JPH06215704A

JPH06215704A - 電子銃

Info

Publication number: JPH06215704A
Application number: JP761893A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Iwasaki; 安男岩崎; Soichiro Okuda; 荘一郎奥田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】カソードとして電界放出型の冷陰極を使用し
た際に生じる、イオン衝撃によるマイクロコーンから成
る微小突起部の先端のダメージを防止する。【構成】最終段の加速電極１１の電子線出口近傍に、
電子透過性大でイオン捕獲性大のイオントラップ薄膜１
３を配設した。また、イオントラップ薄膜を５００〜５
０００オングストロームの膜厚のアルミニウム、銀、ま
たは金の薄膜により形成した。さらに、イオントラップ
薄膜をメッシュ形状に構成した。また、電子銃が動作す
る真空外囲器内の真空度が十分に向上した後は、電子銃
の電子線をイオントラップ薄膜上に集束させることによ
りこのイオントラップ薄膜を溶融除去するように構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は陰極線管等に使用する
電子銃に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３はモノクローム（単色発光）の陰極
線管15の構造を示す断面図である。一般に陰極線管はガ
ラスにより形成されたパネル部28とファンネル部16から
成る真空外囲器で構成される。パネル部28のフェースプ
レート部17内面には蛍光体層18とメタルバック層19等が
形成され蛍光面を構成する。又、ファンネル部16の一部
を構成するネック部２には電子銃１が封入されている。
この図では電子銃１の詳細構造については示していない
が、通常陰極線管15用の電子銃１は、電子源となるカソ
ード（陰極）と、陰極から電子線を取り出し加速する為
の電極と、取り出した電子線を蛍光面上で集束させる為
の電極等により構成される。又、この電子銃１から放出
された電子線21はファンネル部16とネック部２の接合部
近辺の陰極線管15の外部に取りつけた偏向ヨーク22が発
生する磁界により、電磁的に偏向され、外部高圧電源か
らアノードボタン20を介して供給される約２０〜３０Ｋ
Ｖの高電圧により加速されて蛍光面に射突し、蛍光体層
18を励起発光させる。

【０００３】この陰極線管15の動作に於いては、真空外
囲器内の真空度が陰極線管15の動作特性及び寿命特性上
重要である。この為、陰極線管15の製造時には真空外囲
器全体を外部から加熱（約４００℃）して十分に脱ガス
しながら排気を行う。この様にして真空外囲器内の排気
を行った後、真空外囲器内の真空度が５×１０^-5Ｔｏｒ
ｒ以上になってから、ネック部２の先端部でガラスの封
じ切りを行う。さらに、この様な真空度では、未だ不十
分な為、陰極線管15の封じ切り後、電子銃１の先端に金
属製バネ24を介して取りつけられているゲッター23を陰
極線管15の外部からの高周波加熱により飛ばして、更に
真空度を１０^-8Ｔｏｒｒ台まで向上させる。このゲッタ
ー23は金属製のリング内にバリウム（Ｂａ）等の金属を
充填したものであり、陰極線管15の外部から付加される
高周波により金属製のリングが加熱され、リング内に充
填されたバリウム（Ｂａ）等の金属が真空外囲器内に飛
散、蒸着される。この場合、ゲツター材が真空外囲器内
に飛散、蒸着された直後は真空外囲器内の真空度は若干
低下するが、その後真空外囲器内に飛散、蒸着された活
性なゲッター材に真空外囲器内の残留ガス分子が吸着さ
れて真空外囲器内の真空度は徐々に向上して行く。この
時、電子銃１から電子線を照射しながら電流エージング
を行うと真空外囲器内の残留ガス分子がイオン化して活
性化する為、ゲツター材への吸着が促進され、急激に真
空外囲器内の真空度が向上する。このゲツター効果によ
り真空外囲器内の真空度は最終的には１０^ー8Ｔｏｒｒ台
に入る。真空外囲器内の真空度が１０^-8Ｔｏｒｒ台に入
れば、陰極線管15の動作特性及び寿命特性共に何ら問題
は生じ無い。

