JPH05198255A - 電界放出陰極装置およびその清浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は微小冷陰極に対して清浄化処理を行う
構成とされた電界放出陰極装置に関し、加熱手段を用い
ることなく清浄化処理を行うことを目的とする。 【構成】電界放出効果により電子を放出するカソード
と、前記カソードから電子を放出させるゲート電極とよ
りなる電子線源を複数個配列してなる電子線源アレイ
と、前記電子線源アレイに対向するように設けられ電子
線源アレイから放出された電子を加速および捕捉するア
ノードと、前記電子線源アレイから放出された電子を電
子線源の方向に付勢する電子反発手段とを備え構成し、
カソードの清浄化処理時に前記電子反発手段を起動し
て、一のカソードから放出された電子を他のカソードに
付勢する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出陰極装置に関
し、特に複数のカソードをマトリクス状に配列されてな
る電界放出陰極装置に関する。

【０００２】電界放出陰極装置は、導体表面に大きな電
界を印加して陰極表面における電位障壁を変形させ、導
体中の電子をトンネル効果により外部に取り出す。この
ために、電界放出陰極装置は負電圧が印加されるカソー
ドと、前記カソードに近接して形成されてこれに大電界
を印加するゲート電極とよりなる電子線発生源を含み、
放出された電子線は加速の後アノード電極によって捕捉
される。かかる構成の電子線発生源は、半導体製造技術
で一般的に使われている微細加工技術により、数ミクロ
ン程度の大きさに形成することができる。換言すると、
微細加工技術により広い面積にわたりマトリクス状に微
細な電子線発生源を形成することが容易に可能であり、
かかる構成の電界放出陰極装置は高速演算素子や、高速
かつ高輝度のフラットディスプレー等への応用が期待さ
れている。

【０００３】

【従来の技術】図８は従来の電界放出陰極装置の概略を
示す斜視図である。

【０００４】図８を参照するに、電界放出陰極装置は絶
縁体層１１を上主面に形成された絶縁性基板１０上に形
成され、絶縁体層１１の下主面上には第１の方向に複数
のカソード電極１２が、相互に平行に形成されている。
また、前記絶縁体層１１の上主面上には前記第１の方向
と実質的に直交する方向に、複数のゲート電極がやはり
相互に平行に延在するように形成されている。さらに、
前記絶縁体層１１中には、前記カソード電極１２とゲー
ト電極１３とが交差する部分に対応して電子線源１４が
形成されている。図示の例では、電子線源１４は複数の
電子線源要素より構成されている。さらに、図８の装置
全体は、図示していない真空容器中に封入されている。

【０００５】図９は図８中の一の電子線源要素を拡大し
て示す。

【０００６】図９を参照するに、電子線源要素１４は典
型的にはＳｉＯ₂ よりなる絶縁体層１１中に前記カソー
ド電極１２とゲート電極１３との交差部分に対応して形
成されたスルーホール１１ａ中に形成され、円錐状に鋭
く尖ったエミッタティップ１５を含む。エミッタティッ
プ１５は典型的にはＭｏよりなりカソード電極１２上に
形成され、一方ゲート電極は、図示したように、スルー
ホール１１ａの側壁からエミッタティップ１５に向かっ
て延在し、エミッタティップ１５との間に狭いギャップ
を形成する。そこで、ゲート電極１３に正電圧を、また
カソード電極１２に負電圧を印加することにより、ゲー
ト電極１３とエミッタティップ１５との間には大きな電
界が形成される。かかる電界はエミッタティップ１５表
面の電位障壁を変形させ、エミッタティップ１５中の電
子がトンネル効果により前記電位障壁を通過してエミッ
タ１５外に出ることが可能になる。このようにして放出
された電子は基板１０に対向するように設けられたアノ
ード（図８，図９には図示せず）に印加された正電圧に
より加速され、アノードにおいて捕捉される。アノード
周辺部に蛍光物質をコーティングした表示パネルを設け
ておくと、放出される電子線のパターンに従って可視画
像が表示パネル上に形成される。例えば、アノードを透
明導電性材料により形成し、このアノード上に蛍光物質
をコーティングすればよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる電界
放出陰極装置では、エミッタティップ１５がガス等の揮
発性物質を吸着していると、電子線の放出特性が劣化す
る。このため、電界放出陰極装置では特にエミッタティ
ップ１５のクリーニングないし清浄化処理を所定の間隔
で、あるいは装置起動時毎に行うことが好ましい。一般
に電子管では、電界放出陰極装置をも含めた真空容器内
にガス吸着のためのゲッターが設けられているが、熱電
子を使わない電界放出陰極装置では、ゲッターを容器内
に設けただけでは一般にクリーニングが不十分である。
実際、図１に示す電界放出陰極装置では、熱電子放出に
よりエミッタティップの清浄化処理を行うには装置全体
を外部熱源により加熱する必要があるが、かかる構成を
電子機器中に設けることは一般に不可能である。

