JPH07105831A - 電子集束及び偏向のための装置と方法 - Google Patents

電子集束及び偏向のための装置と方法

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JPH07105831A
JPH07105831A JP25136594A JP25136594A JPH07105831A JP H07105831 A JPH07105831 A JP H07105831A JP 25136594 A JP25136594 A JP 25136594A JP 25136594 A JP25136594 A JP 25136594A JP H07105831 A JPH07105831 A JP H07105831A
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electron
shield
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electrons
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JP25136594A
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Huei-Pei Kuo
ヒュイ−ペイ・クオ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection

Abstract

(57)【要約】 【目的】電子源からの電子を集束し偏向できる簡易で効
率の高い装置と方法。 【構成】電子源１１２の両側に第１、第２の電極１１
４、１０８を設け、該第１、第２の電極１１４、１０８
の電圧を調整することによりシールド１０２に向かう電
子１２２の集束と偏向を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全体として電子源に関
するものであり、更に詳しくいえば電界放出電子源など
の電子源からの電子を集束し、かつ偏向することに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】製作が容易なフラットパネル表示装置が
電子工学における「聖杯」（究極目標）とみなされてい
る。数多くの研究者たちがそのような表示装置を発明し
ようと努力してきた。この表示装置の実現に向けて越え
なければならない障害の１つは、電子源から放出された
電子を表示装置のスクリーンに対して集束し、スクリー
ン上における電子の位置を制御することを容易かつ費用
をかけずに行うことである。
【０００３】放出された電子を集束し、かつ位置を制御
するために各種の装置が使用されている。１つの方法は
電子源の上方に直接つるされる金属格子の層に依存す
る。それらの格子を備えた表示装置は高価で、信頼でき
るものを製作することは困難である。
【０００４】「陽極切り換え」（Switched anode）とし
て知られている別の方法は、表示装置のスクリーンを電
子源の非常に近くに位置させ、それから電子を引き寄せ
て導くためにスクリーンにおける電圧を動的に変化させ
ることに依存する。スクリーンと電子源の間の電圧降伏
を避けるために、スクリーンと電子源の間の電圧差を小
さくすべきである。電子の大部分が電子源を制御するゲ
ートに引き寄せられてスクリーンに入射しないので、表
示装置の電力効率が低い。また、スクリーンにおける電
圧が表示装置の輝度を制約し、スクリーンにおける近く
のストライプの間の電位差が表示装置の解像力を制限す
るのが普通である。
【０００５】以上述べたことから、フラットパネル表示
装置において、電子の集束と偏向とを効率的に行う装置
および方法に対する需要が依然として存在することが明
らかである。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、電子源からの電子のフラット
パネル表示装置のスクリーン等に対する集束と偏向とを
効率的に行う装置および方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、表示装置内の電子源から放出
された電子の集束と、偏向を行うために、電子源の上に
つるされる金属格子の層を必要としない。それらの格子
は製作が容易でなく、組立が困難である。本発明は、陽
極切り換え法におけるのとは異なって、放出された電子
をスクリーンにおいて電圧を動的に変化させることによ
って導くことも必要としない。陽極切り替え法による表
示装置の電力効率と、輝度と、解像力とは通常低い。本
発明においては、スクリーン上の画像は解像度が１５０
ミクロンより高く、放出された電子の全エネルギーの９
０％以上を消費するようにもできる。電力効率が高いと
