6は、放出部保護膜としても用いるため
に、放出部上に形成された薄膜は最終工程まで除去しな
い(d)。
【0026】 次に、上記工程で得られた基板上全面
に、電子放出素子とグリッド電極7とを電気的に絶縁す
るための第2層目の絶縁層5をSiO2により形成し
た。かかる絶縁層5の膜厚はほぼ10μmで、RFスパ
ッタを用いて形成した(e)。
【0027】 次に、上記工程で得られた第2層目の
絶縁層5上に、ニッケル(厚さ5000Å)を用いてグ
リッド電極7を形成し、さらに、グリッド電極7上に絶
縁層5のエッチングに対する保護層(不図示)を設け、
エッチングにより電子放出部鉛直上にグリッド孔150
μm×30μmを開けた。
【0028】 次に、上述電子通過孔を有したグリッ
ド電極7をマスクとして、電子放出部上に積層されたS
iO2膜5をRIE(ReactiveIon Etc
hing)を用いてエッチング除去し、導電性薄膜6を
露出させ、最後に、かかる導電性薄膜たる放出素子上の
アルミニウム薄膜6を除去して電子放出装置を真空容器
中に入れ、表面伝導形電子放出素子に14Vの電圧を印
加し、グリッド電極8に0〜+100Vの電圧を印加し
て放出される電流を測定したところ、グリッド電圧(V
g)に比例した放出電流が得られた(f)。
【0029】次に、素子電極2をアース電位、素子電極
3を+14Vとし、さらに、導電性薄膜6に正の電圧を
印加して電子放出を行ったところ、グリッド電極7の印
加電圧は上述の場合に比べほぼ2分の1で同等の放出電
流が得られた。この結果、導電性薄膜6を設けることで
変調電圧の低減が可能となった。
【0030】実施例2 次に、第2の実施例として本発明により得られた電子放
出素子を用いて、電子線を用いた画像形成装置を作成し
た。その斜視図を図4に示す。同図において、1はガラ
ス基板、3は素子電極、4は電子放出部、7はグリッド
電極、9は蛍光体基板、10は真空容器である。
【0031】ここで、電子放出素子、グリッド電極、絶
縁層等の形成方法は実施例1と同様であり、100mm
×75mm角のガラス基板上に、1ライン当たり72個
の放出素子が並列接続されたものを64ライン形成し
た。
【0032】得られた基板1上にガラススペーサ(不図
示)を介して蛍光体基板9を設け、真空容器10に入
れ、内部を1×10-6 Torr程度に真空排気した後、
素子駆動電圧15V、蛍光板印加電圧5KVとし、導電
性薄膜をアース電位としてグリッド7に変調電圧を印加
し、パルス駆動したところ、変調が確認され、チャージ
アップによる異常放電等のない良好な画像が得られた。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
装置によれば、絶縁体部分のチャージアップを容易に防
止でき、極めて安定な電子放出装置が得られ、また、放
出された電子の変調、ビーム整形が低電圧で可能とな
る。といった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子放出装置の実施例の部分断面図で
ある。
【図2】本発明の電子放出装置の実施例の上面図であ
る。
【図3】本発明の電子放出装置の製造手順を示す図であ
る。
【図4】本発明の電子放出装置を用いた画像形成装置の
斜視図である。
【図5】従来の表面伝導形放出素子の断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2、3 素子電極 4 電子放出部 5 絶縁層 6 導電性薄膜 7 グリッド電極 9 蛍光体基板 10 真空容器 11 薄膜
【手続補正書】
【提出日】平成4年10月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 電子放出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 治人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鱸 英俊 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に、一対の対向する電極
    と、該電極間に微粒子からなる不連続膜を有する表面伝
    導形電子放出素子と、該素子の電子放出部から放出され
    た電子を変調するためのグリッド電極からなる電子放出
    装置において、電子放出部とグリッド電極間に電子通過
    孔を有する導電性薄膜を有することを特徴とする電子放
    出装置。
  2. 【請求項2】 導電性薄膜が絶縁性材料を介して前記表
    面伝導形電子放出素子上に形成されていることを特徴と
    する請求項1記載の電子放出装置。
  3. 【請求項3】 グリッド電極が、導電性薄膜と絶縁性材
    料を介して形成されていることを特徴とする請求項2記
    載の電子放出装置。
  4. 【請求項4】 導電性薄膜に外部から電圧印加手段を有
    することを特徴とする請求項1〜3記載の電子放出素
    子。
JP20562691A 1991-07-23 1991-07-23 電子放出装置 Withdrawn JPH05120990A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100943192B1 (ko) * 2003-11-25 2010-02-19 삼성에스디아이 주식회사 전계방출 표시소자 및 그 제조방법

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100943192B1 (ko) * 2003-11-25 2010-02-19 삼성에스디아이 주식회사 전계방출 표시소자 및 그 제조방법

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Effective date: 19981008