【０００８】図１０は、本願の基礎出願である特願平３
−２９９３４３の出願後に公開された特開平４−２２０
３８に記載された、電界放出陰極装置においてエミッタ
ティップ１５を清浄化する工程を示す。図１０中、基板
１０は簡単のため省略してある。この従来の方法では、
隣接する一対の電子線源１４ａ，１４ｂの間に励起電圧
を印加し、例えば電子線源１４ａから発し電子線源１４
ｂに到る電子線を形成する。その結果、電子線源１４ｂ
中のエミッタティップに吸着されていた揮発性汚染物質
は電子線のエネルギーにより気化し、容器内に設けられ
たゲッターにより吸収される。

【０００９】図１０を参照するに、電子線源１４ａでは
カソード電極１２ａに負電圧が印加され、一方隣接する
電子線源１４ｂではカソード電極１２ｂに正電圧が印加
される。その結果、カソード電極１２ａ上に形成された
エミッタティップ１５ａとカソード電極１２ｂ上に形成
されたエミッタティップ１５ｂとの間に大きな電圧が加
わり、その値がエミッタティップ１５ａにおいて電子の
電界放出を誘起するに十分な値になると電子ビームがエ
ミッタティップ１５ａからエミッタティップ１５ｂに向
かって形成され、そのエネルギーによりエミッタティッ
プ１５ｂ上の揮発性物質を気化させる。

【００１０】一方、前記公知例は、かかる清浄化処理を
行う際にアノードに印加される電圧については言及して
いないが、一般にアノードには正電圧が印加されるのが
普通である。図１１は図１０に示したような電子線源に
おいてアノードに正電圧を印加した場合の電位分布を表
す。ただし、図１１では図１０と左右が入れかわってい
る。また、図１１の計算では、ゲート電極１３ａ，１３
ｂはいずれも接地されているものと仮定されている。

【００１１】図１１よりわかるように、アノードに正電
圧が印加されている場合、エミッタティップ１５ａに正
電圧が印加されていてもエミッタティップ１５ｂから放
出された電子は主にアノード電極に引き寄せられてしま
い、エミッタティップ１５ａには殆ど到達しない。換言
すると、清浄化処理を行う際に電子線源に対向するよう
に設けられたアノード電極に印加される電圧は清浄化処
理の効率に本質的な影響を与えるものと考えられる。