明るい画像が発生される。また、本発明は放出された電
子を集束させるために、電子源とスクリーンの間にシー
ト状部材をつるす必要もない。
【０００８】一実施例においては、本発明の装置は第１
の電子源と、第１の電極と、第２の電極と、シールドと
を含む。第１の電子源が第１の側と、この第１の側とは
ほぼ反対側の第２の側とを有する。第１の電極は第１の
側にあることが好ましく、第２の電極は第２の側にある
ことが好ましい。２つの電極は相互に絶縁される。電子
源は１つまたは複数の電圧によって制御されて電子を放
出する。シールドにはシールド電圧が印加される。放出
された電子のかなりの部分を、第１の電圧が印加されて
いる第１の電極と第２の電圧が印加されている第２の電
極が、シールドに向かって集束させ、かつ偏向させる。
別の実施例においては、電子源と、第１の電極と、第２
の電極とは基板上に配置される。
【０００９】本発明の一実施例では、前記シールドをス
クリーンとし、電子源から放出された電子をスクリーン
上で電子源から２ミリメートル離れて、約４０ミクロン
の直径のスポットに集束でき、かつそのスポットの直径
を大きくすることなしに、スクリーンを横切ってスポッ
トを３００ミクロンだけ移動することもできる。このよ
うにすることにより、スクリーン上に電子により画像を
表示するようにもできる。
【００１０】本発明のその他の態様および利点は、本発
明の原理を実施例によって示す添付図面を参照して以下
に行う実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１１】
【実施例の説明】図１から図３において、類似の要素に
は同じ参照番号を割り当てている。本発明の実施例の説
明は図１ないし図３を参照して行う。しかし、それらの
図を参照してここで行う詳細な説明は説明の目的のため
であり、本発明はそれらの限定された実施例をこえて拡
張するものであることが、当業者には容易にわかるであ
ろう。
【００１２】図１は本発明の好適な実施例の電子集束及
び偏向装置１００を示す。この好適な実施例が基板１０
４を含む。この基板が複数の電子源と、電子源の第１の
側の第１の電極１１４と、電子源の反対側の第２の電極
１０８と、シールド１０２とを含む。一実施例において
は、複数の電子源は線状放出器１１２で構成される。こ
の線状放出器は直線状の構造の電界電子放出器である。
この線状放出器は１つまたは複数の電圧によって制御さ
れて電子１２２を放出する。この種の電界電子放出器
が、たとえば、Journal of Applied Physics 47巻、12
号、1976年12月号所載の、Spindt他による“Physical p
roperties of thin-film field emissioncathodes with
molybdenum cones”と題する論文、およびTechnical D
igest ofthe International Vacuum Microelectronics
Conference 1991所載の、Jones他による“Fabrication
of Silicon Point,Wedge,and Trench FEAs”と題する論
文に示されている。参考のためにそれらの論文をここに
言及した。
【００１３】第１の電極には第１の電位が印加され、第
２の電極には第２の電位が印加され、シールドにはシー
ルド電位が印加される。第１の電極と第２の電極は放出
された電子をシールド１０２へ向かって集束させ、偏向
させる。シールド１０２をフラットパネル表示装置のス
クリーンとすることができる。スクリーンはストライ
プ、たとえば、ストライプ１１８を有することができ
る。それらのストライプは、電子が入射すると、スクリ
ーン上に画像を形成する。カラー表示のためには、おの
おのが通常は原色のためのものである、３本のストライ
プの群がスクリーン上に設けられる。希望の色に応じ
て、電子がその特定のストライプへ向けられる。
【００１４】図２は電子源１１２から放出された電子
で、スクリーン１０２の上のストライプ１１８へ向けら
れ、スクリーン１０２の直前でビーム幅２２２に集束さ
れている電子を示す。電子源１１２は電界放出電子源で
あって、電子源１１２を備えた電子放出器１３０がゲー
ト１０６の２つの側１０６Ａと１０６Ｂの間に位置決め
させられる。スクリーン上で電子ビームの中心と電子源
１１２への垂線との横方向距離２２４はビーム偏向とし
て知られている。第１の電極１１４と、電子源１１２
と、第２の電極１０８とは全て基板１０４の上にある。
【００１５】フラットパネル表示装置を製作する従来の
方法のどれと比べても、放出された電子を集束し、およ
び偏向させる本発明の装置は製作が非常に容易である。
電子源１１２の製作中に、２つの電極１０８と１１４を
薄膜法によって付着できる。更に、陽極切り換え法にお
