JPH08315721A - 電界放出冷陰極 - Google Patents
電界放出冷陰極Info
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- JPH08315721A JPH08315721A JP12121995A JP12121995A JPH08315721A JP H08315721 A JPH08315721 A JP H08315721A JP 12121995 A JP12121995 A JP 12121995A JP 12121995 A JP12121995 A JP 12121995A JP H08315721 A JPH08315721 A JP H08315721A
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- Japan
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- field emission
- cold cathode
- emission cold
- gate
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details 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
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
Abstract
(57)【要約】
【目的】 カソードをゲートに対して偏心して配置する
ことによって、複数のカソードから放出される電子ビー
ムを、効率よく集束して優れたフォーカス特性と解像度
が得られる電界放出冷陰極を提供する。 【構成】 基板１上に複数のキャビティ３が形成され、
各キャビティ３内に円錐状のカソード２０が配され、か
つキャビティ３を形成する絶縁層４上にゲート５を具備
した電界放出冷陰極において、少なくとも一部のカソー
ド２０をゲート５に対して偏心させて配置する。
ことによって、複数のカソードから放出される電子ビー
ムを、効率よく集束して優れたフォーカス特性と解像度
が得られる電界放出冷陰極を提供する。 【構成】 基板１上に複数のキャビティ３が形成され、
各キャビティ３内に円錐状のカソード２０が配され、か
つキャビティ３を形成する絶縁層４上にゲート５を具備
した電界放出冷陰極において、少なくとも一部のカソー
ド２０をゲート５に対して偏心させて配置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界放出冷陰極に関
し、特に電子放出源となる冷陰極で、尖鋭な先端から電
子を放出する電界放出陰極に関する。
し、特に電子放出源となる冷陰極で、尖鋭な先端から電
子を放出する電界放出陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、真空マイクロ素子としての代表例
として電界放出冷陰極が知られており、その基本的な構
造は図３のようになっている。図３に示すように、導電
性を持つ基板１上にキャビティ３及び絶縁層４が形成さ
れ、絶縁層４の表面にはゲート電極５が被着形成され、
キャビティ３の中心にタングステン、モリブデン等の高
融点金属からなる微小な円錐状のカソード２が配置され
た構造になっている。このような微細構造の電界放出冷
陰極は、ゲート電極５とカソード２の間に数ボルト〜数
十ボルトの電圧を印加することにより、カソード２の円
錐状の先端に強電界を発生し、フィールドエミッション
を取り出すことができる。
として電界放出冷陰極が知られており、その基本的な構
造は図３のようになっている。図３に示すように、導電
性を持つ基板１上にキャビティ３及び絶縁層４が形成さ
れ、絶縁層４の表面にはゲート電極５が被着形成され、
キャビティ３の中心にタングステン、モリブデン等の高
融点金属からなる微小な円錐状のカソード２が配置され
た構造になっている。このような微細構造の電界放出冷
陰極は、ゲート電極５とカソード２の間に数ボルト〜数
十ボルトの電圧を印加することにより、カソード２の円
錐状の先端に強電界を発生し、フィールドエミッション
を取り出すことができる。
【０００３】ところが、上述した構造の電界放出冷陰極
では、カソード２から放出される電子が発散角を有する
ために、電子ビームは外方向に発散して電子ビームが太
くなったり、拡散して電子ビームの質が低下するという
問題がある。この問題解決のために、図４に示すよう
に、ゲート５に対して電子引出し方向の前方側に位置
し、カソード２から放出される電子を集束するために、
集束電極６を一体的に形成し、この集束電極６で形成さ
れる電界により放出された電子を中心方向に向けて集束
する技術が、特開平６−１２９７４号公報に開示されて
いる。
では、カソード２から放出される電子が発散角を有する
ために、電子ビームは外方向に発散して電子ビームが太
くなったり、拡散して電子ビームの質が低下するという
問題がある。この問題解決のために、図４に示すよう
に、ゲート５に対して電子引出し方向の前方側に位置
し、カソード２から放出される電子を集束するために、
集束電極６を一体的に形成し、この集束電極６で形成さ
れる電界により放出された電子を中心方向に向けて集束
する技術が、特開平６−１２９７４号公報に開示されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した電