【００１２】本発明は、上記の従来例に鑑み、新規で有
用な電界放出陰極装置およびその清浄化方法を提供する
ことを概括的目的とする。

【００１３】本発明の他のより具体的な目的は、効率良
くクリーニングを行える電界放出陰極装置およびその清
浄化方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的
を、カソード電圧を印加され、電界放出効果により電子
を放出するカソードと、前記カソードに近接して形成さ
れ、所定のゲート電圧を印加されて前記カソードから電
子を電界放出効果により放出させるゲートとにより構成
される電子線発生要素を複数個配列して形成されてなる
電子線源群を複数個配列して形成された電子線源アレイ
と；複数のアノード電極要素を前記電子線源アレイ中の
複数の電子線源群に対向するように配設されてなり、所
定のアノード電圧を印加されて前記電子線源アレイ中の
電子線源から放出された電子を加速および捕捉するアノ
ードと；前記電子線源アレイ中の電子線源から放出され
た電子を、前記電子線源の方向に付勢する電子反発手段
とを備えたことを特徴とする電界放出陰極装置により、
またはカソード電圧を印加され、電界放出効果により電
子を放出するカソードと、前記カソードに近接して形成
され、所定のゲート電圧を印加されて前記カソードから
電子を電界放出効果により放出させるゲートとにより構
成される電子線発生要素を複数個配列して形成されてな
る電子線源アレイと、前記電子線源アレイに対向して形
成され、所定の正のアノード電圧を印加されて前記電子
線源アレイ中の前記カソードから放出された電子を加速
および捕捉するアノード電極とを備えた電界放出陰極装
置において、一のカソードから別のカソードへの電子線
の照射により前記別のカソードから揮発物を除去する電
界放出陰極装置の清浄化方法において、前記電子線源ア
レイ中の一対のカソード間に所定の励起電圧を印加して
前記一対のカソードを結ぶように電子線を形成する工程
と、前記工程と実質的に同時に前記アノード電極に負電
圧を印加する工程とよりなることを特徴とする方法によ
り、またはカソード電圧を印加され、電界放出効果によ
り電子を放出するカソードと、前記カソードに近接して
形成され、所定のゲート電圧を印加されて前記カソード
から電子を電界放出効果により放出させるゲートとによ
り構成される電子線発生要素を複数個配列して形成され
てなる電子線源アレイと、前記電子線源アレイ中の前記
電子線発生要素に対向するように配設され、複数のアノ
ード電極要素を配列して形成されてなり、所定の正のア
ノード電圧を印加されて前記電子線源アレイ中の前記カ
ソードから放出された電子を加速および捕捉するアノー
ドとを備えた電界放出陰極装置において、一のカソード
から別のカソードへの電子線の照射により前記別のカソ
ードから揮発物を除去する電界放出陰極装置の清浄化方
法において、前記電子線源アレイ中から第１の電子線発
生要素と第２の電子線発生要素とよりなる一対の電子線
発生要素を選択し、前記第１の電子線発生要素中のカソ
ードと前記第２の電子線発生要素中のカソードとの間に
所定の励起電圧を印加して前記一対のカソードを結ぶよ
うに電子線を形成する工程と、前記工程と実質的に同時
に前記アノード電極電極要素に、前記第１の電子線発生
要素から第２の電子線発生要素に向かって順次増加する
ように負電圧をそれぞれ印加する工程とよりなることを
特徴とする方法により達成する。

【００１５】

【作用】本発明の第１の特徴によれば、電子線によるク
リーニングの際に本来正電圧が印加されるアノード電極
に負電圧が印加されるため、一方のカソードから出射さ
れた電子線がアノードに吸収されることなく他方のカソ
ードに到達するため、電子線によるカソードの清浄化処
理の効率が実質的に向上する。

【００１６】本発明の第２の特徴によれば、既に清浄化
をなされたカソードに印加される励起電圧を、まだ清浄
化処理をなされていないカソードに印加される励起電圧
よりも減少させることにより、カソードの不必要な消耗
を回避することが可能になる。その結果、装置の寿命を
延長することができる。

【００１７】本発明の第３の特徴によれば、アノード電
極を複数のアノード電極要素に分割して形成し、アノー
ド電極要素に印加される負電圧の大きさを、アノード電
極に沿って非対称の電位分布が形成されるように印加す
ることにより、電子線の照射効率および清浄化処理の効
率を一層向上させることが可能になる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す。図１は先
に説明した図１０に対応しており、簡単のため基板１０
の図示を省略してある。また、図中、図１０と対応する
部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

【００１９】図１を参照するに、本実施例では基板１０
およびその上の絶縁層１１に対向するように形成された
アノード電極１６をエミッタティップの清浄化処理に使
用するが、その際アノード電極１６に正電圧の代わりに
負電圧を印加する。すなわち、清浄化処理を行う際には
スイッチＳＷを閉じて第１のカソード電極１２ａに負電
圧を印加する。これと同時に第２のカソード電極１２ｂ
に正電圧を印加し、電界放出効果により電子をエミッタ
ティップ１５ａから放出させ、エミッタティップ１５ａ
からエミッタティップ１５ｂに到る電子線を形成する。
本実施例によれば、清浄化処理を行う際にアノード電極
に負電圧が印加される結果、エミッタティップ１５ａか
ら放出された電子は効率良くエミッタティップ１５ｂに
到達し、清浄化が効率的に実行される。通常の動作時に
は、スイッチＳＷは開成され、アノードには正電圧が印
加される。

【００２０】図２はエミッタティップ１５ａに−１Ｖ、
エミッタティップ１５ｂに＋１Ｖの電圧を印加し、同時
にアノード電極１６に−１Ｖの電圧を印加した場合の電
界放出陰極装置中に形成される電位分布をあらわす。図
１０と同じく、図２においても図１に対して左右が入れ
かわっている。図２の計算例でも、ゲート電極１３ａ，
１３ｂは接地されていると仮定している。