【０００４】図４は電子銃１の更に詳細な構造を説明す
る為の断面構成図である。電子銃１の電極構成に関して
は種々の方式が有るが、代表的な例として、バイポテン
シャル方式の電子銃の電極構成を示す。ベースメタル26
の上部には酸化バリウム（Ｂａ²Ｏ³）等から成るカソー
ド材25が塗布されている。このカソード材25はベースメ
タル26の内部に設置されたヒーター27により約７５０〜
８００℃に加熱され熱電子を放出する。この放出された
熱電子は第１グリッド電極３、第２グリッド電極９、第
３グリッド電極10により制御、加速された後、第３グリ
ッド電極10と第４グリッド電極11の間に形成された主電
子レンズににより集束されて蛍光面の蛍光体層18上にス
ポット状に射突して蛍光体層18を励起発光させ、蛍光面
上に映像を映し出す。コンタクター12は電子銃１をネッ
ク部２内壁に固定すると共に、アノードボタン20からの
高電圧を陰極線管15内部に塗布された導通ダッグ（図示
せず）を介して、第４グリッド電極11に導く役目をす
る。第４グリッド電極11に印加する電圧以外は全てネッ
ク部２底面の導入端子（図示せず）から印加される。

【０００５】この様な熱陰極を使用した電子銃１では、
放出電流量がカソード材25の特性により制限されてしま
い、最近の様な陰極線管15の大型化、高輝度化に対して
十分な対応が困難になつてきている。又、この方式で
は、カソード材25をかなりの高温に加熱する必要がある
為に周囲電極に対しても熱に対する配慮（例えば電極の
熱変形等）が必要となる。又、カソード材25を高温に加
熱した結果、カソード材25が一部蒸発して、周囲電極に
付着して耐電圧上の問題を生じる場合もある。

【０００６】この様な熱陰極を使用した電子銃１の問題
点を解決する方策として冷陰極を使用することが特開昭
４８−９０４６７号公報で述べられている。図５（ａ）
はこの様な冷陰極を用いた電子銃１の構造を示す断面構
成図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図であ
る。構造としては、陰極部以外は図４で示した従来の熱
陰極の電子銃１と全く同じである。この冷陰極５では例
えば、シリコン（Ｓｉ）基板をフォトリソグラフィーを
使用して加工してマイクロコーンから成る微小突起部７
を多数（マイクロコーンのピッチとしては１〜１０μ
ｍ）設けてある。この微小突起部７の上部には微小突起
部７の先端に近接させて、電子引き出し電極６が同様の
フォトリソグラフィー・プロセスを利用して形成されて
いる。この様な冷陰極５が冷陰極支持台４上に固定され
ている。なお、図中８は電子引き出し電極６用のリード
線であり、他の多くの電極と同様にネック部２底面の導
入端子（図示せず）に接合され電圧が印加される。

【０００７】この様な冷陰極では、電子引き出し電極６
とマイクロコーンから成る微小突起部７との距離が非常
に近接している為に、電子引き出し電極６に数１０Ｖ〜
１００Ｖ程度の電圧を印加しただけで、微小突起部７の
先端に電界が集中し、その先端から電子を電界放出させ
ることが出来る。電子引き出し電極６により引き出され
た電子線は後は従来の熱陰極の場合と同様に第１グリッ
ド電極３、第２グリッド電極９、第３グリッド電極10に
より制御加速された後、第３グリッド電極10と第４グリ
ッド電極11の間に形成された主電子レンズにより集束さ
れて蛍光面の蛍光体層18上にスポット状に射突して蛍光
体層18を励起発光させ、蛍光面上に映像を映し出す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この様な電界放出によ
る冷陰極５を使用した電子銃１は冷陰極５のマイクロコ
ーンから成る微小突起部７の１個当たりの放出電流とし
ては少ないが、陰極構造体としては非常に多数が配列さ
れる為、陰極構造体全体としては大きな放出電流とな
り、熱陰極の場合の限界電流の約１０〜１００倍が可能
と言われている。又、加熱用のヒーターも不要の為、前
述した様な加熱に纏わる色々な不具合も生じないとう言
う利点もある。しかしながらこの電界放出による冷陰極
５の大きな欠点はイオン衝撃に対して非常に弱い事であ
る。これは電界放出による電流取り出し量を多くしよう
とすれば必然的にマイクロコーンから成る微小突起部７
の先端形状を先鋭化する必要があり、結果としてイオン
衝撃に対して非常に脆くなつてしまう。このイオン衝撃
はマイクロコーンから成る微小突起部７の先端から放出
された電子が真空外囲器内の残留ガス分子と衝突した際
に生じる残留ガスの＋（プラス）イオンが陰極側に引き
寄せられてマイクロコーンから成る微小突起部７先端に
落下するものである。この真空外囲器内の残留ガス分子
のイオン化は真空外囲器内の真空度が低い状態では起こ
りやすく、特に陰極線管15の製造工程中で陰極線管15を
封じ切って、ゲッター23を飛ばし、電子銃１から電子線
を照射しながら行う電流エージングの際に一番活発にな
りイオン衝撃によるマイクロコーンから成る微小突起部
７先端のダメージが非常に起こりやすくなる。