界放出冷陰極を、例えば陰極線管の電子銃に使用する場
合に、一つのカソード２から放出される電子量が非常に
微量であるため、集束電極６で電子の発散を防止して良
質の電子ビームを得られても、まだ不十分であり通常、
多数のカソード２から放出される多数の電子ビームを、
例へば、別に設けた電子レンズで集束する方法がとられ
ることがある。しかし、このような方法では、多数のカ
ソード２からの電子ビームを有効に集束することは、電
子ビームの放出方向が制御されていないため、電界放出
冷陰極と電子レンズとの位置合わせ等が困難で、解像度
を低下させたり、位置合わせ工数が増加するなどの問題
があった。本発明は、上記の問題を解決ために、電界放
出冷陰極を形成する中央部位にあるカソードに対して、
各キャビティ内のカソードが、ゲートに対してそれぞれ
偏心させて形成配置することによって、各カソードから
放出される電子ビームを効率よく集束して、かつ大電流
でも尖鋭で解像度の高い電子ビームを得ることのできる
電界放出冷陰極を提供することにある。
界放出冷陰極を、例えば陰極線管の電子銃に使用する場
合に、一つのカソード２から放出される電子量が非常に
微量であるため、集束電極６で電子の発散を防止して良
質の電子ビームを得られても、まだ不十分であり通常、
多数のカソード２から放出される多数の電子ビームを、
例へば、別に設けた電子レンズで集束する方法がとられ
ることがある。しかし、このような方法では、多数のカ
ソード２からの電子ビームを有効に集束することは、電
子ビームの放出方向が制御されていないため、電界放出
冷陰極と電子レンズとの位置合わせ等が困難で、解像度
を低下させたり、位置合わせ工数が増加するなどの問題
があった。本発明は、上記の問題を解決ために、電界放
出冷陰極を形成する中央部位にあるカソードに対して、
各キャビティ内のカソードが、ゲートに対してそれぞれ
偏心させて形成配置することによって、各カソードから
放出される電子ビームを効率よく集束して、かつ大電流
でも尖鋭で解像度の高い電子ビームを得ることのできる
電界放出冷陰極を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に複数
のキャビティが形成され、各キャビティ内に円錐状のカ
ソードが配され、かつキャビティを形成する絶縁層上に
ゲートを具備した電界放出冷陰極において、少なくとも
一部のカソードをゲートと偏心して配置する。
のキャビティが形成され、各キャビティ内に円錐状のカ
ソードが配され、かつキャビティを形成する絶縁層上に
ゲートを具備した電界放出冷陰極において、少なくとも
一部のカソードをゲートと偏心して配置する。
【０００６】また、キャビテイが電界放出冷陰極を形成
する中央部位と、例えば中心部の同心円周状に配置さ
れ、中心部位置のキャビティ内のカソードはゲートの中
心に、同心円状位置のキャビティ内のカソードはゲート
と放射線状方向に偏心させて配置する。さらにキャビテ
イが電界放出冷陰極を形成する中央部位と、例えば中心
部の多重同心円周状位置に配置され、中央部位のキャビ
ティ内のカソードはゲートの中心に、多重同心円状位置
のキャビティ内のカソードはゲートと放射線状方向に内
周部から外周部側にいくにしたがい順次偏心量を増加さ
せて配置する。
する中央部位と、例えば中心部の同心円周状に配置さ
れ、中心部位置のキャビティ内のカソードはゲートの中
心に、同心円状位置のキャビティ内のカソードはゲート
と放射線状方向に偏心させて配置する。さらにキャビテ
イが電界放出冷陰極を形成する中央部位と、例えば中心
部の多重同心円周状位置に配置され、中央部位のキャビ
ティ内のカソードはゲートの中心に、多重同心円状位置
のキャビティ内のカソードはゲートと放射線状方向に内
周部から外周部側にいくにしたがい順次偏心量を増加さ
せて配置する。
【０００７】
【作用】上記構成によれば、電界放出冷陰極を形成する
中央部位にあるカソードに対して、中心部位置より隔離
した位置に配された各キャビティ内のカソードが、ゲー
ト電極に対してそれぞれ偏心させて形成配置することに
よって、各偏心量に対応して偏向されて、各カソードか
ら放出される電子ビームを効率よく集束させて中央部位
にあるカソードの前方位置にてクロスオーバーさせるこ
とができる。
中央部位にあるカソードに対して、中心部位置より隔離
した位置に配された各キャビティ内のカソードが、ゲー
ト電極に対してそれぞれ偏心させて形成配置することに
よって、各偏心量に対応して偏向されて、各カソードか
ら放出される電子ビームを効率よく集束させて中央部位
にあるカソードの前方位置にてクロスオーバーさせるこ
とができる。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。図１において、１は導電性を有する基板で
あり、２０は尖鋭な先端形状を有する円錐状のカソード
で、３はキャビティであって、４はキャビテイを有する
酸化珪素等よりなる絶縁層であり、５はゲート電極であ
る。本発明の第一の実施例の電界放出冷陰極は、図１に
示すように、導電性を有する基板１上のある位置および
直径６μｍの同心円周上に、タングステン、モリブテン
等の高融点かつ低仕事関数の金属からなり、尖鋭な先端
形状を有する円錐状のカソード２０が例えば９個形成さ
れている。そして、それぞれのカソード２０の周囲に直
径１μｍ〜１．５μｍの開口幅ｗを持ったキャビティ３
を有する酸化珪素等よりなる厚さ略１μｍの絶縁層４が