【００２１】図２よりわかるように、エミッタティップ
１５ａから放出された電子は、アノードに対して急角度
に発射されたものであってもアノードの電界で反発を受
け、エミッタティップ１５ｂの方向に戻る。そのうちの
いくつかはゲート電極１３ａ，１３ｂで捕捉されるが、
一部分はエミッタティップ１５ｂの周辺に形成される大
きな電界に捕捉され、ティップ１５ｂに導かれる。図２
と図１１を比較すると、エミッタティップ１５ａ，１５
ｂの先端部近傍での電位分布が大きく変化しているのが
わかる。明らかに、図２においてエミッタティップ１５
ｂ近傍に形成されている電位分布は電子線をエミッタテ
ィップ１５ｂ先端部に集束させるのに非常に好都合であ
る。アノード電極に印加される負電圧の大きさは電界放
出陰極装置の構成により変化するが、本実施例ではアノ
ード電極に印加される負電圧の大きさを、エミッタティ
ップ１５ａに印加される電圧よりも大きくなるように設
定するのが一般的に効果的である。

【００２２】次に、本発明の第２実施例を、電界放出陰
極装置３０を示す図３を参照しながら説明する。本実施
例では、前記励起電圧を印加される一対の電子線源を、
図８に示したような電子線源アレイの一の端から他の端
まで順次選択し、選択された一対の電子線源に対して励
起電圧を印加して電子線を形成する。

【００２３】図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに、電界放
出陰極装置３０は絶縁性基板３１上に形成された絶縁層
３２と、前記絶縁性基板３１と絶縁体層３２の境界に形
成されたカソード電極３３ａ，３３ｂ，・・・と、前記
絶縁体層３２中に形成されて前記カソード電極３３ａ，
３３ｂ，・・・を露出させるスルーホール３２ａと、前
記スルーホール中に形成されたエミッタティップ３４
ａ，３４ｂ，・・・と、前記絶縁体層３２上主面上に形
成されたゲート電極３５と、前記エミッタティップ３４
ａ，３４ｂ，・・・に対向するように形成されたアノー
ド電極３６とにより構成され、エミッタティップ３４
ａ，３４ｂ，・・・は複数のグループにまとめられて電
子線源Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・を形成する。ただし、図
示の例では電子線源Ａは電子線源アレイの一端部に形成
されている。

【００２４】図３（Ａ）の状態では電子線源Ａとこれに
隣接する電子線源Ｂとが選択され、線源ＡからＢに電子
線が照射されて線源Ｂ中のエミッタティップ３４ｂが電
子線による清浄化を受ける。図３（Ａ）の状態で電子線
源Ｂが清浄化された後、状態は図３（Ｂ）に示す状態に
移行し、電子線源Ｂとこれに隣接する電子線源Ｃが選択
されて線源Ｂから線源Ｃに電子線が照射され、その結果
線源Ｃ中のエミッタティップ３４ｃが清浄化される。さ
らに、図３（Ｃ）の状態では、電子線源Ｃと電子線源Ｄ
が選択され、電子線源Ｃから電子線源Ｄに照射される電
子線により線源Ｄ中のエミッタティップ３４ｄの清浄化
が行われる。

【００２５】かかる清浄化プロセスにおいて、最初に選
択される電子線源Ａには、電子を電界放出作用により放
出させるために特に大きな負電圧を印加する必要がある
ことに注意が必要である。これは、図３（Ａ）の工程に
おいては電子線源Ａは全く清浄化処理をなされていない
ため、一般に電子の電界放出作用を得るためには大きな
印加電圧が必要であるのに対し、図３（Ｂ）の工程で電
子放出を行う電子線源Ｂあるいは図３（Ｃ）の工程で電
子放出を行う電子線源Ｃは先の工程で清浄化を既になさ
れているため、電子の電界放出に要する電圧は低くな
る。

【００２６】図４（Ａ）〜（Ｅ）は上記の清浄化プロセ
スの進行を示すタイムチャートであり、図４（Ａ）は前
記電子線源Ａに印加される電圧およびそのタイミング
を、図４（Ｂ）は前記電子線源Ｂに印加される電圧およ
びそのタイミングを、また図４（Ｃ）は前記電子線源Ｃ
に印加される電圧およびそのタイミングを示している。
同様に、図４（Ｄ）は第ｎ−１番目の電子線源に印加さ
れる電圧およびそのタイミングを、また図４（Ｅ）は第
ｎ番目の電子線源に印加される電圧およびそのタイミン
グを示す。