けるよりも、スクリーン１０２が基板１０４から大きく
離れているので、スクリーン１０２と基板１０４の間の
電位差を十分に大きくでき、電子源と電極の間または電
子放出器とゲートの間の電位差は非常に小さい。したが
って、電子放出器１３０からの電子のいくらかは電極ま
たはゲートに入射することがあるが、電子のエネルギー
のほとんどはスクリーン１０２において画像を発生する
ために消費される。
【００１６】図３は本発明の好適な実施例１００の一部
を一層詳しく示す。先端部の幅が２２１である電子放出
器１３０はくさび形である。電子放出器はゲート１０６
の２つの側１０６Ａと１０６Ｂから先端部横方向距離２
１５だけ隔てられる。それの先端部が表面１１９からず
らされている。表面１１９においてはゲート１０６は先
端部の上側距離２１７だけ離れて位置させられる。ゲー
ト１０６と電極１０８および１１４の厚さは同様な厚さ
２３３である。ゲート１０６の各側の幅は幅２２５であ
る。ゲート１０６の各側はそれぞれの対応する電極から
間隙幅２２３だけ分離される。各電極は電極幅２３１も
有する。
【００１７】次に、本発明の実施例の詳細の一例を以下
に説明して、本発明を更に具体的に明確にする。
【００１８】基板１０４はガラスまたは酸化シリコン、
あるいはその他の種類の材料から製作される。基板１０
４には厚さが少なくとも１ミクロンである絶縁表面１１
９が設けられる。先端放出器（エッジエミッタ）１１３
は次の好適なパラメータを有する。すなわち、先端部幅
２２１：数十オングストローム、先端部横方向距離２１
５：０．２ミクロン、先端部上側距離２１７：０．１ミ
クロン。ゲート１０６（１０６A、１０６B）の厚さ２３
３は約０．１ミクロンである。ゲート幅２２５は約２ミ
クロンである。間隙幅２２３は約３ミクロン、電極幅２
３１は約１００ミクロンである。スクリーン１０２は基
板１０４から約２ミリメートル離れている。
【００１９】線状放出器１３０の電位は０ボルトが好ま
しく、ゲート１０６における電位は１０ボルトから１０
０ボルトまでの範囲が好ましく、とくに４０ボルトが好
ましい。スクリーン１０２の電位は１００ボルトから１
００００ボルトの範囲が好ましく、とくに６５００ボル
トが好ましい。それらの電圧では、放出された電子の約
６０％がスクリーンに到達すると期待され、放出された
電子の総エネルギーの約９０％がスクリーン上において
画像を発生すると期待される。表１は期待ビーム幅２２
２と、ビーム偏向２２４を第１の電極１１４と第２の電
極１０８における電位の関数として示すものである。こ
れらの期待値は標準的な電子光学計算によって計算さ
れ、それは当業者にとって明らかなことである。この種
の計算についての全体的な論議が、Academic Press 197
0年発行の、El-KarehおよびEl-Kareh著“Electron Beam
s,Lenses and Optics”に記載されている。
【００２０】表１に示すように、従来の予測に反して、
好適な実施例のように製作が容易な構造が高解像力の表
示装置を構成できる。電極における電圧を変化すること
によって、その表示装置の電子ビームをスクリーン上の
１あるストライプから別のストライプへ容易に偏向でき
る。
【００２１】
【表１】
【００２２】典型的なカラーＶＧＡ表示装置の場合に
は、それのストライプの中心間隔は約１００ミクロンで
ある。表１の２行目と４行目に示すように、電極におけ
る電圧を変化することによって、ビーム幅が約４０ミク
ロンの電子群を＋／−１６０ミクロンだけ偏向できる。
ビーム偏向感度は、電極のいずれか一方における１ボル
ト変化に対して約５ミクロンである。
【００２３】この例に示すように、ビーム偏向は数ミク
ロンから１００ミクロンの単位で行うことができる。典
型的には、フラットパネル表示装置の製作において、表
示装置の電子源とスクリーン上の対応するストライプは
正確には整列していない。しかし、本発明を用いて電子
を対応するストライプへ向けて偏向することにより、整
列の誤差を補正ことができる。また、カラー表示装置に
おける一般的なやり方のように、スクリーン上の種々の
ストライプへ電子を動的に向けるために本発明を使用す
ることもできる。
【００２４】電極と電子放出器およびゲートへ電圧を印
加し、それらの電圧を変化するための制御装置をここで
は詳しく説明しなかったが、それらは当業者には周知の
ものである。上記の構造および数値は本発明の例として
役立つ。寸法が異なる類似の構造では、電圧は異なり、
標準的な電子光学計算においてその電圧を求めることが
できる。
【００２５】以下に本発明の幾つかの実施態様を示す。 （実施態様１）：第１の側と、この第１の側とはほぼ反
対の第２の側とを有し、１つまたは複数の電圧によって
制御されて電子を放出する第１の電子源（１１２）と、
この電子源（１１２）の第１の側に近接し、第１の電圧