形成され、この絶縁層６の上に、ゲート５がカソード２
０の対向電極として配置された構造になっている。
ら説明する。図１において、１は導電性を有する基板で
あり、２０は尖鋭な先端形状を有する円錐状のカソード
で、３はキャビティであって、４はキャビテイを有する
酸化珪素等よりなる絶縁層であり、５はゲート電極であ
る。本発明の第一の実施例の電界放出冷陰極は、図１に
示すように、導電性を有する基板１上のある位置および
直径６μｍの同心円周上に、タングステン、モリブテン
等の高融点かつ低仕事関数の金属からなり、尖鋭な先端
形状を有する円錐状のカソード２０が例えば９個形成さ
れている。そして、それぞれのカソード２０の周囲に直
径１μｍ〜１．５μｍの開口幅ｗを持ったキャビティ３
を有する酸化珪素等よりなる厚さ略１μｍの絶縁層４が
形成され、この絶縁層６の上に、ゲート５がカソード２
０の対向電極として配置された構造になっている。
【０００９】ここで、キャビテイ３が電界放出冷陰極を
形成する中心部とこの中心部の同心円周上に配置されて
いて、この中心部のキャビティ３内のカソード２０はゲ
ート５の中心に、同心円上のキャビティ３内のカソード
２０はゲート５と放射線方向に、かつ中心部より遠い方
向へ、例えば、図示ｍ１＜ｍ２となるように偏心させて
配置形成されている。このような電界放出冷陰極は、ゲ
ート５とカソード２０との間に、約１０7 Ｖ／ｃｍ以上
の電界強度を付与する電圧、例えばこの場合には数ボル
トを印加することにより、カソード２０を熱することな
く電子を放出させることができ、図中の矢印で表示する
ように、中心部のカソード２０より放出される電子は直
進する電子ビームに、同心円周上のカソード２０より放
出される電子は中心方向に偏向された電子ビームとして
それぞれ集束されて中心部のカソード２０の前方位置に
てクロスオーバーを持った電界放出冷陰極を形成するこ
とができる。従って、このそれぞれの電子ビームの集束
するクロスオーバー点にスクリーンを設ければ、例えば
９個の電子ビームを１本に集束した大電流でしかも尖鋭
度の優れた電子ビームを得ることができる。
形成する中心部とこの中心部の同心円周上に配置されて
いて、この中心部のキャビティ３内のカソード２０はゲ
ート５の中心に、同心円上のキャビティ３内のカソード
２０はゲート５と放射線方向に、かつ中心部より遠い方
向へ、例えば、図示ｍ１＜ｍ２となるように偏心させて
配置形成されている。このような電界放出冷陰極は、ゲ
ート５とカソード２０との間に、約１０7 Ｖ／ｃｍ以上
の電界強度を付与する電圧、例えばこの場合には数ボル
トを印加することにより、カソード２０を熱することな
く電子を放出させることができ、図中の矢印で表示する
ように、中心部のカソード２０より放出される電子は直
進する電子ビームに、同心円周上のカソード２０より放
出される電子は中心方向に偏向された電子ビームとして
それぞれ集束されて中心部のカソード２０の前方位置に
てクロスオーバーを持った電界放出冷陰極を形成するこ
とができる。従って、このそれぞれの電子ビームの集束
するクロスオーバー点にスクリーンを設ければ、例えば
９個の電子ビームを１本に集束した大電流でしかも尖鋭
度の優れた電子ビームを得ることができる。
【００１０】本発明の第二の実施例の電界放出冷陰極
は、図２に示すように、キャビテイ３が電界放出冷陰極
を形成する中心部とこの中心部の多重同心円周上に配置
し、キャビティ３内のカソード２１はゲート５の中心
に、また多重同心円上のキャビティ３内のカソード２１
はゲート５と放射線方向に内周から外周側にいくにした
がい偏心量を順次増加させて配置したことを特徴として
いる。基本的には、第一の実施例と同じであるが、カソ
ード２１を中心部位置に１個配し、この中心部より多重
の同心円周上に、カソード２１を配置形成している。キ
ャビティ３内のカソード２１の尖端部が中心部位置より
段階的に遠い方向へ、例えば、図示ｍ１＜ｍ２＜ｍ３と
なるように順次偏心量を増加させている。このように配
置した電界放出冷陰極においては、さらに大電流の優れ
た電子ビームを得ることができる。
は、図２に示すように、キャビテイ３が電界放出冷陰極
を形成する中心部とこの中心部の多重同心円周上に配置
し、キャビティ３内のカソード２１はゲート５の中心
に、また多重同心円上のキャビティ３内のカソード２１
はゲート５と放射線方向に内周から外周側にいくにした
がい偏心量を順次増加させて配置したことを特徴として
いる。基本的には、第一の実施例と同じであるが、カソ
ード２１を中心部位置に１個配し、この中心部より多重
の同心円周上に、カソード２１を配置形成している。キ
ャビティ３内のカソード２１の尖端部が中心部位置より
段階的に遠い方向へ、例えば、図示ｍ１＜ｍ２＜ｍ３と
なるように順次偏心量を増加させている。このように配
置した電界放出冷陰極においては、さらに大電流の優れ
た電子ビームを得ることができる。
【００１１】上述した２例ように、各カソードより放出
される電子を集束させてクロスオーバーを持たせること
によって、より優れたフォーカス特性と解像度が得られ
るようになる。またこのような電界放出冷陰極を備えた
電子銃をバルブに内臓した冷陰極線管も可能となって、
従来の熱陰極線管で用いている電子光学系をそのまま使
用することが可能となる。なお、本発明は、基板の中央
部位置より隔離して配置されるカソードが上記実施例の
ように、同心円状位置や二重の同心円状に配置すること
に限定されることなく、中央部よりランダムな距離の位
置に配置されてもよい。