【００２７】図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、電子線
源Ａには最初に区間ｔ₁ において負電圧Ｖ_e1が、また電
子線源Ｂには同じタイミングで正電圧Ｖ_x1が印加され
る。この状態で電子線を電子線源Ａから電子線源Ｂに照
射した後、図４（Ｃ），（Ｄ）に示すように、電子線源
Ｂに区間ｔ₂ において大きさが電圧Ｖ_e1よりも小さい負
電圧Ｖ_e2を印加する。同時に、同じタイミングで大きさ
が電圧Ｖ_x1よりも小さい正電圧Ｖ_x2を電子線源Ｃに印加
する。その結果、電子線源ＢからＣにいたる電子線の経
路が形成され、電子線源Ｃ中のエミッタティップが清浄
化される。さらに、順次つぎの一対の電子線源を選択
し、選択された電子線源間に電圧Ｖ_e2，Ｖ_x2を印加する
ことにより、電子線源は順次清浄化される。最終的には
図４（Ｄ）および（Ｅ）に示すように、電子線源アレイ
他端に位置する前記ｎ−１番目の電子線源に正電圧Ｖ_x2
が、またｎ番目の電子線源に負電圧Ｖ_e2が印加される。

【００２８】上記のプロセスは、図４中に１ｓｔ ｃｙ
ｃｌｅ， ２ｎｄ ｃｙｃｌｅとして示したように複数
回繰り返してもよく、その場合は各電子線源Ａ，Ｂ，
Ｃ，・・・がすでに少なくとも一回は清浄化プロセスを
受けていることを勘案して、印加負電圧を前記Ｖe₂より
もさらに小さい大きさの電圧Ｖ_e3に、また印加正電圧の
前記Ｖ_x2よりもさらに小さい大きさの電圧Ｖ_x3に設定す
る。このようにして、清浄化の進行とともに印加される
励起電圧の大きさを除々に減少させることにより、エミ
ッタティップの消耗を極小に抑止することが可能にな
る。本実施例では、最初に選択される電子電源Ａとして
電子線源アレイの周辺部に特別の清浄化処理用電子線源
を形成しておくと特に有利である。また、制御を簡単に
するために、清浄化処理を行う電子線源に印加する電圧
を、Ｖ_x に固定してもよい。

【００２９】次に、本発明の第３実施例を図５（Ａ），
（Ｂ）を参照しながら説明する。図５（Ａ），（Ｂ）
中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、その
説明を省略する。図５（Ａ），（Ｂ）中、電子線源をカ
ソード電極により区別する。

【００３０】図５（Ａ）を参照するに、通常の動作時に
は相互に独立して駆動される複数の電子線源が、清浄化
動作時には相互に隣接する二組の電子線源３３ａ，３３
ｂにグループ分けされ、図５（Ａ）の状態では電子線源
群３３ａに正電圧が、電子線源群３３ｂに負電圧が印加
される。また、同時にアノード電極３６にはスイッチＳ
Ｗを閉じることにより、負電圧が印加される。この状態
で、電子線源群３３ｂから３３ａに電子線が照射され、
電子線源群３３ａ中のエミッタティップが清浄化され
る。例えば、電子線源群３３ａは奇数番号の駆動線に対
応する電子線群を、また電子線群３３ｂは偶数番号の駆
動線に対応する電子線群をあらわす。

【００３１】図５（Ａ）のプロセスの後、図５（Ｂ）の
プロセスにおいてアノード電極３６に印加される正電圧
はそのままにして、電子線源群に印加される電圧が反転
され、電子線源群３３ａには負電圧が、また電子線源群
３３ｂには正電圧が印加される。この状態で、電子線源
群３３ａから放出される電子線により電子線源群３３ｂ
中のエミッタティップが清浄化される。さらに、図５
（Ａ），（Ｂ）のプロセスを交互に繰り返すことによ
り、各電子線群中のエミッタティップの清浄度が徐々に
向上する。

【００３２】図６（Ａ），（Ｂ）は図５（Ａ），（Ｂ）
のプロセスを交互に繰り返す場合に電子線群３３ａ，３
３ｂに印加される電圧を示す。ただし、図８（Ａ）は電
子線源群３３ａに印加される電圧を、また図８（Ｂ）は
電子線源群３３ｂに印加される電圧を示す。