【０００９】この発明は上記の様な問題点を解決する為
になされたもので、電子銃のカソードとして電界放出型
の冷陰極を使用した際に生じる、イオン衝撃によるマイ
クロコーンから成る微小突起部の先端のダメージを防止
する事を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる電界放
出型の冷陰極をカソードとして用いた電子銃は、最終段
の加速電極の電子線出口近傍に、電子透過性大でイオン
捕獲性大のイオントラップ薄膜を配設したものである。

【００１１】また、イオントラップ薄膜が５００〜５０
００オングストロームの膜厚のアルミニウム、銀、また
は金の薄膜により形成されているものである。

【００１２】さらに、イオントラップ薄膜がメッシュ形
状に構成されているものである。

【００１３】また、電子銃が動作する真空外囲器内の真
空度が十分に向上した後は、電子銃の電子線をイオント
ラップ薄膜上に集束させることによりこのイオントラッ
プ薄膜を溶融除去するように構成したものである。

【００１４】

【作用】上記のように構成された電界放出型の冷陰極を
カソードとして用いた電子銃では、比較的に電子線の飛
距離としては長い電子銃〜蛍光面間で生じる高エネルギ
ーの＋（プラス）イオンを電子銃の最終段加速電極（高
圧電極）の電子線出口近傍に設けた電子透過性大でイオ
ン捕獲性大のイオントラップ薄膜で捕獲出来るので冷陰
極のマイクロコーンから成る微小突起部の先端のダメー
ジを防止することが可能となる。

【００１５】また、イオントラップ薄膜を５００〜５０
００オングストロームの膜厚のアルミニウム、銀、また
は金の薄膜により形成すれば、電子線透過性およびイオ
ン捕獲性共に大きく都合がよい。

【００１６】さらに、イオントラップ薄膜をメッシュ形
状に構成すれば、電子線の透過度を上げることができ
る。

【００１７】また、電子銃が動作する真空外囲器内の真
空度が十分に向上した後は、電子銃の電子線をイオント
ラップ薄膜上に集束させることによりこのイオントラッ
プ薄膜の少なくとも一部を溶融除去するように構成すれ
ば、電子線が自由に透過できるようになる。

【００１８】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例による電界放出型の
冷陰極をカソードとして用いた電子銃の断面構成図を示
しており、イオントラップ薄膜13以外は、図５で示した
電界放出型の冷陰極をカソードとして用いた従来の電子
銃と全く同じ構成である。このイオントラップ薄膜13と
しては、例えば膜厚が５００〜５０００オングストロー
ムのＡｌ（アルミニウム）の薄膜が使用される。電界放
出型の冷陰極５から放出された電子線は第１グリツド電
極３、第２グリツド電極９、第３グリツド電極10等によ
り制御、加速された後、第３グリツド電極10と第４グリ
ツド電極11の間に形成された主電子レンズにより蛍光体
層18上に集束される。この時第４グリツド電極11には２
０〜３０ＫＶの高電圧が印加されているので、この電極
の電子線出口近傍では電子線の高電圧による加速は終了
しており、十分な運動エネルギーを有している。

【００１９】一般に、電子線の金属薄膜に対する透過度
は電子線の加速エネルギー、膜厚、金属の原子番号等に
関係しており、原子番号の小さい金属程透過度は高い。
この様な意味でイオントラップ薄膜13の材質としてはＡ
ｌ（アルミニウム）の薄膜が最適である。又、通常の陰
極線管の電子線の加速電圧である２０〜３０ＫＶの範囲
では、Ａｌ（アルミニウム）の薄膜の場合膜厚として
は、陰極線管内で発生する＋（プラス）イオンの捕獲性
も考慮して２０００オングストローム程度が最適である
が、５００〜５０００オングストロームの範囲であれ
ば、電子線透過性、イオン捕獲性共に十分であることが
実験的に確認された。

【００２０】なお、この実施例ではイオントラップ薄膜
として、Ａｌ（アルミニウム）の薄膜を使用したが、十
分薄く形成出来るのであれば、これに限られるものでは
なく、例えばＡｇ（銀）、Ａｕ（金）等の原子番号の比
較的大きい他の金属薄膜も使用出来る。

【００２１】実施例２．実施例１と同様にイオントラッ
プ薄膜13としてＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）Ａｕ
（金）等の薄膜が使用されるが、薄膜をメッシュ状に構
成して電子線の透過度を上げる様に成したものである。
メッシュの細かさとしては５００〜２０００メツシュ
（ライン／インチ）程度が好ましい。又、メッシュの開
口率としては２０〜５０％程度がメツシュの強度等の点
から好ましい。これよりも開口率を上げるとイオントラ
ップの確率が低下する上に、メッシュの強度が著しく低
下する。