される電子を集束させてクロスオーバーを持たせること
によって、より優れたフォーカス特性と解像度が得られ
るようになる。またこのような電界放出冷陰極を備えた
電子銃をバルブに内臓した冷陰極線管も可能となって、
従来の熱陰極線管で用いている電子光学系をそのまま使
用することが可能となる。なお、本発明は、基板の中央
部位置より隔離して配置されるカソードが上記実施例の
ように、同心円状位置や二重の同心円状に配置すること
に限定されることなく、中央部よりランダムな距離の位
置に配置されてもよい。
【００１２】
【発明の効果】上述したように、本発明の電界放出冷陰
極によれば、各カソードから放出される電子ビームは、
電界放出冷陰極を形成する中央部位にあるカソードに対
して、中心部位置より隔離した位置に配された各キャビ
ティ内のカソードがゲートに対して、それぞれの偏心量
に対応して所定量の偏向が可能となって、各カソードか
ら放出される電子ビームを効率よく集束させて中心部位
置にあるカソードの前方位置にてクロスオーバーを持っ
た電界放出冷陰極を実現させることができる。このこと
は、すぐれたフォーカス特性と解像度を得られる。ま
た、このような電界放出冷陰極を備えた電子銃をバルブ
に内臓した冷陰極線管が可能となって、従来の熱陰極線
管で用いている電子光学系をそのまま使用することが可
能となる。
極によれば、各カソードから放出される電子ビームは、
電界放出冷陰極を形成する中央部位にあるカソードに対
して、中心部位置より隔離した位置に配された各キャビ
ティ内のカソードがゲートに対して、それぞれの偏心量
に対応して所定量の偏向が可能となって、各カソードか
ら放出される電子ビームを効率よく集束させて中心部位
置にあるカソードの前方位置にてクロスオーバーを持っ
た電界放出冷陰極を実現させることができる。このこと
は、すぐれたフォーカス特性と解像度を得られる。ま
た、このような電界放出冷陰極を備えた電子銃をバルブ
に内臓した冷陰極線管が可能となって、従来の熱陰極線
管で用いている電子光学系をそのまま使用することが可
能となる。
【図１】 本発明の第一実施例の電界放出冷陰極の要部
断面図
断面図
【図２】 本発明の第二実施例の電界放出冷陰極の要部
断面図
断面図
【図３】 従来の電界放出冷陰極の一部切欠き斜視図
【図４】 従来の他の電界放出冷陰極の要部断面図
１ 基板 ３ キャビティ ４ 絶縁層 ５ ゲート電極 ２０，２１ カソード
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に設けた絶縁層に複数個のキャビテ
ィが形成され、前記キャビティ内に円錐状カソードが配
置され、前記絶縁層上にゲートが設けられた電界放出冷
陰極において、記カソードは少なくともその一部が非対
称形円錐体で形成されたことを特徴とする電界放出冷陰
極。 - 【請求項２】前記キャビテイのうち中央部位のカソード
は対称形円錐体に形成されたことを特徴とする請求項１
記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項３】前記キャビテイが電界放出冷陰極を形成す
る中央部位とそれより隔離した位置に配置され、前記中
央部位のキャビティ内のカソードはゲートの中心に、前
記隔離した位置のキャビティ内のカソードはゲートと放
射線状方向に内周部から外周側にいくにしたがい順次偏
心量を増加させて配置したことを特徴とする請求項１記
載の電界放出冷陰極。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12121995A JPH08315721A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 電界放出冷陰極 |
| KR1019960016809A KR100201248B1 (ko) | 1995-05-19 | 1996-05-18 | 개선된 전계 방출 냉음극의 2차원 어레이를 갖는 전자총 |
| US08/650,368 US5682078A (en) | 1995-05-19 | 1996-05-20 | Electron gun having two-dimensional arrays of improved field emission cold cathodes focused about a center point |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12121995A JPH08315721A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 電界放出冷陰極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08315721A true JPH08315721A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=14805842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12121995A Pending JPH08315721A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 電界放出冷陰極 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5682078A (ja) |