【００３３】図６（Ａ），（Ｂ）よりわかるように、区
間ｔ₁ では負電圧Ｖ_e1が電子線群３３ａに、また正電圧
Ｖ_x が電子線源群３３ｂに印加され、時間ｔ₂ で隔てら
れた次の区間ｔ₃ において正電圧Ｖ_x が電子線群３３ａ
に、また先の負電圧Ｖ_e1よりも大きさが小さい負電圧Ｖ
_e2が電子線群３３ｂに印加される。上記プロセスを繰り
返すことにより、負電圧の大きさが時間と共にＶ_e3，Ｖ
_e4，Ｖ_e5，．．．と減少し、Ｖ_e5に達すると一定に維持
される。このように励起電圧を設定することにより、エ
ミッタティップの消耗を最小化しながら最大の清浄化効
果を得ることができる。また、電子線群３３ａ，３３ｂ
に含まれる電子線源の数は、図示していないゲッターの
能力に応じて適宜設定される。

【００３４】次に、本発明の第４の実施例を図７を参照
しながら説明する。ただし、図７は第４実施例による電
界放出陰極装置４０を示す。

【００３５】図７を参照するに、電界放出陰極装置４０
は絶縁膜４２を形成された絶縁性基板４１上に形成さ
れ、絶縁膜４２と基板４１の境界には、各電子線源に対
応してカソード電極４３ａ，４３ｂが形成される。カソ
ード電極４３ａ，４３ｂに対応して、絶縁膜４２中には
複数のスルーホールが形成され、スルーホールにより露
出されたカソード電極４３ａ，４３ｂの表面には円錐形
状のエミッタティップ４４が一または複数個形成され
る。さらに、絶縁膜４２の上主面状にはゲート電極４５
が形成される。さらに、前記基板４１の図面中上方に
は、アノード電極を担持する絶縁性基板４７が形成さ
れ、絶縁性基板状には、前記電子線源に対面する側に複
数の、相互に電気的に分離されたアノード電極要素４８
ａ，４８ｂ，・・・が担持され、電極要素４８ａ，４８
ｂ，・・・および絶縁性基板４７は全体でアノード４６
を形成する。

【００３６】図７は、さらにかかる構成の電界放出陰極
装置においてエミッタティップ４４を清浄化する場合の
構成を示す。図示の例では、カソード電極４３ｂ上に形
成されたエミッタティップ４４に負電圧Ｖ_e1を印加し、
一方カソード電極４３ａ上に形成されたエミッタティッ
プ４４に正電圧Ｖ_x を印加して、電子線を電子線源４３
ｂの複数のエミッタティップから電子線源４３ａの複数
のエミッタティップに照射して電子線源４３ａ中のエミ
ッタティップ４４を清浄化する工程が示されている。

【００３７】本実施例においても、先の実施例と同様に
アノード電極要素４８ａ，４８ｂ，・・・には負電圧が
印加されるが、アノード電源として負電圧Ｖ_H1，Ｖ_H2，
Ｖ_H3を発生する三種類の電源（Ｖ_H1＜Ｖ_H2＜Ｖ_H3）が用
意され、三つの連続するアノード電極要素４８ｆ，４８
ｅ，４８ｄおよび同じく連続するアノード電極要素４８
ｃ，４８ｂ，４８ａに前記負電圧Ｖ_H1，Ｖ_H2，Ｖ_H3をそ
れぞれ順次印加する。その結果、アノード電極要素４８
ｆから４８ｄに向かってまたアノード電極要素４８ｃか
ら４８ａに向かって増加する非対称な電位分布が形成さ
れ、その結果電子線源４３ｂのエミッタティップ４４か
ら放出された電子ビーム密度最大の軌道は、電子線源４
３ａに向かうように曲げられ、電子は正電圧を印加され
ているエミッタティップ４４に効率良く捕捉される。電
圧Ｖ_H1，Ｖ_H2，Ｖ_H3の値は例えば電極要素の位置ととも
に略直線的に増大するように設定され、一例として、Ｖ
_H1とＶ_H3では大きさが２０％程度異なるように設定され
る。