【００２２】実施例３．この様なイオントラップ薄膜13
は特に真空外囲器内の真空度が低い状態で電子線を取り
出す必要がある陰極線管15の製造工程中での電流エージ
ングの際には非常に有用であるが真空外囲器内の真空度
が十分上がった状態ではイオン衝撃によるマイクロコー
ンから成る微小突起部７先端にダメージが生じる確率は
非常に小さくなるので真空外囲器内が高真空に保たれる
限りは有用性は非常に小さくなり、寧ろイオントラップ
薄膜13による電子線の透過度の低下や、電子線散乱によ
る弊害の方が問題としてはより重要になる。従ってこの
実施例では、当初は実施例１及び２と同様にイオントラ
ップ薄膜13を設けるが電流エージング等により真空外囲
器内の真空度が十分上がった後は、電子銃１で発生させ
た電子線をイオントラップ薄膜13上に集束させることに
よりこの薄膜を加熱して溶融させて、図２に示す如く、
イオントラップ薄膜13にビーム貫通孔14を設ける様にし
たものである。なお、電子銃１で発生させた電子線をイ
オントラップ薄膜13上に集束させるのは、第１グリッド
〜第４グリッド３、９、10、11に印加する電圧を最適に
調整することにより行われる。

【００２３】以上の実施例ではモノクローム（単色発
光）の陰極線管の電子銃についてのみ述べたが本発明は
これに限られるものではなく、複数個のカソードを有す
るカラー陰極線管にも同様に適用出来る。又、電子銃の
構造に関しても前述の実施例ではバイポテンシャル方式
の場合について述べたが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、他の方式の電子銃構造にも同様に適用出来
る。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、最終
段の加速電極の電子線出口近傍に、電子透過性大でイオ
ン捕獲性大のイオントラップ薄膜を配設したので、プラ
スイオンを上記イオントラップで捕獲でき、電界放出型
の冷陰極を使用しても、薄膜イオン衝撃による微小突起
部の先端のダメージを防止することができる。

【００２５】また、イオントラップ薄膜を５００〜５０
００オングストロームの膜厚のアルミニウム、銀、また
は金の薄膜により形成すれば、電子線透過性およびイオ
ン捕獲性共に大きく都合がよい。

【００２６】さらに、イオントラップ薄膜をメッシュ形
状に構成すれば、電子線の透過度を上げることができ
る。

【００２７】また、電子銃が動作する真空外囲器内の真
空度が十分に向上した後に、電子銃の電子線をイオント
ラップ薄膜上に集束させることによりこのイオントラッ
プ薄膜の少なくとも一部を溶融除去するように構成すれ
ば、電子線が自由に透過できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による電子銃を示す断面構成
図である。

【図２】本発明の他の実施例による電子銃示す断面構成
図である。

【図３】従来のモノクロ（単色発光）の陰極線管の構造
を示す断面図である。

【図４】従来の電子銃の詳細な構造を説明する為の断面
構成図である。

【図５】従来の電界放出型の冷陰極をカソードとして用
いた電子銃の断面構成図である。

【符号の説明】

１電子銃３第１グリッド電極５冷陰極６電子引き出し電極７微小突起部８リード線９第２グリッド電極 10 第３グリッド電極 11 第４グリッド電極 13 イオントラツプ薄膜 14 ビーム貫通孔 21 電子線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の微小突起部とこれら微小突起部の
先端に電界をかけて電子を取り出す電子引き出し電極と
を有する電界放出型の冷陰極から成る電子源、および上
記電子源からの電子を加速・集束する電極を備える電子
銃において、最終段の上記加速電極の電子線出口近傍
に、電子透過性大でイオン捕獲性大のイオントラップ薄
膜を配設したことを特徴とする電子銃。
【請求項２】イオントラップ薄膜が５００〜５０００
オングストロームの膜厚のアルミニウム、銀、または金
の薄膜により形成されている請求項１記載の電子銃。
【請求項３】イオントラップ薄膜がメッシュ形状に構
成されている請求項１または２記載の電子銃。
【請求項４】電子銃が動作する真空外囲器内の真空度
が十分に向上した後に、電子銃の電子線をイオントラッ
プ薄膜上に集束させることによりこのイオントラップ薄
膜の少なくとも一部を溶融除去するように構成した請求
項１ないし３のいずれかに記載の電子銃。