| JP (1) | JPH08315721A (ja) |
| KR (1) | KR100201248B1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6057642A (en) * | 1996-06-19 | 2000-05-02 | Nec Corporation | Field emission device with tilted cathodes |
| WO2004088703A1 (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-14 | Sumitomo Electric Industries Ltd. | 冷極電子源と、これを用いたマイクロ波管及びその製造方法 |
| KR100627255B1 (ko) * | 1998-12-10 | 2006-11-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전계방출구조 및 그 제조방법_ |
| JP2008198603A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-28 | Commiss Energ Atom | 放射の集束を伴う電界効果による電子放出構造体 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3033484B2 (ja) * | 1995-12-21 | 2000-04-17 | 日本電気株式会社 | 電子線露光装置 |
| US6255768B1 (en) | 1999-07-19 | 2001-07-03 | Extreme Devices, Inc. | Compact field emission electron gun and focus lens |
| US6429596B1 (en) | 1999-12-31 | 2002-08-06 | Extreme Devices, Inc. | Segmented gate drive for dynamic beam shape correction in field emission cathodes |
| KR101009979B1 (ko) * | 2004-01-29 | 2011-01-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전계 방출 표시 소자 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4874981A (en) * | 1988-05-10 | 1989-10-17 | Sri International | Automatically focusing field emission electrode |
| US5235244A (en) * | 1990-01-29 | 1993-08-10 | Innovative Display Development Partners | Automatically collimating electron beam producing arrangement |
| DE69204629T2 (de) * | 1991-11-29 | 1996-04-18 | Motorola Inc | Herstellungsverfahren einer Feldemissionsvorrichtung mit integraler elektrostatischer Linsenanordnung. |
| US5461009A (en) * | 1993-12-08 | 1995-10-24 | Industrial Technology Research Institute | Method of fabricating high uniformity field emission display |
| US5528103A (en) * | 1994-01-31 | 1996-06-18 | Silicon Video Corporation | Field emitter with focusing ridges situated to sides of gate |
| US5552659A (en) * | 1994-06-29 | 1996-09-03 | Silicon Video Corporation | Structure and fabrication of gated electron-emitting device having electron optics to reduce electron-beam divergence |
-
1995
- 1995-05-19 JP JP12121995A patent/JPH08315721A/ja active Pending
-
1996
- 1996-05-18 KR KR1019960016809A patent/KR100201248B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1996-05-20 US US08/650,368 patent/US5682078A/en not_active Expired - Fee Related
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