【００３８】上記清浄化処理を行う時期としては、電界
放出陰極装置の製造工程中、具体的には電界放出陰極装
置の真空封止工程が考えられる。封止直後のエミッタテ
ィップ表面には揮発性物質が大なり少なり吸着されてお
り、従って製品を出荷する前に清浄化処理を行う必要が
ある。かかる出荷前処理では図４（Ａ）で説明したよう
な、清浄化処理目的で設けられた電子線源Ａに大きな負
電圧Ｖ_e1を印加するのが効果的である。また、電界放出
陰極装置が電子機器に組み込まれて出荷された後では電
子機器の電源投入直後に清浄化処理を実行するのがが好
都合である。一般に、電子機器の電源投入直後には様々
な検査や診断プログラムが実行されており、その間に清
浄化処理を行うことで清浄化に要する余分な時間を節約
することができる。また、かかる清浄化処理は高温を必
要としないため、電子機器中の他の部分に悪影響が及ぶ
ことはない。また、経時的なエミッタティップのガス吸
着に対処するために、電界放出陰極装置の使用時間をタ
イマでモニタし、所定時間が経過すると清浄化処理が起
動するように構成することも可能である。さらに、アノ
ード電流の減少をモニタし、アノード電流が所定値を割
り込んだ場合に清浄化処理の必要性を表示する警告灯等
を点灯させるように構成しても良い。

【００３９】以上、本発明を実施例について説明した
が、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形、
変更が可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、電子線によるエミッタ
ティップの清浄化の際にアノード電極に負電圧を印加す
るために、電子線を効率よく目的のエミッタティップに
到達させることが可能になり、効率的なエミッタティッ
プの清浄化が可能である。特に、数百〜１０００本程度
の数のカソードラインを有する装置では、カソードライ
ンすなわち電子線源を適当にグループ化することによ
り、清浄化処理に要する時間を短縮することが可能であ
る。また、アノード電極を複数の電極要素に分割し、こ
れらに大きさが順次変化する電圧を印加することにより
非対称な電界分布を形成した場合、電子線の目的エミッ
タティップへの到達率はさらに向上する。また、電子線
を形成する際に一対の電子線源間に印加される励起電圧
を清浄化処理の進行とともに減少させることにより、電
子線源中のエミッタティップの不要な消耗を回避するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による電界放出陰極装置に
おける清浄化処理を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例の動作原理を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例による電界放出陰極装置に
おける清浄化処理を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例の動作を示すタイミング図
である。