を有する第１の電極（１１４）と、電子源（１１２）の
第２の側に近接し、第１の電極から絶縁されて、第２の
電圧を有する第２の電極（１０８）と、電子源（１１
２）と第１の電極（１１４）および第２の電極（１０
８）から隔てられ、シールド電圧を有するシールド（１
０２）と、を備え、放出された電子のかなりの部分を第
１の電極（１１４）と第２の電極（１０８）がシールド
（１０２）に向けて集束し、かつ偏向させることを特徴
とする電子集束及び偏向装置（１００）。
【００２６】（実施態様２）：電子源（１１２）と第１
の電極（１１４）および第２の電極（１０８）が基板
（１０４）の上にあることを特徴とする実施態様１に記
載の電子集束及び偏向装置（１００）。 （実施態様３）：電子を放出する複数の電子源を更に備
え、放出された電子のかなりの部分が第１の電極（１１
４）および第２の電極（１０８）によってシールド（１
０２）に向けて集束させられ、かつ偏向させられること
を特徴とする実施態様２に記載の電子集束及び偏向装置
（１００）。 （実施態様４）：シールド（１０２）がスクリーンであ
り、スクリーンに衝突する放出された電子が画像をスク
リーン上に表示する、ことを特徴とする実施態様１また
は実施態様３に記載の電子集束及び偏向装置（１０
０）。
【００２７】（実施態様５）：第１の電子源（１１２）
の隣に電子を放出できる複数の電子源を更に備え、放出
された電子のかなりの部分を第１の電極（１１４）およ
び第２の電極（１０８）がシールド（１０２）に向かっ
て集束し、かつ偏向させるように、複数の電子源が第１
の電極（１１４）と第２の電極（１０８）の間に設けら
れることを特徴とする実施態様１に記載の電子集束及び
偏向装置（１００）。
【００２８】（実施態様６）：第１の側と、この第１の
側のほぼ反対の第２の側とを有する電子源（１１２）か
ら電子を放出させるために１つまたは複数の電圧を印加
する過程と、電子源（１１２）の第１の側の近くに配置
されている第１の電極（１１４）に第１の電圧を印加す
る過程と、電子源（１１２）の第２の側の近くに第１の
電極（１１４）から絶縁されて配置されている第２の電
極（１０８）に第２の電圧を印加する過程と、電子源
（１１２）と第１の電極（１１４）および第２の電極
（１０８）から隔てられているシールド（１０２）にシ
ールド電圧を印加する過程と、を備え、放出された電子
のかなりの部分を第１の電極（１１４）と第２の電極
（１０８）がシールド（１０２）に向けて集束し、かつ
偏向させることを特徴とする電子集束及び偏向方法。
【００２９】（実施態様７）：電子源（１１２）と第１
の電極（１１４）および第２の電極（１０８）が基板
（１０４）の上にあることを特徴とする実施態様６に記
載の電子集束及び偏向方法。 （実施態様８）：放出された電子のかなりの部分が第１
の電極（１１４）および第２の電極（１０８）によって
シールド（１０２）に向けて集束させられ、かつ偏向さ
せられるように、複数の電子源から電子を放出する過程
を更に備えることを特徴とする実施態様７に記載の電子
集束及び偏向方法。 （実施態様９）：シールド（１０２）がスクリーンであ
り、スクリーンに衝突する放出された電子が画像をスク
リーン上に表示する、ことを特徴とする実施態様６また
は実施態様８に記載の電子集束及び偏向方法。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明から、電子源からの電子の集
束と偏向を容易に行うための方法と装置が発明されたこ
とが明らかである。説明において、電子源と電極が基板
の上に設けられるが、それらが強固に保持される限り
は、一般に、それらは基板上に設ける必要はない。電子
源と、ゲートおよび電極は同一平面上に設ける必要はな
く、ある素子を他の素子より高い平面に設けることがで
きる。また、ただ１つの線状放出器について説明した
が、複数の電子源すなわち複数の線状放出器に本発明を
拡張できる事が明らかである。実際に、本発明は線状放
出器に限定されるものではなく、別の種類の電子放出
器、たとえば、電界電子放出器である点状電子放出器を
使用できる。その場合には、第１の電極を点の一方の側
に設け、第２の電極を反対側に設ける。本発明は電界電
子放出器に限定されるものでもない。他の電子源を使用
できる。更に、本発明は２個の電極について説明しただ
けであるが、放出された電子を集束および偏向するため
に追加の電極を使用できる。また、電子群の集束と偏向
を必要とするどのような用途または機器にも本発明を応
用できる事が明らかである。
【００３１】本発明のその他の実施例はこの明細書の記
載についての考察、またはここで開示する発明の実施か
ら当業者には明らかであろう。説明および実施例は例と
してのみ考えること、および本発明の真の範囲および要
旨が、添付の請求の範囲によって示されるものであるこ