【図５】本発明の第３実施例による電界放出陰極装置に
おける清浄化処理を示す図である。

【図６】本発明の第３実施例の動作を示すタイミング図
である。

【図７】本発明の第４実施例による電界放出陰極装置に
おける清浄化処理を示す図である。

【図８】従来の電界放出陰極装置を示す斜視図である。

【図９】図８の電界放出陰極装置の一部を示す拡大図で
ある。

【図１０】従来の電界放出陰極装置における清浄化処理
を示す図である。

【図１１】図１０において、アノードに＋１Ｖの電圧を
印加した場合の電位分布の計算結果を示す図である。

【符号の説明】

１０，３１，４１ 絶縁性基板 １１，３２，４２ 絶縁体層 １２ａ，１２ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａ，４３ｂ カ
ソード電極（電子線源） １３ａ，１３ｂ，３５，４５ ゲート電極 １４ａ，１４ｂ 電子線源 １５ａ，１５ｂ，３４ａ〜３４ｄ，４４ エミッタティ
ップ １６，３６ アノード電極 ４６ アノード ４７ アノード基板 ４８ａ〜４８ｆ アノード電極要素 ＳＷ スイッチ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソード電圧を印加され、電界放出効果
   により電子を放出するカソードと、前記カソードに近接
   して形成され、所定のゲート電圧を印加されて前記カソ
   ードから電子を電界放出効果により放出させるゲートと
   により構成される電子線発生要素を複数個配列して形成
   されてなる電子線源群を複数個配列して形成された電子
   線源アレイと；複数のアノード電極要素を前記電子線源
   アレイ中の複数の電子線源群に対向するように配設され
   てなり、所定のアノード電圧を印加されて前記電子線源
   アレイ中の電子線源から放出された電子を加速および捕
   捉するアノードと；前記電子線源アレイ中の電子線源か
   ら放出された電子を、前記電子線源の方向に付勢する電
   子反発手段とを備えたことを特徴とする電界放出陰極装
   置。
2. 【請求項２】 前記電子反発手段は、前記アノードに所
   定の負電圧を印加する電圧源よりなることを特徴とする
   請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記電子反発手段は、さらに前記電子線
   源を清浄化する際に操作されて、前記アノードに前記電
   圧源が発生した前記所定負電圧を印加する切替手段を含
   むことを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 カソード電圧を印加され、電界放出効果
   により電子を放出するカソードと、前記カソードに近接
   して形成され、所定のゲート電圧を印加されて前記カソ
   ードから電子を電界放出効果により放出させるゲートと
   により構成される電子線発生要素を複数個配列して形成
   されてなる電子線源アレイと、前記電子線源アレイに対
   向して形成され、所定の正のアノード電圧を印加されて
   前記電子線源アレイ中の前記カソードから放出された電
   子を加速および捕捉するアノード電極とを備えた電界放
   出陰極装置において、一のカソードから別のカソードへ
   の電子線の照射により前記別のカソードから揮発物を除
   去する電界放出陰極装置の清浄化方法において、 前記電子線源アレイ中の一対のカソード間に所定の励起
   電圧を印加して前記一対のカソードを結ぶように電子線
   を形成する工程と、 前記工程と実質的に同時に前記アノード電極に負電圧を
   印加する工程とよりなることを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 前記複数の電子線発生要素は、各々複数
   の電子線発生要素を含む複数の群に分割され、前記励起
   電圧は前記複数の群中に含まれる第１の電子線発生要素
   群中のカソードと前記複数の群中に含まれる第２の電子
   線発生要素群中のカソード間に印加されることを特徴と
   する請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 前記一対のカソード間に電子線を形成す
   る工程は、前記電子線源アレイの一の端から他の端ま
   で、隣接する一対の電子線発生要素を順次選択し、前記
   選択された一対の電子線発生要素中のカソード間に前記
   励起電圧を印加する工程を含むことを特徴とする請求項
   １記載の方法。
7. 【請求項７】 前記励起電圧を印加する工程は、第１お
   よび第２の電子線発生要素よりなる第１の電子線発生要
   素対を選択し、次いで前記第２の電子線発生要素と第３
   の電子線発生要素とよりなる第２の電子線発生要素対を
   選択する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の方
   法。
8. 【請求項８】 前記励起電圧を印加する工程は、最初に
   選択される一対の電子線発生要素に印加する所定の励起
   電圧を、次に選択される一対の電子線発生要素に印加さ
   れる所定の励起電圧よりも高く設定する工程を有するこ
   とを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 前記一対のカソード間に電子線を形成す
   る工程は、隣接する一対の電子線発生要素間に繰り返し
   前記所定の励起電圧を印加し、その際前記所定の励起電
   圧の値を順次減少させる工程を有することを特徴とする
   請求項４記載の方法。
10. 【請求項１０】 カソード電圧を印加され、電界放出効
    果により電子を放出するカソードと、前記カソードに近
    接して形成され、所定のゲート電圧を印加されて前記カ
    ソードから電子を電界放出効果により放出させるゲート
    とにより構成される電子線発生要素を複数個配列して形
    成されてなる電子線源アレイと、前記電子線源アレイ中
    の前記電子線発生要素に対向するように配設され、複数
    のアノード電極要素を配列して形成されてなり、所定の
    正のアノード電圧を印加されて前記電子線源アレイ中の
    前記カソードから放出された電子を加速および捕捉する
    アノードとを備えた電界放出陰極装置において、一のカ
    ソードから別のカソードへの電子線の照射により前記別
    のカソードから揮発物を除去する電界放出陰極装置の清
    浄化方法において、 前記電子線源アレイ中から第１の電子線発生要素と第２
    の電子線発生要素とよりなる一対の電子線発生要素を選
    択し、前記第１の電子線発生要素中のカソードと前記第
    ２の電子線発生要素中のカソードとの間に所定の励起電
    圧を印加して前記一対のカソードを結ぶように電子線を
    形成する工程と、 前記工程と実質的に同時に前記アノード電極電極要素
    に、前記第１の電子線発生要素から第２の電子線発生要
    素に向かって順次増加するように負電圧をそれぞれ印加
    する工程とよりなることを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】 前記電子線を形成する工程は、前記第
    １の電子線発生要素を含む複数の電子線発生要素よりな
    る第１の電子線発生要素群を選択し、また前記第２の電
    子線発生要素を含む複数の電子線発生要素よりなる第２
    の電子線発生要素群を選択し、前記第１の電子線発生要
    素群中の複数のカソード群と前記第２の電子線発生要素
    群中の複数のカソード群とを結ぶように電子線を形成す
    る工程よりなることを特徴とする請求項１０記載の方
    法。