とを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】スクリーンと共に本発明の好適な実施例を示す
図である。
【図２】電子源からの電子がスクリーン上のストライプ
へ向かって集束および偏向されている、本発明の好適な
実施例を示す図である。
【図３】本発明の好適な実施例の一部を一層詳しく示す
図である。
【符号の説明】
１００：電子集束及び偏向装置 １０２：スクリーン １０４：基板 １０６（１０６A,１０６B）：ゲート １０８：第２の電極 １１２：電子源 １１４：第１の電極 １１８：ストライプ １２２：電子ビーム １３０：電子放出器

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の側と、この第１の側とはほぼ反対
    の第２の側とを有し、１つまたは複数の電圧によって制
    御されて電子を放出する第１の電子源（１１２）と、 この電子源（１１２）の第１の側に近接し、第１の電圧
    を有する第１の電極（１１４）と、 電子源（１１２）の第２の側に近接し、第１の電極から
    絶縁されて、第２の電圧を有する第２の電極（１０８）
    と、 電子源（１１２）と第１の電極（１１４）および第２の
    電極（１０８）から隔てられ、シールド電圧を有するシ
    ールド（１０２）と、を備え、放出された電子のかなり
    の部分を第１の電極（１１４）と第２の電極（１０８）
    がシールド（１０２）に向けて集束し、かつ偏向させる
    ことを特徴とする電子集束及び偏向装置（１００）。
  2. 【請求項２】 電子源（１１２）と第１の電極（１１
    ４）および第２の電極（１０８）が基板（１０４）の上
    にあることを特徴とする請求項１に記載の電子集束及び
    偏向装置（１００）。
  3. 【請求項３】 電子を放出する複数の電子源を更に備
    え、放出された電子のかなりの部分が第１の電極（１１
    ４）および第２の電極（１０８）によってシールド（１
    ０２）に向けて集束させられ、かつ偏向させられること
    を特徴とする請求項２に記載の電子集束及び偏向装置
    （１００）。
  4. 【請求項４】 シールド（１０２）がスクリーンであ
    り、 スクリーンに衝突する放出された電子が画像をスクリー
    ン上に表示する、ことを特徴とする請求項１または請求
    項３に記載の電子集束及び偏向装置（１００）。
  5. 【請求項５】 第１の電子源（１１２）の隣に電子を放
    出できる複数の電子源を更に備え、放出された電子のか
    なりの部分を第１の電極（１１４）および第２の電極
    （１０８）がシールド（１０２）に向かって集束し、か
    つ偏向させるように、複数の電子源が第１の電極（１１
    ４）と第２の電極（１０８）の間に設けられることを特
    徴とする請求項１に記載の電子集束及び偏向装置（１０
    ０）。
  6. 【請求項６】 第１の側と、この第１の側のほぼ反対の
    第２の側とを有する電子源（１１２）から電子を放出さ
    せるために１つまたは複数の電圧を印加する過程と、 電子源（１１２）の第１の側の近くに配置されている第
    １の電極（１１４）に第１の電圧を印加する過程と、 電子源（１１２）の第２の側の近くに第１の電極（１１
    ４）から絶縁されて配置されている第２の電極（１０
    ８）に第２の電圧を印加する過程と、 電子源（１１２）と第１の電極（１１４）および第２の
    電極（１０８）から隔てられているシールド（１０２）
    にシールド電圧を印加する過程と、を備え、放出された
    電子のかなりの部分を第１の電極（１１４）と第２の電
    極（１０８）がシールド（１０２）に向けて集束し、か
    つ偏向させることを特徴とする電子集束及び偏向方法。
  7. 【請求項７】 電子源（１１２）と第１の電極（１１
    ４）および第２の電極（１０８）が基板（１０４）の上
    にあることを特徴とする請求項６に記載の電子集束及び
    偏向方法。
  8. 【請求項８】 放出された電子のかなりの部分が第１の
    電極（１１４）および第２の電極（１０８）によってシ
    ールド（１０２）に向けて集束させられ、かつ偏向させ
    られるように、複数の電子源から電子を放出する過程を
    更に備えることを特徴とする請求項７に記載の電子集束
    及び偏向方法。
  9. 【請求項９】 シールド（１０２）がスクリーンであ
    り、 スクリーンに衝突する放出された電子が画像をスクリー
    ン上に表示する、ことを特徴とする請求項６または請求
    項８に記載の電子集束及び偏向方法。
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